Vision-Sensoren VeriSens

Vier auf einen Streich

Vision Sensor für die Lebensmittelindustrie
Die Vision-Sensoren VeriSens von Baumer gibt es im Edelstahlgehäuse mit Schutzart IP 69K, Sicherheitsglas, Spezialsteckern sowie Dichtungen, die für den Lebensmittelbereich zugelassenen sind.
Die leistungsfähigen Vision-Sensoren VeriSens von Baumer sind jetzt auch im Edelstahlgehäuse mit der Schutzart IP 69K verfügbar. Damit stehen konturbasierte Sensoren auch für Applikationen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie bereit, die durch höchste Anforderungen an Hygiene und härteste Reinigungsprozeduren gekennzeichnet sind. In der nachfolgend beschriebenen Applikation werden Schokoriegel im Takt von zehn Inspektionen pro Sekunde inspiziert. Ein einziger Vision-Sensor kontrolliert dabei jeweils vier Schokoriegel simultan und unabhängig voneinander.

In der automatisierten Lebensmittelproduktion herrschen extreme Anforderungen an Sauberkeit, Sicherheit und Zuverlässigkeit. Reinigungsvorschriften beinhalten sowohl hohe Temperaturen des Reinigungsmittels als auch Reinigungsdrücke bis zu 100 Bar. Gerade bei optischen Inspektionssystemen muss ausserdem darauf geachtet werden, dass bei einer Beschädigung keine Glassplitter in den Fertigungsprozess gelangen.

Diesen extremen Anforderungen an Hygiene und Sicherheit werden die neuen VeriSens-Modelle mit der Schutzart IP 69K gerecht. Das speziell entwickelte Edelstahlgehäuse stellt sicher, dass bei voller Funktionalität keine Schmutznester entstehen und die komplette Reinigungsprozedur ohne Einschränkungen durchgeführt werden kann. Ohne Verluste bei der optischen Qualität vermeidet die Verwendung von hochwertigem Sicherheitsglas im Fall einer Beschädigung das Entstehen von gefährlichen Splittern. Das zur Vermeidung von Schmutznestern optimierte Design erlaubt durch den Einsatz spezieller Dichtungen auch weiterhin die Fokuseinstellung und den Anschluss der USB 2.0-Schnittstelle.

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Sensorfamilie VeriSens

Vision-Sensoren schliessen die Lücke zwischen klassischen optoelektronischen Sensoren und komplexen Bildverarbeitungssystemen. Wie ein optoelektronischer Sensor liefert auch der Vision Sensor ein Binärsignal (OK/Nicht-OK) oder einen einfachen Datensatz. Doch anders als bei gängigen Bildverarbeitungssystemen sind Inspektionsaufgaben im Hinblick auf hohe Prozesssicherheit und Bedienkomfort vorkonfiguriert. Wegen ihrer Prozessnähe und aufgrund ihres „One-Box-Designs” zeichnen sich Vision Sensoren durch kompakte Bauform und einfache Montage in Verbindung mit einer hohen Schutzart und industriekonformen Steckern aus.

Der Einsatz optoelektronischer Sensoren ist häufig auf punktförmige Prüfungen begrenzt. Vision Sensoren erschliessen dagegen durch ihre Fähigkeit, Objekte in zwei Dimensionen zu inspizieren, ganz neue Anwendungsbereiche. Besonders interessant sind dabei alle Aufgaben, bei denen ein konventionelles Vision System „überqualifiziert“ und daher zu teuer oder aufgrund der komplexen Bedienung nicht einsetzbar ist.

Die hochintegrierten, kompakten Vision-Sensoren VeriSens können bis zu 3.000 Inspektionen in der Minute durchführen. Neben den typischen Bildverarbeitungsfunktionen wie Intensitätskontrolle, Kontrastinspektion oder einer Grauwert-Analyse bildet der Baumer FEX-Prozessor das leistungsfähige Rückgrat der VeriSens Familie. Der FEX-Prozessor berechnet in Echtzeit und mit hoher Genauigkeit sämtliche Konturen und Kanten innerhalb der Graubilddaten.

Konturen ermöglichen auf natürliche Weise eine stabile geometrische Inspektion. Der konturbasierte Ansatz hat für den Anwender den klaren Vorteil, robust gegenüber Helligkeitsschwankungen im Umgebungslicht beziehungsweise stabil gegenüber unterschiedlichen optischen Objektoberflächeneigenschaften zu sein. Sogar Reflexionen werden toleriert. Der Benutzer erlebt diese Eigenschaften schon während der Inbetriebnahme, da für die Erstellung einer typischen Lösung nur wenige Parameteranpassungen erforderlich sind.

Die geometrische Inspektion mit dem Vision-Sensor basiert auf der Auswertung und Kontrolle von Parametern wie Länge, Position, Winkel, Abstand oder Ausrichtung von Linien, Kreisen und frei wählbaren Formen. Die Parametrierung erfolgt über eine intuitive, PC-gestützte Benutzeroberfläche. Im Echtzeitbetrieb arbeitet das Gerät als völlig autonomes System mit digitalen Ein- und Ausgängen beziehungsweise einer seriellen Schnittstelle. Für eine einzelne Inspektion lassen sich bis zu 32 verschiedene Merkmale beliebig kombinieren. Konfiguration und Inspektionsparameter eines jeden Produkts werden in einem von 255 möglichen Jobs gespeichert, die während der Produktion über digitale Eingänge ausgewählt werden.

Hoher Durchsatz

In Verbindung mit den niedrigen Betriebskosten und der hohen Qualität und Verfügbarkeit stellen die Vision-Sensoren VeriSens auch für Einsätze in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie eine wirtschaftliche Lösung dar. In einer aktuellen Applikation werden Schokoriegel auf Position, Form und Grösse sowie äussere Unversehrtheit geprüft. Dabei zeigen sich Qualitätsmängel der Schokoriegel durch Risse in der oberen Schokoladenschicht oder das Fehlen ganzer Teile des Riegels. Ziel der Inspektion ist es daher, den Ausschuss bezüglich Form, Grösse und Ansicht zu minimieren. Durch den konturbasierten Ansatz des VeriSens kann auch diese Applikation direkt und ohne zusätzlichen Einsatz von speziellen Beleuchtungen realisiert werden. Weil der Sensor ohne weiteres in der Lage ist, gleichzeitig an mehreren Objekten unabhängige Positionskorrekturen vorzunehmen, ist es ausserdem sehr einfach, den geforderten hohen Durchsatz in der Inspektion zu erzielen. Unter den aktuellen Prozessparametern werden problemlos mehr als 40 Schokoriegel der Grösse 50 mal 27 Quadratmillimeter pro Sekunde unabhängig voneinander inspiziert.

Einfache Bedienung

Zuerst wird die Position eines Schokoriegels bestimmt und danach die Form jedes Schokoriegels anhand des an der Position ausgerichteten Koordinatensystems kontrolliert. Hierzu stellt der VeriSens vorkonfigurierte Softwaresensoren zur Verfügung, die den Abstand zwischen zwei durch Konturpunkte festgelegten Kanten auswerten. Auf diese Weise wird die Aussenkontur auf einfache Weise anhand von acht Referenzpunkten pro Riegel auf Vollständigkeit und Unversehrtheit inspiziert. Um typische Risse von circa 1,5 Millimeter Breite auf der Oberfläche zu finden, werden zusätzlich zusammenhängende Kanten mit einer entsprechenden Mindestlänge innerhalb der Aussenkontur gesucht. Falls mehrere Produkte mit unterschiedlicher Form oder Grösse inspiziert werden sollen, kann der Anwender die entsprechenden Parameter in einem der bis zu 255 verschiedenen Jobs abspeichern und auf diese zu jedem Produktwechsel zurückgreifen.

Grenzen des hier beschriebenen Verfahrens liegen in der Auflösung und Rechenzeit, die benötigt wird, feinere Risse auf der Oberfläche des Schokoriegels zu finden. Wenn mehr Rechenzeit zur Verfügung steht, ist es möglich auch Risse, die kleiner als ein Millimeter sind, sicher zu inspizieren. Das ist zum Beispiel mit der kombinierten Analyse von Strukturmerkmalen und lokalen Kontrasten ohne die Verwendung einer externen Beleuchtung möglich. Dieser Ansatz führt dann zu einem Durchsatz von immerhin zwölf Riegeln pro Sekunde.

Zur Kundenunterstützung und für einen stabilen Betrieb gibt es bietet der Sensor ausserdem leistungsfähige Werkzeuge an. Dazu gehören die Speicherung von Fehlerbildern und Prozessstatistiken und die Dokumentation von Testergebnissen. Wie bei der Serie VeriSens 1200 sind auch in der IP 69K-Variante alle Ergebnisse als Datensätze über eine serielle Schnittstelle verfügbar. Die Leistungsfähigkeit der Vision-Sensoren kann sogar noch gesteigert werden. Bereits in der Standardversion unterstützt der VeriSens mit einem präzisen Trigger externe Beleuchtungssysteme. Diese Eigenschaft kann bei der oben gezeigten Anwendung dann interessant werden, wenn die Risse auf der Oberfläche zu klein werden und durch zusätzliche Beleuchtungsmassnahmen durch den Anwender sichtbar gemacht werden müssen. Der Charme von konturbasierten Vision-Sensoren besteht jedoch gerade darin, auch ohne zusätzlichen Projektaufwand Inspektionsaufgaben effizient zu lösen. Die genannten Beispiele demonstrieren das hohe Leistungsvermögen heute kommerziell verfügbarer konturbasierter Vision Sensoren. Moderne Vision Sensoren eignen sich hervorragend für Inspektionsaufgaben an Objekten, die für konventionelle optische Sensoren nur schwer zugänglich sind. PR/gm

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