Inspektionstechnik in der Spirituosenherstellung

Was ist heute möglich? - Kosten/ Nutzen / Betrachtungen

Die Qualität eines Produktes ist im Wettbewerb mit anderen Produkten ein wichtiges Argument, an dem der kommerzielle Erfolg hängen kann. Daher haben alle Maßnahmen zur Überwachung der Qualität einen bedeutenden Einfluss auf das Erscheinungsbild und das Image des fertigen Produktes. Trotzdem sind diese Maßnahmen bei manch einem Produktionsleiter nicht sehr beliebt, da mit ihrem Einsatz immer eine Einbuße der Produktivität verknüpft ist. Es werden nicht nur fehlerhafte Produkte erkannt und aussortiert, sondern durch die Toleranzen der eingesetzten Verfahren und vor allem der verwendeten Materialien (z.B. Glasflaschen) sind immer auch "Fehlerkennungen" zu verzeichnen. Diese haben einen häufig nicht unerheblichen Anteil an der Verringerung der Produktionsleistung.

Gerade automatische Kontrollgeräte benötigen für die Anwendung der Kontrollverfahren möglichst konstante Arbeitsbedingungen (z.B. stabile Zuführung der Produkte, keine Schwankungen der Umgebungsbedingungen), möglichst viel Arbeitszeit pro Produkt und ein möglichst einheitliches Erscheinungsbild der Produkte. Im Kostendruck des Wettbewerbs werden die Anlagen aber schneller, die Vielfalt der Produkte nimmt zu und das eingesetzte Material muss kostengünstiger beschafft werden. Daher werden die Aufgabenstellungen für die Qualitätskontrollen eher schwieriger und das Risiko von mehr "Fehlerkennungen" steigt.

In dieser Marktsituation muss sich der Hersteller von Kontrollgeräten daher den steigenden Anforderungen stellen und die Fähigkeiten der Geräte für die Aufgaben optimieren. Er darf nicht darauf vertrauen, dass von den Anwendern seine Anforderungen an das Umfeld erfüllt werden. Andernfalls kann ein Vergleich zwischen Kosten und Nutzen einer Kontrollfunktion leicht gegen ihn sprechen.

Die HEUFT SYSTEMTECHNIK GMBH stellt sich aktiv dieser Anforderung aus dem Markt und hat in einem aufwändigen Entwicklungsprozess z.B. die Anforderungen an optische Kontrollverfahren mit Kameratechniken aus dem Bereich der Glas- und PET-Flaschenabfüllung im Detail analysiert.

Zum einen wurden die tatsächlichen Probleme des Flaschenmaterials bewertet. Dabei unterscheiden sich die typischen Probleme bei Glasflaschen an Mehrweganlagen zum Teil sehr deutlich von denen an Einweganlagen. PET-Flaschen stellen wiederum zusätzliche Inspektionsaufgaben.

Zum anderen wurden die möglichen Störgrößen mit großer Sorgfalt studiert. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um Dinge, die den Abfüller im Allgemeinen nicht an der Qualität der Flasche zweifeln lassen, aber die optische Darstellung und damit die Untersuchbarkeit mit automatischen Bildverarbeitungsmethoden doch zum Teil sehr stark beeinträchtigen. Zu diesen Effekten zählen z.B. Glas - Dickenschwankungen, Formfehler (z.B. stark ausgebildete Pressnähte) und Wassertropfen, jedoch auch alle gewünschten Strukturen (z.B. Glasembleme und Ausrichtnocken). Nach dem aktuellen Stand der Technik werden die so gearteten Einflüsse auf die Bewertung entweder mit speziellen Masken ausgeblendet oder durch eine Verringerung der Sensibilität über einen Bereich eingedämmt, damit die Störgrößen nicht zu falschen Ergebnissen führen und die Kosten für den Abfüller nicht unerträglich werden.

Zur Verbesserung dieser Situation wurden von HEUFT verschiedene Auswerteverfahren und ihre Eignung auf die Ergebnisse im Flaschenkeller getestet. Es stellte sich schnell heraus, dass alleine sehr aufwändige Methoden positive Ergebnisse bringen. Bei diesen sind jedoch die Rechenkapazitäten der vorhandenen Bildbearbeitungsprozessoren im Markt schnell überfordert. Auch sehr schnelle handelsübliche Prozessoren (z.B. sehr schnelle Pentium-Prozessoren) können den Anforderungen nur bei geringen Produktionsleistungen gerecht werden.

Daher wurde von HEUFT ein spezieller Prozessorchip entwickelt, der ausschließlich auf die Anforderungen im Flaschenkeller spezialisiert ist. Daher können die grundlegenden Verarbeitungsschritte der einzelnen Kamerabilder bereits durch die Hardware der neuen HEUFT reflexx Bildverarbeitungskarte in sehr kurzer Zeit abgearbeitet werden. Der Prozess lässt sich durch programmierbare Parameter steuern und für einzelne Anwendungen optimieren.

Ein wichtiges Einsatzgebiet dieser neuartigen Bildverarbeitung ist der Bereich der Leerflascheninspektion. Hier ist es leicht möglich, den zusätzlichen Nutzen der Technik zu bewerten. Während die Erhöhung der Erkennungssicherheit in der Praxis keine direkt zählbaren Unterschiede erzeugt (statistisch gesehen kommen wenige Fehler vor, diese wurden und werden relativ sicher erkannt) wird die Senkung der Fehlausleitrate sofort deutlich. Die Fehlausleitrate kann bisher je nach Ausstattung einer Maschine über 1% der Produktionsleistung liegen. Wird sie um mindestens die Hälfte gesenkt, was durch den Einsatz der HEUFT reflexx Technik erreicht wird, reduzieren sich die Aufwendungen für zusätzliches Flaschenmaterial, für die Entsorgung der ausgeschiedenen Behälter und die häufig damit verbundenen manuelle Arbeiten der Bediener.

Ein weiteres Einsatzgebiet der HEUFT reflexx Technik sind die Inspektionen der gefüllten Behälter bzw. der fertigen Produkte. Hier sind Erkennungssicherheit und eine kleine Fehlausleitrate von noch größerer Bedeutung, da dadurch die Menge der verkaufsfähigen Ware beeinflusst wird. Als Inspektionstechnik stehen in dem angesprochenen Bereich sowohl eine Röntgeninspektion zur Erkennung von massiven Fremdkörpern (z.B. Glasbruchstücke) als auch eine optischen Überprüfung der gesamten Behälteroberfläche zur Überwachung der sichtbaren Qualität eines fertigen Produktes zur Verfügung.

Die Röntgeninspektion HEUFT eXaminer XA erlaubt als Ergänzung zum, vor dem Füller aufgebauten Leerflascheninspektor, die Überwachung des Abfüllprozesses. Glasstücke können bei der Abfüllung von Einweg-Glasbehältern durch Bruch oder durch Fehler des Glasherstellers in den Behälter gelangen. metallische Fremdkörper oder Steine können je nach Produkt mit dem Füllgut transportiert und in die Behälter gelangen. Mit der Röntgentechnik und der nachgeschalteten Bildverarbeitung in einer speziellen, sehr kompakten Anordnung können diese Fremdkörper bei sehr geringer Strahlendosis erkannt und die Fehler sicher ausgeleitet werden.

Zum HEUFT - Qualitätskonzept "Final View" gehört eine optische Rundum-Überwachung der Behälteransicht hinter der Etikettiermaschine. Im freien Durchlauf werden die Verschlüsse auf ihren Sitz bzw. die Schraubverschlüsse auf die Qualität der Anrollung kontrolliert. Die Etikettenausstattung wird auf Sitz und Ausrichtung überwacht. Da die Behälter im freien Durchlauf alle Ausrichtungen aufweisen können, muss die Bildverarbeitung im ersten Schritt aus verschiedenen Ansichten erst einmal eine Zusammenstellung erzeugen, bei der die ursprüngliche Flaschenorientierung keine Rolle mehr spielt. Erst im zweiten Schritt kann dann der Inhalt der Bilder auf die, den Abfüller interessierenden Qualitätsmerkmale, untersucht werden. Auch in diesem Einsatzgebiet hat sich die HEUFT reflexx Technologie aufgrund ihrer Bearbeitungsgeschwindigkeit und stabilen Leistungsfähigkeit bewährt, so dass sie bei Abfüllleistungen von bis 72.000 Behältern pro Stunde zu einer effektiven und nützlichen Qualitätskontrolle eingesetzt werden kann.

FAZIT: Automatische Qualitätskontrollen ergeben dann einen Sinn, wenn sie die Produktionseffektivität nicht zu stark durch Fehlausleitungen belasten. Eine neue, spezielle, für den Abfüllbereich entwickelte Technologie optimiert den Bereich Leerflascheninspektion und ermöglicht eine effiziente Kontrolle der fertigen Produkte.

Vortrag von Dr. Thomas Jahnen anlässlich des 1. IFGB-Forums Spirituosen und Brennerei am 25. Juni 2003 in Minden.