Der entscheidende Moment

Hochgeschwindigkeitskameras im Anlagenbetrieb

  • Pick-and-Place Montage von Arzneimittel-Spendersystemen bei Rexam PharmaPick-and-Place Montage von Arzneimittel-Spendersystemen bei Rexam Pharma
  • Pick-and-Place Montage von Arzneimittel-Spendersystemen bei Rexam Pharma
  • Die exakte Dosierung des Elektrolyten muss zum richtigen Zeitpunkt abgeschlossen sein. Der Tropfen im Bild wurde rot nachgefärbt (Bild: Varta)
  • Highspeed-Bildsequenz des Verpackungsprozesses von Keksen
  • Mit der hochauflösenden High-Speed-Kamera und einem Endoskop können die Ereignisse im Mikrobereich an Nähmaschinen unmittelbar vor Ort genau untersucht werden.

Anlagenbetreiber stehen oft vor einem Rätsel. Was verursacht die unerklärlichen Stillstände? Was sind die Gründe für die unregelmäßigen Ausschüsse? Hochgeschwindigkeitskameras zeichnen auch sehr schnelle Prozesse in der Fertigung und Forschung auf. Sie liefern hochaufgelöste Videos mit exakter Erfassung von Störungen. Bild für Bild helfen sie, das Rätsel zu lösen.

Immer schneller, immer verlässlicher, immer effizienter - die Anforderungen an eine moderne Produktion steigen kontinuierlich. Sie soll ununterbrochen laufen und konstant hohe Qualität liefern. Das sind die Erwartungen der Kunden, aber auch die Versprechen der Anlagenbauer. In der Praxis können Betreiber jedoch nur selten ihre Anlagen mit vollem Potential laufen lassen. Die Ursachen hierfür sind vielfältig. Werkzeuge und Anlagen verschleißen, in der Steuerung gibt es minimale Schwankungen, Anforderungen wachsen oder Produkte wie auch Mitarbeiter wechseln. In manchen Fällen lassen sich die Ursachen jedoch nicht erklären. Die Anlagen müssen langsamer als geplant gefahren werden, da bei Sollgeschwindigkeit ein zu hoher ungeklärter Ausschuss auftritt. Oder sie liefern zufriedenstellende Qualität, aber unbekannte Ursachen führen bei regulärer Produktionsgeschwindigkeit zu unregelmäßig auftretendem Anlagenstillstand. Wenn die Systeme nicht optimal laufen, bleibt die Anlagenrendite hinter den Erwartungen zurück. Deshalb ist es wichtig, zeitnah und zuverlässig die sporadisch auftretenden Fehlerquellen zu ermitteln.

Fehlerhafte Abläufe visualisieren

Hier kommen die Hochgeschwindigkeitskameras von Mikrotron ins Spiel. Sie machen Abläufe in Produktionsanlagen sichtbar. Abfüllanlagen in der Getränkeherstellung, Pressen in der Blechverarbeitung, Verpackungsmaschinen in der Lebensmittelproduktion, Etikettiersysteme in der Pharmazie, Roboter in der Automobilindustrie: Die Hochgeschwindigkeitskameras lassen sich in nahezu allen Industrien erfolgreich einsetzen. Mit einer Bildfrequenz von bis zu 93.000 Bildern pro Sekunde dokumentieren sie fehlerhafte Abläufe. Die aufgenommenen Videos werden um den Faktor 20 bis 50 langsamer wiedergegeben. So können die Abläufe Bild für Bild visuell oder mithilfe von Software analysiert werden.

Fehlerquellen lassen sich so schnell und zuverlässig aufdecken.
Bildverarbeitungs- und Hochgeschwindigkeitskameras sind oft an derselben Anlage zu finden. Sie haben aber völlig unterschiedliche Aufgaben. Die Bildverarbeitung ist für die Qualitätssicherung verantwortlich. Sie sorgt dafür, dass keine fehlerhaften Teile ausgeliefert werden, die zu Schadenersatzansprüchen führen können. Die Bildverarbeitung stellt damit eine Absicherung dar. Hochgeschwindigkeitskameras dienen Anlagenbetreibern dazu, Abläufe zu dokumentieren, sie detailliert zu analysieren und so das Potential jeder Anlage durch Optimierung auszuschöpfen. Die Wertschöpfung pro Anlage kann auf das ursprünglich geplante Niveau gebracht werden. In vielen Fällen ermöglicht die detaillierte Analyse, das Niveau darüber hinaus zu steigern, mit letztendlich deutlichen wirtschaftlichen Vorteilen.

Den Zeitpunkt der Störung exakt erfassen

Die modernen Bildsensoren der Kameraserie MotionBlitz Cube verfügen über die richtigen Kombinationsmöglichkeiten zwischen Auflösung, hohen Bildraten und Lichtempfindlichkeit. Die Cube 4 beispielsweise nimmt bei einer hohen Auflösung von 1.280 x 1.024 Pixeln bis zu 1.000 Bilder pro Sekunde auf. So liefert sie gestochen scharfe Bilder von sehr schnellen Prozessen. Je nach Anforderung kann bei kleinerem Aufnahmebereich (Region of Interest) die Bildrate bis auf 93.000 Bilder pro Sekunde erhöht werden. Die Sensoren sind außerdem so aufgebaut, dass sie besonders Lichtempfindlich sind. So wird der hohe Lichtbedarf auf ein gut beherrschbares Maß reduziert. Oft ist sogar das Umgebungslicht ausreichend.
Um die Abläufe sicher festhalten zu können, nutzen die Hochgeschwindigkeitskameras von Mikrotron einen Ringspeicher. Dieser Speicher wird fortlaufend mit Aufnahmen gefüllt und ständig neu überschrieben. Im Augenblick des Fehlers wird ein Triggersignal an die Kamera geschickt und die Aufnahme wird gestoppt. Das intelligente Triggersystem ImageBlitz erfasst die vom Anwender beliebig einstellbare Zeitspanne vor und nach dem Triggersignal. Das ermöglicht eine den jeweiligen Anforderungen bestmögliche Länge der auszuwertenden Videosequenz.

Analyse durch Langzeitaufzeichnung

Allgemein waren bislang die Highspeed-Videos, die der umfassenden Analyse der Prozesse dienen sollen, auf wenige Sekunden Aufnahmezeit beschränkt. Langzeitaufzeichnungen von Highspeed-Videos durchbrechen nun diese Beschränkung. Mit dieser Technologie können auch langandauernde Prozesse in Hochgeschwindigkeit lückenlos analysiert und Fehlerquellen gezielt beseitigt werden. Durch die neuen, portablen Langzeitrecording-Systeme LTR 3.0 und LTR 4.0 erzielen Anwender aus allen Branchen mittels Langzeitaufnahmen neue Erkenntnisse in Produktion und Forschung. Durch die sehr schnelle Datenübertragung über die CoaXPress Schnittstelle sind auch bei hohen Bildraten Aufzeichnungen bis zu 40 Minuten Aufnahmedauer möglich. Die mobilen High-Speed Recording Systeme verwenden Kameras die speziell für den Einsatz unter schwierigen Verhältnissen entwickelt wurden. Auch bei Platzmangel, schwacher Beleuchtung, schwankenden Temperaturen, Erschütterungen und bei hohen Anforderungen an die Aufnahmedauer liefern die Kameras präzise Bilder schneller Abläufe. Der Anlagenaufbau bestimmt, wie viel Platz für die Kamera zur Verfügung steht. Mit Abmessungen von nur 63 x 63 x 64,5 mm lassen sich zum Beispiel die EoSens mini Kameras auch in sehr beengtem Raum aufbauen.

Wiedergabe und Analyse von Videosequenzen

Bei der Produktfamilie Cube und EoSens mini wird das aufgenommene Bildmaterial über einen Ethernet Port auf den Computer heruntergeladen. Ein Laptop vor Ort ist ausreichend. Dort kann das Material gesichtet, der relevante Vorgang beschnitten und das Material in ein gängiges Format konvertiert werden. Alternativ bietet die TS3 Serie ein großes Display auf der Rückseite. Über die Touchscreen Oberfläche werden die Videos gesichtet, bearbeitet, konvertiert sowie auf eine SD Speicherkarte ausgegeben. Hier kann ganz ohne Computer „on location" gearbeitet werden. Zudem lassen sich diese Kameras unabhängig von der Stromversorgung bis zu vier Stunden autark betreiben. So sind sie mit geringem Aufwand schnell und flexibel einsetzbar.

Anwendungsbeispiele

Pick-and-Place Montage von Arzneimittel-Spendesystemen
Innerhalb von 6 Monaten nach Anschaffung der Highspeed-Kamera bei Rexam Pharma wurden 25 Zeitlupenstudien von verschiedenen Anlagenabläufen durchgeführt. Darunter wurde auch die Aufnahme und Ablage von kleinen Tellerfedern im schnellen Pick-and-Place Prozess analysiert. 20 Zeitlupenstudien lieferten eindeutig die Fehlerquelle und den richtigen Ansatz zur Optimierung. „Die Ergebnisse übertrafen deutlich unsere Erwartungen", bemerkte Martin Back, Produktionsbereichsleiter bei Rexam in Neuenburg.

Reduktion des Wartungsaufwands bei Batterien
Ein fehlender Elektrolyttropfen verändert die Batterieeigenschaften, verschmutzt die Produktionsanlage und erhöht den Wartungsaufwand. „Bereits die ersten Hochgeschwindigkeitsaufnahmen brachten uns riesige Fortschritte", erläutert Josef Graule, Produktionsingenieur bei Varta Consumer Batteries in Dischingen. „Wir konnten die Abfülldüsen so wählen, dass der Füllvorgang ohne lästige Spritzer ablief."

Verpackungsprozess von Keksen
Ein Anlagenbetreiber hatte das Problem, dass beschädigte Kekse verpackt wurden. Was mit menschlichem Auge nicht zu erkennen war, konnte eine Zeitlupenstudie schnell aufdecken. Manche zu verpackenden Kekse wurden ihren Tabletts zu schnell zugeführt. Weiterhin zeigte die Aufnahme, dass Kekse diagonal ankamen. Der Anlagenbetreiber filmte freihändig. Er verwendete eine Kamera mit einer Auflösung von 640 x 512 Pixel und einer Bildrate von 505 Bildern pro Sekunde. Die gezeigte Bildersequenz besteht aus 130 Aufnahmen, die innerhalb von knapp 260 Millisekunden entstanden. Dieses Video kann auf der Mikrotron Website (Kategorie Industrie: Chocolate tray handling) eingesehen werden.

Bewegungsanalysen im Mikrobereich von Nähmaschinen
Eine besondere Herausforderung bei der Entwicklung einer Nähmaschine stellt die kontrollierte Bewegung des Fadens dar. Das Herzstück einer Nähmaschine ist der sogenannte Greifer. Dieser erfasst den Faden, der ihm von der Nadel „angeboten" wird. Nur wenige hundertstel Millimeter entscheiden darüber, ob der Faden vom Greifer erfasst wird oder nicht, ob also eine Naht entsteht oder eben nicht. Die Hochgeschwindigkeitskamera brachte auch hier Licht ins Dunkel des Vorganges und lieferte damit wichtige Informationen für die Verbesserung der Konstruktion. In der Entwicklungsabteilung von Bernina ist man überzeugt, dass sich die Investition gelohnt hat und eine günstige Amortisation gegeben ist.

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Mikrotron GmbH
Landshuter Str. 20-22
85716 Unterschleissheim
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Telefon: +49 89 72 63 42 00
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