Systemy wizyjne nadzorują produkcję butelek z sokami

Zainstalowane w australijskich zakładach Original Juice Co. kamery monitorują butelki z sokami po ich napełnieniu i kapslowaniu, odrzucając wybrakowane produkty.



Przedsiębiorstwo Original Juice Co. z Melbourne w Australii stanęła przed wyzwaniem dotyczącym osiągnięcia wysokiego stopnia spójności i poprawności wykonania operacji kapslowania butelek napełnionych sokami. Każda z różnorodnych typów butelek miała być zamknięta w jednakowy, pewny sposób, niedopuszczający żadnych uszkodzeń, niedokładności czy wypaczeń. Chciano również uzyskać pewność, że wszędzie tam gdzie są one konieczne, paski banderoli nie będą uszkodzone. Ostatecznie przedsiębiorstwo zdecydowało się na instalację odpowiedniego systemu wizyjnego, który mógłby kontrolować wady i skazy butelek na szybkich liniach produkcyjnych i w sprzęcie przeznaczonym do napełniania i kapslowania butelek. Kwestią krytyczną są tu szczególnie szyjki butelek, które muszą stawić czoło znacznym naciskom i momentom skręcającym w trakcie napełniania i zakręcania (kapslowania). Jakikolwiek defekt, który mógłby narazić na szwank poprawność wykonania tych operacji, jest eliminowany dzięki jego wykryciu przez zainstalowany system wizyjny.  
W celu spełnienia surowych wymagań stawianych przez szybkie taśmy produkcyjne, zainstalowane w firmie Original Juice, wspomniany już system musiał osiągać wydajność inspekcji rzędu 300 butelek na minutę. Koncern zdecydował się na współpracę z firmą Sci- TechPty Ltd. (www.scitech.com.au), mającą już szerokie doświadczenie w integracji przemysłowych systemów wizyjnych Cognex Corp. (www.cognex.com). Proces współpracy z firmą SciTech przeszedł już fazę próbnego działania instalacji. Jej rezultaty potwierdziły spełnienie przez system wszystkich stawianych mu wymagań i udowodniły twórcom, że tani projekt może poprawnie działać. Efektem tego działania były i są niezwykłe korzyści związane z zapewnieniem, iż każda butelka soku opuszczająca zakład firmy Original Juice nie będzie mieć żadnych wad i niedoskonałości. Przy przeprowadzaniu prób skupiono się oczywiście na obserwacji wyników działania dla jednego typu produktów, jednakże w swej ostatecznej formie system wizyjny będzie obsługiwał różne linie produkcyjne i będzie również mieć szerokie możliwości adaptacyjne – w celu dostosowania się do różnych typów butelek i zakrętek (kapsli) produkowanych w przyszłości.
Do realizacji całego systemu firma SciTech wykorzystała czujniki wizyjne klasy przemysłowej typu Cognex In-Sight® 5100 i 5400, będące urządzeniami o najwyższych parametrach i osiągach z całej gamy czujników typu In-Sight®. Czujnik In-Sight 5100 ma obudowę z odlewu aluminiowego i wodoszczelne złącza przemysłowe M12, dzięki czemu spełnia wymagania wskaźnika IP67, dotyczące zabezpieczenia przed wodą i kurzem, mogącymi pojawić się w środowisku przemysłowym. Te szczególne cechy bezpieczeństwa w środowisku pracy są niezwykle istotne z punktu widzenia odporności systemu wizyjnego na zalanie wodą, możliwość pojawienia się np. kwasu cytrynowego w kontrolowanym środowisku, co jest oczywiście możliwe w przypadku produkcji różnego rodzaju soków, jak również odporności na chemiczne substancje czyszczące, wykorzystywane w takich miejscach. Wymagane jest oczywiście, by wszystkie elementy instalacji oraz armatury związanej z systemem wizyjnym wykonane były wyłącznie ze stali nierdzewnej. W systemie stosowane są również przemysłowe ekrany dotykowe klasy PC, instalowane w nierdzewnych obudowach, które mieszczą w sobie huby sieci Ethernet, cyfrowe źródła zasilania lamp oraz sterowniki PLC oraz inne elementy rozproszonych systemów automatyki
i zasilania.
Butelki są kontrolowane przez dwie niezależne kamery
Zaraz po tym gdy butelki zostają napełnione i zakapslowane, przenoszone są przez taśmociąg do miejsca, gdzie podlegają sekwencyjnej kontroli przez dwie kamery, z których każda obserwuje jedną stronę butelki wraz z zamknięciem. W momencie gdy butelka dociera do pierwszej kamery, włącza się czerwona dioda LED, dostarczająca odpowiednie podświetlenie, powodujące, iż sylwetka butelki jest rejestrowana przez kamerę. Podświetlenie to zapewnia maksymalny kontrast pomiędzy obrysem butelki, a otaczającym ją tłem, co jest idealnym rozwiązaniem umożliwiającym obserwację i pomiar zewnętrznych krawędzi butelki. Powstają obrazy, które poprawnie współpracują z urządzeniami mierniczymi systemu wizyjnego i innymi narzędziami monitoringu i kontroli.
Kiedy butelka znajduje się w obszarze obejmowanym przez oko kamery pierwszej, wyzwalany (załączany) jest czujnik i następuje rejestracja obrazu. Następnie specjalne oprogramowanie do obsługi systemów wizyjnych Cognex In-Sight analizuje go pod kątem wystąpienia ewentualnych defektów i określa, czy butelka ma skazy, czy nie. Po przejściu przez pierwszą kamerę butelka przesuwana jest dalej, aż do miejsca gdzie jej obraz rejestruje druga kamera. Zamontowana jest ona podobnie jak kamera pierwsza, z tym tylko wyjątkiem, iż znajduje się po przeciwnej stronie taśmociągu i tym samym dokonuje obserwacji innej strony butelki i jej zamknięcia. Wszystkie kryteria i parametry rejestracji obrazu są tu identyczne jak w przypadku kamery pierwszej. Jeżeli którakolwiek z kamer zarejestruje jakieś nieprawidłowości, przez odpowiednie wyjście wysyłany jest sygnał do sterownika PLC, który załącza z kolei mechanizm usuwający daną butelkę z taśmociągu. Wszystkie uszkodzone butelki wyrzucane są z taśmociągu do specjalnego kosza. W przypadku wykrycia defektu butelki załączana jest również na okres pięciu sekund czerwona lampka sygnalizacyjna, informująca o tym fakcie operatora. Butelki bez uszkodzeń są transportowane dalej w procesie produkcyjnym.
W czasie kontroli obraz wzorca nieuszkodzonej butelki jest nakładany i porównywany z zarejestrowanym obrazem butelki na taśmociągu i system wizyjny może ustalić wystąpienie różnych defektów jak: zmiana wysokości zakrętki na butelce, obecność lub brak zakrętki (kapsla), obecność i jakość paska banderoli oraz przekrzywienie zakrętki. W celu realizacji tych zadań system wizyjny korzysta ze specjalistycznego oprogramowania detekcji krawędzi i analizy histogramów, umożliwiającego określenie rozmiarów zakrętek, analizę kąta ich położenia oraz ustalenie ich obecności w ogóle.
Ze względu na ilość i różnorodność typów kontrolowanych butelek elementy mechaniczne systemu wizyjnego zostały zaprojektowane tak, by umożliwić łatwe zmiany i dostosowanie się do różnego typu produktów. Zarówno kamery, czujniki, jak i elementy podświetlające są zainstalowane na jednym ruchomym, elastycznym wysięgniku, który może być poruszanyprzez operatora w pionie za pomocą specjalnego koła obrotowego tak, by dostosować układ do produktów o różnych wysokościach.
Miernik wysokości jest tymczasowo instalowany na wysięgniku i operator obraca kołem, poruszając urządzeniem w górę i w dół, aż do momentu gdy spocznie on delikatnie na górnej krawędzi butelki. W tym momencie cały układ kamera/podświetlenie/czujnik jest właściwie zorientowany dla danego produktu. Operator zdejmuje miernik wysokości z wysięgnika. Końcowy etap procedury zmiany ustawień systemu to załączenie systemu wizyjnego za pomocą komendy wyświetlanej na dotykowym ekranie komputera. Na ekranie znajdują się
specjalne pola z nazwami wszystkich typów butelek produkowanych na danej linii. Kiedy operator dokona wyboru właściwego pola, na ekranie pojawia się odpowiedni guzik, a po jego naciśnięciu komputer ładuje do pamięci właściwy plik aplikacji systemu wizyjnego, skojarzony z rodzajem butelek aktualnie produkowanych na taśmie. Po pomyślnym przeprowadzeniu tej procedury na ekranie pojawia się właściwy opis typu produkowanej butelki, sygnalizujący zakończenie procedury zamiany ustawień sytemu wizyjnego i gotowość linii produkcyjnej do uruchomienia.
W trakcie pracy linii specjalna aplikacja na monitorze dotykowym pokazuje ostatni obraz zarejestrowany przez każdą z kamer. Kamery transmitują również dane bezpośrednio do komputera PC, gdzie są one gromadzone w postaci plików tekstowych. W ten sposób inżynierowie ds. jakości produktów w firmie Original Juice otrzymują szerokie spektrum wiedzy na temat prowadzonego w zakładzie procesu produkcyjnego.
Podstawowym zadaniem systemu wizyjnego w tym zakładzie jest zapobieżenie dotarciu wadliwie zamkniętych butelek z sokiem do odbiorcy i klienta. Równie ważne jest to, że dzięki zastosowaniu takiego systemu otrzymano gwarancję, iż każda butelka opuszczająca zakłady Original Juice nie ma żadnych skaz i wad produkcyjnych. Pozwoliło to firmie na dotrzymanie danych klientom obietnic, dotyczących utrzymania wysokiej jakości produktów.
Firma Original Juice należy do Golden Circle, stworzonej przez 700 australijskich farmerów. Dostarczają oni każdego roku do zakładów przetwórczych ponad 180 000 ton owoców i warzyw.
ce
Artykuł pod redakcją Andrzeja Ożadowicza

Więcej informacji:
SciTech Pty Ltd
www.scitech.com.au
Cognex Corp.
www.cognex.com