Cognex Optische Kontrolle von medizinischen Filtern mit Vision-System

Autor / Redakteur: Ralf Baumann / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Bei der Herstellung von Filtern und Filtergehäusen für die medizinische Analyse von Flüssigkeiten ist Genauigkeit ein Muss. Die präzise Verschweißung von Kunststoffbauteilen und die volle Funktionsfähigkeit der Filtermembranen entscheiden über die Richtigkeit der Untersuchungsergebnisse und damit über die ärztliche Diagnose. Für eine neue Anlage der Millipore Corporation in Irland hat Bildverarbeitungsspezialist Gefasoft die Cognex In-Sight 5100 Vision-Systeme eingesetzt.

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Kamera in erster Prüfstation: Die Filtergehäuse werden über den Rüttelförderer der Produktionslinie zugeführt. Die im autark arbeitenden Vision-System In-Sight 5100 integrierte Bildverarbeitungs-Software kontrolliert die Kunststoffteile im Auslauf des Rüttelförderers auf einwandfreie Ausrichtung und Drehlage. Nur Gutteile gehen in die weitere Produktion
Kamera in erster Prüfstation: Die Filtergehäuse werden über den Rüttelförderer der Produktionslinie zugeführt. Die im autark arbeitenden Vision-System In-Sight 5100 integrierte Bildverarbeitungs-Software kontrolliert die Kunststoffteile im Auslauf des Rüttelförderers auf einwandfreie Ausrichtung und Drehlage. Nur Gutteile gehen in die weitere Produktion
( Archiv: Vogel Business Media )

Zentrifugen-Filtereinheiten von Millipore werden in einer neuen vollautomatischen Fertigungslinie aus den einzelnen Bestandteilen bis zum gebrauchsfertigen Endprodukt aufgebaut. Dabei wird die Filtereinheit auf einem Werkstückträger-Transportsystem durch die verschiedenen Prozessmodule der Linie geführt und schrittweise zusammengesetzt — vom Filterträger (Panel) bis zur Schraubkappe des Probenröhrchens.

In einigen dieser Fertigungsmodule sind von Gefasoft Vision-Systeme integriert, um die Bauteile aus transparentem Kunststoff in der richtigen Orientierung dem Schweißprozess präzise zuzuführen oder nach dem Bedrucken des Filterhalters das Druckbild zu überprüfen.

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Insgesamt fünf In-Sight 5100 von Cognex mit integriertem Ethernetanschluss gewährleisten dabei in drei Prüfstationen die richtige Verarbeitung der Komponenten. Zusätzlich spielt der In-Sight-Explorer — eine komfortable und leistungsstarke Vision-Entwicklungsumgebung — seine Stärken aus. Damit lassen sich ganze Netzwerke von Vision-Systemen der Produktfamilie In-Sight erstellen und in die komplette Prozesskommunikation einbinden.

Die Programmierung ist dabei so einfach und übersichtlich, dass auch Nicht-Spezialisten der Bildverarbeitung die Programme funktionssicher erstellen können. Anpassungen an den laufenden Prozess und Prüfprogramme für neue Produktvarianten sind schnell durch einfaches Parametrieren erzielbar. Dies erwies sich vor allem bei der Inbetriebnahme der Anlage sowie bei der Anpassung an Produktveränderungen von großem Vorteil.

Kamera in erster Prüfstation: lagerichtige Zuführung (Archiv: Vogel Business Media)

Die Anlage mit dem Namen Amicon 4/15 kann mit den zwei Produkttypen Amicon Ultra-4 (vier ml) und Amicon Ultra-15 (15 ml) gefahren werden. Diese bestehen jeweils aus einem vertikalen Kunststoff-Filtergehäuse mit zwei rechteckigen Filtereinsätzen, den so genannte Coupons, und einem umschließenden, verschraubbaren Kunststoffröhrchen. Eingesetzt in eine Zentrifuge, passieren je nach Beschaffenheit des Filters, unterschiedliche Flüssigkeitsbestandteile die Membran und sammeln sich am unteren Gehäuseende.

Korrekte Lage, richtiger Dreh

In der ersten Prüfstation der Fertigungslinie sorgen zwei autark arbeitende In-Sight 5100 für die lagerichtige Zufuhr der Filtergehäuse aus einem Fördertopf. Eine konventionelle Sortierung der Bauteile zur lagerichtigen Zuführung über mechanische Schikanen ist wegen der Bauteilsymmetrie nicht möglich. Die intelligenten Vision-Systeme sind ca. 140 mm über der Prüfposition, in einem Winkel von 90° zur Bauteiloberfläche angebracht. Die integrierte Software kontrolliert die Kunststoffteile im Auslauf des Rüttelförderers auf Ausrichtung und Drehlage. Ohne eigenen Trigger durch die Anlage lassen sich Bildaufnahmen mit einer Intervallzeit von ca.30 ms anfertigen. Hat das Vision-System ein Bauteil als lagerichtiges Gutteil bewertet, so sendet es an die Steuerung ein Signal zum kurzzeitigen Deaktivieren der Ausblasstation, ansonsten wird jedes Teil wieder zurück in den Fördertopf geblasen.

Bei vier Möglichkeiten der Teileorientierung kommen Gutteile nur mit einer Wahrscheinlichkeit von 25 Prozent an. Die hohe Bildfrequenz der Kamera in Verbindung mit dem hohen Teiledurchsatz des Fördertopfs liefert trotzdem ausreichend viele Filtergehäuse an die Fertigungslinie. Bei der Anlage lässt sich zusätzlich über ein digitales Interface ein automatischer Wechsel der Programme zur Kontrolle unterschiedlicher Bauteilgrößen ausführen.

Weiße Fläche, saubere Naht

Verschweißung der Filtermembran: Im schnellen Produktionstakt gewährleistet das Vision-System In-Sight eine hundertprozentige Qualität der medizinischen Filter (Archiv: Vogel Business Media)

Im nächsten Prüfschritt kontrollieren zwei parallel angebrachte Vision-Systeme die richtige Verschweißung von Kunststoffteilen mit einer Filtermembrane in einer Greifervorrichtung. Sie prüfen die Bauteile anhand unterschiedlicher Merkmale. Lage und Abmessung werden mit hoher Präzision relativ zu den Positionen der Greifer berechnet. Die Membrane wird durch die Bildverarbeitung als weiße, zusammenhängende Fläche identifiziert und in ihrer Ausdehnung vermessen. Die korrekte Verschweißung der Coupon-Membran auf dem Kunststoffträger erkennt das IBV-System anhand einer geschlossen umlaufenden grauen Linie. Verunreinigungen oder Perforierungen der Membran treten unter der diffusen Auflichtbeleuchtung als dunkle Fehlstellen hervor, die mit einer definierten Mindestgröße detektiert werden.

Graue Fläche, guter Wert

Halterkontrolle: Mit In-Sight werden die Positionen der aufgedruckten Füllmarken präzise überprüft, die korrekten Beschriftungen der Füllmarken verifiziert und zugleich die Beschriftung der Typenbezeichnung kontrolliert (Archiv: Vogel Business Media)

Ein weiteres In-Sight 5100 kontrolliert in der abschließenden Halterkontrolle die vollständige und lesbare Bedruckung der Filterhalter mit unterschiedlichen Maß- und Mengenangaben sowie deren richtige Verbauung am fertigen Produkt. Das Vision-System befindet sich in einem Abstand von ca. 240 mm vor der Prüfposition und senkrecht zur Bauteiloberfläche. Ein automatischer Suchvorgang erkennt die Bauteile und ermittelt ihre Position im Bild. Im Anschluss daran werden die Positionen der aufgedruckten Füllmarken relativ zum Bauteil überprüft, ebenso lassen sich die korrekten Beschriftungen der Füllmarken verifizieren. Zugleich wird auch die Beschriftung mit der Typenbezeichnung des verbauten Filterpanels geprüft.

Zur Kontrolle der Bedruckung werden im In-Sight-System Mustervergleiche des aktuellen Bauteils mit einem Referenzbauteil durchgeführt. Schließlich prüft das Vision-System mittels eines Histogramms, ob der Coupon am Halter in richtiger Orientierung angebaut ist. Fehlt dieser, so betrachtet es den weißen Hintergrund des Holders. Der gemessene Grauwert in der Suchregion wird von Weiß (255) bis Schwarz (0) abgestuft. Ist der Messwert kleiner als ein einstellbarer Grenzwert (typischerweise maximal 120) wird das Bauteil mit gut bewertet.

Ralf Baumann, Redactiv, Karlsruhe

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