Masonite ist ein globales Unternehmen für Bauprodukte mit Hauptsitz in Tampa, Florida, USA. Masonite betreibt über 80 Anlagen in 18 Ländern in Nordamerika, Südamerika, Europa, Asien und Afrika und beschäftigt rund 10.000 Mitarbeiter. Das Unternehmen ist weltweit führend bei der Herstellung von hochwertigen Formtürenoberflächen, die es direkt an Türfertigungspartner auf der ganzen Welt liefert. In das irische Werk von Masonite in Carrick on Shannon, Co. Leitrim ist wurden 138 Millionen USD investiert. Es ist die zweitgrößte Produktionseinrichtung von Masonite. Diese hochmoderne Produktionsanlage liefert Türoberflächen in 32 Länder.
Die Herausforderung
In ihrem irischen Werk in Carrick on Shannon, Co. Leitrim, produziert Masonite viele Türoberflächen mit unterschiedlichen Mustern, die am Ende der Produktionslinien automatisch klassifiziert und in die richtigen Sammelstellen sortiert werden müssen. Falsch klassifizierte Türoberflächen müssen manuell neu sortiert werden. Die manuelle Neusortierung ist sehr arbeitsintensiv. Hierbei können Schäden an Türoberflächen entstehen, was zu Ertragsverlust führt.
Masonite Ireland verfügte über ein altes Bildverarbeitungssystem für die Türoberflächenprüfung, das seinen ursprünglichen Zweck gut erfüllt hatte, aber mit den weiterentwickelten Formen-Designs und der Erweiterung der Geschäftstätigkeit wurde eine neue Bildverarbeitungstechnologie für die Türprüfung notwendig. Die vorhandene Bildverarbeitungs-Software enthielt eine Bibliothek mit allen möglichen Türoberflächen, hatte jedoch Schwierigkeiten bei der Hinzufügung neuer Oberflächen. Hierfür wurden spezielle Programmierungen durch das technische Personal nötig. Masonite wollte eine Bildverarbeitungssystemlösung anwenden, die ihre Anforderungen in absehbarer Zukunft erfüllen würde. Entscheidende Faktoren bei der Auswahl des Systems waren, dass es hochpräzise, einfach zu bedienen, für das Betriebspersonal schnell zu trainieren ist. Zudem musste die große Anzahl an Formtür-Designs, die in der Produktion verwendet werden, aufgenommen werden können.
Den Spezialisten hinzuziehen
Ziel von Masonite waren Investitionen in die kontinuierliche Prozessverbesserung. Daher wurde Alpha Vision Design (AVD), ein auf industrielle Bildverarbeitungssysteme spezialisiertes Unternehmen beauftragt, das zusammen mit dem Engineering-Personal von Masonite Ireland ein automatisches Inline-Klassifizierungssystem entwickeln und bereitstellen sollte. Das System musste in der Lage sein, die Türoberflächen anhand des Formdesigns und der Oberflächenstruktur zu identifizieren. Zwei Türoberflächen werden nebeneinander gepresst, wobei die verschiedenen Türmusterkombinationen aus einem großen Bestand an einzelnen Türoberflächenmatrizen hergestellt werden. Es gibt Tausende von möglichen Matrizenkombinationen, daher musste das Sortiersystem mehrere Matrizenkombinationen und häufige Matrizenwechsel berücksichtigen können.
Zu Beginn des Produktionslaufs trainiert der Bediener das System für den ersten Satz von Türoberflächen mit einem einfachen Trainingsassistenten. Nachfolgende Türoberflächen werden dann automatisch überprüft und klassifiziert. Das Bildverarbeitungssystem kommuniziert dann mit dem Steuerungssystem der Produktionslinie und leitet die klassifizierte Türoberfläche zur entsprechenden Sammelstelle.
Das Projekt barg einige interessante technische Herausforderungen. Aufgrund der großen betroffenen Oberfläche (eine Türlänge x zwei Türbreiten) war eine gleichmäßige Ausleuchtung über die gesamte Oberfläche schwierig herzustellen. Masonite hatte zuvor eine großformatige, hochfrequente, fluoreszierende Standardbeleuchtung verwendet, um die Türoberflächen innerhalb des definierten Prüfbereichs zu beleuchten. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften der Türoberfläche (großer Bereich, nicht perfekt eben) war eine konventionelle Beleuchtung unzureichend, um qualitativ hochwertige Bilder für das Bildverarbeitungssystem zu liefern. Da die Beleuchtung eine sehr kritische Komponente eines jeden Bildverarbeitungssystems ist, kam man zu dem Schluss, dass für diese Anwendung signifikante Verbesserungen der Beleuchtung erforderlich waren.
Zudem war auch ein robustes System erforderlich, das Drehungen und ein gewisses Biegen oder Verziehen der Türoberflächen berücksichtigen können musste, da die Türoberflächen durchhängen können, wenn sie nicht direkt vom Förderband gestützt werden. Infolgedessen kann das Musterprofil der Türoberfläche verzerrt erscheinen, was typischerweise zu einer Dehnung oder Kompression innerhalb des erfassten Bildes führt. Standard-Musterabgleichs-Tools, die auf Kreuzkorrelationstechniken basieren, würden unter diesen Umständen schlecht abschneiden.
Die Lösung
Weltweit basiert die überwiegende Mehrheit der Bildverarbeitungsanwendungen auf 2D-Prüftechniken. Die 3D-Prüfung ist nach wie vor eine relativ spezialisierte Prüfung, obwohl inzwischen neue Märkte entstehen, da die Technologie ausgereifter ist und in größerem Maße akzeptiert wird. Die 3D-Prüfung mit Lasertriangulation ist wahrscheinlich die am häufigsten verwendete Plattform für die Bereitstellung von 3D-Anwendungen (obwohl viele andere 3D-Technologien existieren). Laser, die für die Beleuchtung verwendet werden, bieten kostengünstige Lösungen und sind von vielen Lieferanten und Herstellern erhältlich. Darüber hinaus sind laserbasierte 3D-Systeme besonders effektiv für das Scannen großer nicht reflektierender Teile mit gut definierten Profilen und waren daher gut für diese Bildverarbeitungsanwendung geeignet.
Das System wurde entwickelt, um 3D-Daten der Muster auf der Türoberfläche der Formtür mit Hilfe von Diodenlaserliniengeneratoren und einer 3D-Bilderfassungskamera (von anderen Geräteherstellern geliefert) zu erfassen. Die Laserliniengeneratoren erzeugen eine sichtbare Laserlinie über die Breite der Doppeltüroberfläche, während diese vom Prüfförderband transportiert wird. Mit Hilfe eines Wellen-Drehgebers wird die 3D-Kamera mit der Fördergeschwindigkeit synchronisiert, um 3D-Daten in einer geeigneten Auflösung über die Länge der Türoberfläche zu erfassen. Die 3D-Kamera ist für eine ähnliche Pixelauflösung für die Türoberflächenbreite konfiguriert.
Die höhenempfindlichen Bilddaten werden über eine CameraLink-Schnittstelle an den Framegrabber des PCs übertragen, um ein 2D-Höhenprofilbild (im Bitmap-Format) der zu prüfenden Doppeltüroberfläche zu erstellen. Das Bild wird dann mit der leistungsstarken VisionPro™-Software von Cognex verarbeitet. VisionPro bietet unübertroffene Bilderfassung und -verarbeitung in einem benutzerfreundlichen Format. Das fortschrittliche PatMax®-Tool ermöglicht die Durchführung von einzigartigen geometrischen Musterabgleichen und die Klassifizierung von Formen, selbst bei geringem Kontrast, wie sie in dieser Anwendung auftreten.
Mit „Smart“-2D-Bildverarbeitungskameras und Halogenbeleuchtung werden die erforderlichen Oberflächentexturinformationen bereitgestellt, die über digitale Eingangssignale in das Bildverarbeitungssystem integriert werden.
Nachdem das Engineering-Personal von Masonite Ireland die Spezifikation, das Design, die Installation und die Inbetriebnahme der 3D- und 2D-Bildverarbeitungs-Hardware abgeschlossen hatte, konnte das System für die Extraktion und Verarbeitung der Bildinformationen programmiert werden. Eine benutzerdefinierte grafische Benutzeroberfläche (GUI) wurde von AVD gemäß den Anforderungen von Masonite erstellt. Die Benutzeroberfläche wurde so konzipiert, dass eine einfache Bedienung durch das Bedienpersonal möglich ist. Sie ist übersichtlich und enthält ein Farbcodierungsschema, das mit anderen Systemen in der Produktionsstätte übereinstimmt.
Für eine weiter verbesserte Benutzerfreundlichkeit wurde die Anzahl der für die Verwendung des Systems erforderlichen Betriebseinstellungen auf ein Minimum beschränkt. Das System war kein überkompliziertes Engineering-Tool, das nur von technischem Personal programmiert werden konnte. Bei diesem System benötigt das Produktionspersonal weniger als vier Minuten, um neue Türoberflächen anzutrainieren. Das Personal muss maximal über die Fähigkeit verfügen, Kisten und Positionserkennungswerkzeuge zeichnen zu können.
Endbenutzer-Ergebnisse
„Angesichts der großen Anzahl möglicher Matrizenkombinationen, der großen Oberfläche und der relativ geringen Formtiefe der Türoberflächen war es schwierig, ein geeignetes Bildverarbeitungssystem zu spezifizieren, um qualitativ hochwertige, wiederholbare Bilder aufzunehmen und die Vielzahl der Türoberflächenkombinationen genau zu kategorisieren.“
„Die Lösung erforderte einen innovativen Ansatz, der zur Integration von zuvor inkompatibler Hardware und Software führte. Alpha Vision Design wurde aufgrund seiner beträchtlichen Expertise im Spezialbereich Bildverarbeitungstechnik als Systemintegrator ausgewählt. Sie schafften es, die Lücke zwischen Hardware und Software zu schließen, indem sie benutzerdefinierte Schnittstellensoftware entwickelten, dank der die Anwendung zu einem hochmodernen Bildverarbeitungssystem wurde.“
„Die grafische Benutzeroberfläche (GUI), die in Zusammenarbeit mit AVD entwickelt wurde, hat sich als sehr intuitiv erwiesen. Die GUI bietet alle relevanten Informationen, die für einen schnellen Leistungsüberblick über das System erforderlich sind, ohne dass das Betriebspersonal spezielle Kenntnisse benötigt. Technik-Mitarbeiter können das System auch mit fortschrittlicheren, auf Zugriffsebene geschützten Funktionen der GUI debuggen und warten. Die Benutzerfreundlichkeit des Systems war eine kritische Anforderung, da sich ein Fehlschlag in diesem Bereich des Projekts negativ auf den Gesamterfolg des Projekts ausgewirkt hätte. Nach der Einweisung trainieren unsere Produktionslinienmitarbeiter dem System nach Bedarf und problemlos neue Türmusterkombinationen an.“
„Die erweiterte Funktionalität der Cognex VisionPro-Software trug wesentlich zum Erfolg des Projekts bei, so dass das System die ursprüngliche Benutzeranforderungsspezifikation übertreffen und eine Sortiergenauigkeit von mehr als 99,97 % bieten kann (d. h. weniger als drei von 10.000 sind falsch klassifiziert). Die manuelle Neusortierung von Produkten wurde praktisch eliminiert, was den Ertrag erhöht und es dem Betriebspersonal ermöglicht, Aufgaben auszuführen, die dem Produkt einen Mehrwert bringen.“
„Die hervorragende Leistung der Cognex VisionPro-Software in Kombination mit der Expertise von AVD im Bereich Bildverarbeitungssysteme führte zu einem hochmodernen Bildverarbeitungssystem, das den Weg für ähnliche Projekte ebnet, die in naher Zukunft dann in Masonite Ireland implementiert werden können.“
Über AVD
Alpha Vision Design ist auf die Anwendung industrieller Bildverarbeitungssysteme für die Qualitätskontrolle und Automatisierung in der Fertigung spezialisiert. Unser breites Spektrum an Fachwissen umfasst Systemintegration, Softwareentwicklung, Optik und Beleuchtung. Mit über zehn Jahren Erfahrung im Design und in der Anwendungsentwicklung von Bildverarbeitungssysteme ist Alpha Vision Design der bevorzugte Partner für viele führende Blue-Chip-Fertigungsunternehmen.