-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung
einer Produktionslinie.
-
Bei
der Produktion flüssiger
oder fester Konsumgüterartikel
werden diese im Laufe des Produktionsprozesses üblicherweise in Behälter gefüllt, um sie
so verpackt in den Handel zu bringen. In den Abfüll- und Verpackungsprozessen
wird dabei eine große
Anzahl gleichartiger Behälter
mit möglichst
großer Geschwindigkeit
befüllt,
verschlossen, etikettiert und anschließend in weiteren Umverpackungen
verpackt oder gesammelt.
-
Die
einzelnen Schritte des Befüllens,
Verschließens
sowie der Etikettierung und weiteren Verpackung werden in einer
Produktionslinie üblicherweise
von mehreren Maschinen durchgeführt.
Die Behälter
werden dazu von einer zur nächsten
Maschine transportiert. Für
den Transport werden dabei Transportbänder, Förderschnecken oder ähnliche Vorrichtungen
verwendet, mit denen die Behälter oder
Produkte einzeln von einer zur nächsten
Maschine transportiert werden.
-
Das
Abfüllen
der festen oder flüssigen
Produkte in die Behälter
erfolgt dabei mit einer möglichst hohen
Taktrate. So werden mit bekannten Produktionsanlagen mehrere Hundert
Behälter
pro Minute befüllt,
etikettiert und verpackt und dementsprechend schnell zwischen den
einzelnen Maschinen transportiert.
-
Für einen
störungsfreien
Betrieb einer solchen Produktionsanlage ist ein störungsfreier
Transport der Produkte oder Behälter
unabdingbar. Werden beispielsweise Behälter mittels eines Transportbandes
zu einer Maschine transportiert und wird einer der Behälter nicht
in einer Position zu der Maschine geliefert, aus der diese den Behälter weiterverarbeiten
kann, so kann die Maschine und damit die Produktionslinie durch
diesen Behälter
blockiert werden.
-
Typische
Störungen
beim Transport der Behälter
oder Produkte zwischen den Maschinen sind beispielsweise eine Platzierung
außerhalb
der zulässigen
Grenzen auf dem Transportband oder ein Verdrehen oder Verkippen
oder Umstürzen
auf einem Transportband. Ursachen solcher Störungen können beispielsweise in unerwartet
hohen Toleranzen der geometrischen Abmessungen der zu transportierenden
Gegenstände,
eine fehlerhafte Einstellung von Transport- oder Handlingsystemen
oder zeitlich veränderliche
Ursachen sein, wie beispielsweise Vibrationen, schwankende klimatische
Bedingungen oder Verschleißerscheinungen.
-
Eine
Analyse der Ursachen einer in der Produktionslinie aufgetretenen
Störung
erfolgt häufig durch
geschulte und mit der Produktionslinie vertraute Personen, die anhand
des aufgetretenen Schadensbildes versuchen auf die Auslöser rückzuschließen. Eine
solche manuelle Fehleranalyse ist zum einen zeit- und personal-
und damit kostenaufwändig, zum
anderen erlaubt der eingetretene Schaden nur sehr eingeschränkt die
Ermittlung der tatsächlichen Auslöser.
-
Zur
Erfassung und Analyse von Störungen an
Transportbändern
in Produktionslinien sind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren
bekannt, die eine automatisierte und permanente Überwachung einer Produktionslinie
ermöglichen.
-
Die
WO01/50204 beschreibt ein Verfahren und System zur Überwachung
einer Produktionslinie, bei dem Sensoren an der zu überwachenden
Produktionslinie Produktionsdaten erfassen und an ein Computersystem
liefern, welches die gelieferten Daten mit voreingestellten Grenzwerten
vergleicht und bei Abweichungen hiervon in geeigneter Weise auf einem
Bildschirm diese für
die überwachte
Produktionslinie anzeigt. Das System erfasst dabei beispielsweise
die Menge der ausgestoßenen
Ware einer Maschine oder eines Transportbandes und meldet diese an
das Computersystem weiter. Damit ermöglicht dieses Verfahren und
System die schnelle und komfortable Feststellung einer Abweichung,
ohne dass jedoch die Ursachen für
die Abweichung ermittelt werden.
-
Die
KR 2003053731 beschreibt
eine Vorrichtung zur Überwachung
eines Förderbandes,
auf welchem Gegenstände
befördert
werden. Zur Überwachung
des Transportbandes weist dieses an seinem elektrischen Antrieb
eine Strommesseinrichtung auf. Eine Abweichung der Stromstärke wird
hierbei als Indikator für
eine Störung
interpretiert.
-
Die
aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Systeme zur Überwachung
einer Produktionslinie erfassen damit bereits die Auswirkungen einer
Störung,
beispielsweise eine Verringerung des ausgestoßenen Produktes eines Transportbandes
oder eine Änderung
in den Betriebsparametern einer Maschine. Diese Informationen sind
für die
Ermittlung der Ursache zwar hilfreich, lassen jedoch nur bedingt
den Rückschluss
auf die Auslöser
der Störung
zu.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es daher ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen,
mit dem die Ursachen einer Störung
in einer Produktionslinie erfasst werden können.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Überwachung einer Produktionslinie,
bei der Objekte über
Transportwege zwischen Maschinen transportiert werden, vorgeschlagen,
welches mindestens die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
- (1) Generieren einer Referenzbildsequenz, wobei diese
mindestens einen Bereich eines zu überwachenden Transportwegs
zwischen den Maschinen abbildet;
- (2) Ermitteln einer von der Bewegung eines zwischen den Maschinen
transportierten Objekts abgeleiteten statistischen Kenngröße;
- (3) Generieren einer Testbildsequenz, wobei diese denselben
Bereich eines Transportwegs zwischen den Maschinen abbildet;
- (4) Ermitteln der von der Bewegung eines Objekts abgeleiteten
statistischen Kenngröße für mindestens
eines der in der Testbildsequenz abgebildeten Objekte;
- (5) Vergleichen der für
die Testbildsequenz ermittelten statistischen Kenngröße mit den
für die
Referenzbildsequenz ermittelten statistischen Kenngröße.
-
In
dem ersten Verfahrensschritt wird zunächst eine Referenzbildsequenz
generiert, die mindestens einen Bereich eines zu überwachenden Transportweges
zwischen den Maschinen einer Produktionslinie abbildet. Diese Referenzbildsequenz zeigt
den störungsfreien
Betrieb des zu überwachenden
Teils einer Produktionslinie in einem Zeitraum geeigneter Länge. In
idealer Weise erfasst die Referenzbildsequenz nicht nur einen Zeitraum,
in dem die zu überwachende
Produktionslinie störungsfrei
betrieben wird, sondern in dem der zu überwachende Bereich mit möglichst
idealen Parametern betrieben wird, so dass sichergestellt ist, dass
das System nicht an der Grenze eines Betriebsparameters betrieben wird.
-
Zur
Generierung der Referenzbildsequenz kann beispielsweise eine Digitalkamera
mit CCD- oder CMOS-Chip
verwendet werden, mit der der gewünschte Teil einer Produktionslinie
in bildgenerierender Weise erfasst wird und von der die einzelnen Bilder
einer Bildsequenz über
eine Verbindung an einen angeschlossenen Rechner geliefert werden.
Alternativ zu einer Digitalkamera könnte eine Bildsequenz zunächst auch
mit einer herkömmlichen
analog arbeitenden Kamera generiert werden, wobei die Bilder in
einem späteren
Verfahrensschritt digitalisiert werden. Eine Bildsequenz könnte weiterhin
aus mehreren Teilsequenzen, die zu einem Zeitpunkt verschiedene
Bereiche einer Produktionslinie erfassen, zusammengesetzt werden,
um anschließend
als Ganzes verarbeitet zu werden. Auf diese Weise könnte eine
Produktionslinie vollständig
erfasst und überwacht
werden.
-
Die
so generierte Referenzbildsequenz wird auf dem Rechner zunächst gespeichert
und in einem nachfolgenden Verfahrensschritt ausgewertet.
-
Diese
Auswertung in einem späteren
Verfahrensschritt umfasst die Ermittlung einer von der Bewegung
der Objekte abgeleiteten statistischen Kenngröße, beispielsweise der Geschwindigkeiten
der zwischen den Maschinen transportierten Objekte, also der zu
verpackenden Produkte oder der Verpackungen oder der verpackten
und noch weiter zu verarbeitenden Produkte.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die von der Bewegung eines Objekts abgeleitete statistische
Kenngröße die Geschwindigkeit
eines Objekts.
-
Alternativ
kann als von der Bewegung eines Objekts abgeleitete statistische
Kenngröße die Beschleunigung
ermittelt und verarbeitet werden, wie sie beispielsweise bei der
Richtungsänderung
einer Bewegung eines Objekts auftritt. Zur Vereinfachung wird im
Folgenden jedoch von der Geschwindigkeit eines Objekts als die von
der Bewegung des Objekts abgeleitete statistische Kenngröße ausgegangen.
-
Die
Ermittlung der statistischen Kenngröße, also beispielsweise der
Geschwindigkeit eines bewegten Objekts in einer Richtung erfolgt
dabei nach bekannten Algorithmen, indem zunächst in aufeinanderfolgenden
Bildern korrespondierende Bildpunkte beispielsweise anhand ihres
Farb- oder Grauwertes ermittelt werden. Da die Zeitspanne zwischen
den aufeinander folgenden Bildern bekannt ist, kann über die
Verschiebung der Bildpunkte die Geschwindigkeit des abgebildeten
Objekts bestimmt werden. Die ermittelten Geschwindigkeiten der transportierten
Objekte werden dann für
die weitere Verwendung gespeichert. Auf diese Weise wird für jeden
Ort der gesamten in der Referenzbildsequenz abgebildeten Transportstrecke
ermittelt, welche Geschwindigkeit ein transportiertes Produkt aufweist.
-
In
vorteilhafter Weise wird die statistische Kenngröße eines Objekts für jeden
Ort des Transportwegs ermittelt, so dass der Transportweg in seiner
gesamten Länge
lückenlos überwacht
wird.
-
Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn die statistische Kenngröße für jedes Objekt, welches in
der Testbildsequenz abgebildet ist, ermittelt und mit der entsprechenden
Kenngröße der Referenzbildsequenz
verglichen wird.
-
Die
Referenzbildsequenz muss einen ausreichend langen Zeitraum des störungsfreien
Betriebs erfassen, so dass für
die Ermittlung der Geschwindigkeiten eine ausreichend große Datenmenge
zur Verfügung
steht, um zeitliche Mittelungen der Geschwindigkeiten berechnen
zu können.
-
In
einem nächsten
Verfahrensschritt wird eine Testbildsequenz generiert. Dazu liefert
die Kamera die generierten Bilder an den Rechner, der diese in Testbildsequenzen
vorgegebener Länge
zusammenfasst. Die Testbildsequenz nimmt dabei den Betrieb der Produktionslinie
innerhalb einer Zeitspanne auf, der möglicherweise eine Situation
aufweist, die im Folgenden als abweichend zu erkennen ist. Damit
wird die gesamte Überwachungszeit
in Abschnitte unterteilt. Für
jeden Zeitabschnitt wird eine Testbildsequenz generiert, die in
den weiteren Schritten des Prüfverfahrens
weiter verarbeitet wird.
-
Da
das Verfahren in einem späteren
Verfahrensschritt Informationen aus der Testbildsequenz mit entsprechenden
Informationen aus der Referenzbildsequenz vergleicht, um eine Abweichung
der Testbildsequenz vom Idealzustand oder störungsfreien Zustand zu ermitteln,
muss die Testbildsequenz dieselben Maschinen und Transportbänder abbilden wie
die Referenzbildsequenz.
-
In
vorteilhafter Weise sind die Bildausschnitte bei der Generierung
von Referenz- und Testbildsequenz sowie die Bildwiederholraten der
Kamera identisch.
-
Anhand
der Testbildsequenz werden in einem weiteren Verfahrensschritt nun
analog zu der Ermittlung der Geschwindigkeiten in der Referenzbildsequenz
die Geschwindigkeiten der Objekte in der Testbildsequenz ermittelt.
Für jedes
transportierte Objekt wird also die Geschwindigkeit an dem aktuellen
Ort des Objekts ermittelt. Dazu wird vorzugsweise derselbe Algorithmus
verwendet, wie er zur Ermittlung der Geschwindigkeiten in der Referenzbildsequenz
verwendet wurde.
-
Die
ermittelten Geschwindigkeiten der Objekte in der Testbildsequenz
werden in einem weiteren Verfahrensschritt mit den für die Referenzbildsequenz
ermittelten Geschwindigkeitswerten verglichen. Werden bei diesem
Vergleich Abweichungen zwischen den Geschwindigkeiten ermittelt,
so deutet dies auf eine mögliche
Ursache für
eine Störung hin. Eine
solche Abweichung der Geschwindigkeit eines Objekts kann beispielsweise
ein Stau von Objekten vor einer Maschine sein, die die Objekte vom
Band herunter nimmt.
-
Das
Verfahren ermittelt damit durch den Vergleich der Geschwindigkeiten
der Objekte diejenigen Orte, an denen die tatsächliche Geschwindigkeit eines
Objekts von derjenigen abweicht, die das Objekt während des
störungsfreien
Referenzbetriebs, nämlich
während
der Generierung der Referenzbildsequenz, an diesem Ort hatte.
-
Das
Verfahren ermöglicht
damit die permanente automatische Überwachung einer Produktionslinie.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird bei dem Vergleich eine Abweichung nur dann als Abweichung bewertet,
wenn die Größe der Abweichung einen
voreingestellten Grenzwert überschreitet.
Eine festgestellte Abweichung, die unterhalb des voreingestellten
Grenzwertes liegt, wird demnach nicht als relevante Abweichung gewertet.
Dadurch wird erreicht, dass ein Toleranzbereich für die Geschwindigkeiten
definiert ist, so dass nur die erfahrungsgemäß relevanten Geschwindigkeitsabweichungen
als relevant gewertet und entsprechend behandelt werden.
-
Geschwindigkeitsabweichungen
werden in vorteilhafter Weise in der Testbildsequenz so markiert,
dass jeder Ort einer Testbildsequenz markiert wird, an dem eine
Abweichung der Geschwindigkeit zwischen Objekten der Test- und der
Referenzbildsequenz ermittelt wurde. Dabei kann der Ort beispielsweise
durch Angabe der X- und Y-Koordinaten in dem Bild angegeben werden.
Alternativ oder auch zusätzlich
kann der Ort einer Abweichung auf einem Anzeigebildschirm auch farbig
gekennzeichnet werden, indem der Ort der Abweichung in einer auffälligen Farbe
hinterlegt wird. Wird beispielsweise der Bildbereich, in dem keine
Abweichung festgestellt wurde, in grüner Farbe hinterlegt, so kann
zur Kenntlichmachung einer festgestellten Geschwindigkeitsabweichung
dieser Bereich mit roter Farbe hinterlegt werden.
-
Die
Darstellung der ermittelten Geschwindigkeitsabweichung kann in vorteilhafter
Weise durch Angabe der Richtung und des Betrages der ermittelten
Abweichung und/oder durch Angabe der Geschwindigkeitskomponenten
in X- und Y-Achsenrichtung erfolgen, wobei die X- und Y-Achsen der generierten
Bilder als Koordinatensystem zur Darstellung der Geschwindigkeitsabweichungen
dienen.
-
Eine
Testbildsequenz, für
die eine relevante Geschwindigkeitsabweichung ermittelt wurde, wird anschließend gespeichert.
Werden kurz hintereinander mehrere Testbildsequenzen mit relevanten
Geschwindigkeitsabweichungen ermittelt, so kann auf einer Anzeige
immer die letzte ermittelte Testbildsequenz dargestellt werden. Ältere Testbildsequenzen können jedoch
ebenso angezeigt werden, falls gewünscht, so dass für eine spätere Fehleranalyse über mehrere
Testbildsequenzen die Informationen vorhanden sind. Testbildsequenzen,
für die
keine relevanten Geschwindigkeitsabweichungen ermittelt wurden,
können
jedoch gelöscht
werden bzw. werden nicht gespeichert.
-
Das
Verfahren kann in vorteilhafter Weise den Verfahrensschritt aufweisen,
dass im Anschluss an die Generierung der Referenzbildsequenz in
dieser der größte zusammenhängende bewegte
Bildbereich ermittelt wird und nachfolgende Verfahrensschritte ausschließlich für diesen
Bildbereich ausgeführt
werden. Bei der Generierung der Referenz- und der Testbildsequenz
kann die Kamera typischerweise nicht ausschließlich nur diejenigen Gebiete
aufnehmen, in denen Objekte von einer zur anderen Maschine transportiert
werden. Um die in nachfolgenden Verfahrensschritten zu verarbeitende
Datenmenge möglichst
klein zu halten und damit eine möglichst schnelle
und zeitnahe Verarbeitung der Bildsequenzen zu ermöglichen
wird im Anschluss an die Generierung der Referenzbildsequenz der
größte zusammenhängende Bereich
bestimmt, in dem Objekte bewegt werden. Dies ist der zu überwachende
Bereich des Transportbandes. Andere Bereiche, in denen beispielsweise
Maschinenteile bewegt werden und Menschen sich bewegen, werden nicht
weiter betrachtet. Dies bewirkt zum einen die Reduktion der zu verarbeitenden
Datenmenge, zum anderen ist das Verfahren damit unempfindlich gegenüber Bewegungen,
die nicht in dem zu überprüfenden Bereich,
also im Bereich des Transportbandes stattfinden.
-
Zur
Ermittlung der Bildbereiche und des größten zusammenhängenden
Bildbereichs, in denen Objekte bewegt werden, wird für jeden
Bildpunkt aller Bilder einer Bildsequenz durch Messung des Farb-
oder Grauwertes die zeitliche Varianz des Farb- oder Grauwertes
ermittelt. Nur falls dieser signifikant über dem statistischen Rauschpegel
liegt, wird dies als Bewegung von Objekten gewertet und der Bereich
entsprechend behandelt. Bildbereiche, in denen die zeitliche Varianz
von Farb- oder Grauwerten von Bildpunkten unterhalb des statistischen Rauschpegels
liegt, werden für
die nachfolgenden Verfahrensschritte maskiert und bleiben unberücksichtigt.
-
Der
ermittelte größte zusammenhängende bewegte
Bildbereich kann in den Referenz- und Testbildsequenzen markiert,
insbesondere farbig hinterlegt werden. Dies ermöglicht bei der Anzeige der Bildsequenzen
eine einfache und schnelle Kontrolle, ob dieser als relevant ermittelte
Bildausschnitt zutreffend bestimmt wurde.
-
In
vorteilhafter Weise können
in einem weiteren Verfahrensschritt diejenigen Bildbereiche als nicht
relevant markiert werden und damit in nachfolgenden Verfahrensschritten
unberücksichtigt
bleiben, in den die Farbwerte einzelner Bildpunkte zeitlich erheblich
schwanken. In solchen Bildbereichen ist es nur mit unverhältnismäßig hohem
Rechen- und damit Zeitaufwand möglich,
die Bewegung eines Objekts und damit dessen Bewegungsgeschwindigkeit zu
ermitteln. Da das Überwachungssystem
die Auswertung der generierten Testbildsequenzen jedoch möglichst
zeitnah und damit schnell abarbeiten soll, so dass eine Anzeige
oder sonstige Reaktion auf eine ermittelte Geschwindigkeitsabweichung
möglichst
zeitnah erfolgen kann, sind aufwendige Algorithmen zur Ermittlung
der Geschwindigkeit eines Objekts in einem Bereich stark wechselnder
Farben hier ungeeignet. Solche Bildbereiche werden demzufolge in
vorteilhafter Weise als unbeachtlich für nachfolgende Verfahrensschritte
markiert. Typischerweise werden solche Bereiche durch Lichtreflexionen
auf den transportierten Gegenständen
oder durch bewegte Oberflächen
von Flüssigkeiten
in transparenten Behältern
verursacht.
-
Zur
Durchführung
des Verfahrens wird eine Vorrichtung verwendet, die mindestens eine
Kamera zur Generierung der Bilder und einen mit der Kamera verbundenen
Rechner aufweist. Die Kamera kann dabei über die Verbindung zu dem Rechner
so angesteuert werden, dass die Generierung der Bilder von dem Rechner
ausgelöst
und gesteuert und die Bilder anschließend an den Rechner übertragen
werden. Alle weiteren Verarbeitungsschritte werden auf dem Rechner
ausgeführt.
-
Das
Verfahren kann dabei in einem Computerprogramm abgebildet sein,
welches alle Verfahrensschritte des Verfahrens ausführen, die
Generierung der Bilder in der Kamera anstoßen und die Bildeinstellungen
steuern kann. Die generierten Bilder bzw. Bildsequenzen sowie ermittelte
Geschwindigkeitsabweichungen können
auf einem Bildschirm angezeigt werden. In den Programmablauf kann
dabei jederzeit manuell eingegriffen werden. So kann beispielsweise
die Auswertung der Referenzbildsequenz, insbesondere die Ermittlung
des größten zusammenhängenden
bewegten Bereichs, durch eine Person überprüft werden.
-
Die
im Anschluss an die Auswertung der Referenzbildsequenz wiederholte
Generierung von Testbildsequenzen und deren Auswertung erfolgen dann
automatisch.
-
Das
Computerprogramm kann dabei so ausgestaltet sein, dass während der
Verarbeitung einer Testbildsequenz bereits die Bilder für die nächste Testbildsequenz
generiert und zu dem Rechner übertragen
werden, so dass eine zeitlich lückenlose Überwachung
möglich
wird.
-
In
der Praxis hat sich als Rechner insbesondere ein tragbarer Rechner,
beispielsweise ein Laptop, in Verbindung mit einer tragbaren schwarz-weiß CCD-Kamera
bewährt,
die zusammen als mobiles System ohne eine zeitaufwändige Installation
einsetzbar sind. Insbesondere ermöglicht dieses mobile System
eine Überwachung
von Maschinen oder Transportbändern,
die bislang noch nicht überwacht wurden
oder für
die eine fest installierte Überwachungsanlage
zu aufwändig
und deren wirtschaftlicher Nutzen damit zweifelhaft ist.
-
Im
Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren
anhand eines Ausführungsbeispiels
konkreter beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Produktionslinie mit Überwachungsvorrichtung
-
2 eine
schematische Darstellung des größten zusammenhängenden
bewegten Bereichs
-
3 eine
graphische Darstellung der ermittelten Geschwindigkeit und einer
Abweichung hiervon
-
1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Produktionslinie 1 mit
dem Überwachungssystem.
Die Produktionslinie weist eine erste Maschine 2 und eine
zweite Maschine 3 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel
eine Abfüllmaschine 2 und
eine Etikettiermaschine 3 sind. Die Abfüllmaschine 2 befüllt die
Flaschen 5 mit einer Flüssigkeit.
Ein Transportband 4 transportiert Objekte 5, hier
transparente Flaschen 5, in der durch den Pfeil 6 angegebenen
Richtung zunächst
zu der Abfüllmaschine 2,
anschließend
zu der Etikettiermaschine 3.
-
Das Überwachungssystem
weist eine Kamera 7 zur Generierung der Referenz- und der
Testbildsequenzen auf, die mit einem Rechner 8 verbunden ist.
Die Kamera 7 ist so positioniert, dass diese den zu überwachenden
Abschnitt des Transportbandes 4 aus einer zu dem Transportband 4 erhöhten Position erfasst.
Die generierten Bildsequenzen zeigen damit eine Aufsicht auf den
zu überwachenden
Teil der Produktionslinie 1 bzw. den zu überwachenden
Teil des Transportbandes 4.
-
In
diesem Ausführungsbeispiel
nimmt die Kamera 7 den durch den strichliniert gezeichneten Rahmen 9 begrenzten
Bereich auf, der ein Stück
des Transportbandes 4 umfasst, welches Flaschen 5 von der
Abfüllmaschine 2 zu
der Etikettiermaschine 3 transportiert. Die von der Kamera 7 generierten
Bildsequenzen bilden damit den zu überwachenden Abschnitt des
Transportbandes 4 zwischen den Maschinen 2, 3 ab.
-
Zu
Beginn des Verfahrens generiert die Kamera 7 die Bilder
für die
Referenzbildsequenz, die den störungsfreien
und möglichst
idealen Transport der Flaschen 5 wiedergibt. Die Referenzbildsequenz weist üblicherweise
eine Zeitdauer von wenigen Sekunden bis zu wenigen Minuten auf,
typischerweise 60 Sekunden. Für
diese Zeitdauer wird durch manuelle Überprüfung sichergestellt, dass der
Transport der Flaschen 5 mittels des Transportbandes 4 störungsfrei
und mit möglichst
idealen Parametern abläuft.
-
Die
Kamera 7 wird dabei so eingestellt, dass sie die Bilder
für die
Referenzbildsequenz mit einer ausreichend hohen Bildfrequenz generiert,
so dass die Bewegung der Flaschen 5, welches die hier interessierenden
Objekte sind, auf dem zu überwachenden
Transportband 4 anhand der Bilder eindeutig nachverfolgt
werden kann. In der Praxis hat sich gezeigt, dass die Bildfrequenz
vorzugsweise so einzustellen ist, dass sich ein Objekt um maximal
4 Bildpunkte zwischen zwei Bildern fortbewegt.
-
Bei üblichen
Transportbändern
und einer Kameraentfernung, die eine ausreichende Größe der bewegten
Objekte sicher stellt, sollte die Kamera die Bildsequenzen mit mehr
als 50 Bildern pro Sekunde generieren.
-
Weiterhin
ist es ausreichend, wenn die Bildsequenzen in Schwarz-Weiß generiert
werden, so dass Farben als Grauwerte abgebildet werden. Die Abbildung
des zu überwachenden
Bereiches in schwarz-weiß Bildern,
in denen die Farben als Grauwerte erfasst werden, ergibt eine geringere
Datenmenge, wobei jedoch gleichzeitig sichergestellt ist, dass die
generierten Bilder einen ausreichenden Informationsgehalt aufweisen,
um ein Objekt und seine jeweilige Geschwindigkeit ermitteln zu können.
-
Die
Bilder der Referenzbildsequenz werden von der Kamera 7 an
den Rechner 8 übermittelt,
der die gesamte weitere Verarbeitung der Bilder übernimmt.
-
Der
Rechner ermittelt in der Referenzbildsequenz zunächst die Bereiche, in denen
irgendeine Bewegung stattfindet. Dies ist zum einen der Bereich, in
dem die Flaschen 5 mittels des Transportbandes 4 bewegt
werden. Zum anderen können
in den Bildsequenzen bewegte Maschinenteile oder eine sich bewegende
Person abgebildet sein. Die als bewegte Bildbereiche erkannten Bildausschnitte
können
auf dem Bildschirm des Rechners 8 sichtbar markiert dargestellt
werden, so dass eine Kontrollmöglichkeit gegeben
ist.
-
2 zeigt
den durch den strichlinierten Rahmen 9 begrenzten Bildausschnitt,
den die Kamera 7 aus ihrer Position aufnimmt.
-
Der
Rechner 8 hat für
alle Bilder und damit alle Bildsequenzen, die aus dieser Position
der Kamera 7 generiert werden, den größten zusammenhängenden
bewegten Bildbereich 10 ermittelt. Dieser Bildbereich 10 wird
auf dem Bildschirm des Rechners 8 sichtbar markiert, beispielsweise
durch farbige Hinterlegung des Bereichs. In 2 ist der
größte zusammenhängende bewegte
Bildbereich 10 durch die Schraffierung markiert.
-
Die
Markierung dieses Bildausschnitts, den der Rechner 8 als
größten zusammenhängenden
bewegten Bereich 10 ermittelt hat, gilt für alle Bilder
der Referenzbildsequenz und der Testbildsequenzen, so dass die Ermittlung
dieses Bereiches nur einmal zu Beginn des Verfahrens anhand der
Referenzbildsequenz durchgeführt
werden muss.
-
Alle
nachfolgenden Verfahrensschritte werden nur für den erkannten größten zusammenhängenden
bewegten Bereich ausgeführt.
Dies bewirkt, dass der Rechner 8 nur einen Teilausschnitt
des Bildes und demzufolge nur einen Teil der Bilddaten verarbeiten
muss, so dass die zu verarbeitende Datenmenge erheblich reduziert
ist und die weitere Verarbeitung zeitnah erfolgen kann.
-
3 zeigt
eine graphische Darstellung der ermittelten Geschwindigkeiten der
transportierten Flaschen 5 in horizontaler Bildrichtung
und entlang des Transportweges. Die X-Achse des Koordinatensystems
gibt den Ort in X-Richtung entlang des Transportbandes 4 an.
Auf der Y-Achse
der Graphik ist der Wert der Geschwindigkeit in X-Richtung, also die
Geschwindigkeitskomponente Vx angegeben.
-
Die
schraffierte Linie 11 gibt die Geschwindigkeiten Vx der Flaschen 6 an, die anhand
der Referenzbildsequenz ermittelt wurden. Die gesamte Länge des
auf den Bildern abgebildeten Transportbandes 4 ist durch
die Kurven 12a bis 12d in die Streckenabschnitte 4a bis 4e unterteilt.
Auf dem ersten Streckenabschnitt 4a und den dazu parallelen
Abschnitten 4c und 4e sind die Geschwindigkeiten
der Flaschen 5 in der Referenzbildsequenz am größten und
nahezu gleich groß.
In den Kurven 12a bis 12d nimmt der Betrag der
Geschwindigkeit in X-Richtung jeweils stark ab. Auf den in der Zeichnung
in die Tiefe laufenden Streckenabschnitten 4b und 4d sind
die Geschwindigkeiten der Flaschen 5 erheblich geringer,
jedoch nicht Null, da die Kamera eine Schrägansicht dieser Streckenabschnitte
erfasst.
-
Analog
zu der Ermittlung der Geschwindigkeiten in X-Richtung erfolgt auch
eine Ermittlung der Geschwindigkeiten in die hierzu senkrechte Transportrichtung,
die in den Darstellungen in die Papierebene hinein läuft und
hier nicht dargestellt ist.
-
Die
Geschwindigkeiten werden dabei zeitlich gemittelt. Alternativ zu
einer zeitlichen Mittelung der Geschwindigkeiten ist auch eine räumliche
Mittelung denkbar, bei der die Mittelung oder die Ermittlung einer
statistischen Kenngröße über einen
um einen zu betrachtenden Bildpunkt herum festgelegten Bildbereich
stattfindet. In einer weiteren Alternative könnte eine raumzeitliche Mittelung
erfolgen, in dem mehrere aufeinander folgende Bilder einer Sequenz
und von diesen jeweils ein Bildbereich um einen zu betrachtenden
Bildpunkt zur Ermittlung der statistischen Kenngröße herangezogen
wird.
-
Anstelle
einer solchen statistischen Kenngröße erster Ordnung, also einer
zeitlichen Mittelung des Geschwindigkeitswertes, können auch
statistische Kenngrößen höherer Ordnung,
beispielsweise die Standardabweichung oder Varianz, oder statistische
Kenngrößen von
dritter oder noch höher
Ordnung als Bezugswert für
die Feststellung einer Abweichung vom Idealfall herangezogen werden.
Der Einfachheit halber wird jedoch im Folgenden die Erfindung anhand
von Geschwindigkeitsabweichungen erläutert.
-
Die
so anhand der Referenzbildsequenz ermittelten Geschwindigkeiten
werden gespeichert und dienen für
die nachfolgend zu generierenden Testbildsequenzen als Referenzwerte.
-
Nachdem
die Referenzgeschwindigkeitswerte in X- und Y-Richtung jeweils aus
der Referenzbildsequenz ermittelt wurden, können nachfolgend die Testbildsequenzen
generiert und ausgewertet werden. Zur Überwachung des normalen Betriebes
des Transportbandes werden daher nun Testbildsequenzen generiert,
die das Transportband während
des Normalbetriebes zeigen. Anhand der Testbildsequenzen sollen
die Störungen
frühzeitig
erkannt werden.
-
Die
Testbildsequenzen werden mit den gleichen Kameraeinstellungen und
aus der gleichen Position wie die Referenzsequenz generiert, so
dass die Testbildsequenzen mit der Referenzbildsequenz vergleichbar
sind. Eine Testbildsequenz weist dabei eine Zeitdauer von wenigen
Sekunden bis zu einigen Minuten auf, wobei die Zeitdauer der Testbildsequenz von
der Dauer der Referenzbildsequenz abweichen kann. Die Testbildsequenzen
schließen
zeitlich lückenlos
aneinander an, so dass während
der Überwachung
der zu überwachende
Bereich ohne Unterbrechung überwacht
wird.
-
Anhand
der Testbildsequenzen werden anschließend die Geschwindigkeiten
der Flaschen 5 entlang des Transportweges ermittelt. Vorzugsweise werden
die Geschwindigkeiten bzw. die Geschwindigkeitskomponenten mit dem
selben Algorithmus ermittelt, der für die Auswertung der Referenzbildsequenz
benutzt wurde, so dass Abweichungen in Geschwindigkeitswerten aufgrund
unterschiedlicher Bestimmungsverfahren auszuschließen sind.
-
Die
für eine
Testbildsequenz ermittelten Geschwindigkeiten werden dann mit denen
der Referenzbildsequenz verglichen, um Abweichungen aufzudecken.
-
Eine
ermittelte Geschwindigkeitsabweichung ist in 3 als massive
Linie 13 eingezeichnet. Diese zeigt an, dass die Geschwindigkeit
der Flaschen 5 in X-Richtung vor der Kurve 12d und
auf dem nachfolgenden Transportbandabschnitt 4e geringer
ist als die Referenzgeschwindigkeit. Dies bedeutet, dass die Flaschen 5 ab
dem Ort vor der Richtungsänderung 12d langsamer
zu der Etikettiermaschine 2 transportiert werden als in
der Referenzbildsequenz. Da jedoch in den davor liegenden Streckenabschnitten
die Flaschen 5 mit der Referenzgeschwindigkeit bis zu dem
Ort transportiert werden, ab dem die Transportgeschwindigkeit geringer
ist, stauen sich die Flaschen vor der Richtungsänderung 12d des Transportbandes 4.
Als weitere Folge eines solchen Staus der Flaschen 5 können diese
sich beispielsweise verklemmen oder umfallen und dadurch eine Störung in
der Produktionslinie 1 auslösen.
-
Die
Geschwindigkeiten per se sowie die Abweichungen der Geschwindigkeiten
müssen
dabei nicht in eine physikalische Einheit umgerechnet werden. Für den Vergleich
der Geschwindigkeiten ist die absolute Größe der Geschwindigkeiten unerheblich. Daher
können
sowohl die Geschwindigkeiten selbst als auch die Abweichungen in
der Pseudoeinheit „Pixel
zwischen aufeinanderfolgenden Bildern" angegeben werden. Diese vereinfachte
Betrachtung der Geschwindigkeiten sowie der Abweichungen vereinfacht
die Auswertung der Bildsequenzen erheblich und verringert damit
den zur Auswertung notwendigen Rechenaufwand.
-
Eine
solche Abweichung in der Geschwindigkeit kann beispielsweise dadurch
entstehen, dass die Flaschen an einer Stelle des Transportbandes 4 an
einer Führungsschiene
entlang reiben und dadurch gebremst werden.
-
Eine
weitere mögliche
Quelle für
eine Geschwindigkeitsabweichung kann beispielsweise eine Übergabestation
sein, die die Objekte von einem ersten auf ein zweites Transportband
setzt. Eine solche Station kann beispielsweise im Wesentlichen als
rotierende Scheibe ausgebildet sein, auf der die Objekte aufgesetzt
werden und ein Stück
weit rotierend transportiert werden, um auf das zweite Transportband
aufgesetzt zu werden. Weicht die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe
von dem Idealwert ab, so werden dadurch die Flaschen beispielsweise
an einem Rand des zweiten Transportbandes platziert. Diese vom Idealzustand
abweichende Position einer Flasche 5 auf einem Transportband 4 kann
beispielsweise das Berühren
einer Führungsschiene
verursachen, was die Flasche bremsen könnte oder nicht zu der von
einer weiterverarbeitenden Maschine erwarteten Position der Flasche 5 passen,
so dass hierdurch Störungen
bewirkt würden.
Die nicht ideale Position der Flasche auf dem zweiten Transportband kann
damit zum einen eine Folge einer Geschwindigkeitsabweichung sein,
zum anderen auch Auslöser einer – weiteren – Geschwindigkeitsabweichung sein.
-
Der
Vergleich der Geschwindigkeiten der Flaschen 5 aus den
Testbildsequenzen mit denjenigen aus der Referenzbildsequenz über die
beobachtete Transportstrecke ermöglicht
so die genaue Bestimmung aller Orte, an denen die Geschwindigkeiten
voneinander abweichen. Insbesondere kann so der Ort bestimmt werden,
an dem die Geschwindigkeit eines Objekts erstmalig von der Referenzgeschwindigkeit
abweicht und an dem somit die Kette nachfolgender Abweichungen und
Störungen
beginnt.
-
Testbildsequenzen,
die eine Abweichung der Geschwindigkeiten von den Referenzgeschwindigkeiten
aufweisen, werden auf einem Datenträger dauerhaft gespeichert,
so dass diese dauerhaft zur Verfügung
stehen. Diejenigen Testbildsequenzen, bei denen keine Geschwindigkeitsabweichung
festgestellt wurde, werden gelöscht
oder nicht gespeichert, da diese nur den störungsfreien Betrieb zeigen und
somit keine relevante Information liefern. Da eine Testbildsequenz
wenige Sekunden bis zu einigen Minuten dauert, wird somit das zu
speichernde Datenvolumen begrenzt.
-
Gespeicherte
Referenzbildsequenzen können
zu einem späteren
Zeitpunkt wieder in den Rechner geladen werden und für weitere
Testbildsequenzen, die möglicherweise
erheblich später
generiert werden, als Vergleich dienen. Voraussetzung hierfür ist jedoch,
dass die Testbildsequenzen mit den Kameraeinstellungen erstellt
werden, mit denen die Referenzbildsequenz erstellt wurde. Auf diese
Weise kann eine Referenzbildsequenz nach einer längeren Zeit, beispielsweise
einigen Tagen, Wochen oder Monaten, wieder als Referenz dienen,
um beispielsweise die Änderungen
der Geschwindigkeitswerte einer Produktionslinie 1 zwischen
zwei vergleichsweise lang auseinanderliegen Zeitpunkten zu ermitteln. Beispielsweise
kann so für
eine ununterbrochen laufende Produktionslinie 1 ermittelt
werden, ob und gegebenenfalls welche Geschwindigkeitsänderungen feststellbar
sind, wenn diese über
einen langen Zeitraum betrieben wird.
-
Das
Verfahren ermöglicht
damit eine permanente Überwachung
einer Produktionslinie oder eines Abschnitts davon, wobei der Zeitpunkt
und der Ort der ersten Abweichung ermittelt und als Bildsequenz
gespeichert werden. Weiterhin können
im Falle einer erkannten Störung
weitere Maßnahmen
ausgelöst
werden. Beispielsweise kann der Rechner mit einem Leitsystem, welches
die Produktionslinie 1 steuert, verbunden sein, so dass
in diesem ein Alarm ausgelöst
oder die Maschinen der Produktionslinie direkt beeinflusst werden
können.