DE10218966A1 - Automatische Erkennung der Übergangszone minderer Qualität bei einem Produktwechsel auf einer Produktionsanlage - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben, um automatisch die Übergangszone mit minderer Qualität zu erkennen, welche bei einem Produktwechsel auf einer Produktionsanlage auftritt. Beispielhaft wird die Erkennung der Farbverlaufszone bei der Herstellung von farbgemusterten Teppichbahnen beschrieben, indem mit Hilfe von Farbkameras fortlaufend die Farbmuster ab dem Produktwechsel solange aufgenommen und in einem Datenspeicher abgelegt werden, bis mit Sicherheit die Übergangszone abgeschlossen ist, dass anschließend die zuletzt gemessenen Qualitätsmerkmale rückwärts mit den vorherigen schrittweise verglichen werden und der Ort der Teppichbahn bestimmt wird, bei dem das Differenzmaß eine vorgegebene Toleranzschwelle überschreitet. Mit der Erfindung wird sowohl vermieden, dass unnötig viel Material ausgeschnitten wird und damit verloren geht, als auch das unerkannte Material minderer Qualität aus der Übergangszone ausgeliefert wird und damit zu kostspieligen Reklamationen führt.

Description

• Bei der Produktion von gefärbten und gemusterten Bahnen wie z. B. Teppichware, gefärbten Textilbahnen u. ä. ist der Wechsel von einem Produkt A zu einem andersfarbigen und/oder anders gemusterten Folgeprodukt B auf der gleichen Produktionslinie immer durch das Problem gekennzeichnet, einen möglichst kurzen und eindeutigen Übergang zwischen der Färbung/Musterung von A zu der andersartigen Färbung/Musterung von B zu erreichen. Die Färbeeinrichtung mit den Farben zu A muss umgeschaltet werden auf die Farben zu B. Dabei treten Probleme der Verschleppung von Farbresten von A nach B auf, welche eine farblich undefinierte Übergangszone hervorrufen, welche unverkäuflich ist und abgetrennt werden muss. Die Hersteller von Bahnfärbeeinrichtungen haben verschiedene Systeme entwickelt, um diese Übergangszone möglichst kurz zu halten. Trotzdem kommt es immer wieder vor, daß Farbresteinschleppungen, der neue Aufbau stabiler Strömungsverhältnisse in der Färbeeinrichtung usw. Übergangszonen von erheblicher Länge entstehen lassen. Somit ist bei einem Produktwechsel schlecht bekannt ist, wann der neue Prozesszustand stabil eingeschwungen ist und wie lange die nicht verkäufliche Übergangspartie eigentlich ist.
• Diese Übergangszone ist mit dem bloßen Auge in der Produktionsanlage nur sehr schwierig einzugrenzen, insbesondere wenn es sich um mehrfarbige und gemusterte Ware handelt. Viele Produzenten gehen daher auf die sichere Seite und schneiden deutlich mehr Bahnlänge aus, als erforderlich. Dies bedeutet aber einen signifikanten Produktionsverlust. Wird jedoch eine Teppichbahn ausgeliefert, an deren Anfang sich noch eine Übergangszone befindet, so erkennt man dies oft erst nach dem Verlegen beim Endkunden. Kostspielige Reklamationen sind dann die Folge.
• Dieses Problem besteht auch, wenn aus den Bahnen Fliesen ausgestanzt werden. Es entsteht auch bei der Herstellung von nicht-textilen bahnförmigen Produkten wie PVC-Bahnen, Linoleum und ähnliche Materialien, bei denen die Farbmusterung z. B. durch Einstreuung andersfarbiger Schnipsel erfolgt. Auch in diesem Fall ist ein Übergang von einer Produktion A zu einer andersfarbigen Produktion B durch eine solche, unklar abgegrenzte und visuell nur sehr schwer erkennbare Übergangszone gekennzeichnet. Wir bezeichnen im folgenden mit dem Begriff "Übergangszone" denjenigen Bereich eines Produktes, in dem sich die Farbe, die Farbmusterung, die farblose Musterung oder allgemein der visuelle Eindruck von einem Produkt zu einen anderen, in der Produktion darauf folgenden, ändert. Hierbei ist es für den Erfindungsgedanken unerheblich, ob es sich um einfarbige oder mehrfarbige Bahnen, um ausgestanzte Fliesen oder um einzeln produzierte Stücke handelt: Der Erfindungsgedanke umfasst sowohl ein- oder mehrfarbige Produkte mit oder ohne Musterung, wobei der Begriff der "Musterung" sämtliche sichtbaren Eigenschaften der Oberfläche umfasst.
• Es besteht ein erhebliches wirtschaftliches Interesse daran, solche Übergangszonen automatisch genau zu erkennen und gezielt so zu kennzeichnen, dass sowohl der Materialverlust minimiert wird als auch das Risiko, Material mit unerkannten Übergangsverläufen auszuliefern, verringert wird.
• Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass bei einem Produktwechsel mit Hilfe von Sensoren über eine Länge der Produktion, welche mit dem Produktwechsel beginnt und nach einer Strecke endet, nach welcher mit hoher Sicherheit der Übergang von dem vorherigen Produkt zu der gewünschten Qualität des neuen Produktes abgeschlossen ist, schrittweise ortsaufgelöst die jeweils interessierenden Qualitätsmerkmale gemessen und abgespeichert werden, dass danach die dem eingeschwungenen Prozesszustand entsprechenden Qualitätsmerkmale mit den vorher gemessenen Qualitätsmerkmalen schrittweise verglichen werden und derjenige Ort der Produktion bestimmt wird, bei dem die Abweichung zwischen den Qualitätsmerkmalen des eingeschwungenen Zustandes des neuen Produktes und Qualitätsmerkmalen der auf den Produktwechsel folgenden Übergangszone eine vorgegebene Toleranzschwelle erreicht und dass dieser Ort als Übergang von der unstabilen Übergangszone in den stabilen Qualitätszustand des neuen Produktes protokolliert und/oder auf dem Produkt markiert wird.
• Das Verfahren sei am Beispiel der Bestimmung der Farbübergangszone bei mehrfarbigen, gemusterten Teppichbahnen mit Hilfe von Farbkameras erläutert. Als Qualitätsmerkmal wird die Konstanz der Farbmusterung der Oberfläche gemessen. Dieses Beispiel ist nicht als einschränkend zu verstehen; der Erfindungsgedanke umfasst alle Arten von Produkten und Qualitätsmerkmalen, auch nicht visuelle physikalische Merkmale wie z. B. die Produktsdichte. Das vorliegende Beispiel verdeutlicht aber exemplarisch und besonders anschaulich den Erfindungsgedanken.
• Es ist aus dem Patent Robert Massen: "Produktionsnahe Farbkontrolle mit bildgebenden Sensoren" DE 43 09 802 A1, bekannt, mit bildgebenden Farbsensoren wie Farbkameras, farbtüchtigen Scanner usw. die Farbabweichung zwischen einer mehrfarbigen gemusterten Referenz und einem Prüfling dadurch zu bestimmen, dass jeweils die mehrdimensionalen Farbvektorhistogramme von Referenz und Prüfling verglichen werden.
• Erfindungsgemäß wird nach Fig. 1 die produzierte Teppichbahn 1 mit einer Farbkamera 2 in Bahnrichtung abgetastet. Auf die vorlaufende Produktion A mit einer entsprechenden Farbmusterung 3 folgt beim Produktwechsel eine unstabile Übergangszone 4 welche nach einer unbekannten und variablen Strecke in die stabile Musterung des Produktes B5 einmündet. Während der Beginn der Übergangszone 6 gut bekannt ist, da hier der automatische Farbwechsel eingeschaltet wird, ist das Ende 7 der Übergangszone, welche durch Verschleppung von Farbresten, dem Erreichen von stabilen Strömungsverhältnissen an der Färbeeinrichtung usw. bewirkt wird, nur sehr ungenau bekannt. Beginnend mit dem Anfang der neuen Produktion B welcher auf die vorherige Produktion A folgt, d. h. mit dem Beginn der Übergangszone, und endend nach einer Strecke, welche mit Sicherheit innerhalb der eingeschwungenen Zone 5 liegt, wird von der Farbkamera 2 eine ununterbrochene Folge von Bildern B1 bis Bn der Teppichzone erfasst und an einen Rechner 8 übertragen, in welchem die örtliche Farbinformation dieses länglichen Bildauschnittes in einem Datenspeicher abgespeichert wird.
• Statt der Folge der Farbbilder zu speichern kann die für die automatische Erkennung des Farbübergangs erforderliche Information auch in einer komprimierteren Form, z. B. als Folge lokaler Farbhistogramme gespeichert werden. Histogramme benötigen wesentlich weniger Speicherplatz und stellen damit eine für die besprochene Aufgabe sinnvolle Datenreduktion dar. Sie können aus aufeinanderfolgenden Teilbilder Bi berechnet werden, welche sich in Bahnrichtung überlappend oder nicht überlappend aufgenommen werden.
• Nach Fig. 2 wird nach erfolgter Abspeicherung der Farbinformationen der über die Farbübergangszone hinausreichenden Strecke die letzte Farbinformation Bn, welche mit Sicherheit ausserhalb des Bereiches des unstabilen Farbübergangs liegt und damit dem eingeschwungenen Prozesszustand entspricht, rückwärts fortschreitend mit der jeweilig vorherigen Farbinformationen mit Hilfe der Vergleichseinheit 2 im Auswerterechner verglichen und für jeden Vergleich ein Differenzmaß ermittelt. Die Folge dieser Differenzmaße beschreibt eine bei Null beginnende Abweichungskurve 3, welche beim Erreichen der Farbübergangszone signifikant ansteigt. Das Ende der unstabilen Farbübergangszone (vom Beginn der Produktion B aus gemessen) kann dadurch automatisch bestimmt werden, in dem der Ort bestimmt wird, wo die lokale Abweichung eine vom Produzenten einstellbare Toleranzschwelle 4 kreuzt.
• Erfindungsgemäß wird dieser Punkt der Teppichbahn numerisch als Längenkoordinate gespeichert oder aber vom Auswerterechner gesteuert auf der Bahn markiert, so dass für das spätere Ausschneiden der Farbübergangszone eine eindeutige Längsposition auf der Teppichbahn bekannt ist, wo die nicht verkäufliche Übergangszone abgeschnitten werden kann.
• Da dieser Ort visuell nur sehr schwer oder sogar gar nicht vom Bedienungspersonal erkennbar ist, werden mit diesem erfindungsgemässen Verfahren sowohl der Nachteil vermieden, dass bereits gute Partien abgeschnitten werden als auch der Nachteil, dass schlechte, noch nicht farbstabile Partien verkauft werden und dann zu sehr kostspieligen Reklamationen führen.
• Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch mit Hilfe von nicht-bildgebenden Farbsensoren wie Farbfiltersensoren oder Spektrometer erfolgen. Dies ist insbesondere bei einfarbigen Waren möglich, da hier die Definition der Farbinformation auf einen mittleren Farbvektor, gemittelt über die Sensorapertur des Farbsensors, ausreichend genau beschrieben wird. Die zu bestimmende Differenz kann dann durch ein übliches kolorimetrisches Differenzmaß wie z. B. ΔE ausgedrückt werden.
• Erfindungsgemäß wird die Differenz der Farbinformation der Bahn nicht nur entlang einer Spur, sondern an mehreren Messspuren bestimmt. Es ist hierbei besonders naheliegend, diese Messspuren auf den linken und rechten Bahnrand sowie in die Bahnmitte zu legen. Das Ende der Farbübergangszone wird dann dadurch bestimmt, dass alle Messspuren sich nicht um mehr als eine zulässige Toleranz von der Färbung des eingeschwungenen Prozesszustandes unterscheiden.
• Die Übergangszone kann erfindungsgemäss auch bei nicht-farbigen, aber gemusterten Oberflächen erkannt werden. Solche Produkte werden z. B. durch Einstreuen von hellen Partikel in eine schwarze Grundmasse hergestellt. Auch hier kommt es zu unstabilen Übergängen, wenn von einem Produkt mit kleinen Partikel zu einem Produkt mit grossen Partikel gewechselt wird. Als ortsauflösender Sensor zur Erfassung dieser Information kann in diesem Fall beispielsweise eine s/w Kamera verwendet werden.
• Auch Produkte, deren Oberfläche durch andere, z. B. chemische Prozesse gemustert werden, zeigen diese Übergangsproblemen. So treten z. B. beim Wechsel von einem Produkt mit einer glänzenden Oberfläche zu einem Produkt mit einer Oberfläche mit einem anderen Glanzgrad ebenfalls unstabile Übergänge auf, die erkennt werden müssen. In diesem Fall kann als ortsauflösender Sensor ein Glanzgradsensor oder aber eine s/w Kamera mit Hellfeldbeleuchtung eingesetzt werden.
• Der Erfindungsgedanke ist daher weder auf einen bestimmten Typ von Sensor noch auf einen speziellen Typ von Oberflächenmuster eingeschränkt sondern umfasst alle Produktqualitätsmerkmale, welche sich bei einem Produktwechsel ändern und wo diese Änderung über einen unstabilen Zwischenzustand, die genannte Übergangszone, verläuft.
• Ebenso ist das Abtasten der Produktbahn mit einem beweglichen Sensor vom Erfindungsgedanken abgedeckt. Dies kann z. B. dann erforderlich sein, wenn die zu bearbeitenden Bahn auf einem Legetisch zugeschnitten wird. In diesem Fall ist es technisch einfacher, mit einem verfahrbaren Sensor die jeweilige Färbung und/oder Musterung zu erfassen und die Vergleiche mit dem eingeschwungenen Prozesszustand erfindungsgemäss durchzuführen.
• Ebenfalls erfasst vom Erfindungsgedanken sind Produkteigenschaften, welche sich nicht visuell ausdrücken, sondern z. B. anhand anderer physikalischer Eigenschaften wie z. B. der lokalen Stoffdichte beschrieben werden.
• Auch Produkte, welche nicht in Form einer Bahnware, sondern als Stückgut gefertigt werden, wie z. B. keramische Fliesen, und bei denen ein Produktwechsel zu einer Zahl unstabiler Übergangsprodukte führt, werden vom Erfindungsgedanken abgedeckt.

Claims (7)

1. Verfahren zur automatischen Kontrolle der Qualität von Produkten, welche auf einer Produktionsanlage hergestellt werden und bei welcher der Wechsel von einem Produkttyp zu einem anderen eine vorübergehende Folge von Produkten minderer Qualität bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Produktwechsel mit Hilfe von Sensoren über eine Länge der Produktion, welche mit dem Produktwechsel beginnt und nach einer Strecke endet, nach welcher mit hoher Sicherheit der Übergang von dem vorherigen Produkt zu der gewünschten Qualität des neuen Produktes abgeschlossen ist, schrittweise ortsaufgelöst die jeweils interessierenden Qualitätsmerkmale gemessen und abgespeichert werden, dass danach die dem eingeschwungenen Prozesszustand entsprechenden Qualitätsmerkmale mit den vorher gemessenen Qualitätsmerkmalen schrittweise verglichen werden und derjenige Ort der Produktion bestimmt wird, bei dem die Abweichung zwischen den Qualitätsmerkmalen des eingeschwungenen Zustandes des neuen Produktes und Qualitätsmerkmalen der auf den Produktwechsel folgenden Übergangszone eine vorgegebene Toleranzschwelle erreicht und dass dieser Ort als Übergang von der unstabilen Übergangszone in den stabilen Qualitätszustand des neuen Produktes protokolliert und/oder auf dem Produkt markiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Produkte als Bahnware hergestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Die Produkte als Stückgut hergestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die interessierenden Qualitätsmerkmale der Produkte visuelle Merkmale sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die interessierenden Qualitätsmerkmale der Produkte visuelle Merkmale der Produktoberfläche sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Merkmale der visuellen Qualität der Oberfläche des Produktes mit bildgebenden Sensoren gemessen werden.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Qualität der in einer Produktionsanlage hergestellten Produkte mit Hilfe von Sensoren fortlaufend gemessen wird, dass bei einem Produktwechsel die Messwerte in einen Datenspeicher solange eingelesen werden, bis mit Sicherheit der unstabile Übergang zwischen dem vorlaufenden und nachfolgenden Produkt abgeschlossen ist, dass sodann die zuletzt gemessenen Qualitätsmerkmale des neuen Produktes aus dem Datenspeicher ausgelesen werden und mit einer Vergleichseinheit schrittweise mit den Qualitätsmerkmalen der vorlaufenden, sich in der Übergangszone befindlichen Produkten verglichen werden und aus diesem Vergleich ein Differenzmaß berechnet wird, dass der Ort im Produktstroms bestimmt wird, wo dieses Differenzmaß eine vom Benutzer vorgegebene Schwelle durchkreuzt und das dieser Ort und/oder das diesem Ort entsprechende Produkt in einer Anzeige dargestellt und/oder das entsprechende Produkt markiert wird.