Aufgepasst, ihr Flaschen!

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3D Vision Sensor in der Qualitätskontrolle

Sensorik

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In der deutschen Getränkeindustrie werden die Kästen auf Vollständigkeit geprüft, ehe sie das Werk verlassen. Der Vision Sensor efector pmd3d erkennt dabei selbst kleinste Unregelmäßigkeiten, die mit herkömmlichen optischen Sensoren nicht aufzuspüren wären. Das gewährleistet maximale Qualität und Sicherheit.

 

Es ist schon eine Menge Glas, das in der Vulkaneifel bei der Gerolsteiner Brunnen GmbH & Co. KG bewegt wird. Pro Anlage werden bis zu 60.000 Flaschen pro Stunde abgefüllt. Eine ganze Reihe unterschiedlicher Sensoren sorgen dafür, dass die Prozesse rund laufen. Am Ende der Produktion prüft die so genannte "Vollkastenkontrolle", ob die Mineralwasserkästen tatsächlich ordnungsgemäß mit Flaschen gefüllt sind. Fehlt eine Flasche, wird der Kasten aussortiert und per Hand aufgefüllt, ehe er die Anlage verlässt.

Fehlerquellen
Glücklicherweise passiert es nur selten, dass eine Flasche im Kasten fehlt. Wenn doch, dann ist der Grund oftmals am Einpacker zu finden: Dieser hebt mit pneumatischen Greifern die Flaschen von der Sortieranlage in die bereit stehenden leeren Getränkekästen. Dabei kann es passieren, dass eine Flasche nicht richtig gegriffen wird. Deshalb ist auf dem nach folgendem Transportband ein sogenannter Vollkasten-Inspektor installiert. Mittels optischem 3D-Sensor prüft er per Draufsicht die Kästen auf Vollständigkeit, ehe sie palettiert und ausgeliefert werden.

Herkömmliche Vollständigkeitskontrolle
Bei dem herkömmlichen Verfahren, welches weltweit in der Getränkeabfüllung Anwendung findet, schauen in einer Matrix angeordnete optische Lichttaster von oben auf die Verschlussdeckel der Flaschen. Fehlt eine Flasche, dann wird kein Licht zum Sensor zurück reflektiert. Der Sensor gibt ein Fehler-Signal an die Steuerung.

Kontrolle mittels 3D-Sensor
Gerolsteiner setzt darüber hinaus die Vollkastenkontrollen des Ausrüsters Recop ein. Herzstück der Anlagen ist der efector pmd3d der ifm electronic. Dieser Sensor ist quasi eine 3D-Kamera mit integrierter Auswertung. Seine Auflösung beträgt 64 mal 48 Bildpunkte. Zu jedem einzelnen der 3.072 Bildpunkte liefert der Sensor einen millimetergenauen Abstandswert - bis zu 25 Mal in der Sekunde.

Der efector pmd3d schaut von oben auf die Gebinde. An definierten Positionen im Kamerabild wird der Abstand vom Kronkorken zum Sensor ausgewertet. Liegt dieser außerhalb des Soll-Bereiches, gibt der Sensor ein Fehler-Schaltsignal an einen Schieber, der den Kasten aussortiert. Mit nur einem Sensor werden auch mehrere fehlende Flaschen sicher erkannt.

Vorteile der 3D-Kontrolle
Gegenüber der herkömmlichen Kastenkontrolle mittels Lichttaster kann der efector pmd3d zusätzliche Fehler im Getränkekasten erkennen. Durch die millimetergenaue Abstandsmessung erfasst er minimale Höhenunterschiede. Sollten sich zum Beispiel Scherben zwischen Kastenboden und Flasche befinden, so stünde die Flasche etwas höher. Der 3D-Sensor würde dies erfassen und den Kasten aussortieren. Optische Lichttaster dagegen würden diesen Fehler nicht erkennen.

Darüber hinaus lässt sich der Vision-Sensor einfach per Softwareparametrierung auf verschiedene Kasten- und Flaschenformen einstellen und später mit einem simplen Schalter umschalten. Ein mechanischer Umbau der Lesematrix, wie es bei einer Lichttaster-Methode erforderlich wäre, entfällt. Das spart Zeit und Kosten bei der Umrüstung.

Die Oberflächenbeschaffenheit der Flaschenverschlüsse, z. B. silberglänzend oder dunkelmatt bedruckt, die bei der Lichttaster-Methode immer wieder zu Fehlern führt, ist für den 3D-Sensor kein Problem.

Dadurch, dass die Auswertung des 3D-Bildes im Sensor erfolgt, ist eine externe Steuerung nicht erforderlich. Allein der Schaltausgang des Sensors kann die Aussortierung fehlerhafter Kästen per Schaltsignal auslösen.

Ausschuss im Blick
Gerolsteiner nutzt die Ethernet-Prozessschnittstelle des Sensors, um das Prüfergebnis auf einem Touchpanel-Display zu visualisieren. Hier kann der Anlagenbediener die Abstandswerte für jede einzelne Flasche im Kasten ablesen. Eine Statistik-Funktion erlaubt es, die Fehler über einen definierten Zeitraum zu erfassen. Auch Aussagen, welche Flaschen-Positionen häufig zu Fehlern führen, lassen sich über eine Statistik auswerten. Der Maschinenbetreiber hat somit die Möglichkeit, nicht einwandfrei funktionierende Anlagenteile aufzuspüren und nachzubessern. Besonders beim Einfahren von Maschinen ist diese Analyse hilfreich.

Preisvorteil
Ganz abgesehen von den technischen Vorteilen bietet der Einsatz des efector pmd3d einen deutlichen Preisvorteil - ersetzt er doch eine ganze Matrix von Lichttastern. Je nach Kastengröße sind 12 bis 24 Flaschen zu überwachen. Bei einem Stückpreis von rund 80 Euro für einen Lichttaster ergeben sich allein dafür Hardwarekosten von 960 bis 1920 Euro. Hinzu kommen die Kosten für Verkabelung und Steuerungselektronik. Zum Vergleich: Der efector pmd3d bietet 3.072 Messpunkte und kostet weniger als 800 Euro. Und die Auswerteelektronik ist bereits im Sensor integriert.

Fazit
Durch den Einsatz des Vision Sensors konnte der Gerolsteiner Brunnen ihre Vollkastenkontrolle um zusätzliche Diagnosemerkmale erweitern. Die Anpassung an verschiedene Kasten-Geometrien erfolgt komfortabel per Software und nicht mehr per mechanischen Umbau. Das Umrüsten der Anlage ist somit deutlich einfacher und schneller.

Insgesamt bietet der efector pmd3d mehr Leistung bei gleichzeitig geringeren Kosten gegenüber einer herkömmlichen Lichttaster-Matrix. Auch für Qualitätskontrollen in anderen Industriebereichen lässt sich der Sensor einfach integrieren. Für Gerolsteiner war die Umrüstung auf den efector pmd3d ein weiterer wichtiger Schritt, den hohen Qualitätsstandard des Mineralbrunnens zu erweitern.

Autor: Andreas Biniasch, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, ifm electronic, Essen

Veröffentlicht am November 9, 2011 - (450 views)
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