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Prüfen im Sauseschritt

Text: Detlef Zienert, Balluff
In einer Brauerei gibt es auch nach dem Abfüllprozess einiges zu kontrollieren: die Anwesenheit von Etiketten, die korrekte Beschriftung von Labeln sowie die Qualität von Verpackungen. Das Ganze in einer rasanten Geschwindigkeit. Warsteiner hat sich für einen Vision-Sensor entschieden, der diese Aufgaben sicher bewältigt.

Wer hat sich nicht schon immer einen Sensor gewünscht, der so vielseitig ist, dass er unterschiedliche Inspektionsaufgaben mit Bravour lösen kann. Die Vison-Sensoren BVS-E von Balluff mit ihrer integrierten Auswerteelektronik und Beleuchtung sowie drei digitalen Ausgängen sind solche Multitalente. Sie können nicht nur sehr viele Merkmale in einem Durchgang lageunabhängig kontrollieren, sondern auch vielfältige Aufgaben wie Kanten zählen, Kontraste vergleichen, Muster oder Position prüfen oder Codes lesen, gleichzeitig ausführen. Ihre universellen Einsatzmöglichkeiten überzeugten auch die Warsteiner Brauerei.

In den Abfülllinien für 0,5l-Flaschen werden mit einem schnellen Laser auf spezielle auf der Flaschenrückseite aufgebrachte Labels das Mindesthaltbarkeitsdatum, die Uhrzeit und der Maschinencode eingebrannt. Diese Markierungen gilt es mit dem Vision-Sensor für jede Flasche mit dem Werkzeug Kantenzählen zu prüfen, denn fehlt das Mindesthaltbarkeitsdatum, darf sie nicht in den Handel gelangen. Getriggert wird die Kamera von einer Lichtschranke. Sie detektiert die Gestänge der Zentriertulpen, die die Flaschen durch die Anlage führen.

Schnelle Flaschen erkennen

Die besonderen Herausforderungen der Applikation erklärt Andreas Zydek, geschäftsführender Consultant der Firma BHV Automation, der den Getränkehersteller bei der Auslegung der Anlagen beraten hatte: „Die Flaschen sind in extrem schneller Bewegung, denn bis zu 55 000 Flaschen durchlaufen in der Stunde die Anlage. Für den Sensor mit seinem Schwarzweiß-CMOS-Bildaufnehmer (640 x 480 Pixel) bleibt damit nur noch eine Bearbeitungszeit von 25 ms pro Prüfvorgang bei 16 Flaschen pro Sekunde, doch diese Aufgabe löst der Sensor mit Bravour. Wir haben ein besonders kompaktes VA-Ringlicht mit Fresnelloptik als Zusatzbeleuchtung eingesetzt. Es verstärkt die Lichtleistung der integrierten Leuchte punktuell.“

Fehlt die Markierung auf dem Etikett, gibt der Sensor ein NiO-Signal aus. Dieses wird von der Steuerung in das Schieberegister übergeben. Erreicht die fehlerhafte Flasche einen Pusher, wird sie mit einer Drehung von den anderen Flaschen separiert und ausgeschleust. Um den besonderen Bedingungen des Brauereibetriebes gerecht zu werden, wurden Sensor und Leuchte noch zusätzlich in ein abgedichtetes V2A Einbaugehäuse mit entspiegelter Glasscheibe integriert, was eine problemlose Reinigung der Anlage mit viel Wasser und Reinigungsmitteln erlaubt.

Parametrierung leicht gemacht

Für die Parametrierung des Sensors benötigte man bei Warsteiner keinerlei Programmierkenntnisse oder langwierige Schulungen. Der robuste Highend-Sensor im Scheckkartenformat ist über die mitgelieferte Software ConVIS mit ihrer intuitiv zu bedienenden Benutzeroberfläche einfach zu handhaben.

„Sobald wir den Sensor über die integrierte Ethernet-Schnittstelle an ein Windows-Notebook angeschlossen haben, sehen wir sofort ein laufendes Bild des Erfassungsbereichs auf dem Monitor", erläutert Rainer Ifland, Gruppenleiter Elektrotechnik in der Instandhaltung bei der Warsteiner Brauerei, und führt weiter aus: „Wir müssen dann nur noch die gewünschten Werkzeuge und Bildausschnitte aussuchen und den Ausgang anwählen, schon ist der Sensor betriebsbereit." Den korrekten Schwellenwert für jedes Werkzeug zu finden, ist einfach: Hinweise in den Farben Rot und Grün signalisieren die korrekte Einstellung schon vor dem Wechseln in den Betriebsmodus. Danach arbeitet der Sensor vollkommen autonom als Standalone-Gerät. Besonders komfortabel: Bis zu 20 Konfigurationen kann der Anwender direkt im Sensor speichern.

Das gilt auch für eine zweite Variante des Sensors, den BVS-E Identification, der speziell für das Lesen und Erkennen von 1D-Codes (Barcodes) beziehungsweise 2D-Codes (DataMatrix-Codes) konzipiert wurde. Mit ihm lassen sich gebräuchliche Codes erfassen und auch Texte und Zahlenfolgen sicher verifizieren.

Anwesenheitskontrolle per DataMatrix-Code

Eingesetzt wird er in der Warsteiner Brauerei in Etikettier-Systemen für 30- und 50l-Mehrwegfässer aus Edelstahl, den Keg-Fässer. Er überprüft dort im Rahmen einer 100-prozentigen Kontrolle die Anwesenheit von Etiketten auf der Verschlusskappe über dem Keg-Kopf der Fässer. Das Etikett gibt in Klarschrift Auskunft über die Biersorte, das Abfülldatum und kann neben dem Mindesthaltbarkeitsdatum noch weitere ganz spezifische Informationen wie die Chargennummer und Losgröße enthalten.

Der besondere Clou: Gelesen wird nicht die Schrift, sondern ein zusätzlich aufgedruckter 2D-Matrixcode auf dem Etikett, was einen besonders schnellen und störungsfreien Erfassungsprozess erlaubt. Dies ist wichtig, denn bei Warsteiner werden 1000 Fässer pro Stunde abgefüllt – und das im Zweischichtbetrieb.

„In seinem äußeren Erscheinungsbild sowie im elektronischen und mechanischen Aufbau unterscheidet sich der Sensor von den anderen BVS-Varianten nur marginal“, bestätigt Rainer Ifland von Warsteiner. „Und auch die Applikationssoftware ist absolut identisch“, fügt er hinzu. Und führt weiter aus: „So findet man sich dank des einheitlichen Bedienkonzeptes immer auf Anhieb zurecht.“ Selbst das Zubehör wie Haltewinkel, Hintergrundbeleuchtung, Spot, Ringbeleuchtung, Dunkelfeldbeleuchtung oder Linienlicht ist identisch, was die Lagerhaltung und Instandhaltung ungemein vereinfacht.

Der Erfassungsprozess in der Etikettierlinie ist schnell erklärt: Ein Transportband führt die Fässer mittig zu, so erscheinen die Schutzkappen der Keg-Verschlüsse immer an der gleichen Position unterhalb des Druckers. Sobald ein Sensor die Anwesenheit eines Fasses meldet, liefert ein Etikettendruckspender just in time ein druckfrisches Etikett an, das dann von einer Pneumatikachse auf die Schutzkappe des Fasses geklebt wird.

Sortenwechsel ist kein Problem

Der am Druckgestell befestigte Vision-Sensor wird bei Sortenwechsel automatisch mitgeführt. Ist die Achse wieder an ihren Ausgangspunkt zurückgefahren, löst dies ein Triggersignal aus, auf das der Sensor dann zuerst mit einem OK-Signal seine Betriebsbereitschaft signalisiert, was sicherstellt, dass kein Fass ungeprüft das Haus verlässt. Ist ein Etikett vorhanden, bestätigt er dies nach Erfassen des DataMatrix-Codes mit einem zweiten OK auf einem zweiten digitalen Ausgang. Fässer, die kein Label tragen, werden sofort ausgeschleust, um nach einer Sichtkontrolle später nochmals der Etikettierlinie zugeführt zu werden.

„Wir haben natürlich auch andere Verfahren, wie den Einsatz von Barcodes vorher geprüft“, erläutert Andreas Zydek von BHV seine Erfahrungen. „Die hohe Lesequalität erreicht man jedoch in dieser Umgebung nur mit einem DataMatrix-Code in Verbindung mit einem bildgebenden Verfahren". Ist ein Barcode erst einmal beschädigt, verschmutzt oder durch Feuchtigkeit aufgequollen, lässt er sich häufig kaum oder gar nicht mehr lesen. Beim DataMatrix-Code dagegen kann bis zu 25 Prozent und mehr der Informationen beschädigt sein, sie wird immer noch korrekt erfasst.

Variierende Lage

Erschwerend kommt hinzu, dass die Lage des Etiketts auf der Schutzkappe geringfügig variiert, daher muss die Information lageunabhängig erfasst werden. Für den Vision-Sensor von Balluff mit seiner 360°-Codeerkennung ist dies ein Kinderspiel. Linienlaser mit drehbarem Lesekopf oder teure Kreuzlinienlaser sind nach Erfahrung von Zydek unter diesen ganz spezifischen Bedingungen keine sinnvolle Alternative. „Mit ihnen hätten wir die geforderte Leserate nicht erreicht.“

Leichte Verpackungskontrolle

Pfiffig gelöst wurde auch noch eine dritte Aufgabenstellung bei Warsteiner: Hier werden nach der Abfüllung jeweils sechs Getränkeflaschen zu einem Sixpack geclustert. Die patentierte Kartonverpackung kommt ohne Heißkleber aus und beruht auf einem speziellen Schiebe-Ziehmechanismus, bei dem eine Kartonage von oben automatisiert über die Flaschen geschoben und unterhalb der Falschen drei Kartonlaschen so miteinander verriegelt werden, dass die Flaschen beim Anheben sicher transportiert werden können. Auch hier kontrolliert Warsteiner mittels eines Balluff Vision-Sensors den festen Sitz aller Verriegelungen auf der Unterseite der Verpackung. Geprüft wird jeweils an drei Positionen die Breite der einzelnen halbmondförmigen Laschen, die schwarz bedruckt sind und gut zum übrigen Karton kontrastieren. Ist nur eine der Verriegelungen defekt, so wird das Sixpack ausgeschleust. Getriggert wird der Sensor über die Kanten der Sixpacks, sobald sie von Lichtwellenleitern erfasst werden.

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