Verpackungstechnik Sicher verpacken mit sensorischer Bildverarbeitung

Autor / Redakteur: Kamillo Weiß / Volker Unruh

Das reibungslose Zusammenwirken von Qualitätskontrollfunktionen und automatisierten Fertigungsprozessen bis hin zur Verpackung ist ein Garant für makellose Produkte. In diesem Kontext gewinnen industrielle Bildverarbeitungssysteme bei der Überwachung von Produktionsabläufen eine immer größere Bedeutung.

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Identifizieren Vision-Sensoren eine Unregelmäßigkeit in Produktions- oder Verpackungsprozessen, fehlt beispielsweise eine Broschüre oder ein Fläschchen, senden sie ein Signal zur SPS. Bild: Cognex
Identifizieren Vision-Sensoren eine Unregelmäßigkeit in Produktions- oder Verpackungsprozessen, fehlt beispielsweise eine Broschüre oder ein Fläschchen, senden sie ein Signal zur SPS. Bild: Cognex
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Magnetresonanz-Tomographie ist in vielen Krankenhäusern eine gängige Methode, um das innerste der Patienten sichtbar zu machen. Ein irisches Pharmaunternehmen stellt die Kontrastflüssigkeit her, die den betroffenen Patienten injiziert werden muss, um die Scan-Ergebnisse des Tomographen sichtbar zu machen. Diese Flüssigkeit ist allerdings sehr lichtempfindlich und teuer, so dass bereits bei der Verpackung dieses Produkts größte Sorgfalt geboten ist. Daher werden die Fläschchen bestmöglich geschützt und in speziellen Schachteln aufbewahrt.

Standardisierung spezifischer Anwendungsspektren möglich

Cermex, ein Spezialist für Endverpackungsmaschinen, hat sich für den Einsatz moderner Bildverarbeitungstechnik zur Inspektion dieser Verpackungen entschieden. Ein Vision-Sensor aus der Produktfamilie Checker sowie ein Vision-System des Typs In-Sight 5100 von Cognex zählen die Fläschchen in den Schachteln und prüfen, ob jeder Behälter ein Dokument enthält.

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Die Fläschchen werden zu einer Wrap-Around-Verpackungsmaschine WB45 befördert, wo sie je nach Schachtelgröße jeweils zu 12 oder 18 Stück in Schachteln verpackt werden. Diese von Cermex entwickelte Maschine misst bei einer Geschwindigkeit von 150 Produkten pro Minute die Schachtelgröße, faltet und bereitet die Schachteln vor, packt die Fläschchen hinein, fügt die Informationsbroschüre hinzu und verschließt und versiegelt die Schachteln.

Bildverarbeitungssysteme in die Verpackungsmaschine integriert

Beide Bildverarbeitungssysteme von Cognex sind in die Maschine integriert und greifen an zwei verschiedenen Stellen ein. Zuerst bei der Verpackungsstelle, wo der Checker die Anzahl der in den einzelnen Schachteln befindlichen Fläschchen prüft und feststellt, ob die Flaschenverschlüsse vorhanden sind.

Die Vision-Sensoren der Produktfamilie Checker von Cognex ermöglichen eine Standardisierung spezifischer Anwendungsspektren und bewältigen hohe Taktfrequenzen in der Automatisierung. Sie lassen sich flexibel einsetzen und vom Anwender einfach konfigurieren. Wegen ihrer kompakten Bauweise können sie schnell und einfach in Fertigungssysteme und deren Prozesssteuerungen integriert werden.

Die Checker-Familie verfügt über vier Sensorfunktionen:

  • Der Helligkeitssensor erkennt helle oder dunkle Bereiche wie Pillen in der Blisterpackung.
  • Der Konstrastsensor erkennt die Merkmale von Datencodes und Etiketten.
  • Der Mustersensor erkennt spezifische Merkmale von Mustern.
  • Der Messschieber übernimmt Aufgaben der Maßhaltigkeit.

Diese Sensorfelder in beliebiger Anzahl können innerhalb des Aufnahmefeldes in Lage und Größe und sogar überlappend angeordnet werden. Die vier Arbeitsfunktionen erzielen ein breites Anwendungsfeld in allen industriellen Bereichen.

Dabei benötigt der Checker keine genaue Fixierung der zu kontrollierenden Teile. Selbst auf schnellen Fertigungslinien kann er mehrere Merkmale gleichzeitig inspizieren. Er liefert in kurzer Zeit das Ergebnis von „bestanden“ oder „nicht bestanden“ an die Prozesssteuerung und kann diese auch direkt ansteuern.

Technisch homogene Sensorik mit geringem Platzbedarf

Vor dem endgültigen Verschließen der Verpackung prüft ein In-Sight 5100, ob in jedem der auf dem Band vorbeilaufenden Schachteln eine Informationsbroschüre liegt – keine einfache Aufgabe, denn die Broschüren sind völlig zufällig in der Schachtel angeordnet. Während des Prozesses kann das Dokument verrutschen und flach oder seitlich irgendwo in der Schachtel liegen. Um sicherzustellen, dass die Broschüre wirklich in der Schachtel ist, muss sie vom Bildverarbeitungssystem erkannt werden – unabhängig von ihrer Position oder von der Schachtelgröße.

Dazu setzt In-Sight das Lokalisierungswerkzeug Pat-Max ein. Diese Software erfüllt ihre Aufgaben trotz verschiedener Schwierigkeiten sowie ungleichmäßiger Beleuchtung zuverlässig. Wechselnde Umgebungsbedingungen sind eine ständige Herausforderung in Bildverarbeitungsanwendungen oder auch in Fertigungsanlagen. Wenn etwas nicht stimmt, beispielsweise eine Broschüre oder ein Fläschchen fehlt, senden In-Sight und Checker ein Signal zur SPS, die wiederum einen Trigger auslöst, der die Maschine stoppt.

Mehrere Gründe für Bildverarbeitungssysteme von Cognex

„Wir haben uns aus verschiedenen Gründen für diese Bildverarbeitungslösungen entschieden“, so Jean-Marc Passemard, Operational Marketing Manager bei Cermex. „Die technische Homogenität der beiden miteinander verknüpften Inspektionen, der geringe Platzbedarf der Inspektionskomponenten und auch das gute Preis-Leistungsverhältnis sprachen dafür.

Bei der Integration von Bildverarbeitungssystemen in die Verpackungsmaschine mussten bestimmte ergonomische Einschränkungen berücksichtigt werden, damit die Maschine für die Bediener weiterhin leicht zugänglich blieb. Zudem musste sichergestellt werden, dass die Cognex-Systeme reibungslos mit der SPS zusammenarbeiten, die die Verpackungsmaschine steuert.

Die SPS stellt sich automatisch auf unterschiedliche Größen von Fläschchen und Schachteln ein, so dass keine manuelle Veränderung der Kamera- und Beleuchtungsposition nötig ist. Die Anwendung macht viele Vorteile moderner Bildverarbeitungssysteme deutlich, wie die einfache Integration, die Flexibilität oder die exakte Abstimmbarkeit für eine unterbrechungsfreie Produktion.

Dipl.-Ing. Kamillo Weiß ist freier Journalist in 70771 Leinfelden.

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