Gibt es einen Anlass zum Feiern, wie zum Beispiel das Jubiläum der messtec drives Automation, knallen nicht nur die Sektkorken, sondern zischen auch die Kronkorken von Flaschen mit Mixgetränken. Damit die Getränke in einwandfreier Qualität beim Verbraucher ankommen, müssen deren Verschlüsse bei der Abfüllung zu 100 Prozent kontrolliert werden. Wie ein Kamerasensor die Aufgabe in einer Wein- und Sektkellerei löst, beschreibt der folgende Beitrag.
Die Peter Herres Wein- und Sektkellerei wurde 1954 gegründet und ist heute internationaler Anbieter von Mixgetränken in den Segmenten Sekt, Frizzante, Cocktails, Premixes, alkoholfreie Wellnessdrinks etc. Am Firmenhauptsitz in Trier stehen unter anderem fünf Abfüllanlagen, an denen täglich rund 650.000 Flaschen abgefüllt werden.
„An einer dieser Anlagen füllen wir vor allem kleinere Flaschen mit einem Fassungsvermögen von 0,2 bis 0,375 Liter mit unterschiedlichen alkoholhaltigen Mischgetränken ab. Diese Anlage mit einer maximalen Leistung von 21.000 Flaschen pro Stunde gehört zu den Abfüllstationen mit den meisten Produktwechseln – durchschnittlich drei Mal am Tag. „Hierbei ändern sich sowohl das Produkt als auch die Flaschentypen sowie deren Kronkorken, vor allem hinsichtlich ihrer Farbe, wobei die Verschlüsse insgesamt acht verschiedene Farben haben können“, erklärt Timo Hennen, Automatisierungstechniker bei der Peter Herres Wein- und Sektkellerei.
Ein Kamerasystem sorgte bislang für die Inspektion der Flaschenverschlüsse, indem es den korrekten Sitz und damit auch den Verschluss der Kronkorken auf den Flaschen kontrollierte.
„Das seitlich zur Förderrichtung der Flaschen positionierte System arbeitete jedoch nicht immer zuverlässig, sodass mitunter defekte Kronkorken nicht erkannt wurden. Daher entschlossen wir uns, nach einer Alternative zu suchen. Auf eine Empfehlung hin haben wir schließlich Kontakt mit IPF Electronic aufgenommen und unsere Aufgabenstellung präsentiert“, erklärt Timo Hennen.
Zu den Vorgaben aus dem Pflichtenheft der Wein- und Sektkellerei gehörte unter anderem eine Lösung, basierend auf einem Kamerasensor, der – getriggert durch eine kundenseitige Lichtschranke – in der Lage sein sollte, pro Sekunde durchschnittlich sechs Flaschenverschlüsse zu prüfen. „Aus der Vergangenheit wussten wir, dass hierbei die unterschiedlichen Farben der Kronkorken und die damit einhergehenden unterschiedlichen Glanzgrade der Verschlüsse eine besondere Herausforderung waren. Diese können bei der Inspektion störende Reflektionen verursachen und dadurch unter Umständen zu Fehlbewertungen führen. Daher benötigten wir auch eine spezielle Beleuchtung, die solche Einflüsse weitestgehend eliminiert“, so der Automatisierungstechniker.

Anwendungsspezifische Beleuchtung für farblich variierende Verschlüsse

IPF Electronic erhielt vorab einige Flaschenmuster mit fehlerhaften Verschlüssen für eingehende Vorversuche, die letztlich in einen Kamerasensor der Reihe OC53 als optimale Lösung für die Aufgabenstellung mündeten. Diese Reihe enthält rund 40 verschiedene, konturbasiert arbeitende Kompakt-Geräte mit Brennweiten von 10 mm, 12 mm und 16 mm und Arbeitsabständen von 50 mm bis 300 mm sowie Lösungen mit C-Mount-Objektivaufnahme. Zudem unterscheiden sich die Kamerasensoren unter anderem hinsichtlich der Anzahl und Auswahl der Merkmalsprüfungen, Farb- oder Graustufenerkennung, Geschwindigkeit und Schnittstellen.
Für die konkrete Anwendung empfahl IPF Electronic den Kamerasensor OC539420, ein Kompaktmodell mit 10 mm Brennweite und einer Auflösung von 0,3 Megapixel, das bis zu 50 Prüfungen pro Sekunde (bei reduzierter Auflösung bis zu 100) ermöglicht. Das Problem, die farblich und in ihrem Glanzgrad variierenden Flaschenverschlüsse eindeutig zu identifizieren, wurde mit einer speziellen, an die Applikation angepasste Beleuchtung gelöst. Obwohl die Kamerasensoren über eine integrierte Beleuchtung verfügen, entschied man sich in diesem Fall für eine sogenannte Dombeleuchtung, die ein diffuses und schattenfreies Licht liefert.

Intelligente Parametrier-Software

Die Intelligenz eines Kamerasensors befindet sich in seiner Software – und diese präsentiert sich bei den Geräten der Reihe OC53 hinsichtlich der Merkmalsprüfungen und Eigenschaften als vielseitig, wie die Anwendung bei der Peter Herres Wein- und Sektkellerei bestätigt.
Eine der wichtigsten Funktionen der Parametrier-Software ist in diesem Zusammenhang die Merkmalsprüfung Kantenverlauf. Dabei wird die Objektkontur mit mehreren Suchstrahlen abgetastet und der ermittelte Konturabstand pro Suchstrahl mit festgelegten Bedienungen verglichen. Hierzu lassen sich sogenannte Abtastbereiche mit beliebiger Form gestalten, in die theoretisch eine unbegrenzte Anzahl softwareseitiger Suchstrahlen gelegt werden können. Theoretisch deshalb, weil die Anzahl der Suchstrahlen immer auch einen Einfluss auf die Auswertezeit und damit Reaktionszeit des Kamerasensors hat.

Hochpräzise durch kombinierte Prüfmerkmale

In der Abfüllanlage der Wein- und Sektkellerei sollen die Kronkorken auf den Flaschen senkrecht von oben überprüft bzw. die Außenkontur des Flaschenverschlusses kontrolliert werden. Dies geschieht über einen kreisringförmigen Abtastbereich, der über die Kronkorkenaußenkontur gelegt wurde. Innerhalb dieses Kreisrings sind insgesamt 36 Suchstrahlen vorhanden. Da sich die Flaschen und damit die Kronkorken während des Transports auf einem Förderband jedoch nicht immer mittig im Erfassungsbereich des Kamerasensors befinden, wird des Weiteren über die Software eine gleichermaßen schnelle wie leistungsstarke Lageerkennung und -nachführung anhand der Deckelkontur des Verschlusses genutzt.
„Die Merkmalsprüfung Kantenkontrolle stellt zunächst sicher, dass sich ein Kronkorken wirklich vollständig auf einer Flasche befindet. Liegt die Außenkontur eines fehlerhaft platzierten Verschlusses teilweise außerhalb des ringförmigen Abtastbereiches, so kann an diesen Stellen über den oder die betroffenen Suchstrahlen kein Abstand zur Kornkorkenaußenkontur ermittelt werden. Damit wird der Verschluss als NIO bewertet und die betreffende Flasche nach der Prüfung aus der Abfüllanlage geschleust“, erklärt Timo Hennen.
Erfasst der OC539420 indes über alle Suchstrahlen einen Konturabstand, erfolgt eine zusätzliche Prüfung des Kronkorkens anhand eines vordefinierte Differenzwertes. Hierbei werden die Abstände vom längsten und kürzesten Suchstrahl miteinander verglichen und hieraus die Differenz gebildet. Der Differenzwert markiert somit einen Toleranzbereich für die zulässige Unrundheit oder Ovalität eines Verschlusses. Ist diese zu groß, ist der Sitz des Verschlusses nicht korrekt und die Flasche muss aussortiert werden.
Um sämtliche Kronkorken zu jeder Zeit trotz ihrer farblichen Unterschiede (insgesamt acht verschiedene Farben) bei einem Produktwechsel auf der Abfüllanlage zuverlässig zu kontrollieren, wurde über die Parametrier-Software des Kamerasensors für jede Verschlussvariante ein separates Prüfprogramm erstellt und hinterlegt. Findet ein Produktwechsel statt, wählt ein Mitarbeiter an der Abfüllanlage über einen Schalter einfach das jeweilige Prüfprogramm aus.