Bernhard Voigt von Voigt Technology nutzt Smart-Kameras, um intelligente Kontrollsysteme für die Getränkeindustrie zu realisieren. Eingesetzt wird das System unter anderem in der Traditionssektkellerei Herres, um auf die Kartons gedruckte 2D-Data-Matrix-Codes zu erkennen und zu prüfen.

„Kontrollsysteme in Getränkeabfüllanlagen sind häufig sehr individuelle Lösungen, die zwischen einzelnen Prozessschritten implementiert werden", erzählt Bernhard Voigt von Voigt Technology, der sich als Servicetechniker in der Getränkeindustrie auf die Entwicklung und Realisierung von Lösungen in allen Bereichen der Prozess- und Qualitätskontrolle spezialisiert hat. „Häufig sind es neue Kontrollschritte, die aufgrund wachsender Qualitätsanforderungen oder im Zuge von Anlagenerweiterungen in bestehenden Anlagen ergänzt werden", setzt Bernhard Voigt fort. Das Spektrum von Kontrollsystemen im Umfeld von Getränkeabfüllanlagen reicht von Leergut- und Vollkastenkontrollen über Flaschenkonturerkennungen, Füllhöhenkontrollen, Deckel-Schrägsitzerkennung, Etikettenkontrollen bis hin zu Ausleitsystemen und dergleichen.

Eines der jüngsten Projekte von Voigt ist die Ausstattung von Abfülllinien in der Traditionssektkellerei Herres in Trier mit Kontrollsystemen zur Erkennung und Überprüfung von aufgedruckten 2D-Data-Matrix-Codes auf Sektkartons. Hier verwendet Voigt die Smart-Kameras der Baureihe LSIS 400i von Leuze Electronic, welche alle notwendigen Komponenten zur Bildverarbeitung, das heißt Beleuchtung, Datenspeicher und Schnittstellen inklusive Display für Bedienung und Ergebnisanzeigen in einem Gerät vereinen. Es ist keine zusätzliche Anschalteinheit und keine separat zu installierende Parametrier-Software notwendig. Die bei Herres eingesetzten Geräteausführungen LSIS 462i vereinen Funktionen zur Qualitätskontrolle (Messfunktion) und Codelesung in einem Gerät.

Horst Meyer, Leiter Maschinentechnik bei Herres, erläutert den Vorteil dieser Smart-Kameras für die Instandhaltung: „Wir setzen zum Codelesen die Version LSIS 462i ein, weil wir solche Geräte bereits in anderen Applikationen erfolgreich verwenden, beispielsweise zur Bildauswertung im Rahmen der Kappenkontrolle. So lässt sich die Ersatzteilvorhaltung auf eine voll ausgestattete Gerätevariante begrenzen, die wir im Bedarfsfall überall nutzen können."

Motorische Fokusverstellung für variierende Kameraabstände
Von Vorteil in Bezug auf die feuchte Umgebung in der Getränkeproduktion ist die industrietaugliche, robuste Ausführung der Smart-Kameras im Metallgehäuse. Weitere Merkmale sind die motorische Fokusverstellung und die von Leuze Electronic entwickelte homogene Beleuchtung. Die motorische Fokusverstellung erlaubt einen flexiblen Einsatz für Applikationen mit variierenden Kameraabständen. Fokuseinstellungen erfolgen automatisch über die Programmumschaltung und müssen nicht manuell durchgeführt werden. So sind auch die jeweils optimalen Einstellungen reproduzierbar gewährleistet.

Ebenfalls qualitätsrelevant ist die integrierte Beleuchtung. Anstatt wie üblich LEDs zu verwenden, hat das Unternehmen hierfür eine spezielle Optik entwickelt. Sie liefert ein rechteckig intensiv ausgeleuchtetes Bildfeld, das in einer Entfernung von 50 bis 250 mm zum Prüfobjekt besonders homogen ist. Mit solchen wesentlich detailreicheren Aufnahmen ist die Bildverarbeitung besser, schneller und sicherer.

Prozesssicher mit BLOBs
Die prozesssichere Umsetzung unterschiedlicher Kontrollaufgaben wird vor allem auch durch die Binary-Large-Object (BLOB-)-Analyse unterstützt. Ein sogenanntes BLOB kennzeichnet einen zusammenhängenden Bereich von Bildpunkten (Pixel), deren Lichtintensität zwischen definierten Grenzwerten liegt.

Durch die Einstellung von BLOB-Merkmalen lassen sich einzelne Objekte oder Objektgruppen sicher erkennen und unterscheiden - auch dann noch, wenn andere Verfahren bereits fehlerhafte Ergebnisse liefern. Zur Bewertung von Objekten stehen Kriterien wie Fläche, Umfang, Formfaktor sowie Höhe oder Breite, Länge, Winkel und Mittelpunkt zur Verfügung. Eine Fläche ist beispielsweise die Summierung der in einem BLOB eingeschlossenen Pixel, gegebenenfalls sogar einschließlich möglicher Freiflächen innerhalb des BLOBs. Ein Umfang wird über die Länge der äußeren Konturlinie eines BLOBs in Pixel definiert. Das BLOB-Erkennungstool bietet auch die Möglichkeit, diverse Erkennungsmerkmale zusammenzufassen.
Die einfache Parametrierung der LSIS 400i-Kameras gefällt Bernhard Voigt besonders gut, da er sie direkt über den Webbrowser vornehmen kann: Durch die Parametrieroberfläche webConfig ist die Installation einer speziellen Software auf einem separaten Rechner nicht notwendig. Der Zugang zum Gerät erfolgt schnell und einfach via Ethernet.

Jeder Code wird erfasst - unabhängig von der Position
Die Anbindung der Geräte erfolgt über eine von Voigt entwickelte Steuereinheit, die die jeweilige Datenerfassung und -verarbeitung sowie die Kommunikation mit übergeordneten Anlagensteuerungen übernimmt. „Ein wesentlicher Grund für den Einsatz von LSIS 462i in den neuen Code-Kontrollstationen bei Herres ist die integrierte RS232-Schnittstelle. Mit einer zusätzlichen Anschaltbox können die Daten komfortabel in übergeordnete Bussysteme - bei Herres ist dies Profibus - übertragen werden", betont Bernhard Voigt und ergänzt: „Die elementare Aufgabe dieser Code-Lesestationen ist die Kontrolle der zuvor auf die Kartons aufgedruckten 2D-Data-Matrix-Codes auf Vorhandensein und Lesbarkeit. Während für die reine Anwesenheits- und Lesbarkeitskontrolle die vorhandenen E/A-Schnittstellen ausreichen, um gegebenenfalls einen Bandstopp auszulösen, wird für die Datenübertragung zum Zentralrechner die Profibus-Schnittstelle benötigt."

Die Kontrollen erfolgen im Durchlauf bei teils recht hohen Geschwindigkeiten mit bis zu 6.000 Kartons pro Stunde. Erschwerend kommt hinzu, dass je nach Produkt die Codes an unterschiedlichen Positionen auf die Kartons aufgedruckt werden. Aus diesem Grund ist auch der Drucker mit fünf Druckköpfen in unterschiedlichen Höhen ausgestattet.

„Das Fenster, in dem sich die Codes befinden können, ist immerhin 50 mm hoch. Zudem sind sie auf den Kartons auch horizontal unterschiedlich positioniert", erläutert Bernhard Voigt. Hier hilft die sogenannte Lesetorsteuerung, bei der ein Rotlichttaster von Leuze Electronic ein Triggersignal erzeugt, das wiederum eine gepulste Beleuchtung und solange die Bildaufnahme auslöst, bis der Code zuverlässig erkannt wird. Zudem sind die Smart-Kameras in einem solchen Abstand an den Förderstrecken montiert, dass sich ein großes Bildfeld ergibt, in dem die Codes in jeder möglichen Höhe erfasst werden.

Der im Gerät integrierte Referenzcode-Vergleich ermöglicht neben der reinen Kontrolle auf Vorhandensein und Lesbarkeit auch den Abgleich auf Richtigkeit des aufgedruckten Codes. Die Code-Lesestationen bieten die Option, bestimmte Qualitätsparameter der gelesenen Codes zu ermitteln und auszuwerten. So kann direkt nach dem Drucken eines Codes dessen Güte beziehungsweise die sichere Lesbarkeit mit beliebigen anderen Geräten sichergestellt werden.

Es lassen sich also auch Qualitätsmerkmale bei der Kennzeichnung erfassen, auswerten und zur Prozesssicherheit nutzen, um beispielsweise rechtzeitig Korrekturen bezüglich der Druckqualität durchzuführen.