Damit man bekommt, wofür man bezahlt hat, kontrollieren Getränkehersteller und -abfüller die Kästen auf Vollständigkeit, ehe sie das Werk verlassen. Vision-Sensoren erkennen hier kleinste Unregelmäßigkeiten, die herkömmlichen optischen Sensoren längst entgangen wären.

Bis zu 60.000 Flaschen werden bei dem Getränkehersteller Gerolsteiner Brunnen pro Anlage und Stunde abgefüllt. Zahlreiche unterschiedliche Sensoren sorgen dafür, dass die Prozesse unterbrechungsfrei ablaufen. Am Ende der Produktion prüft die sog. Vollkastenkontrolle, ob die Mineralwasserkästen tatsächlich ordnungsgemäß mit Flaschen befüllt sind. Fehlt eine Flasche, wird der Kasten aussortiert und per Hand aufgefüllt, ehe er die Anlage verlässt.
Wenn eine Flasche im Kasten fehlt - was nur selten vorkommt - ist der Grund oftmals beim Einpacker zu finden. Dieser hebt mit pneumatischen Greifern die Flaschen von der Sortieranlage in die bereit stehenden leeren Getränkekästen. Da es dabei passieren kann, dass eine Flasche nicht richtig gegriffen wurde, ist auf dem nachfolgenden Transportband ein sog. Vollkasten-Inspektor installiert. Ein optischer 3D-Sensor prüft hier per Draufsicht die Kästen auf Vollständigkeit, ehe sie palettiert und ausgeliefert werden. Bei dem bislang in der Getränkeabfüllung angewandten Verfahren schauen in einer Matrix angeordnete optische Lichttaster von oben auf die Verschlussdeckel der Flaschen. Fehlt eine Flasche, wird kein Licht zum Sensor zurück reflektiert und der Sensor sendet ein Fehler-Signal an die Steuerung.

Fehlererkennung durch millimetergenaue Abstandsmessung

Gerolsteiner setzt darüber hinaus die Vollkastenkontrollen des Ausrüsters Recop ein. Herzstück der Anlagen ist der Sensor Efector pmd3d von IFM Electronic, der quasi eine 3D-Kamera mit integrierter Auswertung darstellt. Seine Auflösung beträgt 64 x 48 Bildpunkte und zu jedem einzelnen der 3.072 Bildpunkte liefert der Sensor einen millimetergenauen Abstandswert - bis zu 25 Mal in der Sekunde. Der Sensor 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, sendet der Sensor ein Fehler-Schaltsignal an einen Schieber, der den Kasten aussortiert. Zudem erkennt ein einzelner Sensor auch, wenn mehrere Flaschen fehlen.
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 z. B. Scherben zwischen Kastenboden und Flasche befinden, so würde die Flasche etwas höher stehen. Der 3D-Sensor würde dies erfassen und den Kasten aussortieren. Optische Lichttaster dagegen erkennen diesen Fehler nicht.
Zudem lässt sich der Vision-Sensor einfach per Software-Parametrierung auf verschiedene Kasten- und Flaschenformen einstellen und später einfach 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, stellt für den 3D-Sensor kein Problem dar. 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. 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.

Vision-Sensor überzeugt durch Kosten

Neben den technischen Vorteilen bietet der Sensor einen deutlichen Preisvorteil, indem er eine ganze Matrix von Lichttastern ersetzt. Je nach Kastengröße sind 12 bis 24 Flaschen zu überwachen. Bei einem Stückpreis von rund 80 € für einen Lichttaster ergeben sich Hardwarekosten von 960 bis 1.920 €. Hinzu kommen die Kosten für Verkabelung und Steuerungselektronik. Zum Vergleich: Der Efector pmd3d bietet 3.072 Messpunkte und kostet weniger als 800 €. Zudem ist die Auswerteelektronik bereits im Sensor integriert.
Zudem konnte Gerolsteiner Brunnen ihre Vollkastenkontrolle durch den Einsatz des Vision-Sensors um zusätzliche Diagnosemerkmale erweitern. Die Anpassung an verschiedene Kasten-Geometrien erfolgt komfortabel per Software und nicht mehr durch mechanischen Umbau. Das Umrüsten der Anlage ist somit deutlich einfacher und schneller. Insgesamt bietet der Vision-Sensor mehr Leistung bei gleichzeitig geringeren Kosten gegenüber einer herkömmlichen Lichttaster-Matrix. Auch für Qualitätskontrollen in anderen Industriebereichen lässt sich der Sensor einfach integrieren.