Sensorik

Einwandfrei etikettiert

Was ist schon dabei, ein Label auf eine Flasche oder einen Karton zu kleben? Auf jeden Fall mehr, als man gemeinhin denkt, denn der – heute in der Regel vollautomatische – Etikettierprozess besteht aus mehreren Teilschritten, die präzise und im richtigen Zeittakt koordiniert ablaufen müssen. Moderne Sensorik stellt dabei sicher, dass es nirgendwo „klemmt“ und unnötige Maschinenstillstände vermieden werden.

Die Etiketten sind üblicherweise auf einem Trägerband aufgebracht und werden in Rollen angeliefert. Entweder sind sie bereits vorgedruckt oder sie werden „on the fly“ vor der Aufbringung bedruckt. Anschließend werden sie vom Trägerband abgezogen, auf das Produkt übertragen und angedrückt. Bei einfachen, flachen Produktgeometrien, beispielsweise Kartons, geschieht dies, indem das Produkt an der Etikettiervorrichtung vorbeigeführt und dabei das Etikett aufgebracht wird. Bei runden Objekten, wie zum Beispiel Flaschen, ist eine zusätzliche Drehung des Produkts erforderlich.

Das Synchronisieren all dieser Vorgänge ist eine Herausforderung an die Hersteller von Etikettiermaschinen. Häufig wird das Trägerband vor der Aufbringung der Etiketten über mehrere Rollen umgelenkt, wobei auf die richtige Bandspannung zu achten ist. Auch das Aufbringen selbst ist fehleranfällig: So kommt es hin und wieder vor, dass ein Etikett auf der Trägerfolie fehlt – zum Beispiel weil es beim Abrollen oder Umlenken irgendwo hängen geblieben ist – oder nicht exakt auf dem Band positioniert ist, was entsprechende Positions- oder Winkelfehler  nach dem Aufbringen zur Folge hat. Manchmal liegen auch zwei Etiketten übereinander, wodurch es zu Störungen im Ablauf kommen kann. Alle diese Effekte führen zu einer fehlerhaften Etikettierung des Produkts beziehungsweise der Verpackung. Im Extremfall fehlt das Etikett ganz, da die Etikettenrolle aufgebraucht oder das Trägerband gerissen ist.

Eine weitere häufige Fehlerquelle sind Bedruckungsfehler, die zu unleserlichen Etiketten führen, wie ein zu schwaches oder ein verschmiertes Druckbild aufgrund mangelnder Tinte oder wegen eines verunreinigten Druckkopfs. Auch Farbfehler kommen vor, wenn der Inkjet-Drucker mit der falschen Tinte befüllt wurde. Schließlich können auch die Etiketten selbst fehlerhaft sein, etwa wenn Rollen mit vorgedruckten Labels verwechselt wurden oder der Drucker mit der falschen Rezeptdatei angesteuert wurde, sodass der Druck komplett falsch ist.

Schaltende Sensoren steuern und überwachen den Prozessablauf

Diese Liste möglicher Fehler zeigt, dass eine Steuerung und Überwachung durch geeignete Sensorik für einen effizienten Ablauf und ein akzeptables Ergebnis des Etikettierprozesses unverzichtbar ist. Welche Sensoren für welche Aufgabe jeweils am besten geeignet sind, lässt sich am sinnvollsten in der Reihenfolge der Prozessschritte beschreiben, wobei der Sensorhersteller Sensopart für jeden dieser Schritte passende Sensoren anbietet.

Zu Beginn des Prozesses ist zu prüfen, ob das Abrollen und Zuführen der Etiketten einwandfrei funktioniert. Ein Reflexionslichttaster mit Hintergrundausblendung vom Typ FT 25-RLH kontrolliert, ob das Trägerband vorhanden ist. Ist dies nicht der Fall, wird über den Schaltausgang des Sensors ein Signal an die Anlagensteuerung gesendet, um den Prozess anzuhalten. Die effektive Hintergrundausblendung des Sensors vermeidet dabei unnötige Maschinenstillstände aufgrund von Fehldetektionen – zum Beispiel Reflexionen an Maschinenteilen aus Metall.

Um das gleichmäßige Zuführen der Etiketten sicherzustellen, muss das Trägerband zwischen den verschiedenen Umlenkrollen stets unter Spannung stehen und darf keinesfalls durchhängen. Die korrekte Bandspannung wird durch einen analogen Abstandssensor vom Typ FT 25-RA überprüft; dieser gibt ein abstandsproportionales Signal aus, das innerhalb vorgegebener Toleranzen liegen muss. Eine Überschreitung der Toleranzen führt ebenfalls zum Stopp des Prozesses, sodass gegebenenfalls eine Nachjustierung der Umlenkrollen erfolgen kann.

Vor der Aufbringung ist schließlich noch zu prüfen, ob auf dem Trägerband auch Etiketten vorhanden sind. Hierfür kommt üblicherweise eine Gabellichtschranke vom Typ FGL-IK zum Einsatz. Fehlt das Etikett, trifft der Lichtstrahl auf das durchscheinende Trägerband; die entsprechend geringere Lichtremission interpretiert der Sensor als „Etikett fehlt“. In bestimmten Anwendungen kann alternativ zur Gabellichtschranke auch ein Kontrastsensor vom Typ FT 25-W oder FT 25-RGB eingesetzt werden, der das Vorhandensein des Etiketts anhand aufgedruckter Kontrastmarken erkennt.

Vision-Sensoren kontrollieren das Druckbild und den Etiketteninhalt

Ein vorhandenes Etikett heißt noch nicht, dass es das richtige Etikett oder lesbar ist oder dass es in der richtigen Position auf dem Trägerband sitzt. Mit derart anspruchsvollen Detektionsaufgaben ist ein schaltender Sensor meist überfordert, sodass hier ein bildverarbeitender Vision-Sensor, wie der Visor, zum Einsatz kommt. Der Vision-Sensor ist in der Lage, aufgedruckte Codes sowie Klarschrift auszuwerten, sodass eine mögliche Verwechslung von Etikettenrollen beziehungsweise der abgerufenen Rezeptdatei sicher erkannt wird. Vor allem bei häufgen Produktwechseln ist diese Kontrolle wichtig. Zugleich kann der Sensor die Lesbarkeit bewerten, um verschmierte oder zu schwache Aufdrucke aussortieren zu können. Durch eine Positions- und Winkelüberprüfung wird darüber hinaus erkannt, ob das Etikett korrekt auf dem Trägerband positioniert ist. Anhand einer einzigen Bildaufnahme führt der Vision-Sensor somit drei verschiedene Prüfungen durch.

Zur Kommunikation mit der Anlagensteuerung ist der Vision-Sensor mit leistungsfähigen Schnittstellen ausgestattet. Sämtliche geläufigen Busstandards (Digital IO, Ethernet TCP/IP, Profinet, Ethernet/IP, RS422, RS232) werden unterstützt, sodass er an nahezu jede Umgebung angepasst werden kann. Als nützlich erweist sich in vielen Anwendungsfällen der Profinet-Standard, der in Industrieumgebungen zunehmend Verbreitung findet.

Nach der inhaltlichen Prüfung durch den Vision-Sensor gibt eine weitere Gabellichtschranke (FGL 5-IK) das Triggersignal für die beweglichen Maschinenkomponenten, welche die Etiketten vom Trägerband abziehen, auf das Produkt aufbringen und andrücken. Abschließend kann noch eine Endkontrolle des auf dem Produkt aufgebrachten Etiketts mit einem weiteren Vision-Sensor erfolgen, um mögliche Fehler bei der Aufbringung zu erkennen. Nicht alle der hier beschriebenen Prüfschritte sind in jedem Fall erforderlich; je nach Konfiguration und Komplexität der Anwendung kann unter Umständen auf einzelne Prüfungen verzichtet oder bei Bedarf auch ein zusätzlicher Prüfschritt eingefügt werden. Auch die Reihenfolge der Prüfschritte kann je nach Ausstattung und Konfiguration der Etikettiermaschine von dem hier geschilderten Ablauf abweichen.

 

Für Sie entscheidend
Inline-Kontrollen sparen Zeit und Geld
Die hier am Beispiel des Etikettierens dargestellten Sensoranwendungen sind in ähnlicher Form auch an anderen Stellen im Verpackungsprozess anzutreffen – beispielsweise Höhen- oder Durchhangkontrollen, Anwesenheits- und Positionskontrollen, Druckmarkenerkennung sowie Überprüfung von Codes und Aufdrucken. Letztere ist in bestimmten Branchen, beispielsweise der Automobil- und Arzneimittelindustrie, verpflichtend, um die Rückverfolgung von Produkten zu gewährleisten. Sensopart bietet für sämtliche Verpackungsanwendungen geeignete Sensorlösungen an, vom Subminiatur-Reflexionslichttaster mit Hintergrundausblendung über Abstandssensoren bis hin zum Vision-Codeleser. Die kurzen Zykluszeiten der Sensopart-Sensoren ermöglichen es, Inline-Prüfungen auch an Hochgeschwindigkeitslinien durchzuführen. Auf diese Weise lassen sich Fehler frühzeitig erkennen und so Maschinenstillstände, aufwendige Nacharbeiten oder Kundenreklamationen auf ein Minimum reduzieren.

Über den Autor
Autorenbild
Autor: Dr.-Ing. Klaus Berdel, Projektmanager Vision bei der Sensopart Industriesensorik GmbH, Gottenheim bei Freiburg

Über die Firma
Sensopart Industiesensorik GmbH Werk Gottenheim
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