Vollständigkeitskontrolle für den Food- und Non-Food-Bereich

Eine zuverlässige Vollständigkeitskontrolle von Verpackungen spielt in vielfältigen Branchen eine wesentliche Rolle. Ob in der Lebensmittel-, Getränke- und generell der Verpackungsindustrie oder auch der Logistik: Unvollständige Gebinde wie Kartons, Kisten oder Paletten führen zu Reklamationen oder gar Rückrufaktionen und können zu Image- und Vertrauensverlust führen. Lösungen für die automatisierte Vollständigkeitskontrolle schaffen hier Abhilfe. Sensorbasierte Systeme wie der MIDS (Missing Item Detection Sensor) der Sick Vertriebs-GmbH, die mit 3D-Time-of-Flight-Technologie und optional mit einer KI-fähigen Vision-Software ausgestattet sind, bieten eine flexible und messgenaue Lösung, um auch bei hohen Geschwindigkeiten, kleinen Produktgrößen sowie anspruchsvollen Materialien und Oberflächen eine zuverlässige automatisierte Vollständigkeitskontrolle zu gewährleisten. Röntgeninspektion, Metalldetektion, Kontrollwaagen, optische Inspektionssysteme – im Rahmen der Qualitätskontrolle können je nach Aufgabenstellung unterschiedliche Technologien zur automatischen Vollständigkeitskontrolle eingesetzt werden.

Kameras und Laserscanner für die 2D- oder 3D-Detekion gewährleisten in der Lebensmittelindustrie die korrekte und vollständige Befüllung von Primärverpackungen wie beispielsweise von Tiefziehformteilen oder Schachteln, aber auch von Sekundär- oder Tertiärverpackungen vor der Auslieferung. Bei der Getränkeabfüllung in Flaschen, Dosen oder Kartonverpackungen stellen automatisierte Kontrollsysteme sicher, dass Transport- und Regalgebinde wie Kästen oder Trays vollständig und korrekt befüllt sind. Durch die Überprüfung von Blistern und Arzneimittelverpackungen auf die richtige Menge und Art der Medikamente gewährleisten die Systeme neben einer korrekten Abgabemenge in der Apotheke vor allem auch die Rückverfolgbarkeit von Medikamenten entlang der Produktions- und Logistikkette.

Unabhängig von der Branche ähneln sich die Anforderungen an die automatisierte Vollständigkeitskontrolle. So erfordern zumeist hohe Produktionsgeschwindigkeiten leistungsfähige Detektions- und Auswertetechnologien, die mit dem Anlagendurchsatz mithalten können. Häufig gilt es zudem, nicht nur eine breite Palette von Produkten und Behältern zu erkennen, sondern auch, die Systeme schnell und einfach an neue Produkte anpassen zu können. Besondere Herausforderungen können sich zudem durch eine hohe Vielfalt an Verpackungsmaterialien ergeben: Sollen Materialien wie Karton, Kunststoff, Metall oder Glas gleichermaßen zuverlässig erkannt werden, sind hierfür Sensoren mit einem entsprechenden breiten Erfassungsbereich erforderlich.

Auch die Produktionsumgebung kann eine entscheidende Rolle spielen, beispielsweise Feucht- oder Reinraumbereiche oder auch regelmäßige Reinigungs- und Desinfektionsprozesse. Automatisierte Kontrollsysteme mit ihren optischen und elektronischen Bauteilen müssen diesen anspruchsvollen Bedingungen standhalten können. Schließlich gilt es, Systeme zur Vollständigkeitsüberwachung nahtlos in bestehende Produktionslinien integrieren zu können. Dies betrifft zum einen montagespezifische Aspekte wie enge oder schwer zugängliche Einbauräume und zum anderen die OT- und IT-Anbindung mittels industrieüblicher Feldbusse, Kommunikationsprotokolle oder Ethernet-Schnittstellen.

Der MIDS ist auf diese Herausforderungen vorbereitet. Er nutzt als Sensorplattform den kompakten 3D-Snapshot-Sensor Visionary-T Mini, der Abstands- und Größeninformationen von Objekten durch 3D-Time-of-Flight (3D-Lichtlaufzeitmessung) ermittelt: mit einer Auflösung von 512 x 424 px und einer High-Speed-Bildfrequenz von bis zu 30 Hz. 3D-Snapshot bezeichnet dabei ein Bildaufnahmeverfahren, bei dem der Kamerasensor im Visionary-T Mini in einem einzigen Moment ein komplettes Abbild des Sichtbereichs aufnimmt (2D) und zusätzlich die Entfernung zwischen dem Umfeldsensor und dem aufgenommenen Umfeld bestimmt wird (3D). Das ist eine ideale Kombination für die Vollständigkeitskontrolle von Verpackungen.

Zur Detektion sendet der Sensor Infrarotlicht aus, das an den Objekten in der Umgebung reflektiert und daraufhin vom Sensor ausgewertet wird. Mit der lichtstarken Beleuchtung und dem hochempfindlichen Empfänger werden gleichzeitig eine große Schärfentiefe und eine hohe Fremdlichtunempfindlichkeit erreicht. Dadurch liefert der MIDS auch bei optisch vielfältigen Behältermaterialien wie Karton, Kunststoff, Metall oder Glas sehr gute Detektionsergebnisse. Dies gilt auch für unterschiedliche Farben, Strukturen und Texturen, denn dunkle wie auch helle oder glänzende Materialoberflächen werden gleichermaßen zuverlässig erfasst.

Auch in lichtschwachen Umgebungen erreicht der MIDS durch die aktive Beleuchtung eine hohe Tiefengenauigkeit und Detektionssicherheit. Die Kontrollaufgabe selbst kann vom Anwendenden leicht eingerichtet werden. Hierbei ermöglicht ein intuitiver Setup-Workflow nicht nur das schnelle Einlernen neuer Prüfaufgaben – er bietet die nötige Flexibilität, um die Lösung individuell beispielsweise an unterschiedliche Produktgrößen, -formen und Verpackungsmaterialien anzupassen.

Darüber hinaus erlaubt er eine hohe Sensorauflösung. Der Snapshot-Sensor liefert mehr als 6,5 Mio. hochpräzise 3D-Distanzdatenpunkte pro Sekunde. So lassen sich auch kleine Produkte in hoher Stückzahl, wie medizinische Ampullen, in einem großen Bildbereich zuverlässig erkennen. Dieser sorgt zusätzlich für eine gute Lagenachführung, auch bei nicht optimaler Produktpositionierung. Die Messdaten werden noch im Sensor selbst ausgewertet. Als Bildverarbeitungsplattform mit intuitivem UX-Design zur Konfiguration individueller 2D- und 3D-Visionlösungen ermöglicht es Sick Nova auch Vision-Neulingen und Einsteigern, anspruchsvolle Anwendungen der Vollständigkeitskontrolle ohne besondere Fachkenntnisse auf einfache Weise umzusetzen. Hierbei erfolgt der Zugriff über einen Webbrowser, sodass die Installation zusätzlicher Software entfällt. Selbst KI-unterstützte Deep-Learning-Anwendungen lassen sich dank der einfachen Bedienoberfläche ohne Expertenwissen als spezifische Lösungen für besondere Anforderungen bei der Vollständigkeitskontrolle erstellen.

Ein weiterer Pluspunkt des MIDS ist seine einfache Integration. So ist der Sensor mit Abmessungen von nur 80 mm x 70 mm x 77 mm sehr kompakt und dadurch platzsparend montierbar. Mit Schutzart IP65 oder IP67 und einem spezifizierten Temperaturbereich von - 10 °C bis + 50 °C eignet sich der Sensor auch für den Einsatz in anspruchsvollen industriellen Umgebungen. Im Betrieb ermöglicht die automatische Positionserkennung des MIDS, Verpackungen verschiedener Größe sowie deren Position und Ausrichtung zu erfassen. Dadurch ist die Auswertesoftware Sick Nova dann mit einem speziellen Tool zur Vollständigkeitskontrolle in der Lage, den Inhalt an bestimmten Positionen innerhalb von Verpackungen oder Behältern zu überprüfen. Hierfür werden sowohl Höhen- als auch Flächendaten der einzelnen Zellen herangezogen und bei nicht befüllten Zellen Fehlermeldungen ausgegeben.
Befinden sich ein oder mehrere gefundene Objekte außerhalb eines vorab definierten Höhenbereichs, können zusätzliche Warnungen ausgegeben werden. So werden fehlerhafte Produkte vorab ausgeschleust, um eine Stapelbarkeit der Produkte oder das Verschließen von Faltschachteln zu gewährleisten. Auch Gebinde, deren Umverpackung schwierige Eigenschaften aufweisen, wie flexible, schmale oder niedrige Ränder sowie ohne erkennbare Außenkontur, werden somit erkannt und können nachverfolgt werden – und das bei unterschiedlicher Lage oder Position. Darunter fallen beispielsweise Faltschachteln, Getränkekisten oder auch Produkte wie Becher oder Ampullen. Artikel- und prozessbedingte Schwankungen können durch frei wählbare Toleranzen berücksichtigt werden. Für die datentechnische Integration verfügt der 3D-Snapshot-Sensor Visionary-T Mini – und damit auch der MIDS – über eine industrielle Gigabit-Ethernet-Schnittstelle, über die die 3D-Daten in Echtzeit übertragen werden.