Im Kanal und bis zur Sollmenge: Tabletten, Blister und Kleinteile beim Abfüllen und Verpacken zählen

An einer Zähl- oder Verpackungsmaschine in der Pharma- und Medizinproduktion hat die Zahl eine Aufgabe. Sobald sie erreicht ist, schließt ein Beutel, wechselt ein Karton oder bekommt die Kartoniermaschine ihre nächste Packung. Dieser Beitrag richtet sich an Konstrukteure im Sondermaschinenbau, an Integratoren und an Verpackungsingenieure, die eine solche Zählstelle auslegen. Er geht vom einfachsten Fall aus, einem Impuls je Einheit an Kanal und Rutsche, und endet bei Blistern, Beipackzetteln und Kleinteilen, die im Bild gezählt werden. Grundlage sind dokumentierte Anwendungen und Anforderungslisten aus Pharma- und Medizinbetrieben.

Wichtige Punkte im Überblick

Eine Zählstelle vor der Verpackung liefert keine Prüfentscheidung, sondern ein Ereignis: Erreicht der Zählwert die Sollmenge, folgt eine Aktion, und danach beginnt die Zählung von vorn.
Für jede Zählstelle sind drei Auslegungsfragen zu klären: wo die Zahl gebildet wird, was beim Erreichen der Sollmenge geschaltet wird und wie der Zähler für die nächste Packung zurückgesetzt wird.
Ein Lichtleitersensor gibt Zählimpulse an die Steuerung, während der Digitale Lasersensor der Modellreihe LV-N bei den Typen mit zwei Ausgängen einen Modus Zählerausgang hat.
Im AI Dynamic Count Modus zählt der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 Objekte, die die Zähllinie passiert haben, ohne dass das Band anhält, und schaltet seinen Ausgang beim Sollwert.
Durchgebogene und leere Blister gehören von Anfang an in die Bildsätze, mit denen das Werkzeug eingestellt wird, nicht erst in die Abnahme.

Die Zahl als Steuergröße: wann Karton, Beutel und Faltschachtel als voll gelten

Eine Zählstelle vor der Verpackung liefert keine Prüfentscheidung, sondern ein Ereignis. Erreicht der Zählwert die Sollmenge, folgt eine Aktion, und danach beginnt die Zählung von vorn. Daraus ergeben sich drei Auslegungsfragen: wo die Zahl gebildet wird (im Sensor, in einer Zählanzeige oder in der Steuerung), was beim Erreichen der Sollmenge geschaltet wird und wie der Zähler für die nächste Packung zurückgesetzt wird. Wechselt die Packungsgröße, ändert sich die Sollmenge, und die Station braucht dafür eine eigene Einstellung oder ein eigenes Programm.

Prüft eine Kamera dagegen, ob eine fest vorgegebene Zahl in Tray, Box oder geschlossener Faltschachtel stimmt, ist das eine Vollständigkeitsprüfung mit eigenem Beitrag. Die Übergabe von Zählwert und Freigabe an die SPS behandelt der Beitrag zum Zählen in Verpackungs- und Montagelinien.

Ein Impuls pro Einheit: Pillen mit kleinem Abstand und glänzende Kugeln an der Zählstrecke

Passieren Einheiten einzeln einen festen Punkt, erzeugt jede Einheit einen Schaltwechsel. Damit das gelingt, muss zwischen zwei Einheiten eine Lücke liegen, die der Strahl erkennt. Je kleiner der Abstand, desto genauer müssen Strahlposition, Ansprechverhalten und Vereinzelung davor zusammenpassen. Rollen oder springen kleine Objekte, kommt die Frage hinzu, ob jede Einheit den Strahl sicher kreuzt.

Ein Maschinenbauer, der eine Ausschleusstation in Stückzahlen fertigt, will dort Pillen zählen, die mit kleinem Abstand aufeinanderfolgen. Für die Zählstrecke kommen Digitale Lichtleitersensoren der Modellreihe FS-N in Frage. Sie geben je Pille einen Schaltimpuls an die Steuerung der Station, die daraus die Menge bildet. Weil dieselbe Station mehrfach gebaut wird, lohnt es sich, Strahlposition und Ansprechverhalten einmal am Originalteil festzulegen und dann für jede Maschine zu übernehmen.

An einem Standort für Medizinprodukte geht es um glänzende Kugeln von wenigen Millimetern, und der Bauraum ist knapp. In Frage kommen eine kleine Lichtleiter-Lichtschranke und ein Lasersensor mit Zählfunktion. Für solche Stellen eignen sich Lichtleitergeräte der Modellreihe FU: am Zählpunkt sitzt nur der Lichtleiter, der Verstärker wird außerhalb der engen Zone montiert.

Auch ein Sondermaschinenbauer, der Arzneimittel zählen will, steht vor der Wahl zwischen Lichtleiter- und Lasersensor. Für beide gilt dieselbe Bedingung: eine Lücke zwischen zwei Einheiten, die der Strahl sicher erkennt.

Berühren oder überlappen sich Einheiten, sieht ein einzelner Strahl nur einen längeren Schatten. Dann muss die Vereinzelung vor der Zählstelle die Lücke schaffen; ob ein Bild solche Einheiten getrennt zählt, klärt erst ein Test am Originalteil.

Von der Rutsche in den Karton: die Zahl an der Maschine sehen

An einer älteren Maschine eines Medizinprodukteherstellers fallen kleine runde Kunststoffteile über eine Rutsche in einen Karton. Geplant ist, die Zahl direkt an der Maschine ablesbar zu machen, vorgesehen ist dafür eine Zählanzeige. Dieselbe Notiz nennt eine zweite Stelle: An einer kleinen Walze mit Kanülen soll erst nach der dritten Umdrehung ein Signal kommen, wenn dann noch eine Kanüle darin liegt; in Frage kommen eine Einschaltverzögerung oder die Zählfunktion des Lasersensors.

Neben einer eigenen Zählanzeige gibt es zwei dokumentierte Wege. Der Digitale Lasersensor der Modellreihe LV-N hat bei den Typen mit zwei Ausgängen einen Modus Zählerausgang. Ein Lichtleitersensor gibt Zählimpulse an die Steuerung; dort entsteht der Zählwert, und bei der Sollmenge stößt die Steuerung den Kartonwechsel an. An einer älteren Maschine entscheidet oft die vorhandene Steuerung, welcher Weg weniger Umbau verlangt.

Blister und Beipackzettel vor dem Verpacken: flach, durchgebogen und unterschiedlich dick

In einem dokumentierten Vorgang sollen rund ein Dutzend Blister gemeinsam mit den Beipackzetteln gezählt werden, bevor sie verpackt werden. Die Beipackzettel unterscheiden sich je nach Land in der Dicke. Getestet wurde mit AI Count auf dem AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4, das bis zu 500 Objekte je Werkzeug erfasst, und der Eindruck war gut; bei durchgebogenen und bei leeren Blistern passte das Ergebnis aber noch nicht ganz. Ein abgeschlossenes Ergebnis ist das nicht, sondern ein Zwischenstand.

Für die Auslegung folgt daraus zweierlei. Durchgebogene und leere Blister gehören von Anfang an in die Bildsätze, mit denen das Werkzeug eingestellt wird, nicht erst in die Abnahme. Und weil die Beipackzettel je Land anders aussehen, liegt es nahe, je Länderausführung ein eigenes Programm anzulegen. Der Vision-Sensor hält intern 32 Programme, mit microSD-Karte und aktivierter Programmerweiterung bis zu 128; über externe Eingänge sind höchstens 32 wählbar. Für glänzende Blisterfolie gibt es zum Vision-Sensor Polarisationsfilter.

Am Linienende: Kartons mit einigen Dutzend bis rund tausend Teilen abzählen

Blisterpackungen mit Dentalzubehör fallen nach der Linie in einen Behälter und werden heute nach Gewicht in Kartons von einigen Dutzend bis rund tausend Stück verpackt. Dabei landet rund ein Prozent mehr im Karton als nötig. Dafür sind zwei Konzepte beschrieben: Variante eins zählt die Packungen mit einem Vision-Sensor nur auf dem Band, Variante zwei legt sie zusätzlich mit Roboter und Kamera ab. Der Durchsatz liegt bei rund hundert Teilen pro Minute.

Für die reine Zählung auf dem Band dokumentiert der Vision-Sensor einen AI Dynamic Count Modus. Bewegte Objekte werden an einer Zähllinie erfasst, auch mehrere gleichzeitig und ohne dass das Band anhält. Geschaltet wird wahlweise, wenn der Zählwert genau dem Sollwert entspricht oder sobald er ihn erreicht oder überschreitet, und mit Auto-Reset beginnt die nächste Zählung von vorn. Der Zählwert reicht bis 9.999.999. Für die Variante mit Ablage liefert das Blob-Werkzeug der All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS je Objekt Fläche und Schwerpunkt. Die Kamera wird über einen Ethernet-Port des Controllers nach Vorgabe des Roboterherstellers angebunden; ein Greifen vom bewegten Band ist dabei eine Aufgabe der Roboterauslegung, keine dokumentierte Kamerafunktion.

Kleinteile in den Beutel: abzählen und zuführen am Drehteller

Eine Anforderungsliste beschreibt Produkte von rund einem Millimeter, die auf einem geneigten Drehteller mit Ansaugung gezählt und zugeführt werden und anschließend in Beutel mit wenigen bis einigen Dutzend Stück gelangen. Das Bildfeld liegt bei 150 bis 200 mm, der Takt bei 1,5 s. Ein Gerät nennt die Liste nicht.

Die Beutelgröße bleibt deutlich unter der Grenze von 500 Objekten je AI-Count-Werkzeug. Die eigentliche Frage ist die Auflösung: millimetergroße Teile in einem Feld von bis zu 200 mm. Ob das Blob-Werkzeug der All-in-One Kamera oder der Vision-Sensor die Teile dort trennt, zeigt ein Machbarkeitstest mit dem Originalprodukt auf dem Drehteller.

Häufige Fragen

F Bildet der Sensor die Zahl selbst oder die Steuerung?

Beides ist möglich. Ein Lichtleitersensor gibt Zählimpulse an die Steuerung, wo der Zählwert entsteht, während der Digitale Lasersensor der Modellreihe LV-N bei den Typen mit zwei Ausgängen einen Modus Zählerausgang bietet. Der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 schaltet im AI Dynamic Count Modus selbst einen Ausgang, sobald der Sollwert erreicht ist.

F Braucht die Zählung im Bild einen Triggersensor?

Nicht zwingend. Mit AI Trigger nimmt der Vision-Sensor das Bild im passenden Moment ohne Triggersensor auf, und die Objekte müssen dafür nicht angehalten werden. Im AI Dynamic Count Modus zählt er bewegte Objekte an einer Zähllinie.

F Wie viele Packungsgrößen verwaltet eine Zählstation mit Vision-Sensor?

Mit einem Programm je Packungsgröße oder Länderausführung hält der Vision-Sensor intern 32 Programme, mit microSD-Karte und aktivierter Programmerweiterung bis zu 128. Über externe Eingänge sind höchstens 32 Programme wählbar. Die Schnelle Programmumschaltung in 100 ms gilt für höchstens acht Programme.

F Passt ein Lichtleitersensor in eine enge Zählstrecke?

Bei Lichtleitergeräten der Modellreihe FU sitzt am Zählpunkt nur der Lichtleiter, der Verstärker findet außerhalb der engen Zone Platz. Ob der Strahl kleine, glänzende Einheiten bei geringem Abstand sicher trennt, zeigt eine Erprobung an der Originalstrecke.

F Was gehört in den Test einer Blisterzählung?

Originalblister in allen Ausführungen, auch durchgebogene und leere, dazu Beipackzettel jeder Länderausführung. Getestet wird im echten Takt und mit der späteren Einbausituation. Erst dann lässt sich sagen, ob ein Werkzeug die Zahl stabil liefert.

Weiterführende Artikel

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