Zählen und Bestückungskontrolle in Verpackungs- und Montagelinien: Stückzahl, Doppelbelegung, Verschlusskontrolle

Zählen wirkt wie die einfachste aller Prüfaufgaben, und genau das macht sie tückisch. Ob im Blister zwölf Teile liegen, im Karton die volle Stückzahl steckt oder auf jedem Vial ein Stopfen sitzt, entscheidet beim Endkunden über Reklamation oder Vertrauen, wird aber an vielen Linien noch von Hand kontrolliert. Verpackungs-, Etikettier- und Inspektionsmaschinen tragen die automatische Zähl- und Bestückungskontrolle deshalb zunehmend als Katalogmerkmal, und Endkunden schreiben sie ins Lastenheft. Dieser Beitrag zeigt die technische Lösung: Zählwerkzeuge im AI-Vision-Sensor für Nest, Tray und Ebene, Doppelbelegungsprüfung, Verschlusskontrolle vor dem Verschließen und schnelle 3D-Zählung im Durchlauf, wenn Kontrast und Tempo das 2D-Bild überfordern. Er vertieft damit einen Teilbereich der Anwesenheits- und Vollständigkeitsprüfung im Maschinen- und Anlagenbau.

Wichtige Punkte im Überblick

Manuelles Zählen und Wiegen tragen als alleinige Kontrolle nicht: Menschen verzählen sich bei vielen gleichartigen Teilen, und bei leichten Teilen oder großen Stückzahlen verschwindet ein fehlendes Teil in der Toleranz der Waage.
Für Nest, Tray, Ebene und Karton ist das Zählwerkzeug im AI-Vision-Sensor der Modellreihe IV4 das Arbeitspferd: Es lernt das Teil an wenigen Beispielen und zählt in dokumentierten Projekten von einer Handvoll bis zu 150 Teilen je Träger.
Die Doppelbelegung ist die zweite Hälfte der Zählaufgabe: Verschobene Teile verraten sich über die Silhouette, deckungsgleich gestapelte Teile über das Höhenprofil.
Verschlüsse, Stopfen und Deckel werden unmittelbar vor dem Verschließen auf Anwesenheit und Orientierung geprüft, denn danach ist der Fehler verdeckt und wandert unerkannt zum Endkunden.
Fehlt der Kontrast oder ist der Durchsatz hoch, zählt ein 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 über das Höhenprofil, in dokumentierten Projekten mit bis zu etwa 20 Objekten pro Sekunde im Durchlauf.

Vom Verzählen zur Reklamation: warum Stückzahl und Bestückung automatisch geprüft werden

Menschen verzählen sich, und zwar systematisch dort, wo viele gleichartige Teile nebeneinander liegen. Die manuelle Zählung am Linienende ist unter diesen Bedingungen keine verlässliche Kontrolle, sondern eine Fehlerquelle mit gutem Gewissen. Auch das Wiegen, der verbreitete Behelf, trägt nur begrenzt: Bei leichten Teilen oder großen Stückzahlen verschwindet ein fehlendes Teil in der Toleranz der Waage.

Fehlt ein Teil, reklamiert der Endkunde, und bei kritischen Produkten wie Pharmaverpackungen ist die falsche Stückzahl mehr als ein Ärgernis. In dokumentierten Projekten ist die Reklamation wegen falscher Stückzahl der klassische Auslöser, nach dem die Zählkontrolle ins Lastenheft der nächsten Anlage wandert.

Für den Maschinenbauer ergibt sich daraus eine klare Anforderung: Die Zählung muss zu 100 % laufen, im Takt der Maschine, und ihr Ergebnis muss die Linie steuern. Die Prüfung gehört vor den Schritt, der den Fehler versiegelt.

Zählwerkzeuge im AI-Vision-Sensor: Stückzahl je Nest, Tray und Ebene

Für die klassische Zählaufgabe am Stillstand oder im getakteten Durchlauf ist der AI-Vision-Sensor der Modellreihe IV4 das Arbeitspferd. Sein Zählwerkzeug AI Count erfasst gleichartige Teile im Bildfeld und meldet die Stückzahl: Teile je Nest, je Tray, je Ebene oder je Karton, in dokumentierten Projekten von einer Handvoll bis zu 150 Teilen je Träger über mehrere Ebenen hinweg.

Das Einrichten folgt dem Prinzip des Einlernens: Der Sensor lernt das Teil an wenigen Beispielen und zählt danach dessen Vorkommen im Prüfbereich, auch bei leichten Lage- und Drehungsvarianten. Drei Eigenschaften zählen dabei besonders.

Bedienbarkeit durch Linienpersonal: Produktwechsel, neue Teile und angepasste Sollzahlen müssen ohne Bildverarbeitungs-Know-how machbar sein.
Sollwert aus der Steuerung: Die Sollstückzahl je Typ kommt mit der Programmvorwahl aus der SPS, sodass ein Produktwechsel die Prüfung automatisch mit umstellt.
Mehrere Ebenen und Nester: Bei Trays mit mehreren Lagen prüft die Station jede Ebene beim Packen; bei mehreren Nestern nebeneinander arbeiten mehrere Prüfbereiche oder Geräte parallel.

Kommt zur Stückzahl eine Identifikationsaufgabe hinzu, etwa die Prüfung des Etiketts, das Lesen eines Codes oder eine Klarschriftlesung per AI-OCR, ist die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS die passende Klasse: Sie kombiniert Zählung, Codelesung und weitere Werkzeuge in einem Gerät und deckt damit die Verpackungsstation ab, an der Vollständigkeit und Kennzeichnung gemeinsam geprüft werden.

Doppelbelegung und Fremdteile: die zweite Hälfte der Zählaufgabe

Wer nur zählt, ob genug Teile da sind, prüft die halbe Aufgabe. Genauso häufig ist der umgekehrte Fehler: zwei Teile in einem Nest, das eines fassen soll, oder ein Teil zu viel im Karton. Die Doppelbelegung ist deshalb fester Bestandteil der Bestückungskontrolle, und sie ist schwerer als das reine Zählen, weil sich zwei gestapelte Teile im 2D-Bild von oben kaum von einem unterscheiden.

Zwei Ansätze haben sich bewährt. Im einfachen Fall verrät die Silhouette die Doppelbelegung: Zwei Teile im Nest verschieben sich gegeneinander, und das gelernte Gutbild passt nicht mehr. Das AI-Werkzeug des Vision-Sensors erkennt solche Abweichungen zuverlässig, wenn sie im Bild sichtbar sind. Liegen die Teile dagegen deckungsgleich aufeinander, entscheidet die Höhe: Ein Höhenprofil zeigt den doppelten Stapel sofort, unabhängig von Farbe und Kontrast.

Zur zweiten Hälfte der Aufgabe gehören auch Fremdteile und grobe Abweichungen: das falsche Teil im richtigen Nest, ein beschädigtes Teil, das die Kontur verletzt, Restmaterial im Tray. Für die Auslegung heißt das: Sollzahl, Doppelbelegung und Fremdmerkmal gehören in ein gemeinsames Prüfkonzept, nicht in drei nachgerüstete Einzellösungen.

Verschlüsse, Stopfen und Deckel: Anwesenheit und Orientierung vor dem Verschließen

An Abfüll- und Verpackungslinien hat die Vollständigkeitsprüfung eine besondere Stelle: unmittelbar vor dem Verschließen. Sitzt auf jedem Vial ein Stopfen, trägt jede Flasche ihren Deckel, liegt in jedem Tray-Nest ein Verschluss, und zwar richtig herum? Nach dem Verschließen oder Verpacken ist der Fehler verdeckt und wandert unerkannt zum Endkunden.

Die Prüfaufgabe hat zwei Ebenen. Die Anwesenheit ist eine klassische Zähl- und Präsenzfrage: Jedes Objekt im Bildfeld trägt sein Verschlusselement oder eben nicht. Die Orientierung ist anspruchsvoller, denn ein umgedrehter Deckel oder ein schräg aufgesetzter Stopfen unterscheidet sich im Bild nur in Details. Hier zahlt sich das eingelernte Gutbild aus: Der Sensor meldet jede Abweichung vom korrekt sitzenden Verschluss, ohne dass für jede Fehlerlage eine eigene Regel programmiert wird.

Im Durchlauf kommt das Tempo dazu: Das Ergebnis muss dem einzelnen Objekt zugeordnet bleiben, damit die Ausschleusung das richtige Teil trifft. Trigger, Objektverfolgung und Gate-Ansteuerung gehören deshalb von Anfang an in die Auslegung. Bewährt hat sich die Prüfung so früh wie möglich: Ein fehlender Stopfen kostet direkt nach dem Aufsetzen einen Takt, am Linienende die ganze Verpackungseinheit.

Schnell und kontrastunabhängig: 3D-Zählung im Durchlauf mit Laser-Profilsensoren

Es gibt Zählaufgaben, an denen das 2D-Bild an zwei Grenzen zugleich stößt: Kontrast und Geschwindigkeit. Produkte, die sich farblich kaum vom Band unterscheiden, glänzende oder transparente Objekte, Lebensmittel mit natürlicher Streuung in Form und Farbe, dazu hoher Durchsatz. In dokumentierten Projekten erreichen solche Anwendungen Raten bis etwa 20 Objekte pro Sekunde bei bewegter 3D-Erfassung.

Für diese Fälle ist die Zählung über das Höhenprofil der robuste Weg. Ein 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 erfasst die vorbeilaufenden Objekte als Höhendaten: Jedes Objekt hebt sich als Erhebung vom Band ab, unabhängig davon, welche Farbe es hat und wie das Hallenlicht fällt. Aus dem kontinuierlichen Profilstrom entstehen Zählung und Formbewertung in einem Schritt, denn dieselben Daten zeigen auch, ob ein Objekt beschädigt, verformt oder doppelt gestapelt ist.

Der Übergang lohnt sich immer dann, wenn die 2D-Zählung nur mit aufwendiger Beleuchtung stabil zu bekommen wäre oder der Durchsatz getaktete Einzelbilder ausschließt. Werden viele Positionen, mehrere Kameras oder kombinierte 2D- und 3D-Auswertungen in einer Station gebraucht, übernimmt eine High-End Bildverarbeitung mit ultimativer Flexibilität der Modellreihe XG-X die Koordination.

Ergebnis an die Linie: i.O./n.i.O., Zählwert und Gate-Ansteuerung über die SPS

Eine Zählung ist erst dann eine Kontrolle, wenn ihr Ergebnis etwas bewirkt. Das Prüfergebnis läuft deshalb direkt in die Anlagensteuerung, üblicherweise über Profinet, EtherCAT oder IO-Signale, und dort in drei Formen, die sich in der Praxis ergänzen.

Die einfachste Form ist das i.O./n.i.O.-Signal: Stückzahl stimmt oder stimmt nicht, die SPS gibt frei oder sperrt. Die zweite Form ist der Zählwert selbst: Die Steuerung erhält die tatsächliche Anzahl und entscheidet nach eigener Logik, etwa ob ein unvollständiges Tray nachbestückt oder ausgeschleust wird. Die dritte Form ist das Gate-Signal im Durchlauf: Das Ergebnis steuert eine Weiche oder einen Auswerfer und ordnet jedes Objekt seiner Bahn zu.

Die Programmvorwahl je Produkt kommt aus der SPS, damit die Zählung dem Typwechsel automatisch folgt. Sollzahlen sind Rezeptdaten der Steuerung, nicht Einstellungen am Gerät. Und das Verhalten bei n.i.O. ist definiert: nachbestücken, ausschleusen, stoppen oder Werker rufen. So wird aus dem Zählwerkzeug eine Standardfunktion, die der Maschinenbauer in jede Anlage übernehmen kann und die der Endkunde an realen Grenzfällen abnimmt.

Häufige Fragen

F Wie zählt man Teile im Tray oder Karton automatisch?

Ein AI-Vision-Sensor mit Zählwerkzeug lernt das Teil an wenigen Beispielen ein und zählt danach dessen Vorkommen im Prüfbereich, je Nest, Tray, Ebene oder Karton. Die Sollstückzahl kommt als Rezeptwert aus der SPS, und das Ergebnis geht als i.O./n.i.O. oder Zählwert an die Steuerung zurück, die das Verschließen freigibt oder sperrt. In dokumentierten Projekten reichen die Zählmengen von einer Handvoll bis zu 150 Teilen je Träger über mehrere Ebenen.

F Wie erkennt man eine Doppelbelegung im Nest?

Verschieben sich zwei Teile im Nest gegeneinander, weicht die Silhouette vom eingelernten Gutbild ab, und das AI-Werkzeug des Vision-Sensors meldet die Abweichung. Liegen die Teile deckungsgleich aufeinander, entscheidet die Höhe: Ein Höhenprofil zeigt den doppelten Stapel unabhängig von Farbe und Kontrast. Welche Methode trägt, sollte im Machbarkeitstest mit realen Grenzmustern geklärt werden.

F Wie prüft man Stopfen und Deckel vor dem Verschließen?

Vor dem Verschließen wird jedes Objekt auf Anwesenheit und Orientierung seines Verschlusselements geprüft, denn danach ist der Fehler verdeckt. Der Sensor lernt den korrekt sitzenden Verschluss als Gutbild ein und meldet fehlende, schräg sitzende oder umgedrehte Verschlüsse als Abweichung. Im Durchlauf bleibt das Ergebnis dem einzelnen Objekt zugeordnet, sodass die Ausschleusung gezielt das fehlerhafte Teil trifft.

F Wann braucht die Zählung 3D statt einer normalen Kamera?

3D ist der robuste Weg, wenn der Kontrast fehlt oder der Durchsatz hoch ist: Objekte in Bandfarbe, glänzende oder transparente Teile, Lebensmittel mit natürlicher Streuung sowie dichte Produktströme im Durchlauf. Ein Laser-Profilsensor erfasst jedes Objekt als Erhebung über dem Band, zählt kontrastunabhängig und bewertet die Form gleich mit; in dokumentierten Projekten sind so bis etwa 20 Objekte pro Sekunde erfassbar. Getaktete Trays mit gutem Kontrast bleiben dagegen eine 2D-Aufgabe.

F Ersetzt die Kamerazählung das Wiegen am Linienende?

Die Bildzählung prüft die Stückzahl direkt am Objekt und erkennt auch Fehler, die in der Gewichtstoleranz verschwinden, etwa ein fehlendes leichtes Teil oder eine Doppelbelegung bei großen Stückzahlen. Das Wiegen bleibt als nachgelagerte Plausibilitätskontrolle sinnvoll, trägt aber als alleinige Prüfung nicht. In der Praxis übernimmt die Kamera die 100%-Kontrolle je Nest oder Ebene, und die Waage sichert das Gesamtgebinde ab.

Weiterführende Artikel

Übergeordnete Themenseite: Messtechnik, Kennzeichnung und Bildverarbeitung für Maschinen- und Anlagenbauer

Weiterer Artikel im Thema: Verbauprüfung in Montagezellen: Clips, Stecker und Verschraubungen prozesssicher abfragen

Weiterer Artikel im Thema: Dichtungssitz und Kleberaupe in der Anlage prüfen: wann 2D reicht und wann es 3D braucht

Weiterer Artikel im Thema: Prüfsystem in der Bestandsanlage ersetzen: Retrofit unzuverlässiger Kameras und Sensoren