Stapel zählen in Verpackung und Druck: Bögen, Zuschnitte, Faltschachteln und Filter in Stück umrechnen

Warum ein Stapel eine Kantenfrage ist: dünne Bögen, hohe Stapel, wechselnde Formate

Von der Seite betrachtet zeigt ein Bogen im Stapel keine Fläche, sondern nur seinen Rand. Wo zwei Bögen aufeinanderliegen, entsteht im Bild eine feine Linie aus Licht und Schatten. Diese Linien sind das Einzige, was sich zählen lässt.

Drei Eigenschaften machen das anspruchsvoll. Die Teile sind dünn, in den dokumentierten Fällen zwischen etwa einem Drittel Millimeter und einem Millimeter. Der Stapel ist hoch, häufig deutlich höher als der Ausschnitt, den ein Bild mit ausreichender Auflösung zeigt. Und jedes Format liegt anders: bündig, versetzt oder mit wechselnder Kantenlage.

Gewicht und Höhe liefern nur einen rechnerischen Mittelwert, der mit jeder Schwankung der Bogendicke mitwandert. Wer über die Kanten zählt, erfasst dagegen jedes einzelne Teil. In den dokumentierten Fällen blickt dafür eine hochauflösende Kamera auf die Stapelkante. Ein eigenes Werkzeug für Stapelkanten gibt es nicht; gezählt wird mit einer Kombination aus Vorverarbeitung und Zählwerkzeug der Bildverarbeitung.

Bögen im Palettenstapel: Kantenpaare zählen, wenn der Stapel höher ist als das Bildfeld

Bei einem Verarbeiter stehen Kartonbögen von rund einem Millimeter Dicke auf Paletten, eine Variante ist nur etwa ein Drittel so dick. Der Stapel erreicht weit über einen Meter. Gezählt werden sollen Kantenpaare, also je Bogen die beiden Kanten, die ihn im Bild begrenzen, mit einer Kamera der 5-Megapixel-Klasse. Die Machbarkeit wurde bejaht. Schwierig ist die Einbausituation an der Palette, und die Variantenbögen werden anders gestapelt als die Standardbögen.

Für eine solche Aufgabe kommt die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS in Frage. Die Kanten erscheinen als Hell-Dunkel-Übergänge, ein Blob-Werkzeug zählt die zusammenhängenden Bildbereiche und misst zugleich Fläche und Schwerpunkt jedes Bereichs. Die Fläche ist dabei ein nützlicher Zusatz: Ein Bereich, der deutlich größer ist als seine Nachbarn, kann ein Hinweis auf zwei im Bild verschmolzene Kanten sein. Welche Beleuchtung die Kanten der dünnen Variante sauber trennt, klärt sich erst am Originalstapel. Weil die Varianten unterschiedlich gestapelt werden, gehört zu jedem Format ein eigener Probestapel in den Test.

Abschnitt für Abschnitt: einen hohen Stapel in mehreren Bildern lesen

Wie fein die Auflösung sein muss, zeigt eine einfache Rechnung. Angenommen, ein Bild deckt 300 mm Stapelhöhe ab. Bei Bögen von 1 mm liegen darin rechnerisch rund 300 Kanten, bei 0,3 mm rund 1.000. Hat die Kamera etwa 2.000 Bildpunkte über die Bildhöhe, bleiben rechnerisch knapp sieben beziehungsweise zwei Bildpunkte je Bogen. Ein Stapel von 1,5 m bräuchte bei diesem Bildfeld rechnerisch fünf Abschnitte.

Für die Abschnitte gibt es zwei Wege: eine Kamera, die am Stapel entlang verfahren wird, oder mehrere feste Kameras übereinander. Sollen mehrere Kameras an einem Controller arbeiten, nimmt die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G bis zu acht Kameras auf. In beiden Fällen braucht die Auswertung eine klare Grenze zwischen den Abschnitten. Überlappen sich zwei Bilder, darf eine Kante im Überlappungsbereich nur einmal in die Summe eingehen. Eine feste Bildgrenze, ein definierter Verfahrweg oder eine Markierung am Gestell machen das einfacher als eine nachträgliche Abgleichsrechnung.

Nützlich ist außerdem eine Gegenprobe. Sind Nenndicke und Stapelhöhe bekannt, lässt sich die gezählte Zahl gegen die rechnerische Erwartung halten. Weicht sie stark ab, liegt eher eine verpasste oder doppelt gezählte Kante vor als ein ungewöhnlicher Stapel, und der Abschnitt wird erneut gelesen. Eine solche Gegenprobe ersetzt die Kantenzählung nicht, sie macht aber sichtbar, wo die Auswertung nachgeschärft werden muss, etwa an der Beleuchtung oder an der Schwelle der Vorverarbeitung.

Faltschachteln im Versandkarton: nachlegen, bis die Zahl stimmt

Ein Hersteller von Faltschachteln verpackt die eigene Ware von Hand. Ein Werker setzt die flachen Faltschachteln in einen Versandkarton, die dünnsten Zuschnitte messen rund 0,35 mm. Die Zahl muss passen. Zeigt die Prüfung zu wenig, legt der Werker nach, und die Zählung beginnt von vorn, bis die Zahl stimmt.

Eine Vollständigkeitsprüfung mit fester Sollzahl ist das nicht: Gezählt werden gestapelte Zuschnitte über ihre Kanten, keine Produkte im Verkaufskarton, und die Zählung wiederholt sich, bis die Zahl passt. Weil der Werker nach jedem Nachlegen wieder wissen will, wo er steht, muss die Zählung schnell wiederholbar sein.

Aufnahmen der Faltschachteln liegen im Simulator, die Zählung wird dort eingerichtet. Ob die All-in-One Kamera die Kanten auch im Karton sicher trennt, zeigt erst ein Test an Musterteilen.

Faltschachteln in der Reihe: die Stückzahl als Plausibilitätsprüfung für Track and Trace

In einer Linie mit Track and Trace stehen Faltschachteln in einer Reihe. Ihre Zahl dient als Plausibilitätsprüfung: Stimmt die gezählte Menge mit der erwarteten überein? Jede Schachtel ist an einem farbigen Feld auf der sonst weißen Packung erkennbar. Das Konzept sieht zwei Kameras und eine Beleuchtung entlang der Reihe vor. Ein Test vor Ort verlief erfolgreich, auch das Testsystem ließ sich erfolgreich in Betrieb nehmen.

Für eine solche Zählung bietet die All-in-One Kamera eine Farbextraktion als Vorverarbeitung. Mit „Farbe zu binär" bleiben im Bild nur die farbigen Felder übrig, und das Blob-Werkzeug zählt sie. Zu beachten ist, dass ein geänderter Weißabgleich die Farbextraktion verschiebt; das Programm ist danach erneut zu prüfen. Zwei Kameras entlang der Reihe lassen sich mit zwei Geräten abdecken oder an einem Controller der Bildverarbeitung mit integrierter AI zusammenführen.

Am Kolben vor dem Beutel: Filter in Bewegung zählen

Filter sind ein Sonderfall der Stapelzählung. Kurz bevor sie in den Beutel gelegt werden, liegen sie an einem Kolben, und der Betrieb muss sicherstellen, dass er die richtige Anzahl abpackt. Die einzelnen Filter unterscheiden sich im Bild nur wenig voneinander.

Die Überlegung geht deshalb dahin, die Filter in Bewegung zu zählen: Der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 soll sie im AI Dynamic Count Modus am Kolben erkennen und hochzählen, kurz bevor sie in den Beutel gelegt werden. Dieser Modus erfasst bewegte Objekte, auch mehrere zugleich, ohne dass sie angehalten werden, und zählt die Objekte, die eine festgelegte Zähllinie durchlaufen haben. Der Zählwert kann sich automatisch zurücksetzen. Offen sind die Einbindung in die Steuerung und die Platzierung der Kamera, denn der Kolben ist weitgehend geschlossen.

Viele Formate, wechselnde Stapelbilder: eine Einstellung je Format und der Test am Originalstapel

Wer viele Formate verarbeitet, braucht eine Einstellung je Format, denn Dicke, Kantenbild und Stapelweise ändern sich mit jedem Artikel. Am Vision-Sensor ist das ein Programm je Format; bis zu 32 Programme lassen sich über externe Eingänge wechseln. Für die All-in-One Kamera gilt dasselbe: Vorverarbeitung und Zählwerkzeug werden je Format eingestellt und am Muster geprüft.

Für den Test lohnt es sich, Folgendes bereitzuhalten: Muster der dünnsten und der dicksten Variante, einen Stapel in Originalhöhe oder zumindest einen vollen Abschnitt, Fotos der Einbausituation und eine klare Vorgabe, ob die Zahl exakt stimmen muss oder ob eine Plausibilität genügt. Etiketten auf der Rolle und die Wicklungen einer Papierrolle gehören ebenfalls zu den Stapelfragen der Branche, für sie gibt es in den ausgewerteten Anwendungen keinen Fall.

Häufige Fragen

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