Inline-Maßkontrolle in der Abfüllung: Durchmesser, Füllhöhe und Verschlussgeometrie

In der Abfüllung läuft die Prüfung mit. Der Behälter darf nicht angehalten und von Hand vermessen werden, sondern soll im Durchlauf mit dem Takt der Anlage kontrolliert werden. Genau hier stoßen kontrastbasierte Kameras an eine Grenze, denn Glas und klares PET liefern von oben kaum Kontrast, und Höhen sind im Draufsichtbild nicht sicher aufzulösen.

Dieser Beitrag richtet sich an Anlagen- und Qualitätsverantwortliche in der Abfüllung sowie an die Sondermaschinenbauer, die Abfüll- und Verschlusslinien ausrüsten. Er zeigt, wie ein Inline Profilprojektor, ein optisches Lichtbandmikrometer und ein Laser-Profilsensor Durchmesser, Füllhöhe und Verschlussgeometrie an transparenten Behältern im Durchlauf messen und wie das Ergebnis in Ausschleusung und Maschinenstopp übergeht.

Wichtige Punkte im Überblick

In der Abfüllung läuft die Prüfung im Takt mit, ohne den Behälter anzuhalten, und genau hier scheitern kontrastbasierte Draufsicht-Kameras, weil Glas und klares PET von oben kaum Kontrast liefern und die Höhe nicht auflösbar ist.
Ein Inline Profilprojektor der Modellreihe TM-X5000 erfasst 2D-Kontur und Durchmesser eines vorbeilaufenden Behälters berührungslos im telezentrischen Durchlicht, unabhängig von Farbe und Transparenz.
Für sehr schnelle Außendurchmesser und Spaltmaße an Hals, Mündung und Verschluss durchleuchtet ein optisches Lichtbandmikrometer den Behälter mit hoher Messrate und macht die 100%-Kontrolle im Takt schneller Linien möglich.
Höhen- und Stufenmerkmale wie Füllhöhe, Verschlusshöhe und Siegelversatz, die eine Draufsicht-Kamera nicht sieht, erfasst ein 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 encoder-synchron im Durchlauf.
Erst die Anbindung macht die Messung wirksam: Einzelergebnisse verdichten sich zu einer i.O./n.i.O.-Entscheidung und steuern über PROFINET Weiche, Signalleuchte und Maschinenstopp.

Warum transparente Behälter die 2D-Kamera an Grenzen bringen

Der Reiz einer Draufsicht-Kamera ist ihre Einfachheit. An transparenten Behältern trägt dieser Ansatz aber nicht weit, und das aus physikalischen Gründen.

Durchsichtiges Glas und PET liefern von oben wenig Kontrast. Eine Kamera, die auf Grauwertunterschiede angewiesen ist, findet an einer klaren Flasche keine zuverlässige Kante.
Durchmesser und Höhe sind im reinen Draufsichtbild nicht sicher auflösbar. Der Durchmesser eines stehenden Röhrchens ist von oben schlicht nicht sichtbar, und eine Höhe lässt sich aus einer einzelnen Draufsicht nicht bestimmen.
Optische Mess- und Profilverfahren messen das Maß direkt. Statt aus einem Kontrastbild abzuleiten, erfassen sie die Kontur oder das Höhenprofil des Behälters unmittelbar.

In dokumentierten Anwendungen zeigt sich das immer wieder an denselben Aufgaben. Ein Betrieb wollte den Durchmesser von Glasröhrchen idealerweise von oben aus dem Karton prüfen, was nicht funktioniert, weil der Durchmesser in der Draufsicht nicht erscheint. Die geforderte Genauigkeit lag bei 0,1 mm. Für solche Fälle braucht es ein Verfahren, das das Maß direkt misst.

Inline Profilprojektor für Durchmesser und Kontur im Durchlauf

Ein Inline Profilprojektor durchleuchtet den vorbeilaufenden Behälter mit telezentrischem Durchlicht und wertet dessen Kontur aus. Damit misst er Durchmesser und Außenkontur, ohne den Behälter zu berühren oder anzuhalten.

Der Inline Profilprojektor der Modellreihe TM-X5000 erfasst die 2D-Kontur und den Durchmesser eines vorbeilaufenden Behälters in einer Messung.
Die Messzeit liegt im Millisekundenbereich, ab 3 ms je Messung, sodass die Messung mit dem Takt der Abfüllung Schritt hält.
Die Messung erfolgt ohne Kontakt und ohne zusätzliches Behälterhandling. Der Behälter bleibt in seiner Bewegung, und es entfällt das Entnehmen und Zurückstellen.

Weil das Verfahren die Kontur direkt vermisst, ist es unabhängig von Farbe und Transparenz des Behälters. Ein klares Röhrchen wird ebenso erfasst wie eine gefärbte Flasche, solange die Kontur im Strahlengang liegt.

Optisches Lichtbandmikrometer für Außendurchmesser und Spaltmaße

Wo es auf sehr schnelle und präzise Außendurchmesser ankommt, spielt das optische Lichtbandmikrometer seine Stärke aus. Ein kollimiertes LED-Lichtband durchleuchtet den Behälter, und aus dem Schattenbild ergeben sich Außendurchmesser und Spaltmaß.

Das optische LED Lichtbandmikrometer der Modellreihe LS-9000 misst Außendurchmesser und Spaltmaße mit bis zu 16.000 Messungen pro Sekunde.
Die hohe Messrate passt zu schnellen Abfüll- und Verschlusslinien, bei denen viele Behälter je Minute durchlaufen.
Typische Messstellen sind Hals, Mündung und Verschluss, an denen der Durchmesser über Greifbarkeit und Verschlusssitz entscheidet.

In der Anwendungspraxis kommt dieses Verfahren dort zum Einsatz, wo ein Durchmesser über eine hohe Stückzahl hinweg eng gehalten werden muss und eine Lehrenprüfung von Hand zu langsam wäre. Die Kombination aus hoher Messrate und direkter Durchmessermessung macht die 100%-Kontrolle im Takt der Linie möglich.

Füllhöhe, Verschlusshöhe und Siegelversatz mit dem Profilsensor

Durchmesser und Kontur sind das eine, Höhen und Stufen das andere. Für Merkmale, die eine Kamera oder ein Mikrometer nicht sieht, liefert ein Laser-Profilsensor das Höhenprofil des Behälters.

Der 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 erfasst Höhen- und Profilmerkmale, die im Grauwertbild nicht erscheinen.
Typische Merkmale sind die Füll- und Verschlusshöhe sowie der Versatz einer Siegelfläche, etwa an einem Becherdeckel.
Die Messung läuft encoder-synchron im Durchlauf, sodass das Profil eines bewegten Behälters lückenlos aufgenommen wird.

Damit lässt sich beispielsweise prüfen, ob ein Verschluss vollständig aufsitzt, ob die Füllhöhe im Fenster liegt und ob eine Siegelfläche versetzt oder schief liegt. Solche Höhen- und Stufenmerkmale sind für eine Draufsicht-Kamera unsichtbar, für den Profilsensor aber das eigentliche Arbeitsgebiet.

Von der Messung zur Anlage: i.O./n.i.O., Ausschleusung, Maschinenstopp

Eine Inline-Messung ist nur so gut wie ihre Anbindung an die Anlage. Der Messwert allein bringt nichts, wenn er nicht in eine Entscheidung und eine Reaktion mündet.

Ergebnislogik je Merkmal und Verdichtung zum Gesamtergebnis. Jedes Maß wird gegen seine Toleranz bewertet, und aus den Einzelergebnissen entsteht eine gemeinsame i.O./n.i.O.-Entscheidung für den Behälter.
Ansteuerung von Weiche, Signalleuchte und Maschinenstopp. Ein n.i.O.-Behälter wird über eine Weiche ausgeschleust, eine Signalleuchte meldet den Zustand, und bei gehäuften Fehlern kann die Anlage stoppen, bevor eine ganze Charge betroffen ist.
Messwert- und Ergebnisübergabe über PROFINET. Werte und Ergebnis gehen über eine Standard-Schnittstelle an die Steuerung und lassen sich für Rückverfolgbarkeit und Statistik ablegen.

So wird die Messung Teil der Anlagenlogik. Der Behälter wird nicht nur bewertet, sondern das Ergebnis greift unmittelbar in den Prozess ein und verhindert, dass fehlerhafte Ware weiterläuft.

Machbarkeit an transparentem Glas und Kunststoff vorab klären

Gerade bei transparenten und glänzenden Behältern entscheidet der Test am realen Teil über den Erfolg. Was am Datenblatt plausibel wirkt, muss sich am tatsächlichen Behälter unter realem Licht und im Takt bestätigen.

Musterbehälter aller Varianten und Farben testen. Klare, gefärbte und glänzende Behälter verhalten sich optisch unterschiedlich, deshalb gehören alle Varianten in den Test.
Grenzmuster und geforderte Genauigkeit früh definieren. Legen Sie fest, welche Abweichung noch zulässig ist, und stellen Sie i.O.- und n.i.O.-Muster bereit, damit die Grenze real geprüft wird.
Test im Applikationslabor und anschließend inline vor Ort. Erst der Laborversuch klärt die Machbarkeit, dann zeigt der Aufbau in der Linie, ob Takt, Vibration und Umgebung mitspielen.

In realen Projekten ist diese zweistufige Machbarkeit der zuverlässigste Weg zu einer stabilen Inline-Messung. Wer die Randbedingungen am Muster klärt, statt sie im Betrieb zu entdecken, vermeidet spätere Überraschungen bei Takt, Genauigkeit und Variantensicherheit.

Häufige Fragen

F Warum kann eine Draufsicht-Kamera den Durchmesser einer transparenten Flasche nicht messen?

Durchsichtiges Glas und PET liefern von oben kaum Kontrast, und der Durchmesser eines stehenden Behälters ist in der Draufsicht gar nicht sichtbar. Eine kontrastbasierte Kamera findet daher keine zuverlässige Kante. Ein Inline Profilprojektor oder ein Laser-Profilsensor misst die Kontur beziehungsweise das Höhenprofil direkt und ist von der Transparenz unabhängig.

F Welche Taktzeiten sind bei der Inline-Messung erreichbar?

Die Messzeit liegt im Millisekundenbereich, ab 3 ms je Messung, und bei schnellen Linien läuft die Messung kontinuierlich mit. Der Inline Profilprojektor der Modellreihe TM-X5000 und das optische LED Lichtbandmikrometer der Modellreihe LS-9000 sind auf diese Geschwindigkeiten ausgelegt. Der genaue Wert hängt von Behältergröße, Merkmalen und Anlagentakt ab.

F Wie werden Füllhöhe und Verschlusshöhe im Durchlauf gemessen?

Höhen- und Stufenmerkmale erfasst ein 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 encoder-synchron im Durchlauf. Damit lassen sich Füll- und Verschlusshöhe sowie der Versatz einer Siegelfläche bestimmen, also Merkmale, die eine Draufsicht-Kamera nicht sieht. Das Profil des bewegten Behälters wird dabei lückenlos aufgenommen.

F Wie geht das Messergebnis an die Anlage über?

Jedes Maß wird gegen seine Toleranz bewertet, und die Einzelergebnisse werden zu einer i.O./n.i.O.-Entscheidung verdichtet. Über eine Standard-Schnittstelle wie PROFINET gehen Werte und Ergebnis an die Steuerung, die eine Weiche zur Ausschleusung, eine Signalleuchte oder einen Maschinenstopp ansteuert. Die Werte lassen sich zugleich für Rückverfolgbarkeit und Statistik ablegen.

F Welche Toleranzen sind in der Abfüllung typisch?

In dokumentierten Anwendungen liegen die Toleranzen häufig um 0,1 mm, an manchen Merkmalen wie einem Einsatzwinkel auch bei wenigen Grad. Der genaue Wert richtet sich nach Behälter und Verschluss. Grenzmuster und geforderte Genauigkeit sollten früh definiert und am realen Teil geprüft werden.

F Warum ist ein Machbarkeitstest an transparentem Material so wichtig?

Klare, gefärbte und glänzende Behälter verhalten sich optisch sehr unterschiedlich, und Takt, Vibration und Umgebungslicht der Linie beeinflussen die Messung. Ein Test klärt zunächst im Applikationslabor die grundsätzliche Machbarkeit und anschließend inline vor Ort, ob die Messung im realen Betrieb stabil bleibt. So werden Überraschungen bei Takt, Genauigkeit und Variantensicherheit vermieden.

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