Orientierungskontrolle im Durchlauf: transparente, verdrehte und liegende Flaschen und Behälter sicher erkennen

Im Sortierer und auf dem Transportband braucht die Linie keinen Winkel, sondern eine Entscheidung: Der Behälter kommt so an, wie die nächste Station ihn erwartet, oder er muss aus dem Strom. Dieser Beitrag richtet sich an Linien-, Produktions- und Instandhaltungsingenieure bei Abfüllern und Lebensmittelherstellern und an Integratoren von Sortierern und Fördertechnik. Er ordnet dokumentierte Anwendungen und Tests danach, was die Prüfung schwer macht: Transparenz, fast gleiche Lagen, umgefallene Flaschen, ein breites Band und der Stau in der Maschine. An einigen Linien prüfen ältere KEYENCE-Vision-Sensoren bereits einen Teil der Aufgaben.

Wichtige Punkte im Überblick

Im Sortierer und auf dem Band braucht die Linie keinen Winkel, sondern eine Entscheidung je Behälter: Er kommt so an, wie die nächste Station ihn erwartet, oder er muss aus dem Strom.
Das Werkzeug AI Trigger des AI Vision-Sensors der Modellreihe IV4 löst die Aufnahme im passenden Moment ohne separaten Triggersensor aus, und die Behälter müssen dafür nicht anhalten.
Weil AI Identify ein registriertes Teil gerade unabhängig von seiner Orientierung erkennt, führt die Unterscheidung fast gleicher Lagen über ein Merkmal, das sich mit der Lage verändert, etwa den Gewindeanfang, die Formnaht oder einen Aufdruck auf der Rückseite.
Eine umgefallene Flasche ist im Bild meist deutlich zu erkennen, weil sich ihre Umrissform von oben völlig ändert, schwerer ist die schräg stehende eckige Flasche, deren Kante nur wenige Grad abweicht.
Muss an einer festen Stelle nur gemeldet werden, ob ein Behälter hochsteht oder liegt, genügt ein Lichtleitersensor, der aber nur wenige Drehlagen unterscheidet.

Richtig herum oder raus: die Lagefrage im Durchlauf

Die Prüfung beantwortet eine Frage je Behälter: Steht er, liegt er, zeigt der Hals nach oben, sitzt der Griff auf der vorgesehenen Seite? Das Ergebnis ist ein i.O./n.i.O.-Signal an die Steuerung, die den Behälter ausschleust oder die Zufuhr anhält. Wo die Prüfung sitzt, folgt aus dem Ablauf. Hinter dem Sortierer bestätigt sie, dass das Aufrichten gelungen ist, vor einer Engstelle verhindert sie den Stau. In beiden Lagen braucht die Ausschleusung genug Weg hinter der Kamera, damit die Steuerung den gemeldeten Behälter noch erreicht; diese Strecke gehört zusammen mit der Taktzahl in die Auslegung. Wie weit eine Flasche vor dem Etikettierer gedreht werden muss, ist eine andere Frage und steht in einem eigenen Beitrag dieser Reihe.

Im Durchlauf zählt auch der Zeitpunkt der Aufnahme. Das Werkzeug AI Trigger des AI Vision-Sensors der Modellreihe IV4 löst die Aufnahme im passenden Moment ohne separaten Triggersensor aus, und die Behälter müssen dafür nicht anhalten. Die einstellbare Triggerverzögerung ist dabei eine Anzahl aufeinanderfolgender Erkennungen, keine Zeit. Ob ein Behälter fehlt oder genug Inhalt hat, beantwortet die Vollständigkeitsprüfung, und welche Sorte vorliegt, die Typunterscheidung.

Im Sortierer: transparente Flaschen und Reflexionen

Im Sortierer kommen Flaschen ungeordnet an und werden aufgerichtet. Für transparente Flaschen an einem solchen Sortierer soll ein Vision-Sensor bestätigen, dass jede Flasche richtig orientiert den Sortierer verlässt. Gegen Reflexionen muss dort der Kamerawinkel angepasst werden.

Eine andere transparente Flasche wurde mit einem Vision-Sensor und zusätzlicher externer Beleuchtung getestet, und der Test ergab keine Probleme. Die Linie läuft mit bis zu 300 Flaschen pro Minute, rechnerisch bleiben damit 200 ms je Flasche. Für eine Wodkaflasche wurde mit AI-gestützter Auswertung geprüft, ob sie richtig herum steht; der Versuch mit Mustern verlief einwandfrei. Eine weitere Anwendung verlangt ein Bildfeld von 400 mm für die Flaschenorientierung. Bei dieser Breite ist die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS die naheliegende Klasse.

Transparentes Glas und PET verlangen fast immer eine Entscheidung über Licht und Blickwinkel, bevor über das Werkzeug gesprochen wird. Die Übersichtsseite zu Lebensmitteln und Getränken behandelt diese Hürde für alle Prüfaufgaben gemeinsam.

Vier fast gleiche Lagen: welches Merkmal die Lage verrät

Schwierig wird es, wenn eine Flasche in vier Lagen ankommen kann, die sich im Bild kaum unterscheiden. Genau das gilt für eine transparente Flasche, und die Transparenz macht die Aufgabe zusätzlich schwierig. Getestet wurde bereits; in Frage kommen zwei Vision-Sensoren.

Dazu kommt eine Eigenschaft des Werkzeugs. AI Identify erkennt ein registriertes Teil gerade unabhängig von seiner Orientierung, eine Unterscheidung von Lagen ist dafür nicht dokumentiert. Der Weg führt deshalb über ein Merkmal, das sich mit der Lage verändert: der Gewindeanfang, die Formnaht, ein Aufdruck auf der Rückseite oder eine Kante, die nur in einer Lage im Prüfbereich liegt. Manchmal macht erst das Licht ein solches Merkmal trennbar, etwa Hintergrundlicht, in dem der Gewindeanfang als Kontur erscheint. In der All-in-One Kamera lassen sich mehrere Werkzeuge in einem Programm verbinden, etwa eine Kontursuche und eine Prüfung an der Stelle, an der das Merkmal stehen muss. Ob das bei vier fast gleichen Lagen trägt, klärt nur ein Test an Originalflaschen.

In einem anderen Werk steht die Flaschenorientierung neben der Etikettenanwesenheit und der Unterscheidung von Etiketten. Für diese Aufgaben sind an einigen Linien schon Vision-Sensoren einer älteren KEYENCE-Generation im Einsatz. Die beiden Etikettenaufgaben gehören zur Etikettenkontrolle und zur Typunterscheidung.

Stehend oder liegend: umgefallene Flaschen über die ganze Bandbreite

Auf einem Band, das so breit ist wie eine Palette, sollen stehende und liegende Flaschen unterschieden werden. Bei eckigen Flaschen kann die Kante zusätzlich ausgegeben werden, um zu prüfen, ob die Flaschen gerade stehen. Rund 30 Sorten kommen über diese Strecke; für die Prüfung ist das eine Formatzahl für die Programme, keine Typentscheidung.

Ein Bildfeld dieser Breite spricht für eine Kamera statt für einzelne Sensoren. Die All-in-One Kamera gibt Lage und Kante in einer Aufnahme aus. Reicht die Auflösung über die volle Breite nicht, bietet die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G Kameras von 0,31 bis 64 MP. Eine umgefallene Flasche ist im Bild meist deutlich zu erkennen, weil sich ihre Umrissform von oben völlig ändert. Schwerer ist die schräg stehende eckige Flasche, deren Kante nur wenige Grad abweicht.

Ein Sensor genügt: kleine Behälter in einer Flucht

Nicht jede Lagefrage braucht ein Bild. Kleine, milchig durchscheinende Fläschchen sollen hintereinander auf einer Flucht liegen, und gebraucht wird nur eine Meldung, sobald eines hochsteht. Für diese Aufgabe eignen sich Digitale Lichtleitersensoren der Modellreihe FS-N.

Der Lichtleitersensor lässt sich mit einem Reflektor statt eines Empfängers betreiben, und diese Anordnung nennt der Katalog für transparente Objekte. Milchiges Material ist ein Sonderfall zwischen klar und undurchsichtig und gehört an Mustern geprüft. Die Grenze der Sensorklasse ist klar: Ein Lichtleiter oder eine Lichtschranke erkennt an einer festen Stelle, ob etwas hochsteht oder liegt, unterscheidet aber nur wenige Drehlagen.

Bevor die Maschine klemmt: Lebensmittelbehälter lagerichtig zuführen

Bei Lebensmittelbehältern kann die falsche Lage statt eines Qualitätsfehlers ein Störfall sein. Ein Anwender beschreibt einen Behälter, der in falscher Orientierung die Maschine blockiert. Danach müssen Mitarbeiter die Maschine reinigen, und die Linie steht.

Die Prüfung sitzt in diesem Fall vor der Engstelle, an der der Behälter hängen bleibt, und nicht erst am Ende der Linie. Meldet sie eine falsche Lage, kann die Steuerung den Behälter ausschleusen oder die Zufuhr kurz anhalten, bevor er in die Maschine gelangt. Für einen einzelnen Behälter mit klarem Lagemerkmal ist der Vision-Sensor die passende Klasse, mit einem Arbeitsabstand von 50 mm bis über 3 m. Wie sich ein vermiedener Stillstand gegen die Investition rechnet, behandelt die Übersichtsseite zu Lebensmitteln und Getränken.

Häufige Fragen

F Braucht die Orientierungskontrolle im Durchlauf einen eigenen Triggersensor?

Nicht zwingend. Das Werkzeug AI Trigger des AI Vision-Sensors der Modellreihe IV4 nimmt im passenden Moment auf, ohne Triggersensor und ohne dass der Behälter anhält. Ob sich AI Trigger mit einer automatischen Programmumschaltung kombinieren lässt, sollte vorab geprüft werden.

F Wie schnell kann eine Orientierungskontrolle an transparenten Flaschen arbeiten?

In einem dokumentierten Fall läuft die Linie mit bis zu 300 transparenten Flaschen pro Minute, und ein Test mit Vision-Sensor und externer Beleuchtung verlief ohne Probleme; mit welcher Taktzahl getestet wurde, ist nicht dokumentiert. Rechnerisch bleiben 200 ms je Flasche. Für die eigene Linie gilt der Wert erst nach einem Versuch mit Originalflaschen und dem vorgesehenen Licht.

F Was hilft, wenn sich die möglichen Lagen einer Flasche kaum unterscheiden?

Gesucht wird ein Merkmal, das sich mit der Lage verändert, etwa der Gewindeanfang, eine Naht oder ein Aufdruck. AI Identify erkennt Teile unabhängig von ihrer Orientierung und trennt Lagen nicht nachweislich. Mehrere Werkzeuge in einem Programm der All-in-One Kamera sind ein Ansatz, den ein Test bestätigen muss.

F Wie erkennt man umgefallene Flaschen auf einem breiten Band?

Mit einer Kamera, die die ganze Bandbreite sieht, denn eine liegende Flasche zeigt von oben einen völlig anderen Umriss als eine stehende. In einer dokumentierten Anwendung soll eine Kamera über ein palettenbreites Band stehende und liegende Flaschen unterscheiden und bei eckigen Flaschen die Kante ausgeben.

F Genügt für die Lagekontrolle manchmal ein einfacher Sensor?

Ja, wenn an einer festen Stelle nur gemeldet werden muss, ob ein Behälter hochsteht oder liegt. Mehrere Drehlagen oder einen Winkel unterscheidet ein solcher Sensor nicht. Dann braucht die Station ein Bild.

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