Ausrichten und Lagekontrolle in der Abfüll- und Lebensmittellinie: Flasche, Dose und Produkt lagerichtig für den nächsten Schritt

Eine runde Flasche hat keine Vorderseite, bis der nächste Schritt eine verlangt. Der Etikettierer braucht die Glasnaht an einer bestimmten Stelle, der Drucker die Prägung, der Packer die flache Seite nach außen, und die Maschine im Einlauf braucht einen Behälter, der nicht quer liegt. In der Abfüll- und Lebensmittellinie steht die Lagefrage deshalb fast immer im Dienst der folgenden Station. Dieser Leitfaden folgt der Linie vom Einlauf über die Verschließstation und den Drehteller vor dem Etikettierer bis zum Packer und endet bei Lebensmitteln, deren Lage an einen Roboter geht. Die Beispiele stammen aus dokumentierten Anwendungen, Konzepten und Tests von Maschinenbauern und Anwendern und beschreiben Aufgaben und Anforderungen.

Wichtige Punkte im Überblick

Das Thema stellt zwei Fragen: ob ein Behälter, ein Verschluss oder ein Produkt so liegt, wie die Maschine es erwartet, wofür ein i.O./n.i.O.-Signal genügt, und wie weit er sich drehen muss, wofür der Drehteller einen Winkel oder den Befehl zum Anhalten braucht.
Im Einlauf und auf dem Band sind Transparenz und Reflexionen in fast jedem Fall die erste Testfrage, noch bevor über das Werkzeug entschieden wird.
Vor Etikettierer und Drucker wird aus der Lagefrage eine Drehfrage, und das Bezugsmerkmal ist oft schwach: eine Formnaht in klarem Glas, eine Prägung, ein Bügel, eine Quetschnaht oder der Gewindeanfang.
Am Drehteller gibt es zwei Grundmuster: Drehen, bis das Merkmal im Prüfbereich steht, genügt an einer Flasche je Station der Vision-Sensor mit einem Programm je Format, und soll der Winkel ausgegeben werden oder eine Kamera mehrere Flaschen abdecken, passt die All-in-One Kamera.
Vor dem Packer ist ein Winkel das Ergebnis und kein Ja oder Nein, und weil für die All-in-One Kamera kein Encoder-Eingang dokumentiert ist, stellt die Maschinensteuerung den Zeitbezug zur Dreheinheit her.

In welche Richtung zeigt sie, wie weit muss sie drehen: die Frage vor Etikett, Druck und Gebinde

Das Thema stellt zwei Fragen. Die erste lautet, ob ein Behälter, ein Verschluss oder ein Produkt so liegt, wie die Maschine es erwartet: stehend statt liegend, richtig herum, mit dem Griff zur vorgesehenen Seite. Die zweite lautet, wie weit er sich drehen muss, bis ein Bezugsmerkmal an der gewünschten Stelle steht. Im ersten Fall genügt ein i.O./n.i.O.-Signal. Im zweiten braucht der Drehteller oder die Dreheinheit einen Winkel oder den Befehl zum Anhalten.

Die Nachbarfragen haben eigene Artikel in dieser Reihe. Ob das Etikett nach dem Etikettieren gerade sitzt und die richtige Variante trägt, behandelt der Artikel zu Etikett, Sleeve und Verschluss. Die Registrierung von Druckbild und Etikett und die Lage von Beuteln gehören zur Positionierung in Verpackung und Druck. Ob genug in der Flasche ist, klärt die Füll- und Vollständigkeitsprüfung, welche Sorte vorliegt, die Typunterscheidung, und was ein Code enthält, das Codelesen. In der Anwendungspraxis hilft eine Faustregel: Eine verdrehte Flasche ist eine Lagefrage, dieselbe Flasche mit schiefem Etikett eine Etikettenfrage und eine falsche Flasche eine Verwechslung.

Im Einlauf und auf dem Band: richtig herum, umgefallen, verklemmt

Im Sortierer und auf dem Transportband ist gefragt, ob jeder Behälter so ankommt, wie die nächste Station ihn braucht. Für transparente Flaschen in einem Sortierer soll ein AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 die Orientierung bestätigen. Der Kamerawinkel muss dort gegen Reflexionen angepasst werden. Eine andere transparente Flasche, von der bis zu 300 pro Minute durchlaufen, wurde mit einem Vision-Sensor und externer Beleuchtung getestet; der Test verlief ohne Probleme. Für eine Wodkaflasche wurde mit AI-gestützter Auswertung geprüft, ob sie richtig herum steht. Der Versuch mit Mustern verlief einwandfrei.

Schwieriger wird es, wenn sich die Lagen kaum unterscheiden. Eine transparente Flasche kann in vier Lagen ankommen, die fast gleich aussehen, was die Aufgabe schwierig macht. Nach einem Test kommen zwei Vision-Sensoren in Frage. Ob AI Identify zwei nahezu gleiche Lagen sicher trennt, ist nicht dokumentiert und bleibt eine Testfrage, denn das Werkzeug erkennt ein registriertes Merkmal gerade unabhängig von seiner Orientierung.

Ein Lebensmittelbehälter blockiert in falscher Lage die Maschine; nach einem Stau fallen Reinigung und Stillstand an. Über ein Band, das so breit ist wie eine Palette, sollen stehende und liegende Flaschen erkannt werden, bei eckigen Flaschen wahlweise auch die Kante, um zu prüfen, ob sie gerade stehen.

Für den einzelnen Behälter ist der Vision-Sensor die naheliegende Klasse, mit einem Arbeitsabstand von 50 mm bis über 3 m. Das palettenbreite Bildfeld und die Kantenausgabe sprechen für die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS. Transparenz und Reflexionen sind in fast jedem dieser Fälle die erste Testfrage; die Übersichtsseite zu Lebensmitteln und Getränken behandelt sie für alle Aufgaben gemeinsam.

In der Verschließstation: Deckel zur Dose, Löffel in der Dose

Nicht immer ist die Flasche das Objekt. Ein Maschinenbauer von Füll- und Verschließlinien für Milchpulverdosen hat ein Standardkonzept beschrieben, in dem die Verschließstation den Deckel zur Dose ausrichtet und die Lage des Löffels prüft, bei über 200 Dosen pro Minute. Die übrigen Stationen dieser Linie, etwa die Leerdosenprüfung, gehören zu anderen Prüfaufgaben.

Die Station beantwortet zwei Lagefragen in einem Bild: Steht der Deckel richtig zur Dose, und liegt der Löffel an seiner vorgesehenen Stelle? Das spricht für die All-in-One Kamera, die mehrere Werkzeuge in einem Programm kombiniert. Ob ein Verschluss überhaupt vorhanden ist oder ein Kronkorken fehlt, behandelt der Artikel zu Etikett, Sleeve und Verschluss.

Auf dem Drehteller: Naht, Prägung, Bügel und Gewinde als Bezug

Vor Etikettierer und Drucker wird aus der Lagefrage eine Drehfrage. Das Bezugsmerkmal ist oft schwach: eine Formnaht in klarem Glas, eine Prägung, der Bügel einer Bügelverschlussflasche, die Quetschnaht einer transluzenten Flasche oder der Gewindeanfang. Für eine klare Glasflasche soll die Glasnaht erkannt und um 90 Grad weggedreht werden, bei ±3 mm und einem Format. In einer Brennerei sollen Bügelverschlussflaschen in drei Varianten auf einem Drehteller nach dem Bügel ausgerichtet werden, später vielleicht nach der Prägung, bei gut 3.000 Flaschen pro Stunde. Ob die Kamera von oben oder von der Seite blickt, ist offen.

Für Milch- und Sahneflaschen aus Glas sind ±2 Grad gewünscht, bei weit über 100 Flaschen pro Minute und zwei Flaschenhöhen. Zwei Höhen deckt eine feste Einstellung nicht ab. An Flaschen mit Quetschnaht prüft bereits ein Vision-Sensor die einzelne Flasche. Inzwischen stehen vier Flaschen nebeneinander, gefordert sind 5 Grad mit Hintergrundlicht, und optional soll eine Kamera alle vier abdecken. Auf einem Drehteller mit sieben Antrieben drehen sechs oder sieben Flaschen, bis der Vision-Sensor das Emblem sieht; dafür kommen vier Vision-Sensoren in Frage. Kleine Fläschchen mit nur zwei möglichen Richtungen werden über das Gewinde entschieden. Getestet wurde mit Hintergrundlicht aus 50 mm.

Dahinter stehen zwei Grundmuster: drehen, bis das Merkmal im Prüfbereich steht, oder den Winkel messen und ausgeben. Für das erste genügt an einer Flasche je Station der Vision-Sensor, der über externe Eingänge zwischen bis zu 32 Programmen wechselt, eines je Format. Soll der Winkel ausgegeben werden oder eine Kamera mehrere Flaschen abdecken, passt die All-in-One Kamera. Laufen mehrere Drehteller an einem Controller, kommt die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G mit bis zu acht Kameras in Frage. An einem Etikettierer für Dosen und Flaschen ist in jedem Fall ein Codeleser eingeplant, weil dort ein Barcode am Behälter der Bezug ist. In Frage kommt der AI-Codeleser der Modellreihe SR-X.

Vor dem Packer: den Drehwinkel für Sixpack und Karton ausgeben

Vor dem Packer ist ein Winkel das Ergebnis, kein Ja oder Nein. Für eine Standardmaschine, die Dosen und Flaschen zu Achterpacks bündelt, ist ein Konzept mit zwei Kameras beschrieben. Jede Kamera speichert eine 360-Grad-Abwicklung des Etiketts und gibt den Versatz eines Merkmals in Grad oder Millimetern aus, bei rund 200 Gebinden pro Minute.

Für Flaschen mit einer flachen Seite soll der Winkel im Durchlauf innerhalb von 100 ms mit etwa 2 Grad vorliegen, und gefordert ist der Drehwinkel selbst, nicht eine von wenigen festen Lagen. In einer weiteren Anwendung sollen die äußeren Flaschen eines Sixpacks nach innen gedreht werden, damit ihr EAN-Code nicht sichtbar ist. Der Maschinenbauer plant dafür unsichtbare, lumineszierende QR-Codes auf dem Etikett, aus denen ein Codeleser den Drehwinkel ableitet. Ob solche Codes lesbar sind, ist eine Testfrage.

Für die Winkelausgabe ist die All-in-One Kamera die passende Klasse. Ein Encoder-Eingang ist für sie nicht dokumentiert, deshalb stellt die Maschinensteuerung den Zeitbezug zur Dreheinheit her, die im Achterpack-Konzept rund 250 mm weiter sitzt.

Lebensmittel und Roboter: Lage von Produkt und liegender Flasche übergeben

Bei Lebensmitteln selbst ist die Lage die Voraussetzung für Schneiden, Verpacken oder Umsetzen. Bei Tiernahrung sollen Teile auf dem Band an bis zu zwölf Stationen orientiert werden; eine Trennung nach Sorte wäre eine Frage der Typunterscheidung. Für eine Schinkenkeule soll die Lage an einen Roboter gehen, der sie für den nächsten Schnitt dreht, in einem Raum mit 6 °C. In Frage kommt dafür der 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000, ausgewertet am Controller. Anforderungen an Gehäuse und Sichtscheibe sind formuliert und gehören vor der Auswahl in die Spezifikation.

Eine Aufgabe eines Automatisierers, für die keine Branche genannt ist, betrifft eine liegende ovale PET-Flasche. Ihre Lage und die Lage des Gewindes sollen an einen Roboter gehen, der sie in eine Form einsetzt, bei etwa 50 Flaschen pro Minute auf einer Fläche von rund einem Meter Breite. Ebene Lage und Winkel gibt die All-in-One Kamera an den Roboter weiter, denn die Roboterführung in 2D gehört zu dieser Plattform.

Ein Sensor, ein Vision-Sensor oder eine Kamera: was die Lagefrage wirklich braucht

Eine feste Stelle, ein Signal: Kleine, milchig durchscheinende Fläschchen sollen auf einer Flucht liegen, gebraucht wird nur eine Meldung, wenn eines hochsteht. Dafür eignet sich ein Lichtleitersensor. Digitale Lichtleitersensoren der Modellreihe FS-N mit Reflektor statt Empfänger sind laut Katalog für transparente Objekte geeignet; für milchiges Material gehört das an Mustern geprüft.

Eine Flasche je Station, ein deutliches Merkmal: Der Vision-Sensor prüft richtig herum oder dreht bis zum Merkmal, mit einem Programm je Format.

Winkel, mehrere Flaschen, große Felder: Die All-in-One Kamera gibt Winkel und Versatz aus und deckt mehrere Flaschen oder ein palettenbreites Band ab. Mehrere Kameras an einem Controller übernimmt die Bildverarbeitung der Modellreihe VS-G.

Höhe statt Kontrast: Wo die Lage eines Produkts in seiner Form steckt, wertet der Profilsensor das Höhenprofil aus.

Lichtschranken und punktförmige Sensoren unterscheiden nur wenige Drehlagen. Sobald ein Winkel von wenigen Grad gefragt ist, braucht die Station ein Bild.

Häufige Fragen

F Wie richtet man eine klare Glasflasche nach der Glasnaht aus?

In einer dokumentierten Anwendung soll ein Drehteller die Flasche drehen, bis die Kamera die Formnaht findet, und sie dann um einen festen Winkel weiterdrehen, etwa 90 Grad bei ±3 mm. An klarem Glas zeigt sich die Naht nur unter geeigneter Beleuchtung, deshalb ist das Licht die erste Testfrage.

F Reicht ein Vision-Sensor, um zu prüfen, ob eine Flasche richtig herum steht?

Für einen einzelnen Behälter mit deutlichem Merkmal ist der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 die naheliegende Klasse, bei einem Arbeitsabstand von 50 mm bis über 3 m. Sehen die möglichen Lagen fast gleich aus, bleibt offen, ob AI Identify sie sicher trennt, denn das Werkzeug erkennt Merkmale unabhängig von der Orientierung. Das klärt ein Test an Originalflaschen.

F Wann gibt die Station einen Drehwinkel statt i.O./n.i.O. aus?

Immer dann, wenn eine nachfolgende Einheit den Behälter gezielt drehen soll, etwa vor dem Sixpack oder dem Karton. In einem dokumentierten Konzept speichert jede Kamera eine 360-Grad-Abwicklung des Etiketts und gibt den Versatz in Grad oder Millimetern aus. Den Zeitbezug zur Dreheinheit stellt die Maschinensteuerung her.

F Wann genügt ein Lichtleitersensor für die Lagekontrolle?

Wenn an einer festen Stelle nur ein Signal gebraucht wird, zum Beispiel ob ein Behälter aus einer Reihe hochsteht. Für transparente Objekte sind Lichtleitersensoren mit Reflektor statt Empfänger laut Katalog geeignet. Einen Drehwinkel oder mehr als wenige Drehlagen liefert ein solcher Sensor nicht.

F Was unterscheidet die Lagekontrolle von der Etikettenkontrolle?

Die Lagekontrolle fragt, in welche Richtung der Behälter zeigt und wie weit er sich drehen muss, bevor etikettiert, bedruckt oder verpackt wird. Die Etikettenkontrolle fragt danach, ob das Etikett gerade sitzt und die richtige Variante ist.

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