Positionierung in Verpackung und Druck: Lage, Kante und Winkel als Messwert an Roboter und Achse übergeben

In Verpackungs- und Drucklinien entscheidet oft ein einziger Wert über den gesamten Prozess. Sitzt das Etikett gerade zur Kontur? Läuft die Folie mittig? Steht der Karton in 0 oder 180 Grad? Sobald ein Roboter greifen, eine Achse nachführen oder eine Bahn registriert werden soll, muss die Anlage die tatsächliche Lage kennen und die Abweichung ausgleichen. In Projekten von Verpackungs- und Anlagenbauern taucht diese Aufgabe in vielen Varianten auf, von der Druckbildregistrierung über die Pouchlage bis zur Stapelerkennung vor dem Palettierer.

Dieser Leitfaden zeigt, wie Bildverarbeitung Lage, Winkel, Kante und Mitte erfasst und als Koordinate, Korrekturwert oder Stellsignal weitergibt. Das Aufbringen von Codes und Klarschrift bleibt dabei außen vor, dafür gibt es einen eigenen Beitrag. Hier geht es um die Positionierung als Messgröße.

Wichtige Punkte im Überblick

Sobald ein Roboter greifen, eine Achse nachführen oder eine Bahn registriert werden soll, wird die tatsächliche Lage zum eigentlichen Prüfmerkmal: gesucht ist ein Wert mit Richtung, nicht ein reines Gut-Schlecht-Signal.
Vor der Technikauswahl steht die Frage nach der richtigen Größe: Lage in der Ebene, Kante oder Mitte einer laufenden Bahn, Registrierung zweier Merkmale zueinander oder vollständige 3D-Pose bei kippenden Teilen.
Für die Übergabe gibt es drei markenunabhängig über Profinet, EtherNet/IP oder EtherCAT laufende Wege: die direkte Koordinatenausgabe, die Korrektur über eine Nullpunktverschiebung und die Regelung als Stellsignal an eine Wickel- oder Registrierachse.
Die geforderte Genauigkeit reicht von 0,05 bis 0,1 mm bei der Registrierung bis zu wenigen Millimetern an großen Kartons und sollte aus der Toleranz des Folgeprozesses und der realen Bahngeschwindigkeit abgeleitet werden.
Kaum ein Positionierprojekt sollte ohne Machbarkeitsnachweis beauftragt werden: reale Testmuster in allen Formaten und Farben, auch glänzend und transparent, entscheiden unter realen Bedingungen über Genauigkeit, Variantensicherheit und Taktzeit.

Warum in Verpackung und Druck die Lage zum eigentlichen Messwert wird

Viele Linien scheitern nicht an der Bearbeitung selbst, sondern an der Frage davor: Sitzt das Objekt dort, wo der nächste Schritt es erwartet? Die Bahn läuft mit Spiel, der Karton kommt schief auf die Palette, das Druckwerk driftet über die Schicht. Ein typisches Muster aus der Praxis: Eine Etikettiermaschine bringt das Etikett schief auf, der Fehler fällt erst beim Kunden auf und löst eine Reklamation aus. Ein anderes Muster ist die Handkorrektur, etwa ein Werker, der den Sleeve auf jeder Flasche nachdreht, weil die Mechanik ihn nicht sicher positioniert.

Die Auslöser für ein solches Projekt sind über die Anwendungen hinweg ähnlich:

Eine Markierung, ein Etikett oder ein Druckbild sitzt versetzt und verursacht Ausschuss oder eine Reklamation.
Eine starre mechanische Führung ist zu unflexibel geworden, sobald neue Formate dazukommen, und beschädigt teils die Ware.
Die Zuführung ist zu grob für den Roboter, der Karton oder das Teil vor dem Greifen genau positioniert werden muss.
Runde oder empfindliche Produkte laufen in undefinierter Lage an und müssen erst ausgerichtet werden.

Allen gemeinsam ist ein Punkt. Gesucht wird kein reines Gut-Schlecht-Signal, sondern ein Wert mit Richtung. Position in X und Y, oft der Drehwinkel, manchmal die Höhe in Z, eine Kanten- oder Mittenlage. Dieser Wert wird zum eigentlichen Prüfmerkmal, und er unterscheidet die Aufgabe von einer einfachen Anwesenheitsprüfung.

Retrofit in die Bestandslinie: Bauraum, Taktzeit und Rollenverteilung

Die wenigsten Sichtprüfprojekte starten auf der grünen Wiese. Der häufigste Projektweg ist der Retrofit: Ein Maschinenbauer oder Integrator rüstet die Prüfung in eine Bestandslinie nach, entweder an der Stelle des bisherigen Sichtprüfplatzes oder direkt hinter dem fehlerverursachenden Prozess.

Dabei bestimmen die Randbedingungen der Bestandsanlage die Auslegung oft stärker als die eigentliche Prüfaufgabe. Entscheidend sind der verfügbare Bauraum für Kamera, Beleuchtung und gegebenenfalls Handling, die vorhandene Taktzeit, die sich durch die Prüfung nicht verlängern darf, sowie die Schnittstellenlandschaft mit Profinet als Standard. Hinzu kommen Sonderanforderungen wie netzwerkgetrennte Umgebungen oder hygienegerechte Ausführungen, die in einzelnen Projekten explizit gefordert waren.

Vor Projektstart muss die Rollenverteilung geklärt sein: Eigenintegration durch den Betreiber, Umsetzung durch den Maschinenbauer mit Applikationsunterstützung des Sensorherstellers oder ein Generalunternehmer, der die Zelle schlüsselfertig liefert. Alle drei Wege sind gängig. Teuer wird es erst, wenn Verantwortlichkeiten für Machbarkeitstest, Parametrierung und Abnahme zwischen den Beteiligten ungeklärt bleiben.

Vom Messwert zum Handeln: Koordinate, Korrektur, Regelung

Der entscheidungsrelevante Schritt ist die Übergabe. In Verpackung und Druck existieren drei unterschiedliche Vorgehensweisen, die oft verwechselt werden.

Die direkte Koordinatenausgabe: Das System erkennt das Objekt und übergibt Position und Drehlage an den Roboter, der den Greifpunkt anfährt. Dieses Vorgehen eignet sich für das Aufnehmen vereinzelter Packungen, das Einlegen von Folien und das Sortieren nach Etikettenmerkmalen.

Die Korrektur über Nullpunktverschiebung: Statt einer absoluten Lage misst das System ein Referenzmerkmal, etwa eine Kontur oder eine Bohrung, und übergibt nur die Abweichung zur Sollposition. Der nachfolgende Prozess läuft in seinem Programm weiter und wird um diesen Versatz verschoben. So platziert ein SCARA eine Packung anhand ihrer Außenkontur, obwohl die Zuführung nur grob erfolgte.

Die Regelung: Bei laufender Bahn geht der Positionswert nicht an einen Greifer, sondern als Stellsignal an eine Wickel- oder Registrierachse. Kamera oder Profilsensor liefern die Kantenlage, die Achse regelt die Bahn, häufig ohne mechanische Führungsplatten. In dokumentierten Anwendungen ist diese regelnde Funktion oft der Grund für den Wegfall starrer Mechanik.

Nicht immer soll der Messwert direkt an den Roboter übergeben werden. Einige Betreiber bevorzugen die Kommunikation über die SPS, andere wünschen eine direkte Verbindung zur Robotersteuerung, zum Beispiel wenn der Feldbus der Bestandsanlage bereits ausgelastet ist. Ob Koordinate, Korrektur oder Stellsignal und ob Empfänger Roboter, Achse oder SPS ist, sollte daher frühzeitig ins Lastenheft.

Typische Aufgaben von der Etikettenlage bis zur Stapel- und Pouchposition

Die Bandbreite der Aufgaben ist groß, das Denkmuster bleibt gleich.

Etikett und Druckbild: Lage und Drehwinkel des Etiketts zur Kontur, Vollständigkeit des Druckbilds, Print-to-Print- und Print-to-Slit-Abstände.
Bahn und Folie: Kanten- und Mittenlage der laufenden Bahn, Versatz einer Folie auf dem Coil, Kante farbiger Segmente auf einem Band.
Beutel, Pouch und Blister: Position und Winkel der Zelle im Beutel, Blisterhof als Bezug für die Bahnsteuerung, Lage einer Abziehfolie auf dem Deckel.
Batterie-Pouch und Folie auf Träger: Isolationsfolie oder Substrat auf dem Träger vermessen und die Position an den Roboter geben, bevor geschweißt oder verstemmt wird.
Lagen und Stapel: Anzahl der Lagen im Behälter, Kartonorientierung in 0 oder 180 Grad, Höhe und Pose eines Stapels vor dem Depalettieren.
Einlegen und Sortieren: Position und Winkel an Roboter, SCARA oder Cobot zum Platzieren in die Verpackung.

Genauigkeit, Bildfeld und Geschwindigkeit realistisch abstimmen

Die geforderte Genauigkeit reicht über drei Größenordnungen. Am oberen Ende steht die Registrierung mit 0,05 bis 0,1 mm, zum Beispiel beim exakten Bezug von Druckbild und Schnitt oder bei einer Blisterbahn. Im mittleren Bereich liegen typische Handling- und Platzieraufgaben mit einigen Zehntel bis wenigen Millimetern. Am unteren Ende genügt bei großen Kartons und Ladungsträgern eine Genauigkeit von wenigen Millimetern.

Diese Spannbreite hat Konsequenzen für die Auslegung. Genauigkeit und Bildfeld hängen zusammen. Ein großes Bildfeld über einer ganzen Palette erlaubt keine sehr feine Auflösung, ein kleines Bildfeld über einem Druckmerkmal hingegen schon. Wer sehr genau positionieren will, benötigt ein kleines Bildfeld, eine höher auflösende Kamera oder ein zweites System für den kritischen Bereich.

Die Geschwindigkeit ist in Druck und Verpackung häufig der entscheidende Faktor. Bahnen laufen mit mehreren hundert Metern pro Minute, Puffer- und Taktzeiten liegen im Bereich weniger hundert Millisekunden. Bewegungsunschärfe, Beleuchtung und Triggerung müssen auf die Geschwindigkeit abgestimmt sein, sonst ist der Messwert instabil. Die Vorgabe „so genau wie möglich“ ist deshalb keine brauchbare Spezifikation. Besser ist ein konkreter Zielwert, abgeleitet aus der Toleranz des Folgeprozesses, ergänzt um die reale Bahngeschwindigkeit und den Formatumfang.

Machbarkeit mit Originalmustern absichern

Kaum ein Positionierprojekt in Verpackung und Druck sollte ohne Machbarkeitsnachweis beauftragt werden, gerade wegen der Oberflächen. Folien glänzen, Aluminium spiegelt, Etiketten reflektieren und Fremdlicht stört; ein Muster unter Laborlicht sagt wenig über die Serie aus.

Stellen Sie zunächst reale Testmuster in allen Formaten und Farben bereit, auch in ungünstigen Zuständen, also glänzend, transparent oder mit wechselndem Dekor. Prüfen Sie unter realen Bedingungen, ob die geforderte Genauigkeit erreicht wird, ob alle Varianten sicher erkannt werden und ob die Taktzeit bei tatsächlicher Bahngeschwindigkeit eingehalten wird. Erst danach sollten Sensorposition, Arbeitsabstand, Bildfeld, Referenzmerkmal, Beleuchtung und Schnittstelle ins Lastenheft.

Klären Sie vor der Bestellung, wer die Inbetriebnahme übernimmt. Ob Eigenintegration durch den Maschinenbauer, Unterstützung durch einen Applikationsingenieur oder Umsetzung durch einen Integrator, Schnittstellen und Verantwortlichkeiten müssen festgelegt sein. So vermeiden Sie, dass ein System im Muster überzeugt, aber an Formatvielfalt oder Seriengeschwindigkeit scheitert.

Fazit

Positionierung in Verpackung und Druck ist planbar, wenn Sie die richtige Größe messen und den passenden Übergabeweg wählen. Klären Sie zunächst, ob der Prozess eine 2D-Lage, eine Kanten- oder Mittenlage, einen Registrierversatz oder eine 3D-Pose benötigt. Entscheiden Sie bewusst zwischen Koordinate, Korrektur und Regelung. Leiten Sie die geforderte Genauigkeit aus dem Folgeprozess ab und stimmen Sie Bildfeld und Geschwindigkeit darauf ab. Mit einer markenunabhängigen Anbindung über Profinet, EtherNet/IP oder EtherCAT bleiben Sie bei der Wahl von Roboter und Achse flexibel. Ein Test mit Originalmustern macht aus einer Annahme eine belastbare Auslegung.

Häufige Fragen

F Wie prüfe ich die Lage eines Etiketts oder Druckbilds zur Kontur?

Das Bildverarbeitungssystem erkennt die Außenkontur oder ein Referenzmerkmal des Produkts und misst Position und Drehwinkel des Etiketts oder Druckbilds dazu. Der Versatz in X und Y sowie der Winkel werden als Messwert ausgegeben, entweder als OK/NG-Signal oder als Korrektur an eine Positionierachse. So lässt sich ein schiefes oder versetztes Etikett erkennen und der Prozess nachregeln, bevor Ausschuss entsteht.

F Was ist der Unterschied zwischen Registrierung und Codelesung?

Bei der Codelesung geht es darum, den Inhalt eines Codes oder einer Klarschrift zu lesen und auf Lesbarkeit zu prüfen. Bei der Registrierung geht es um die Lage. Das System misst, wo ein Druckbild, ein Code oder ein Schnitt relativ zu einem anderen Merkmal sitzt, und gibt den Versatz als Wert aus. Beide Aufgaben können auf derselben Linie vorkommen, brauchen aber unterschiedliche Auslegung.

F Wie regelt eine Kamera die Kante einer laufenden Folie?

Ein Profilsensor oder eine Kamera erfasst die Kantenposition der Bahn kontinuierlich und gibt sie als Stellwert an eine Wickel- oder Registrierachse. Die Achse führt die Bahn nach, ohne dass mechanische Führungsplatten nötig sind, die empfindliche Folien beschädigen können. Bei glänzenden, dunklen oder transparenten Folien entscheidet die Wahl von Sensor und Beleuchtung über die Stabilität.

F Wann brauche ich 3D statt 2D bei Verpackungsaufgaben?

Eine 2D-Lage in X, Y und Drehwinkel genügt, wenn Objekte flach und in konstanter Höhe liegen, etwa Etiketten, Pouches im Tray oder ausgerichtete Kartons. Sobald Kartons kippen, Stapel unterschiedlich hoch sind oder eine Zelle im Raum liegt, wird die 3D-Pose benötigt. Ein 3D-Profilsensor oder eine 3D-Roboterführung liefert dann zusätzlich die Höhe und die räumliche Orientierung, etwa für das Depalettieren.

F Wie positioniere ich einen Batterie-Pouch oder eine Folie auf einem Träger?

Das System vermisst die Position in X und Y und den Winkel der Folie oder des Pouchs auf dem Träger und übergibt den Wert an den Roboter, bevor geschweißt, verstemmt oder laminiert wird. In vielen Fällen ist nur die Position relevant, nicht eine Qualitätsaussage. Wichtig ist eine saubere Kalibrierung zwischen Kamera und Roboter, damit der übergebene Versatz genau umgesetzt wird.

F Funktioniert die Positionsausgabe mit jeder Robotermarke?

Ja, sofern das System markenunabhängig ausgelegt ist. Position, Drehlage oder Korrekturwert werden über gängige Schnittstellen wie Profinet, EtherNet/IP, EtherCAT oder TCP/IP an die Steuerung übergeben, unabhängig vom eingesetzten Roboter, SCARA oder Cobot. Hat die vorhandene SPS keine freie Schnittstelle, ist auch eine direkte Verbindung zur Robotersteuerung möglich.

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