Anwesenheits- und Vollständigkeitsprüfung in der Lebensmittel- und Getränkeproduktion: Kasten, Behälter, Produkt und Füllung

In einer Abfüll- oder Verpackungslinie fällt eine Lücke selten dort auf, wo sie entsteht. Fehlt eine Flasche im Einlauf, arbeitet der Etikettierer ins Leere. Fehlt ein Stück Süßware im Mitnehmer, verlässt ein halb gefüllter Beutel die Maschine, und fehlt eine Flasche im Mehrwegkasten, stapelt der Palettierer einen unvollständigen Kasten. Bemerkt wird das oft erst beim Abnehmer. Dieser Leitfaden folgt der Linie in der Reihenfolge, in der eine Lücke entsteht: vom Behälter im Einlauf über das Produkt auf dem Band und die Füllung bis zum Kasten vor dem Palettierer. Am Ende steht die Frage, wann ein einzelner Sensor genügt und wann ein Bild einfacher ist. Die Beispiele stammen aus dokumentierten Anwendungen; installiert ist davon eine einzige Prüfung. Sie beschreiben Aufgaben und Anforderungen, keine abgenommenen Anlagen.

Wichtige Punkte im Überblick

Da, vollzählig und genug drin sind drei Fragen ohne Messwert, ohne Lagebezug und ohne Fehlerbewertung, und als Faustregel gilt: Eine fehlende Flasche ist eine Anwesenheitsfrage, eine falsche Flasche eine Verwechslung und ein beschädigter Kasten ein Defekt.
Für Speiseölflaschen sollen Anwesenheit und Umkippen gemeinsam erkannt werden, und für diese Doppelfrage kommt der Bildbasierte Höhenvergleichssensor der Modellreihe IX in Frage, der die Höhe gegen einen Bezugspunkt am Teil selbst vergleicht.
Liegen Süßwaren im Stollenband niedriger als der Mitnehmer, trennt ein einzelner Messpunkt von oben nicht sicher zwischen Mitnehmer und Ware, und die Auswertung einer Fläche spricht dort für den AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4.
Der Mehrwegkasten wird an zwei Stellen der Linie geprüft: vor dem Palettierer, ob jedes Fach eine Flasche trägt, und nach dem Auspacker, ob keine Flasche mehr im Kasten steht.
Ein Sensor genügt, wenn an einer festen Stelle ein Merkmal da ist oder fehlt und der Behälter immer gleich ankommt, ein Bild ist einfacher, wenn Behälter oder Produkt wechseln oder mehrere Merkmale in einem Blick liegen.

Da, vollzählig, genug drin: die Frage vor Maß, Lage, Defekt und Etikett

Die drei Fragen dieses Themas kommen ohne Messwert, ohne Lagebezug und ohne Fehlerbewertung aus. Da heißt, dass Behälter, Produkt oder Bauteil an seiner Stelle ist: die Flasche vor dem Etikettierer, die Schale unter dem Sensor, die Dichtung im Deckel. Vollzählig heißt, dass eine Einheit alles enthält, was sie enthalten soll, etwa jedes Fach eines Mehrwegkastens oder jede Position einer Reihe. Genug drin heißt, dass eine gefüllte Einheit als i.O. oder n.i.O. bewertet wird, ohne dass eine Füllhöhe gemessen und protokolliert wird.

Die Nachbarfragen haben eigene Artikel in dieser Reihe. Etikett und Verschluss mit der Kamera sowie das Zählen im Sammelpack behandelt der Beitrag zu Etikett, Sleeve und Verschluss, das aufgedruckte MHD der Beitrag zum Gegenlesen von MHD und Chargencode. Die Füllhöhe als Messwert mit Toleranz gehört zur Inline-Maßkontrolle, der Füllstand im Tank zur Prozesssensorik. Was nicht in der Flasche sein darf, klärt die Defekt- und Fremdkörperprüfung, welche Sorte im Kasten steht, die Typunterscheidung, und wie ein Deckel sitzt, die Lageprüfung. In der Anwendungspraxis hilft eine Faustregel: Eine fehlende Flasche ist eine Anwesenheitsfrage, eine falsche Flasche eine Verwechslung und ein beschädigter Kasten ein Defekt.

Im Einlauf: Flasche vorhanden, umgekippt oder nicht in Reihe

Vor Füller, Etikettierer und Packer braucht die nächste Maschine meist nur ein Signal. Für Speiseölflaschen in fünf Varianten sollen Anwesenheit und Umkippen gemeinsam erkannt werden, mit einem Programm je Variante. Dafür kommt ein bildbasierter Höhenvergleich in Frage. Die Klassenfrage dahinter ist schlicht. Ein einzelner Abstandssensor sieht eine liegende Flasche nicht in jeder Lage. Der Bildbasierte Höhenvergleichssensor der Modellreihe IX vergleicht die Höhe gegen einen Bezugspunkt am Teil selbst und erkennt laut Katalog Höhendifferenzen auch dann, wenn das Teil versetzt oder geneigt liegt.

An einer Soßenflasche, deren Zuführung immer wieder stockt, soll ein Gewindegang auf Anwesenheit geprüft werden. Wie das Gewinde steht, wäre bereits eine Lagefrage. Bei einem Abfüller von Spirituosen soll eine Reihe aus zehn bis fünfzehn kleinen Flaschen vollständig sein; dafür kommt ein Digitaler Lasersensor der Modellreihe LV-N in Frage.

Weitere Einlaufaufgaben stammen aus Fällen, die keine Branche nennen. Eine Glasflasche vor dem Etikettierer wurde mit dem CMOS-Lasersensor mit integrierter Auswerteeinheit der Modellreihe LR-Z getestet, das Etikett daneben mit Digitalen Lichtleitersensoren der Modellreihe FS-N an Lichtleitergeräten der Modellreihe FU, und der Test verlief stabil. In einem weiteren Fall kommt für Flaschen der Lasersensor der Modellreihe LR-Z anstelle bisheriger Lichtschranken in Frage. Installiert ist eine Flaschenanwesenheit mit einem AI Vision-Sensor von KEYENCE.

Bei transparentem Glas und PET entscheidet die Sensorklasse. Ein Teil der Ausführungen des Lasersensors der Modellreihe LR-Z erfasst transparente Objekte laut Katalog mit Hilfe von Führungen und Halterungen. Lichtleitersensoren mit Reflektor statt Empfänger nennt der Katalog für transparente Messobjekte.

Auf dem Band: Süßwaren, Kuchen und Schale vor der Verpackungsmaschine

Lebensmittel sind weich, unregelmäßig und oft niedriger als das, was sie trägt. In einer Anwendung liegen Süßwaren in einem Stollenband von rund 100 mm Breite mit Mitnehmern von etwa 30 mm Höhe, und zwei Fächer fallen zusammen in einen Beutel. Weil das Produkt niedriger ist als der Mitnehmer, trennt ein einzelner Messpunkt von oben nicht sicher zwischen Mitnehmer und Ware. Eine Fläche statt eines Punkts auszuwerten, spricht an dieser Stelle für den AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4.

Für Kuchen auf einem neuen Förderband kommen der CMOS-Lasersensor der Modellreihe LR-X mit einem Erfassungsbereich bis 250 mm oder der Lasersensor der Modellreihe LR-Z in Frage. In einer Fertiggerichtsproduktion wurden Schalen mit Lichtleitersensoren aus rund 30 mm von oben erkannt, auch unter aufgesprühtem Schmutz. Die Linie hat rund ein Dutzend Prüfpositionen.

An einer Packstation, an der Personal fehlt, sollen Karton und Würfelware als vorhanden erkannt werden; Lage, Sorte und Stückzahl der Würfel im Karton sind Fragen der Nachbarartikel. In der Tiernahrung soll ein Lichtleitersensor der Modellreihe FS-N Fleisch in rauer Umgebung erkennen.

Genug drin und alles dabei: Unterfüllung, Ausgießer, Dichtung und Vignette

Ob eine Einheit genug enthält, ist im einzigen dokumentierten Fall dazu nicht die Hauptfrage, sie steht neben einer anderen. Derselbe Spirituosenabfüller hat neben der Reihe eine Füllstandskontrolle zusammen mit der Frage vermerkt, ob der Deckel da ist; beides ist als Aufgabe für einen Vision-Sensor notiert. Bewertet wird dabei nur i.O. oder n.i.O., kein Maß. Für den Deckel genügt ein Satz, denn die Verschlusskontrolle hat ihren eigenen Beitrag.

Zur Einheit gehören oft Bauteile, deren Fehlen der Kunde bemerkt. Für Beutel mit Ausgießer ist die Anwesenheit des Ausgießers als Anwendung aufgenommen, mit einem Bildfeld von rund 150 x 120 mm und dem MHD als zweiter Prüfung. Für die Anwesenheit einer Dichtung kommt der Höhenvergleichssensor in Frage. Eine Branche nennt dieser Fall nicht.

Beim selben Tiernahrungshersteller soll die Anwesenheit einer Vignette mit dem Vollspektrumsensor der Modellreihe LR-W geprüft werden. Diese Reihe ist für die Erkennung nach Erscheinungsbild und Farbe ausgelegt, eine Kamera braucht die Abfrage nicht.

Im Mehrwegkasten: vollzählig vor dem Palettierer, leer nach dem Auspacker

Der Mehrwegkasten stellt zwei Fragen an zwei Stellen der Linie. Vor dem Palettierer muss jedes Fach eine Flasche tragen, nach dem Auspacker darf keine Flasche mehr im Kasten stehen. Alle dokumentierten Kastenfälle stammen aus Getränkebetrieben oder von ihren Maschinenbauern.

In einer Anwendung gehören zur Vollkastenkontrolle eine Etiketten- und eine Datumsprüfung. In einer anderen sollen alle Flaschen in mehreren Kastensorten vorhanden sein, ausdrücklich als reine Anwesenheit ohne Unterscheidung der Flaschen, mit externem Trigger und geschützt vor direkter Sonne. Ein Maschinenbauer für Getränkeanlagen nennt Kästen mit vier bis zwanzig Flaschen und Verschlüssen in mehreren Farben. Eine weitere Kastenstrecke läuft mit rund drei Sekunden Takt auf einem schwarzen Band.

Die umgekehrte Frage stellt der Leerkasten. In leeren Bierkästen sollen verbliebene Flaschen gefunden und an einen Roboter gemeldet werden, der sie entnimmt, bei mehreren Kastensorten und Glasfarben und etwa einem Bild pro Sekunde. Dafür kommt die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS mit AI-Segmentierung in Frage, und ein erster Test verlief sehr gut.

Braunglas und farbige Verschlüsse verändern das Kastenbild. Ob eine regelbasierte Prüfung genügt oder AI nötig ist, klärt der Test am Originalkasten. Für die Vollkastenkontrolle kommt der Vision-Sensor mit AI Identify oder mit dem Werkzeug für Farbe und Helligkeit in Frage, das die Dokumentation am Beispiel farbiger Flaschenkappen zeigt. Je Kastensorte ein Programm, über externe Eingänge sind bis zu 32 umschaltbar.

Ein Sensor oder ein Bild: was die Aufgabe entscheidet

In den dokumentierten Fällen sind Laser-, Lichtleiter- und Höhenvergleichssensoren fast so häufig wie Vision-Sensoren, weil viele Anwesenheitsfragen ein Signal brauchen und kein Bild. Ein Sensor genügt, wenn an einer festen Stelle ein Merkmal da ist oder fehlt und der Behälter immer gleich ankommt. Dann zählt der Aufwand je Prüfpunkt, denn eine Linie braucht viele davon. Der Lasersensor der Modellreihe LR-Z deckt je nach Ausführung Abstände von 25 bis 500 mm ab.

Ein Bild ist einfacher, wenn Behälter oder Produkt wechseln, wenn wie im Stollenband eine Fläche statt eines Punkts gefragt ist oder wenn mehrere Merkmale in einem Blick liegen, etwa Füllung und Deckel. Der Vision-Sensor arbeitet mit einem Arbeitsabstand von 50 mm bis über 3 m, und AI Identify beginnt mit einem einzigen registrierten Bild des Gutzustands. Soll ein Roboter das Ergebnis weiterverarbeiten, wie beim Leerkasten, kommt die All-in-One Kamera in Frage. Steht die Station in der Nasszone, gehört ihre Reinigung von Anfang an in die Planung.

Häufige Fragen

F Was unterscheidet Anwesenheit, Vollständigkeit und genug drin?

Die Anwesenheitsprüfung fragt, ob ein Behälter, ein Produkt oder ein Bauteil an seiner Stelle ist, etwa die Flasche vor dem Etikettierer. Die Vollständigkeitsprüfung fragt, ob eine Einheit alles enthält, zum Beispiel jedes Fach eines Mehrwegkastens. Genug drin bewertet eine gefüllte Einheit als i.O. oder n.i.O., ohne eine Füllhöhe zu messen.

F Wie erkennt man transparente Flaschen im Einlauf?

Lichtleitersensoren mit Reflektor statt Empfänger sind laut Katalog für transparente Messobjekte geeignet. Beim CMOS-Lasersensor mit integrierter Auswerteeinheit der Modellreihe LR-Z erfasst ein Teil der Ausführungen transparente Objekte mit Hilfe von Führungen und Halterungen. Welche Klasse an der eigenen Flasche trägt, zeigt ein Test am Originalbehälter.

F Wie prüft man, ob alle Flaschen im Mehrwegkasten sind?

Für die Vollkastenkontrolle vor dem Palettierer kommt ein Vision-Sensor in Frage, der jedes Fach des Kastens prüft. In einer dokumentierten Anwendung ist ausdrücklich reine Anwesenheit gefragt, ohne Unterscheidung der Flaschen. Für jede Kastensorte steht ein eigenes Programm bereit, über externe Eingänge bis zu 32. Braunglas und farbige Verschlüsse machen den Test am Originalkasten zur ersten Aufgabe.

F Warum reicht ein Sensor von oben bei Süßwaren im Stollenband nicht immer?

Ist das Produkt niedriger als der Mitnehmer, sieht ein einzelner Messpunkt von oben in beiden Fällen etwas Hohes und trennt Ware und Mitnehmer nicht sicher. Eine Fläche statt eines Punkts auszuwerten, löst diese Klassengrenze. Deshalb kommt dort eher ein Vision-Sensor in Frage.

F Wann ist ein einzelner Sensor die bessere Wahl als eine Kamera?

Wenn an einer festen Stelle nur ein Merkmal da ist oder fehlt und der Behälter immer gleich ankommt, genügt ein Signal. Dann entscheidet der Aufwand je Prüfpunkt, weil eine Linie oft Dutzende davon hat. Wechseln Behälter oder Produkt oder liegen mehrere Merkmale in einem Blick, ist ein Bild einfacher.

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