Sortieren und Typunterscheidung in der Verpackungs- und Druckindustrie: Verwechslungen zuverlässig ausschließen

Das richtige Produkt in der falschen Umverpackung, das falsche Etikett auf der richtigen Dose, eine Faltschachtel in der falschen Bahn der Sortieranlage: Fehler dieser Art werden selten im Werk gefunden. Sie kommen als Reklamation aus dem Handel zurück, sie werden beim Verbraucher entdeckt, oder sie tauchen als Feststellung im Audit auf. Deshalb sind Projekte zur Typunterscheidung fast immer Poka-Yoke-Projekte, die aus der Qualitätssicherung heraus angestoßen werden. Erschwert wird die Aufgabe durch die Variantenvielfalt: In dokumentierten Anwendungen laufen mehrere hundert bis über tausend Verpackungstypen über eine Linie, entstanden aus Kombinationen von Format, Grundfarbe und Bedruckung. Dieser Leitfaden ordnet das Feld, beschreibt die beiden Weichen, die zur passenden Systemklasse führen, und zeigt, wie eine Linie zwischen vielen Varianten umschaltet, ohne Takt zu verlieren.

Wichtige Punkte im Überblick

Verwechslungen in der Verpackungslinie werden meist erst außerhalb des Werks entdeckt, als Reklamation aus dem Handel, beim Verbraucher oder im Audit, weshalb Typunterscheidung fast immer als Poka-Yoke-Projekt aus der Qualitätssicherung startet.
Anders als ein Defekt betrifft eine Verwechslung meist einen ganzen Auftrag, weil die Ursache im Rüstvorgang oder im Etikettenwechsel liegt und bis zur Entdeckung wirksam bleibt.
Die erste Weiche ist der Identitätsträger: Die Identität sitzt am Produkt selbst, am Etikett und Aufdruck oder im Code, und jede dieser Antworten führt zu einer anderen Systemklasse.
Die Machbarkeit entscheidet sich an der Trennschärfe zwischen den beiden ähnlichsten Varianten der Liste, nicht an der Gesamtzahl der Typen.
Bei mehreren hundert Varianten wird die Programmumschaltung selbst zum Engpass: Bewährt haben sich die Bewertung mehrerer naher Varianten in einem Prüfprogramm und die AI-Klassifizierung mit Klassen statt Regeln.

Verwechslung statt Defekt: warum Typunterscheidung eine eigene Aufgabenklasse ist

Eine Defektprüfung fragt: Ist dieses Objekt in Ordnung? Eine Typunterscheidung fragt etwas anderes: Welches Objekt ist das überhaupt? Beide Fragen führen zu unterschiedlichen Werkzeugen, unterschiedlichen Abnahmekriterien und unterschiedlichen Fehlerfolgen. Ein Kratzer auf der Faltschachtel verärgert den Kunden. Das falsche Etikett auf derselben Schachtel führt bei deklarationspflichtiger Ware zu einer Rückholaktion.

Die Fehlerfolge ist der Grund, warum Verwechslungen anders bewertet werden als Defekte. Ein einzelner Defekt betrifft ein Stück. Eine Verwechslung betrifft in der Regel eine ganze Serie, weil die Ursache im Rüstvorgang, im Etikettenwechsel oder in der Vorlage der Steuerung liegt und bis zur Entdeckung wirksam bleibt. Aus einer Palette wird so ein kompletter Auftrag, der von Hand nachsortiert werden muss.

Das Akzeptanzkriterium unterscheidet sich ebenfalls. Bei der Defektprüfung zählt die kleinste erkennbare Fehlergröße, bei der Typunterscheidung die Trennschärfe zwischen den ähnlichsten beiden Varianten der Liste. Dieses Paar bestimmt die Machbarkeit, nicht die Anzahl der Varianten insgesamt. Wer spezifiziert, beginnt deshalb nicht mit dem Gesamtsortiment, sondern mit den zwei Typen, die sich am wenigsten unterscheiden.

Woran hängt die Identität: Produkt, Etikett und Aufdruck oder Code

Die erste Weiche fragt, wo die Identität physisch sitzt. In der Verpackungslinie gibt es drei Antworten, und sie führen zu drei verschiedenen Systemklassen.

Am Produkt selbst. Nusssorten vor dem Abfüllen, Backwaren im Tray, halbtransparente Laborartikel im Zuführer, lackierte und folierte Profilabschnitte: Hier trägt die Ware ihre Identität in Form, Farbe und Textur. Weil sich Naturprodukte und nahe Farbvarianten kaum in Regeln fassen lassen, arbeitet man mit AI-Klassifizierung, etwa mit einer All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS, die multispektral über acht Wellenlängen von UV bis IR aufnehmen kann.
Am Etikett und am Aufdruck. Manschetten auf Molkereipackungen, Selbstklebeetiketten auf Trays, Flaschen und Dosen, bedruckte Standbeutel, Versandetiketten auf Wellpappe: Die Identität steht geschrieben da und muss gelesen und mit der Vorgabe verglichen werden. OCR von MHD, Chargen- und Losnummer sowie die Prüfung der Etikettenlage gehören hierher, ausgeführt von einer All-in-One Kamera der Modellreihe VS oder, wo die Stückkosten niedrig bleiben müssen, vom AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 mit AI Identify.
Im Code. EAN, Datamatrix oder QR liefern eine eindeutige, protokollierbare Kennung. Codeleser der Modellreihen SR-X, SR-2000 und SR-5000 geben zusätzlich die Eckkoordinaten des gelesenen Codes aus, sodass nachvollziehbar bleibt, welche Seite den Lesevorgang geliefert hat; die Modellreihen SR-X und SR-2000 liefern darüber hinaus einen Übereinstimmungswert von 1 bis 100 je Lesung.

In der Praxis werden die Ebenen kombiniert. Der Code liefert die Kennung, das Bild bestätigt, dass die Ware zu dieser Kennung passt. Wie dieser Abgleich aufgebaut wird, behandelt der Beitrag "Etiketten- und Codekontrolle zur Typunterscheidung: das richtige Etikett auf der richtigen Verpackung".

Einzelverpackung, Endlosbahn oder gemischter Strom: die zweite Weiche

Die zweite Weiche fragt nach der Form des Objekts, und sie bestimmt die Bauform der Prüfstation.

Bei Einzelverpackungen taktet ein diskretes Teil durch die Station: Faltschachteln, Trays, Beutel, Blister, Kartons. Bildfelder reichen in dokumentierten Anwendungen von etwa 50 x 50 mm auf einer kleinen Faltschachtel bis rund 320 x 200 mm bei großen Packungen, die Raten von etwa 60 bis 150 Packungen pro Minute, in einem Fall bis 200. Hier arbeiten Flächenkameras und Vision-Sensoren, bei Bedarf mehrere auf einem Controller, wenn dieselbe Packung von oben, seitlich und unten beurteilt werden muss.

Bei Endlosmaterial verschiebt sich die Frage von der Identität zur Lage: Etikettenposition zur Spendekante, Anwesenheit eines Splice, Perforation zum Druckbild, Register von Druck zu Druck. Bahnbreiten von etwa 110 mm bis 2,2 m und Geschwindigkeiten bis 350 m/min verkürzen das Auswertefenster auf wenige zehn Millisekunden. Die Referenzlösung ist eine High-End Bildverarbeitung mit ultimativer Flexibilität der Modellreihe XG-X mit Zeilenkamera und Encoder-Eingang, ergänzt durch konfokale Wegmesssensoren der Modellreihe CL-3000, wo das Merkmal ein Höhensprung auf dünner Trägerfolie ist.

Bei gemischten Strömen aus Rückläufern, Paketen und Mehrwegbehältern reicht ein 2D-Bild oft nicht aus, weil Farbe und Bedruckung als Sortiermerkmal ausfallen. Dann liefern 2D/3D Laser-Profilsensoren der Modellreihe LJ-X8000 die Geometrie, oder ein Code übernimmt die Identität. Lesehöhen von rund 2 m in einer Scangate-Anordnung werden dabei über mehrere Leseköpfe abgedeckt, denn ein Logistik-Codeleser der Modellreihe SR-5000 bringt eine Tiefenschärfe bis etwa 1,8 m mit.

Hunderte Varianten im Griff behalten: Programmumschaltung und AI-Klassifizierung

Die meisten Projekte scheitern nicht an der einzelnen Prüfung, sondern an der Verwaltung der Varianten. Ein Prüfprogramm pro Typ ist der naheliegende Weg und funktioniert, solange die Liste überschaubar bleibt. Der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 hält dafür bis zu 128 Programme vor, was für die meisten Kartonage- und Verschlussaufgaben ausreicht.

Bei mehreren hundert Typen kippt die Rechnung. Zum einen wächst der Pflegeaufwand, denn jede neue Grundfarbe und jedes neue Format erzeugt weitere Kombinationen. Zum anderen kostet die Umschaltung Zeit: In dokumentierten Anwendungen gehen mehrere Sekunden pro Teil verloren, wenn für jedes Teil ein anderes Programm geladen wird. Bei 18 Takten pro Minute ist das verkraftbar, bei 200 Teilen pro Minute im Zuführer nicht mehr.

Zwei Auswege haben sich bewährt. Der erste besteht darin, mehrere nahe Varianten in einem Prüfprogramm gegeneinander zu bewerten, statt zwischen Programmen zu wechseln. Das System entscheidet dann in einer Aufnahme, welcher der hinterlegten Typen vorliegt, und die Umschaltzeit entfällt. Der zweite ist die AI-Klassifizierung: Statt für jede Variante ein Regelwerk zu pflegen, lernt das System aus Beispielbildern, welche Klassen es gibt. Neue Varianten kommen als weitere Klasse hinzu, ohne dass die Merkmalsdefinition neu geschrieben wird. Wie weit das trägt und wo eine Farbunterscheidung genügt, vertieft der Beitrag "Verpackungstypen automatisch klassifizieren: Beutel, Trays und Faltschachteln sicher unterscheiden".

Transparent, glänzend, braun auf braun: Beleuchtung und Polarisation als Voraussetzung

Verpackungsmaterial arbeitet gegen die Kamera, und in der Typunterscheidung wirkt das doppelt: Ein schwacher Kontrast kostet hier nicht Erkennungsgenauigkeit, sondern Trennschärfe zwischen zwei Varianten.

Drei Fälle wiederholen sich. Transparente und halbtransparente Ware, etwa Ampullen oder Laborartikel im Zuführer, entzieht sich der Lichttaster-Erkennung ebenso wie dem einfachen Grauwertbild; Durchlicht und UV-Beleuchtung schaffen erst den Kontrast, an dem eine Klassifizierung ansetzen kann. Matte und glänzende Ausführungen derselben Artikelfamilie stehen häufig in einer Programmliste, und ohne Polarisationsfilter verschieben die Reflexe der glänzenden Variante das Bild so weit, dass sie als eigener Typ behandelt werden müsste. Braune Wellpappe vor braunen Förderbauteilen liefert kaum Kantenkontrast, was auf Sortier- und Palettieranlagen mit Bildfeldern bis etwa 1.000 x 350 mm und Arbeitsabständen bis rund 1,8 m regelmäßig zum Thema wird.

Hinzu kommt das Fremdlicht in der Halle. Ein Beleuchtungstunnel oder eine abgeschirmte Prüfkammer ist deshalb kein Zubehör, sondern Teil der Auslegung. Bei elektrostatisch aufgeladener Folie kommen Ionisatoren der Modellreihe SJ hinzu, weil anhaftender Staub und Doppelabzüge sonst die Klassifizierung stören.

Vom Musterteil zur Serie: Grenzmuster, Taktzeit, Schnittstelle und Nachrüstung im Bestand

Der Weg zur abgenommenen Anlage führt über reale Muster: Musterteile aller Varianten, ausdrücklich auch der ähnlichsten Paare, im realen Zustand mit Verschmutzung, Faltenwurf und Chargenstreuung. Physische Grenzmuster legen fest, wo eine Variante endet und die nächste beginnt. Ein Testbericht, der offen benennt, welche Merkmale auch unter Vergrößerung kaum sichtbar sind, ist wertvoller als eine optimistische Erkennungsrate.

Danach zählt die Integration. Die Taktzeit gibt den Rahmen vor, von etwa 18 Takten pro Minute beim Tray-Packen bis zu 200 Teilen pro Minute im Zuführer, und bei Verschlusskontrollen bleiben für die Auswertung teils nur wenige hundert Millisekunden. Das Ergebnis geht als Typkennung und Freigabe an die Steuerung, üblicherweise über Profinet, EtherNet/IP oder TCP/IP, in einzelnen Anwendungen ausdrücklich ohne SPS dazwischen. Codeleser der Modellreihen SR-X und SR-2000 sprechen EtherNet/IP direkt, für EtherCAT und PROFINET CC-C kommen die Kommunikationseinheiten SR-EC1 und SR-PN1 hinzu.

Der letzte Punkt ist die Nachrüstung. Viele Aufgaben entstehen an Bestandsanlagen, in denen die Einbautiefe knapp ist und der Encoder der Maschine bereits vorhanden. Wer die erste Station als wiederholbaren Baustein plant, mit übertragbaren Prüfprogrammen und dokumentierten Grenzmustern, macht aus einer Einzelmaßnahme einen Werksstandard. Die Detailfragen dazu behandeln die Beiträge "Verschlusskontrolle an Kartons und Faltschachteln: offene Laschen, Deckel und Überstände erkennen" und "Etikettenposition, Splice und Druckbildlage: Merkmale auf der laufenden Bahn erkennen". Eine Gesamtübersicht der Prüfaufgaben rund um Verpackung und Druck bietet der Verpackung & Druck Hub.

Häufige Fragen

F Was unterscheidet Typunterscheidung von einer normalen Qualitätsprüfung?

Die Qualitätsprüfung fragt, ob ein Objekt fehlerfrei ist, die Typunterscheidung fragt, welches Objekt vorliegt. Daraus folgt ein anderes Akzeptanzkriterium: Nicht die kleinste erkennbare Fehlergröße zählt, sondern die Trennschärfe zwischen den beiden ähnlichsten Varianten. Auch die Fehlerfolge ist anders, weil eine Verwechslung meist eine ganze Serie betrifft.

F Wie viele Verpackungsvarianten kann eine Prüfstation verwalten?

Ein Prüfprogramm pro Variante ist der übliche Weg; der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 hält bis zu 128 Programme vor. Bei mehreren hundert Typen, wie sie in dokumentierten Anwendungen aus Kombinationen von Format, Grundfarbe und Bedruckung entstehen, wird die Umschaltung selbst zum Engpass. Dann ist es günstiger, mehrere nahe Varianten in einem Prüfprogramm gegeneinander zu bewerten oder eine AI-Klassifizierung mit Klassen statt Regeln aufzubauen.

F Wann reicht ein Codeleser und wann brauche ich eine Kamera?

Ein Code liefert eine eindeutige, protokollierbare Kennung und ist die erste Wahl, wenn die Identität ohnehin aufgedruckt vorliegt und dokumentiert werden muss. Eine Kamera ist nötig, wenn die Identität am Produkt oder an der Bedruckung hängt, wenn mehrere Datenfelder gegeneinander plausibilisiert werden sollen oder wenn zusätzlich Lage und Drehung zu bewerten sind. In vielen Linien arbeiten beide zusammen.

F Wie unterscheide ich transparente oder halbtransparente Produkte im Takt?

Über die Beleuchtung, nicht über die Auflösung. Durchlicht und UV-Beleuchtung erzeugen den Kontrast, den transparente Ware im normalen Auflicht nicht liefert; Polarisationsfilter nehmen glänzenden Ausführungen die Reflexe. Erst auf diesem Bild arbeitet eine Klassifizierung stabil. Lichttaster erreichen bei transparenten und halbtransparenten Produkten ihre Grenze, was in den Aufzeichnungen regelmäßig der Anlass für den Wechsel zur Bildverarbeitung ist.

F Wie schnell darf die Linie für eine Typunterscheidung laufen?

In dokumentierten Anwendungen reichen die Raten von etwa 18 Takten pro Minute beim Tray-Packen über 60 bis 150 Packungen pro Minute in Etikettier- und Verschlusskontrollen bis zu 200 Teilen pro Minute in Zuführern. Auf der laufenden Bahn liegen die Geschwindigkeiten bei 10 bis 350 m/min, was das Auswertefenster auf wenige zehn Millisekunden verkürzt und eine Encoder-Synchronisation erfordert.

F Was gehört in einen Machbarkeitstest für eine Typunterscheidung?

Musterteile aller Varianten im realen Zustand, ausdrücklich einschließlich der ähnlichsten Paare, physische Grenzmuster für die Abgrenzung der Typen sowie die Eckdaten: Variantenliste, Taktzeit oder Bahngeschwindigkeit, Bildfeld, Arbeitsabstand, Bauraum, Schnittstelle und die Frage, wie die Linie zwischen Varianten umschaltet. Darauf lassen sich Trennschärfe und Pseudoausschuss vor der Auslegung nachweisen.

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