Multitalent in der Brauerei

Multitalent in der Brauerei
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Integriert in ein spezielles Gehäuse muss der Sensor innerhalb von 25 ms das Vorhandensein der Beschriftung prüfen.
27.09.2013 | Wer hat sich nicht schon immer einen Sensor gewünscht, der so vielseitig ist, dass er unterschiedliche Inspektionsaufgaben mit Bravour lösen kann. Die Vison-Sensoren BVS-E von Balluff mit ihrer integrierten Auswerteelektronik und Beleuchtung sowie drei digitalen Ausgängen sind solche Multitalente.

Sie können nicht nur sehr viele Merkmale in einem Durchgang lageunabhängig kontrollieren, sondern auch vielfältige Aufgaben wie Kanten zählen, Kontraste vergleichen, Muster oder Position prüfen oder Codes lesen, gleichzeitig ausführen. Ihre universellen Einsatzmöglichkeiten überzeugten auch die Warsteiner Brauerei. Sie kontrolliert mit dem Sensor nach dem Abfüllprozess im Rahmen einer 100% Kontrolle die Anwesenheit von Etiketten auf Keg-Fässern, die korrekte Beschriftung von Flaschenlabeln sowie die Qualität von Sixpack-Cluster-Verpackungen.
 
Die Warsteiner Gruppe mit ihren 2.300 Mitarbeitern gehört mit einem Absatzvolumen von 4,56 Mio. Hektolitern und einem Umsatz von 530 Mio. Euro (2012) zu den führenden privaten Brauereiunternehmen Deutschlands. Zum Familienunternehmen zählen heute weltweit rund 120 Firmen, darunter zahlreiche renommierte Brauereien wie die Herforder und die Paderborner Brauerei. Herzstück der Unternehmensgruppe ist die 1753 gegründete Warsteiner Brauerei Haus Cramer mit Sitz in Warstein in der Nähe von Soest, mit ihrer Stammmarke Warsteiner Premium Verum. Sehenswert ist auch das Betriebsgelände, dessen Fläche ca. 66 Fußballfeldern entspricht. Hier werden täglich bis zu 4.000 Paletten bewegt und 200 LKWs abgefertigt.
 


Markierungen im Sauseschritt prüfen
 
In den Abfülllinien für 0,5 l Flaschen werden mit einem schnellen Laser auf spezielle auf der Flaschenrückseite aufgebrachte Labels das Mindesthaltbarkeitsdatum (MDH), die Uhrzeit und der Maschinencode eingebrannt. Diese Markierungen gilt es mit dem Vision-Sensor für jede Flasche mit dem Werkzeug "Kantenzählen" zu prüfen, denn fehlt das Mindesthaltbarkeitsdatum, darf sie nicht in den Handel gelangen. Getriggert wird die Kamera von einer Lichtschranke. Sie detektiert die Gestänge der Zentriertulpen, die die Flaschen durch die Anlage führen.
 
Die besonderen Herausforderungen der Applikation erklärt Andreas Zydek, geschäftsführender Consultant der Firma BHV Automation, der den Getränkehersteller bei der Auslegung der Anlagen beraten hatte: „Die Flaschen sind in extrem schneller Bewegung, denn bis zu 55.000 Flaschen durchlaufen in der Stunde die Anlage. Für den Sensor mit seinem Schwarzweiß-CMOS-Bildaufnehmer (640 x 480 Pixel) bleibt damit nur noch eine Bearbeitungszeit von 25ms pro Prüfvorgang bei 16 Flaschen pro Sekunde, doch diese Aufgabe löst der Sensor mit Bravour. Wir haben ein besonders kompaktes VA-Ringlicht mit Fresnelloptik als Zusatzbeleuchtung eingesetzt. Es verstärkt die Lichtleistung der integrierten Leuchte punktuell.“
 
Tritt ein Fehler auf, also fehlt die Markierung auf dem Etikett, gibt der Sensor ein NiO-Signal aus. Dieses wird von der Steuerung in das Schieberegister übergeben. Erreicht die fehlerhafte Flasche einen Pusher, wird sie mit einer Drehung von den anderen Flaschen separiert und ausgeschleust.
 
Um den besonderen Bedingungen des Brauereibetriebes gerecht zu werden, wurden Sensor und Leuchte noch zusätzlich in ein abgedichtetes V2A Einbaugehäuse mit entspiegelter Glasscheibe integriert, was eine problemlose Reinigung der Anlage mit viel Wasser und Reinigungsmitteln erlaubt.


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Auf der Bedienoberfläche der Software ConVIS sieht man ein laufendes Bild des Erfassungsbereichs auf dem Monitor.

Parametrierung leicht gemacht

 

Für die Parametrierung des Sensors benötigt man bei Warsteiner keinerlei Programmierkenntnisse oder langwierige Schulungen. Der robuste Highend-Sensor im Scheckkartenformat ist über die mitgelieferte Software ConVIS® mit ihrer intuitiv zu bedienenden Benutzeroberfläche einfach zu handhaben.
 
"Sobald wir den Sensor über die integrierte Ethernet-Schnittstelle an ein Windows-Notebook angeschlossen haben, sehen wir sofort ein laufendes Bild des Erfassungsbereichs auf dem Monitor", erläutert Rainer Ifland, Gruppenleiter Elektrotechnik in der Instandhaltung bei der Warsteiner Brauerei, und führt weiter aus: "Wir müssen dann nur noch die gewünschten Werkzeuge und Bildausschnitte aussuchen und den Ausgang anwählen, schon ist der Sensor betriebsbereit." Den korrekten Schwellenwert für jedes Werkzeug zu finden, ist einfach: Hinweise in den Farben Rot und Grün signalisieren die korrekte Einstellung schon vor dem Wechseln in den Betriebsmodus. Danach arbeitet der Sensor vollkommen autonom als Standalone-Gerät. Besonders komfortabel: Bis zu 20 Konfigurationen kann der Anwender direkt im Sensor speichern.
 
Das gilt auch für eine zweite Variante des Sensors, den BVS-E Identification, der speziell für das Lesen und Erkennen von 1-D-Codes (Barcodes) bzw. 2-D-Codes (DataMatrix-Codes) konzipiert wurde. Mit ihm lassen sich gebräuchliche Codes erfassen und auch Texte und Zahlenfolgen sicher verifizieren.
 


Anwesenheitskontrolle per DataMatrix-Code
 
Eingesetzt wird er in der Warsteiner Brauerei in Etikettier-Systemen für 30 und 50 Liter Mehrwegfässer aus Edelstahl, sogenannte Keg-Fässer. Er überprüft dort im Rahmen einer 100% Kontrolle die Anwesenheit von Etiketten auf der  Verschlusskappe über dem Keg-Kopf  der Fässer. Das Etikett gibt in Klarschrift Auskunft über die Biersorte , das Abfülldatum und kann neben dem Mindesthaltbarkeitsdatum noch weitere ganz spezifische Informationen wie die Chargennummer und Losgröße enthalten.
 
Der besondere Clou: Gelesen wird nicht die Schrift, sondern ein zusätzlich aufgedruckter 2D-Matrixcode auf dem Etikett, was einen besonders schnellen und störungsfreien Erfassungsprozess erlaubt. Dies ist wichtig, denn bei Warsteiner werden 1.000 Fässer pro Stunde abgefüllt und das im Zweischichtbetrieb. Werden die gelesenen Codedaten benötigt, was aber bei dieser Applikation nicht der Fall ist, lassen sich diese via RS232 oder Ethernet-Schnittstelle ausgeben.
 
„In seinem äußeren Erscheinungsbild sowie im elektronischen und mechanischen Aufbau unterscheidet sich der Sensor von den anderen BVS-Varianten nur marginal“, bestätigt Rainer Ifland von Warsteiner.  „Und auch die Applikationssoftware ist absolut identisch“, fügt er hinzu. Und führt weiter aus: So findet man sich dank des einheitlichen Bedienkonzeptes immer auf Anhieb zurecht.“ Selbst das Zubehör wie Haltewinkel, Hintergrundbeleuchtung, Spot, Ringbeleuchtung, Dunkelfeldbeleuchtung oder Linienlicht etc. ist identisch, was die Lagerhaltung und Instandhaltung ungemein vereinfacht.
 
Der Erfassungsprozess in der Etikettierlinie ist schnell erklärt: Ein Transportband führt die Fässer mittig zu, so erscheinen die Schutzkappen  der KEG-Verschlüsse immer an der gleichen Position unterhalb des Druckers. Sobald ein Sensor die Anwesenheit eines Fasses meldet, liefert ein Etikettendruckspender just in time ein druckfrisches Etikett an, das dann von einer Pneumatikachse auf die  Schutzkappe  des Keg-Fasses geklebt wird. Der am Druckgestell befestigte Vision-Sensor wird bei Sortenwechsel automatisch mitgeführt. Ist die Achse wieder an ihren Ausgangspunkt zurückgefahren, löst dies ein Triggersignal aus, auf das der Sensor dann zuerst mit einem OK-Signal seine Betriebsbereitschaft signalisiert, was sicherstellt, dass kein Fass ungeprüft das Haus verlässt. Ist ein Etikett vorhanden, bestätigt er dies nach Erfassen des DataMatrix-Codes mit einem zweiten OK-Signal auf einem zweiten digitalen Ausgang. Fässer, die kein Label tragen, werden sofort ausgeschleust, um nach einer Sichtkontrolle später nochmals der Etikettierlinie zugeführt zu werden.


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Der Vision-Sensor liest den DataMatrix-Code und prüft so die Anwesenheit des Etiketts.

Alternativen geprüft

 

"Wir haben natürlich auch andere Verfahren, wie z.B. den Einsatz von Barcodes vorher geprüft“, erläutert Andreas Zydek von BHV seine Erfahrungen. „Die hohe Lesequalität erreicht man jedoch in dieser Umgebung nur mit einem DataMatrix-Code in Verbindung mit einem bildgebenden Verfahren". Ist ein Barcode erst einmal beschädigt, verschmutzt oder durch Feuchtigkeit aufgequollen, lässt er sich häufig kaum oder gar nicht mehr lesen. Beim DataMatrix-Code dagegen kann bis zu 25% und mehr der Informationen beschädigt sein, sie wird immer noch korrekt erfasst.
 
Erschwerend kommt hinzu, dass die Lage des Etiketts auf der Schutzkappe  geringfügig variiert, d. h. die Information muss lageunabhängig erfasst werden. Für den Vision-Sensor von Balluff mit seiner 360° Codeerkennung ist dies ein Kinderspiel. Linienlaser mit drehbarem Lesekopf oder teure Kreuzlinienlaser sind nach Erfahrung von Zydek unter diesen ganz spezifischen Bedingungen keine sinnvolle Alternative. "Mit ihnen hätten wir die geforderte Leserate nicht erreicht.“
 


Verpackungskontrolle leicht gemacht
 
Pfiffig gelöst wurde auch noch eine dritte Aufgabenstellung bei Warsteiner: Hier werden nach der Abfüllung jeweils sechs Getränkeflaschen zu einem 6er-Gebinde, einem "Sixpack" geclustert. Die patentierte Kartonverpackung kommt ohne Heißkleber aus und beruht auf einem speziellen Schiebe-Ziehmechanismus, bei dem eine Kartonage von oben automatisiert über die Flaschen geschoben und unterhalb der Falschen drei Kartonlaschen so miteinander verriegelt werden, dass die Flaschen beim Anheben sicher transportiert werden können. Auch hier kontrolliert Warsteiner mittels eines Balluff Vision-Sensors den festen Sitz aller Verriegelungen auf der Unterseite der Verpackung. Geprüft wird jeweils an drei Positionen die Breite der einzelnen halbmondförmigen Laschen, die schwarz bedruckt sind und gut zum übrigen Karton kontrastieren. Ist nur eine der Verriegelungen defekt, so wird das Sixpack ausgeschleust. Getriggert wird der Sensor über die Kanten der Sixpacks, sobald sie von Lichtwellenleitern erfasst werden.


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