Im Fall der Smart-Kamera-Baureihe LSIS 400i steht „Smart“ vor allem für clevere Funktionen und große Schnittstellenvielfalt zur intelligenten Vernetzung und zur Integration in Steuerungssysteme. Bernhard Voigt von der Voigt Technology e.K. nutzt die Smart-Kameras LSIS 400i von Leuze electronic, um smarte Kontrollsysteme für die Getränkeindustrie zu realisieren.
Der Autor: Matthias May, Redakteur, Leuze electronic, Owen
„Kontrollsysteme in Getränkeabfüllanlagen sind häufig sehr individuelle Lösungen, die zwischen einzelnen Prozessschritten implementiert werden“, erzählt Bernhard Voigt, der sich mit seiner jahrzehntelangen Erfahrung als Servicetechniker in der Getränkeindustrie auf die Entwicklung und Realisierung von Lösungen in allen Bereichen der Prozess- und Qualitätskontrolle spezialisiert hat. „Häufig sind es neue Kontrollschritte, die aufgrund wachsender Qualitätsanforderungen oder die im Zuge von Anlagenerweiterungen in bestehenden Anlagen ergänzt werden“, erklärt Voigt. Das Spektrum von Kontrollsystemen im Umfeld von Getränkeabfüllanlagen reicht von Leergut- und Vollkastenkontrollen über Flaschenkonturerkennungen, Füllhöhenkontrollen, Deckel-Schrägsitzerkennung, Etikettenkontrollen bis zu Ausleitsystemen und dergleichen.
Eines der jüngsten Projekte von Voigt ist die Ausstattung von Abfülllinien in der Traditionssektkellerei Herres in Trier mit Kontrollsystemen zur Erkennung und Überprüfung von aufgedruckten 2D-Data Matrix Codes auf Sektkartons. Wie in vielen anderen seiner Applikationen verwendet Voigt auch hier als Kernkomponenten die Sensoren von Leuze electronic – und zwar in diesem Fall die Smart Kameras der Baureihe LSIS 400i. Diese haben den Vorteil, dass sie alle notwendigen Komponenten zur Bildverarbeitung, also auch Beleuchtung, Datenspeicher und Schnittstellen inklusive Display für Bedienung und Ergebnisanzeigen in einem Gerät vereinen. Es ist keine zusätzliche Anschalteinheit und keine separat zu installierende Parametriersoftware notwendig.
Die bei Herres eingesetzten Geräteausführungen LSIS 462i sind die Allrounder der Baureihe und vereinen Funktionen zur Qualitätskontrolle (Messfunktion) und Codelesung in einem Gerät. Horst Meyer, Leiter Maschinentechnik bei Herres, erläutert den Vorteil dieser Smart Kameras für die Instandhaltung: „Wir setzen zum Codelesen die Allroundversion LSIS 462i ein, weil wir solche Geräte bereits in anderen Applikationen erfolgreich verwenden, beispielsweise zur Bildauswertung im Rahmen der Kappenkontrolle. So lässt sich die Ersatzteilvorhaltung auf eine voll ausgestattete Gerätevariante begrenzen, die wir im Bedarfsfall überall nutzen können.“
Clevere Funktionen
Von speziellem Vorteil in Bezug auf die feuchte Umgebung in der Getränkeproduktion ist die industrietaugliche, robuste Ausführung der Smart Kameras im Metallgehäuse . Weitere markante Merkmale sind die motorische Fokusverstellung und die von Leuze electronic entwickelte homogene Beleuchtung.
Die motorische Fokusverstellung erlaubt einen flexiblen Einsatz für Applikationen mit variierenden Kameraabständen. Fokuseinstellungen erfolgen automatisch über die Programmumschaltung und müssen nicht manuell durchgeführt werden. So sind auch die jeweils optimalen Einstellungen reproduzierbar gewährleistet. Ebenfalls qualitätsrelevant ist die integrierte Beleuchtung. Anstatt wie üblich LEDs zu verwenden, hat Leuze electronic hierfür eine spezielle Optik entwickelt. Sie liefert ein rechteckig intensiv ausgeleuchtetes Bildfeld, das in einer Entfernung von 50 bis 250 mm zum Prüfobjekt besonders homogen ist. Mit solchen wesentlich detailreicheren Aufnahmen ist die Bildverarbeitung besser, schneller und sicherer.
Prozesssicher mit BLOBs
Die prozesssichere Realisierung unterschiedlicher Kontrollaufgaben wird vor allem durch die Binary-Large- Object-Analyse (BLOB) unterstützt. Ein sogenanntes BLOB kennzeichnet einen zusammenhängenden Bereich von Bildpunkten (Pixel), deren Lichtintensität zwischen definierten Grenzwerten liegt. Durch die Einstellung von BLOB-Merkmalen lassen sich einzelne Objekte oder Objektgruppen sicher erkennen und unterscheiden – auch dann noch, wenn andere Verfahren bereits fehlerhafte Ergebnisse liefern. Zur Bewertung von Objekten stehen Kriterien wie Fläche, Umfang, Formfaktor sowie Höhe oder Breite, Länge, Winkel und Mittelpunkt zur Verfügung. Eine Fläche ist beispielsweise die Summierung der in einem BLOB eingeschlossenen Pixel, gegebenenfalls sogar einschließlich möglicher Freiflächen innerhalb des BLOBs. Ein Umfang wird über die Länge der äußeren Konturlinie eines BLOBs in Pixel definiert. Das leistungsstarke BLOB-Erkennungstool bietet auch die Möglichkeit, diverse Erkennungsmerkmale zusammenzufassen.
Die einfache Parametrierung der LSIS 400i Kameras findet Bernhard Voigt besonders gut, da er sie direkt über den Webbrowser erledigen kann: Dank der einzigartigen Parametrieroberfläche webConfig ist die Installation einer speziellen Software auf einem separaten Rechner nicht notwendig. Der Zugang zum Gerät erfolgt schnell und einfach via Ethernet.
Codekontrolle und zugleich Prozessüberwachung
Die Anbindung der Geräte erfolgt über eine von Voigt entwickelte Steuereinheit, die die jeweilige Datenerfassung und -verarbeitung übernimmt sowie die Kommunikation mit übergeordneten Anlagensteuerungen. „Ein wesentlicher Grund für den Einsatz von LSIS 462i in den neuen Codekontrollstationen bei Herres ist die integrierte RS232-Schnittstelle. Mit einer zusätzlichen Anschaltbox können die Daten sehr komfortabel in übergeordnete Bussysteme – bei Herres ist dies Profibus – übertragen werden“, betont Voigt und ergänzt: „Die elementare Aufgabe dieser Code-Lesestationen ist die Kontrolle der zuvor auf die Kartons aufgedruckten 2D-Data Matrix Codes auf Vorhandensein und Lesbarkeit. Während für die reine Anwesenheits- und Lesbarkeitskontrolle die vorhandenen E/A-Schnittstellen ausreichen, um gegebenenfalls einen Bandstopp auszulösen, wird für die Datenübertragung zum Zentralrechner die Profibus-Schnittstelle benötigt.“
Die Kontrollen erfolgen im Durchlauf bei teils recht hohen Geschwindigkeiten mit bis zu 6000 Kartons pro Stunde. Erschwerend kommt hinzu, dass je nach Produkt die Codes an unterschiedlichen Positionen auf die Kartons aufgedruckt werden. Aus diesem Grund ist auch der Drucker mit fünf Druckköpfen in unterschiedlichen Höhen ausgestattet.
„Das Fenster, in dem sich die Codes befinden können, ist immerhin 50 Millimeter hoch. Außerdem sind die Codes auf den Kartons auch horizontal unterschiedlich positioniert“, erläutert Voigt. Hier hilft die sogenannte Lesetorsteuerung, bei der ein Leuze-Rotlichttaster ein Triggersignal erzeugt, das wiederum eine gepulste Beleuchtung und solange die Bildaufnahme auslöst, bis der Code zuverlässig erkannt wird. Außerdem sind die Smart Kameras in einem solchen Abstand an den Förderstrecken montiert, dass sich ein großes Bildfeld ergibt, in dem die Codes in jeder möglichen Höhe erfasst werden.
Der im Gerät integrierte Referenzcode-Vergleich ermöglicht neben der reinen Kontrolle auf Vorhandensein und Lesbarkeit auch den Abgleich auf Richtigkeit des aufgedruckten Codes. Die Code-Lesestationen bieten die Option, bestimmte Qualitätsparameter der gelesenen Codes zu ermitteln und auszuwerten. So kann direkt nach dem Drucken eines Codes dessen Güte bzw. die sichere Lesbarkeit mit beliebigen anderen Geräten sichergestellt werden. Es lassen sich also auch Qualitätsmerkmale bei der Kennzeichnung erfassen, auswerten und zur Prozesssicherheit nutzen, um beispielsweise rechtzeitig Korrekturen bezüglich der Druckqualität durchzuführen. I
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