Qualitätskontrolle in High Speed dank leistungsstarker Kameratechnologie

Ob Soßen, Snacks oder Fertiggerichte abgefüllt und verpackt werden müssen – in der Verpackungstechnik und Lebensmittelindustrie zählen hoher Durchsatz und schnelle Formatwechsel – und das bei höchsten Qualitäts- und Hygienestandards. Hierzu müssen die eingesetzten Sensoren vor allem Eines leisten: sie müssen hohe Anforderungen an Leistung, Flexibilität und Hygiene miteinander verbinden. Dazu haben die Verpackungsmaschinen-Experten von SN Maschinenbau das Gesamtkonzept einer Beutelabfüllanlage, eingesetzt bei namhaften Unternehmen in der Lebensmittelindustrie, neu durchdacht, innovativ gelöst und bei der Verifizierung von Codes und Mindesthaltbarkeitsdaten auf die Smart Kamera-technologie von Leuze electronic (ÖV: Schmachtl) gesetzt.

Drei Aufgabenstellungen, eine Visualisierung
Bei der Entwicklung der neuen Form-, Füll- und Verschließmaschine FMH 80 ließen sich die Konstrukteure von SN Maschinenbau eine ganzheitliche Lösung verschiedener Aufgaben mit nur ein und demselben Kamerasystem einfallen. Sie hinterfragten bestehende Prozesse und Prinzipien und suchten nach neuen, kreativen und flexiblen Lösungen. Ziel war es, einerseits die Überwachung des Mindesthaltbarkeitsdatums (MHD) wirtschatlich zu machen, andererseits Referenzcodes zu erkennen - Letzteres sogar automatisch umschaltbar beim Produktwechsel. Eine dritte Applikation mit derselben Kamera vermisst die Position der Druckmarke auf der Verpackung mit der Ausgabe einer Stellgröße [mm] an einen Servoantrieb und berichtigt im Prozess die Siegelstationen der vertikalen Siegelnähte. Hierdurch werden die Druckschwan-kungen auf der Verpackung automatisch korrigiert.

Bild 1: Neue Form-, Füll- und Verschließmaschine FMH 80 von SN Maschinenbau

Das Ergebnis kann sich sehen lassen: „Heraus kam ein innovatives Konstruktionskonzept, das die Basis für eine neue Generation von Beutelverpackungsmaschinen legt“, sagt Thomas Berger, Leiter der Elektroentwicklung bei SN Maschinenbau, zufrieden. Mit dem Maschinenneukonzept wurde eine offene, hygienische Maschinenbauform mit reduziertem Teilevolumen realisiert, das versteckte Stellen und Kanten ausschließt und so eine sehr einfache Reinigung ermöglicht. Gleichzeitig konnte man den gestiegenen Kundenanfor-derungen an Hygiene und Allergenfreiheit gerecht werden. Jedes einzelne Element, vom Safety-Konzept bis hin zur Visualierung stand auf dem Prüfstand und wurde neu überdacht.

Visualisierung und Prüfung von Referenzcodes
„Die erste Aufgabe stellte die Verifizierung von Referenzcodes dar“, erklärt Michael Fahr, langjähriger Vertriebsspezialist bei Leuze electronic (ÖV: Schmachtl). Die in die Maschine einprogrammierten Produkte und Rezepturen werden direkt über die Steuerung gewechselt, ohne manuellen Eingriff durch einen Mitarbeiter. „Zudem muss eine Qualitätskontrolle, dass der richtige Inhalt auch wirklich in die dafür vorgesehene richtige Verpackung abgefüllt wird, jederzeit gegeben sein“, fügt Fahr hinzu. Hierzu bedarf es einer Visualisierungsoptik, welche die Referenzcodes entsprechend liest und gleichermaßen abgleicht. Bildlich gesprochen könnte sonst passieren, dass ein Kunde statt seiner auf der Verpackung abgebildeten Lieblingsbolognese- plötzlich eine Carbonarasoße erhält. Das wäre im Zweifel nicht nur ärgerlich, sondern im Zeitalter verstärkt auftretender Allergieerkrankungen durchaus sogar lebensgefährlich. Bei dem nun mit dem LSIS 462i neu eingesetzten Visualisierungssystem handelt es sich um eine kamerabasierte Technologie. Zur absoluten Highend-Lösung wird diese in Kombination mit dem eingesetzten Kontrasttaster KRTM20, welcher unterschiedliche Kontrastwerte der Druckmarken auf der Verpackung speichern kann, die direkt aus der Steuerung heraus abgerufen werden können.

Bild 2: Referenzcodeprüfung-LSIS 462i im IP67-Gehäuse

„Eine solch komfortable und gleichermaßen wirtschaftliche Lösung schwebte mir schon lange vor – bislang hatte ich jedoch noch keine Möglichkeit gefunden, diese Wirklichkeit werden zu lassen“, sagt Thomas Berger. Er zeigt sich mit dieser Highend-Variante sehr zufrieden. In der Vergangenheit konnten entweder Referenzcodes erkannt werden, welche in Form eines Barcodes abgebildet waren oder 2D-Codes. „Um für zukünftige Aufgabenstellungen unserer Kunden gerüstet zu sein, ist es wichtig, eine Lösung für Barcodes, Datamatrixcodes und QR-Codes gleichermaßen vorzuhalten“, so Berger. Auch für dieses Problem hatte Michael Fahr für ihn mit der Smartkamera eine passende Lösung gefunden, denn beim LSIS 462i handelt es sich um einen multicodefähigen Highspeed-Reader, der verschiedene Typen von Referenzcodes erkennen kann. Die Prüfung erfolgt während der Bewegung der Verpackungen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 4m/s. Aufgrund der hohen Hygienebestimmungen in der Lebensmittelindustrie wurde der LSIS 462i in der neuen Beutelverpackungsmaschine zusätzlich in ein Edelstahlschutzgehäuse mit hoher IP-Schutzart eingebaut, was sein Detektionsvermögen aber in keinster Weise beeinträchtigt.

Prüfung von Mindesthaltbarkeitsdaten
Eine weitere Herausforderung in dieser Applikation stellte die Prüfung der Lesbarkeit der Mindesthaltbarkeitsdauer-Beschriftungen (MHD) dar. Waren in der Vergangenheit MHD-Codes qualitativ schlecht aufgedruckt , die Daten durch Fehlprägungen in der Verpackungstechnik unleserlich oder der Aufdruck fehlte gar gänzlich, konnten solche Beutel in dieser Highspeed-Anwendung nur mit deutlich teureren Systemen erkannt werden. Die neue Smart Kamera-Technologie hingegen bewertet die MHD-Beschriftungen an jedem einzelnen Beutel anhand mehrerer Qualitätsmerkmale - sowohl im Stillstand als auch in der Bewegung von bis zu 4m/s. Ein zweiter LSIS 462i detektiert auf selbige Weise die Qualität eines jeden Codes und nimmt zudem einen Referenzcode-Vergleich vor, so dass die Verpackung auch wirklich das beinhaltet, was sie verspricht. „Eine gute Lesbarkeit der MHDs ist nicht zuletzt auch durch die im LSIS 462i integrierte homogene Beleuchtung gegeben“, fügt Michael Fahr hinzu. Durch ihre eingebauten starken RGB-LEDs ist die neue kamerabasierte Visualisierungsoptik enorm fremdlichtunabhängig und individuell auf jedes denkbare Verpackungdesign anpassbar. Auch kann ihr Fokus automatisch motorisch umgeschalten werden. Es bedarf keines mechanischen Eingriffs oder gar des Öffnens der Kamera durch einen Mitarbeiter. Änderungen der Verpackungseigenschaften können bequem in Rezepturen hinterlegt und mit der Maschinenrezeptur vom Bediener aufgerufen werden.

Bild 3: Druckmarkenvermessung in der neuen FMH 80 – mit zusätzlichem Edelstahlgehäuse und Visualisierung auf einem Industrietablet

Eine rundum überzeugende Gesamtlösung
Jan Kronenberg und Thomas Berger sind sich einig: die Gesamtlösung überzeugt auf ganzer Linie: Der in dieser Applikation eingesetzte stationäre Smartkamera LSIS 462i von Leuze electronic (ÖV: Schmachtl) vereint jahrzehntelanges Know-how aus dem Bereich der 1D-Codelesung mit innovativer Smart Kamera-Technologie. Er liest Barcodes, 1D- und 2D-Codes zuverlässig, sowohl gedruckt als auch direkt markiert. Gleichzeitig erkennt er Mindesthaltbarkeitsdaten. Die Messtechnologie im Bauch der Smartkamera kann im Prozess Messergebnisse mit einfließen lassen oder für die Formatumstellung eine Verstellhilfe geben, die Position der Druckmarke schnell zu finden. Der Bediener bekommt die Richtungen der notwendigen Verstellungen angezeigt. Damit werden drei Aufgabenstellungen mit einer einzigen Kameravariante erfüllt. Dies stellt im Vergleich zur OCR-Lesung für High Speed-Anwendungen eine wirtschaftliche und kostengünstige Lösung dar. Aufgrund seiner Speicherfunktion kann auch der Kontrastsensor KRTM20 bis zu 128 Kontrastwerte zeitgleich speichern. So sind schnelle Produktwechsel und damit ein hoher Durchsatz auch im Bereich der Druckmarkenregelung möglich.

Bild 4: Zufrieden mit dem Ergebnis: Michael Fahr (Leuze electronic), Jan Kronenberg und Thomas Berger (SN Maschinenbau) (v.links)

Durch seine integrierten homogenen und enorm fremdlichtunabhängigen LEDs ist der LSIS 462i flexibel auf unterschiedlichste Verpackungsdesigns anpassbar. Die Smart Kamera lässt sich mittels reproduzierbarer, mechanischer Befestigung – konstruiert von SN Maschinenbau - einfach integrieren. Referenzcodevorgabe und Programmwechsel erfolgen direkt von der Steuerung, ohne dass ein manueller Eingriff notwendig ist. Ein mechanischer Eingriff oder gar ein Öffnen der Kamera ist auch dann nicht notwendig, wenn der Fokus umgestellt werden muss. Selbst dies erfolgt vollautomatisch. Ein integriertes Display macht die Diagnose für die Inbetriebnahme und Justage im Betrieb direkt am Gerät möglich. Auch die Software ist direkt in der Smart Kamera enthalten. Die Konfiguration erfolgt direkt über webConfig, so dass keine separate Parametriersoftware notwendig ist. Dieses web-basierende, vom Betriebssystem unabhängige Softwaretool erleichtert die Inbetriebnahme enorm und spart Kosten. Somit sind eine einfache Qualitätssicherung und identifikation durch eine leistungsstarke Kameratechnologie gewährleistet.

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