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Sensorik Qualitätskontrolle mit Laser-Scanner: Das Auge nascht mit

| Autor/ Redakteur: Christian Kämmerer* / Sariana Kunze

Schokolade macht glücklich, wenn sie köstlich schmeckt und hübsch aussieht. Damit sich die süßen Köstlichkeiten immer von ihrer Schokoladenseite präsentieren, werden zur Qualitätskontrolle Laser-Scanner eingesetzt.

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Durch die Integration eines modernen Laser-Scanners von Micro-Epsilon in die Fertigungslinie lassen sich verschiedene Schokoladenprodukte mittels berührungsloser Highspeed-Messung effizient und in Echtzeit auf geometrische Merkmale kontrollieren.
Durch die Integration eines modernen Laser-Scanners von Micro-Epsilon in die Fertigungslinie lassen sich verschiedene Schokoladenprodukte mittels berührungsloser Highspeed-Messung effizient und in Echtzeit auf geometrische Merkmale kontrollieren.
(Bild: Micro-Epsilon)

Ein berühmtes Zitat aus dem amerikanischen Spielfilm Forrest Gump besagt: Das Leben ist wie eine Schachtel Pralinen, man weiß nie, was man bekommt. Zwar weiß man bei einer Pralinenschachtel nie, was man bekommt, doch das Aussehen der Schokolade sollte keine böse Überraschung sein. Denn nicht nur der Geschmack der süßen Köstlichkeiten ist wichtig, auch das Auge nascht mit. Deshalb wünschen sich Naschkatzen ein einwandfreies Produkt mit vollem Schokoladengeschmack. Dieser Qualitätsanspruch hat sich seit dem Bau der ersten deutschen Schokoladenfabrik in Steinhude von Prinz Wilhelm von der Lippe im Jahr 1765 nicht verändert. Damals erfolgte die Produktion noch in Handarbeit, heute läuft die Produktion bei einem Pro-Kopf-Verbrauch in Deutschland von knapp 10 kg Schokolade in einem Jahr nur noch hochautomatisiert ab. Mittels moderner Laser-Scanner in Fertigungslinien lassen sich verschiedene Schokoladenprodukte via berührungsloser Highspeed-Messung effizient und in Echtzeit auf geometrische Merkmale kontrollieren.

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Verschiedene Verfahren zur süßen Qualitätsprüfung

Es werden verschiedene Verfahren angewendet, um Schokolade im Produktionsprozess einer Qualitätsprüfung zu unterziehen. Erfolgt die abschließende Qualitätskontrolle per manueller Sichtprüfung, so ist diese unter anderem an die Tagesform der Mitarbeiter gebunden und damit nicht über den gesamten Produktionsprozess gleichbleibend. Erfolgt die Qualitätsprüfung mittels taktiler Messungen, nimmt dies zum einen viel Zeit in Anspruch, weil die Geschwindigkeit taktiler Systeme niedriger ist als die optischer Systeme. Die Oberfläche muss dazu an vielen Punkten abgetastet werden. Zum anderen wirkt die berührende Messung auf Sensor und Produkt ein, wodurch sich der Verschleiß erhöht. Laser-Punktsensoren messen berührungslos, allerdings erfassen sie die Messwerte lediglich punktförmig. Um die erforderlichen Werte eines Schokoladenprofils zu generieren, müssen sie zahlreiche einzelne Messwerte ermitteln. Dies bringt einen hohen zeitlichen wie auch finanziellen Aufwand mit sich. All diese Verfahren würden den ansonsten hochautomatisierten Produktionsprozess einschränken. Im Gegensatz dazu bieten Laser-Scanner einige Vorteile. Das Scancontrol-System von Micro-Epsilon liefert bei wechselnder Oberflächenbeschaffenheit des Förderbandes oder den verschiedenen Farben der Schokoladentafeln, von hell bis dunkel, zuverlässige Ergebnisse. Um die strengen Hygienebedingungen der Lebensmittelindustrie zu erfüllen, kann der Scanner kundenseitig in einem speziellen Schutzgehäuse extra für die Lebensmittelindustrie untergebracht werden, welches sich robust gegen Hochdruck-Stahlreinigung, Desinfektionsmittel wie Wasserstoffperoxid oder andere alkalische oder auch chlorhaltige Reinigungsmittel zeigt.

BUCHTIPPDas Buch „Industriesensorik“ beschreibt die Entwicklung und die praktische Anwendung der wichtigsten Sensoren. Durch anwendungsbezogene Fehleranalysen von Messsystemen, Sensoren und Sensorsystemen, jeweils ergänzt durch viele detaillierte, vollständig durchgerechnete Anwendungsbeispiele, eignet sich das Buch nicht nur für Studenten, sondern auch für Ingenieure und Techniker verschiedener Fachrichtungen.

Die Laser-Scanner sollen zudem eine Lösung mit Zeitersparnis gegenüber den bisherigen Standardprüfungen und gleichzeitig eine äußerst schnelle und hochpräzise Qualitätsprüfung der Schokoladentafeln unter Einhaltung hoher hygienischer Auflagen ermöglichen, erklärt Micro-Epsilon. Nicht nur Stichproben werden mit den Laser-Profil-Scannern entnommen, sondern die komplette Produktion geprüft. Der Scanner ist dazu fest über dem Förderband montiert. Der Standardmessbereich in dieser Applikation beträgt 100 mm, lässt sich aber auf ca. 143 mm erweitern. Durch die Einbindung eines Encoders am Beförderungsband ist stets eine äquidistante Profilerfassung auch bei unterschiedlichen Bandgeschwindigkeiten gewährleistet und es ergibt sich eine hohe Reproduzierbarkeit. Dank der hohen Profilfrequenz meistert der Scanner die kurzen Taktzeiten im Produktionsprozess mühelos. Bei einer Durchlaufgeschwindigkeit des Förderbandes von mehr als 30 m/min erfassen die Highspeed-Laser-Scanner berührungslos jedes Profil der fertigen Schokoladentafeln und bewerten diese bereits im Sensorkopf. Mittels Scancontrol Configuration Tools lässt sich der Scanner vorab parametrieren.

Laser-Scanner erfasst auf einen Schuss alles

Der Scanner erfasst auf einen Schuss das gesamte Profil, außerdem lassen sich daraus Fehler in der Oberflächenbeschaffenheit erkennen. Die Messwerte können je nach Vorgabe entweder in Echtzeit direkt im Sensorkopf verrechnet, mit vordefinierten Parametern abgeglichen und als IO- oder NIO-Signal ausgegeben werden. In diesem Fall wäre z.B. ein Aussortieren der Tafeln die Folge, die als nicht den Vorgaben entsprechend identifiziert wurden. Es ist aber genauso möglich, dass der Scanner direkt mit der SPS kommuniziert und die verrechneten Messwerte an diese weiterleitet. In diesem Fall führt die SPS die weiteren Schritte aus und bewertet die Messergebnisse. Das Eingreifen in die Liniensteuerung beispielsweise durch Nachregelungen im Prozess ist damit unmittelbar möglich. Die Echtzeit-Qualitätsprüfung mit Laser-Scannern lässt in beiden Varianten ein schnelles Eingreifen zu, wodurch Ausschuss reduziert und Kosten gesenkt werden. Mit Laser-Scannern der Produktfamilie Scancontrol können sogar kleinste Teile auf wenige Mikrometer genau erfasst werden, womit eine neue Dimension der Qualitätskontrolle möglich wird. Im Fall der Qualitätsprüfung von Schokolade wird aufgrund der höheren Intensität eine rote Laserdiode eingesetzt. Es gibt auch Messaufgaben, bei denen rote Laser an ihre Grenzen stoßen und daher Laser-Scanner mit blauem Laser zum Einsatz kommen. Die Laser-Profil-Scanner von Micro-Epsilon sind abgestimmt auf Anwendungen in der Qualitätskontrolle, in Fertigungsprozessen oder der Automation. Sie basieren auf dem Triangulationsprinzip zur zweidimensionalen Profilerfassung. Profile auf unterschiedlichsten Objektoberflächen werden erfasst, gemessen und bewertet. Bei bewegten Objekten oder bei Traversierung des Sensors können außerdem 3D-Messwerte und damit 3D-Profile generiert werden. In diesem Fall sorgen sie für schöne Schokolade, sodass das Auge mit nascht.

* *Christian Kämmerer, Leiter Vertrieb 2D/3D Optische Messtechnik, Micro-Epsilon

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