Qualitätskontrolle Sensoren steuern Verpackungsprozess

Autor / Redakteur: Alexander Bertsch, Sarah Jess / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Die Verpackung eines Produkts repräsentiert dessen Qualität, sie wird als erstes wahrgenommen. Deshalb muss hier alles stimmen. Um eine gleichbleibend gute Qualität bei hoher Durchlaufgeschwindigkeit zu gewährleisten, ist es Aufgabe von Maschinen, Produkte aller Art zu verschweißen, zu etikettieren und zu bedrucken. Zur Überwachung der Vorgänge sind zahlreiche Sensoren in diesen Verpackungsmaschinen im Einsatz. Mit Kontrast-, Farb- und Vision-Sensoren bietet Baumer eine Komplettlösung für die Primär- und Sekundärverpackung.

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Der Weißlicht-Kontrastsensor FKDK 14 ist eine wirtschaftliche Lösung für die schnelle und zuverlässige Druckmarkenerkennung
Der Weißlicht-Kontrastsensor FKDK 14 ist eine wirtschaftliche Lösung für die schnelle und zuverlässige Druckmarkenerkennung
( Archiv: Vogel Business Media )

Beim Aufreißen von Schokoriegel oder Tütensuppe fallen den meisten von uns die Druckmarken auf der Verpackung nicht auf. Nur wenn man darauf achtet und genau hinsieht entdeckt man diese kleinen, aber unendlich wichtigen Helfer der fehlerfreien Verpackung. Sie sorgen auf allen Verpackungsmaterialien dafür, dass diese korrekt positioniert, zugeschnitten und gefalzt werden.

Zu Beginn des Verpackungsprozesses, z.B. der Schokoriegel, werden die Folienverpackungen von großen Rollen kommend zugeschnitten. Um einen hohen Durchsatz zu erzielen, laufen die Folien mit einer sehr hohen Geschwindigkeit vom Band. Der richtige Zuschnitt ist entscheidend, damit z.B. das Logo richtig auf der Verpackung positioniert ist. Deshalb müssen die Druckmarken, die die korrekte Schnittposition anzeigen, zuverlässig und schnell erkannt werden. Später wird mithilfe ggf. aufgedruckter Farbmarken nochmals der richtige Farbton der Verpackungsfolie überprüft. Auch Anwesenheit und Position von Labels müssen kontrolliert werden. Bei all diesen Aufgaben geht es vor allem um die Einhaltung der Qualität bei geringem Ausschuss und hoher Flexibilität.

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Kontrastsensoren für schnelle und zuverlässige Druckmarkenerkennung

Speziell für die Erkennung der Druckmarken werden Kontrastsensoren eingesetzt. Diese Sensoren detektieren die Druckmarken anhand ihrer Grauwertabstufungen zur eigentlichen Verpackungsfarbe. Da beim Verpackungsmaterial keine einzelnen Objekte detektiert werden können, sondern die Folien in einer Endlosschleife vom Band laufen, werden die Marken auf dem Material auch genutzt, um den Prozess zu steuern. Anhand der Druckmarkenabstände werden Vorgänge wie z.B. das Synchronisieren von Befüllen und Verschließen überwacht.

Eine optimale Lösung für die Verpackungsindustrie bietet der Sensorikspezialist Baumer mit dem neuen, wirtschaftlichen Kontrastsensor FKDK 14 an. Mit einer sehr kurzen Ansprechzeit von nur 50 μs kann er der Steuerung die Informationen sehr schnell bereitstellen. Dank einer Wiederholgenauigkeit von 0,05 mm arbeitet der Sensor äußerst präzise und reproduzierbar, was eine gleichbleibend hohe Qualität gewährleistet. Ein intelligenter Rechenalgorithmus in der Software sorgt dafür, dass der Taster auch Kontraste mit nur 2,4 Prozent Unterschied in den Grauwerten zuverlässig erkennt. Dies ist vor allem beim Verpacken von Markenartikeln von Vorteil, da dort häufig Druckmarken mit geringem Kontrast zur geschützten Farbe des Herstellers oder Produktes verwendet werden, die weniger auffallen.

Flexibel, klein und benutzerfreundlich

Da die Lebenszyklen einer Verpackung immer kürzer werden und auf einer Maschine zum Teil diverse verschiedene Produkte verpackt werden, werden hohe Ansprüche an die Flexibilität des Sensors gestellt. Er sollte am besten jegliche Marken auf möglichst vielen Hintergründen erkennen. Diese Voraussetzung erfüllt der Kontrastsensor FKDK 14 als wirtschaftliche Lösung mit seiner Weißlicht-Diode als Lichtquelle. Die Möglichkeit, den Sensor dynamisch während des laufenden Prozesses auf eine neue Druckmarke einzulernen, vermeidet zudem unnötige Maschinenstillstände und erhöht die Produktivität. Im dynamischen Teach-Modus werden drei Marken abgewartet und schon ist der neue Kontrast eingelernt. Dank der externen Teach-Leitung, die mit der Steuerung verbunden wird, kann das dynamische Einlernen komfortabel über das HMI ausgeführt werden.

Um die Marken zuverlässig und schnell detektieren zu können, muss ein optimaler Lichtempfang sichergestellt sein. Die hohe Lichtintensität bedeutet dann wiederum eine kurze Rechenzeit, um den Kontrast zu bewerten. Für diese Schnelligkeit müssen die Sensoren mit Tastweiten von nur ca. 12,5 mm allerdings sehr nah an der Folienbahn oder dem Objekt positioniert sein. Dank der kompakten Gehäusegröße (14,8 x 43 x 31 mm) kann der FKDK 14 trotzdem einfach in die Maschine integriert werden.

Neben der Integration in die Maschine und der Leistungsfähigkeit der Sensoren legen Anwender vor allem Wert auf Benutzerfreundlichkeit. Die einfache Bedienung und die Sichtbarkeit der Einsatzbereitschaft der Sensoren sind hier wichtige Faktoren. Deshalb wurde beim FKDK 14 auf einen intuitiven Ablauf des Teach-in-Verfahrens geachtet. So kann der Anwender den Sensor einfach und schnell in Betrieb nehmen. Außerdem verfügt der Kontrasttaster über einen transparenten Gehäuseabschluss, durch das die Status-LEDs rundum gut sichtbar sind.

Laser als Ergänzung

Laser-Kontrastsensoren wie die der Familie OZDK verfügen über eine größere Reichweite als die Weißlichtsensoren. Obwohl sie langsamer sind und Druckmarken auf Folien nicht erkennen können, eignen sie sich ebenfalls sehr gut für den Einsatz in Verpackungsmaschinen. Da sie mühelos metallische Oberflächen detektieren, überprüfen sie z.B. die richtige Position von Blechdosen bevor diese etikettiert werden. Die Laser-Kontrastsensoren können außerdem beurteilen, ob eine metallische Oberfläche poliert ist oder nicht.

Einwandfreie Farberkennung

Wenn ähnliche Schokoriegel derselben Firma in verschiedenfarbige Folienverpackungen verpackt werden müssen oder auf der Verpackung verschiedene Farbmarken aufgebracht sind, stoßen einfache Kontrastsensoren an ihre Grenzen. Eine perfekte Alternative bieten dann Farbsensoren, die feinste Farbnuancen erkennen. Auch bei künstlicher oder ändernder Beleuchtung, welche die Farben verfälscht, oder bei großen Geschwindigkeiten, die nur einen Bruchteil einer Sekunde für die Farbbestimmung zulassen, arbeiten Farbsensoren zuverlässig.

Bei Baumers LOGIPAL Farbsensor sind vier Farben auf Knopfdruck einlernbar, wobei die Toleranz jeweils separat programmiert werden kann. Pro Farbe hat der Sensor ein Ausgangssignal, so dass in der Ausgabe die Farben unterschieden werden können. So können bei verschiedenen Farben unterschiedliche Vorgänge ausgelöst werden. Dies ist mit einem Kontrastsensor nicht möglich. Im Gegensatz zu diesem analysiert der Farbsensor die RGB-Anteile einer Farbe. Dadurch ist er jedoch ein wenig langsamer als der schnelle Kontrastsensor.

Vor allem beim Verpacken von hochwertigen Markenartikeln wird aber mittlerweile auch häufig auf Farbsensoren gesetzt. Um keinerlei störende Druckmarken auf den Verpackungen zu haben, werden dort bestimmte Farbübergänge auf dem Aufdruck detektiert. Diese werden vom Farbsensor erkannt und so wird der nächste Vorgang ausgelöst. Farbsensoren erkennen außerdem im Gegensatz zu Laser-Kontrastsensoren auch Farbmarken auf transparenten Folien.

Komplettlösung für genaue Positionierung von Produkten, Verpackungsmaterial und Etiketten

Mit seinen Kontrast-, Farb- und Vision-Sensoren bietet Baumer eine Komplettlösung für den Verpackungsprozess. Die Kontrastsensoren stellen sicher, dass die Verpackungsmaterialien exakt zugeschnitten werden, Verpackungen richtig positioniert sind und durch die Erkennung von Druckmarken lösen sie weitere Prozesse aus. Sie können zudem erkennen, ob ein Etikett aufgebracht wurde oder ob eine Blechdose für die Etikettierung korrekt positioniert ist. Für die Überprüfung der richtigen Position und Beschriftung dieser Etiketten werden VeriSens-Vision-Sensoren eingesetzt. Farbsensoren sind die ideale Ergänzung und unterscheiden Verpackungsmaterialien verschiedener Farben oder verschiedene Farbmarken.

HMI Halle 27, Stand J71

Alexander Bertsch, Produktmanager Sensor Solutions; Sarah Jess, Marketing-Kommunikation Sensor Solutions, beide Baumer

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