Ein führender Kondensmilchhersteller nutzt einen einfach zu handhabenden und wirtschaftlichen Vision Sensor. Er leitet die wachsende Anzahl unterschiedlicher Kartons in der Endverpackung vor dem Palettieren in die richtigen Wege. Farbe als Unterscheidungsmerkmal unterbindet Verwechslungen und erspart händisches Nachsortieren. Der kompakt und robust aufgebaute Vision Sensor integriert sämtliche Komponenten und Funktionalitäten für die elektronische Bildverarbeitung im rauen Industrieumfeld.

Mit den hochwertigen Produkten Bärenmarke, Glücksklee und verschiedenen Exportprodukten hat die Hochwald Nahrungsmittel- Werke GmbH in Polling schon vor Jahren die Weichen für weltweiten Erfolg gestellt. Effiziente Weichenstellung ist auch gefragt, um die Kartons mit der Kondensmilch im Verpackungsbahnhof je nach Bestimmungsland zuverlässig zu sortieren. Im Werk Weiding verarbeiten rd. 180 Mitarbeiter jährlich etwa 200 Mio. Liter Milch zu Kondensmilch, Milchpulverspezialitäten und Frischeprodukten.

Ein großer Teil der Kondensmilch ist für den Export bestimmt und wird dabei auf fünf Produktionslinien in Dosen zu 80, 170, 340 und 410 g abgefüllt. Die anschließend ein-, zwei- oder vierlagig in Kartons verpackten Dosen gelangen über eine gemeinsame Förderstrecke zum zentralen Kartonbahnhof. Dort müssen sich die Kartons vor dem Palettieren sortenrein auf fünf Staubahnen verteilen, was eine eindeutige Identifizierung jeder Verpackung erfordert. Anfangs ließ sich dies über zwei nacheinander angeordnete Lichtschranken anhand der unterschiedlichen Höhen und/oder Längen der Kartons fehlerfrei realisieren.

Mit zunehmender Vielfalt wurde es immer schwieriger, die Kartons allein anhand der Abmessungen zu sortieren: Zuletzt waren es rund 100 Varianten in 18 Größen. „Um dennoch eine zuverlässige Verteilung der Kartons auf die jeweils richtige Staubahn zu erreichen, ohne händisch eingreifen zu müssen, suchten wir ein möglichst einfach einzurichtendes und kostengünstiges System, das die Kartons im Durchlauf zusätzlich an der Farbe erkennen kann,“ erläutert Markus Werkstetter, Leiter der Elektrotechnik bei Hochwald in Polling.

Einfach, kompakt, kostengünstig

Nach einem Vergleich mehrerer Alternativen fiel die Wahl auf den Vision Sensor Simatic MV220 von Siemens. Der innovative Farbflächensensor ist die Synthese leistungsstarker Bildverarbeitungstechnologie mit einfacher, kompakter Sensorik. Er ist in Schutzart IP 65 ausgeführt und damit für den Einsatz in rauer Industrieumgebung prädestiniert. Ein kompaktes Gehäuse von 113 x 35 x 90 mm beherbergt alle Elemente für die einfache Prüfung farbiger Unterscheidungsmerkmale: An erster Stelle eine Digitalkamera mit CMOS-Chip zur Farbauswertung von Bildern mit einer Auflösung von 640x480 Bildpunkten. Das Objektiv ist stufenlos verstellbar mit variablem Bildfeld von 40 x 30 bis 200 x 150 mm bei Objektabständen von 50–250 mm.

Hinzu kommen eine Weißlicht-Beleuchtung, eine laserbasierte Ausrichthilfe sowie eine einfache Bedien- und Anzeigeeinheit mit Tasten, Display und LED-Lampen. Die ebenfalls integrierten digitalen Einund Ausgänge sind wie die Spannungsversorgung über M12-Anschlüsse geführt. Der Vision Sensor kann bis zu 16 verschiedene Prüfmodelle „erlernen“, speichern und im Automatikbetrieb wahlweise am stehenden oder bewegten Objekt sicher erkennen.

Farberkennung ohne langes Programmieren

Zuvor gilt es, das System manuell auszurichten, was durch zwei in das Bildfenster projizierbare Laserpunkte unterstützt wird. Mitgelieferte Mustervorlagen (Templates) helfen beim menügeführten Abgleich des Sensors auf die jeweiligen Umgebungsbedingungen. Das Erlernen von Prüfaufgaben reduziert sich dann auf das Vorlegen eines oder mehrerer Gut-Objekte. Hat der Sensor sämtliche Modelle gelernt, kann sofort der Testbetrieb gestartet werden.

Zur Erkennung jeweils einer Kartonfarbe bzw. eines darauf aufgedruckten Logos nutzt Hochwald die Prüfart „Matching“ bei einer mittleren Prüfdichte von 64 Farben – möglich sind auch 16 und 2.048 Farben. Das jeweils zu erkennende Farbmuster (Modell) wird dem Gerät über seine digitalen Eingänge von der überlagerten Steuerung vorgegeben. „Für unsere Zwecke ist es momentan vollkommen ausreichend, ein einziges Farbmuster zu erkennen und das Ergebnis mit dem der nachfolgenden Geometrieabfragung zu verknüpfen“, sagt Markus Werkstetter.

Die überlagerte Steuerung, eine Simatic S7 300 mit CPU 315 2 DP, kann aus diesen Informationen eindeutig und fehlerfrei Form und Farbe und daraus den Bestimmungsort des Kartons ermitteln. Die Anbindung an die Simatic-Steuerung ist über die digitalen Ein- und Ausgänge des Vision Sensors und dezentrale Peripheriegeräte ET 200 vor Ort mittels Profibus realisiert. Zum lokalen Bedienen und Beobachten des Kartonbahnhofs dient ein Touch Panel Simatic TP 170B. Geplant ist, die autarken Steuerungssysteme der Abfüllanlagen und des Kartonbahnhofs künftig mit einander zu vernetzen, um die Abläufe noch transparenter zu gestalten. Bis dahin prüft Hochwald die Kartons im Durchlauf, wobei der exakte Zeitpunkt der Aufnahme über einen digitalen Eingang getriggert wird.

Jede der fünf zuliefernden Produktionslinien hat eine Kapazität von fünf bis zwölf Kartons pro Minute. Daraus ergibt sich eine theoretische Gesamtausbringung von einem Karton pro Sekunde. In der Praxis sorgt eine geschickte Produktionsplanung dafür, dass möglichst wenig gleichförmige und gleichfarbige Kartons bestückt werden und maximal 40 Kartons pro Minute die Erkennung am Bahnhof durchlaufen. Der MV220 ist für bis zu 30 Aufnahmen pro Sekunde ausgelegt und wird diesbezüglich nicht so schnell an seine Grenzen stoßen.

Die sensorische Weichenstellung mit dem Vision Sensor von Siemens hat sich bei Hochwald bewährt: „Die Funktionalität des MV220 ist für unsere Anforderungen maßgeschneidert, die Handhabung einfach und komfortabel. Man braucht außerdem keinerlei Spezial- Know-how, um das Gerät zum Laufen zu bringen. Kurzum, das Preis/Leistungs-Verhältnis stimmt,“ so Werkstetter abschließend.