Der Getränkemarkt ist in Bewegung. Immer mehr Flaschenformen und Etikettierungen auf der einen Seite sowie immer kürzere Umrüstzeiten auf der anderen Seite zwingen Brauereien und Getränke-Abfüller-Anlagen dazu, das Leistungspotenzial ihrer Qualitätskontrolle stetig zu steigern. Keine leichte Aufgabe, zumal es in Industrie-Anlagen zur Flaschen-Etikettierung wenig zimperlich zugeht. Hitze, Nässe und Etikettenleim belasten die hier eingesetzten Vision-Systeme stark.

Die BV-Lösung OmniView erstellt aus vier Einzelbildern eine perfekte 360°- Gesamtansicht der Flaschenetiketten auf dem Flaschenzylinder.

© Cognex

Hinzu kommt, dass für Hochleistungskameras und Beleuchtungssysteme immer weniger Platz zur Verfügung steht, da die Produktionsanlagen zusehends kleiner werden. Stand der Technik sind oft noch die Einzelkontrollen in den Etikettiermaschinen. Doch diese müssen – unter für Bildverarbeitungssysteme ungünstigen Verhältnissen – integriert werden, was wiederum zu schwierigen und unflexiblen Lösungen führt. Eine Problematik, auf die die Firmen Syscona aus Freudenberg und Weber Systemtechnik, ein Spezialist für die Realisierung komplexer Vision-Systeme, ihre eigene Antwort gefunden haben: Auslagerung der Qualitätskontrolle aus dem Etikettierprozess. Bei der gemeinschaftlich entwickelten Anlage „Expert ETK“ erfolgt die Kontrolle nunmehr außerhalb der Etikettiermaschine im freien Durchlauf an der unausgerichteten Flasche. Davor war es aufgrund fehlender Prozessorleistung der PCs sowie fehlenden Bildverarbeitungs- Tools nicht möglich, ein Image aus mehreren unterschiedlichen Kameras zu einem kompletten Image zusammenzusetzen und auszuwerten – und dies auch noch in der geforderten Geschwindigkeit von unter 50 ms.

Die Anlage zur optischen Qualitätskontrolle basiert auf der Bildverarbeitungs- Technologie OmniView von Cognex. Das Prüfobjekt wird hierbei aus unterschiedlichen Richtungen mit vier im 90°-Winkel angeordneten und synchron arbeitenden Kameras mit jeweils 1024×768 Pixeln aufgenommen und die Bilder zu einem nahtlosen unverzerrten 360°-Gesamtbild zusammengefügt. Dieses Bild hoher Auflösung wird mit einer Reihe von Bildverarbeitungs- Werkzeugen präzise analysiert. Eine zusätzliche Industriekamera von oben prüft die Qualität des Verschlusses. Bei einer Durchlaufgeschwindigkeit von 72 000 Flaschen pro Stunde liegt nach nur 50 ms das Prüf-Ergebnis einer Einzelflasche vor - in 360°-Ansicht und als fertiger Datensatz für die Produktionsstatistik.

Tools wurden speziell entwickelt

Aus den vorhandenen Tools wurden über das so genannte Scripting Spezialtools entwickelt, die exakt auf die Bedürfnisse einer Flascheninspektion zugeschnitten sind. Ein Beispiel hierfür ist das leistungsfähige „Wesys OCR"-Tool, welches speziell dazu dient, das Mindesthaltbarkeitsdatum auf den Etiketten zu lesen. Die hierbei üblichen, unterschiedlichsten Druckverfahren (Laser, Inkjet oder Stempel) stellen einen besonders hohen Anspruch an das Vision-System.

Die Kapazität der Anlage liegt bei 72 000 Flaschen pro Stunde. Mit anderen Worten: Die Prüfung einer Flasche erfolgt innerhalb von nur 50 ms.

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Mit den eigens entwickelten Tools kontrolliert der Expert ETK das Vorhandensein, die Position und Vollständigkeit von Hals-, Rücken- und Bauchetiketten sowie den Sitz, die Randwelligkeit und das Logo des Verschlusses. Handelt es sich um das richtige Etikett? Ist die Schrift fehlerfrei aufgebracht? Wurde das Etikett faltenfrei laminiert? Ist der Verschluss in Ordnung beziehungsweise in seiner richtigen Position? Ist das Embossing - das Glasrelief auf Flaschenschulter oder Hals - korrekt? Punktgenau auf den jeweiligen Flaschentyp festgelegte Parameter geben die Toleranzgrenzen vor.

Bei Überschreitung festgelegter Grenzwerte wird ein automatischer Alarm aktiviert. Darüber hinaus erkennt die Anlage beschädigte Produkte und prüft, ob Datums- Codes vorhanden sind, ob das richtige Etikett für das jeweilige Produkt aufgebracht wurde und die Etiketten frei von Beschädigungen und Fehlern sind. Das intelligente System kann 1D-Strichcodes und 2D-Matrixcodes lesen und inspiziert Verpackungsgrafiken. Selbst der Grad des so genannten Scuffing, sprich die radialen Abnutzungen des Glases, welche beim Flaschentransport im Laufe der Zeit entstehen, lässt sich zuverlässig bewerten. In Sekundenbruchteilen visualisiert das System die QM-Daten.

Flaschen im Drchlaufbetrieb inspizieren

Das aus vier Bildern erzeugte finale Bild berücksichtigt die mathematische Elimierung perspektivischer Verzerrungen. Qualitativ ergibt das ein Bild, als würde man das Etikett von einer Flasche lösen und auf einem flachen Untergrund bewerten.

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Im Prüftunnel selbst sorgen LED-Hochleistungslichtgeber dafür, dass sich die Beleuchtungsumgebung farblich optimal den unterschiedlichen Belichtungsanforderungen für die Etiketten-Erkennung anpasst. Dem hohen Hygiene-Standard in der Getränkeindustrie Rechnung tragend, wurde die Anlage in Edelstahl ausgeführt. Die Umstellung auf unterschiedliche Flaschentypen erfolgt einfach per Knopfdruck oder mittels eines Touchscreen mit Scroll-Maus - beides ebenfalls aus Edelstahl.

Die Systemkonfiguration lässt sich durch das eigens von Weber Systemtechnik entwickelte User-Interface jederzeit durch einfaches Parametrieren detailgenau auf die speziellen Anforderungen unterschiedlicher Flascheneigenschaften anpassen.

Das Besondere an dieser BV-Lösung ist die Tatsache, dass die Produkte, wie zum Beispiel Getränkeflaschen, unausgerichtet und im Durchlaufbetrieb inspizierbar sind. Eine Herausforderung hierbei ist die softwaretechnische Bearbeitung von vier im Winkel von 90° gemachten Aufnahmen - mit den entsprechenden perspektivischen Verzerrungen zu den Rändern hin - zu einer einzigen Aufnahme, die sich dann mit gängigen BV-Analysetools auswerten lässt.

Mit anderen Worten: Um eine verzerrungsfreie Darstellung des finalen Bildes zu erhalten, reicht es keineswegs aus, lediglich vier Einzelbilder aneinander zu reihen.

Vielmehr geht es um die Umsetzung aus einer dreidimensionalen in die zweidimensionale Ebene. Bei den bisher gängigen Verfahren müssen hierzu entweder die Produkte ausgerichtet oder aber vor der Kamera um 360° gedreht werden. Beide Verfahren sind entweder mechanisch sehr aufwendig und/oder zeitintensiv und somit auch entsprechend teuer.

Autor: Ralf Baumann ist freier Fachjournalist in Karlsruhe.