Mit Vision Sensor CS-60 und der flexiblen Software nVision-i Zählaufgabe clever gelöst
Große, kleine, bunte, weiße und transparente Kunststoffkappen am laufenden Band zu zählen, klingt einfacher als es ist. Denn wie so oft stecken die Tücken im Detail. Geniale Lösungen sind dabei solche, die gestellte Anforderungen ohne überbordende Hard- und Software effizient umsetzen. Mit dem neuen Vision Sensor CS-60 und der flexiblen Software nVision-i demonstrieren der Sensorik-Spezialist di-soric gemeinsam mit dem Kunststoffteilehersteller KM Packaging, wie Zählen einfach, zuverlässig und am Ende kostengünstig geht.
Verschlusskappen erreichen in Reihe das Bandende, werden vom di-soric Vision Sensor CS-60 erfasst, gezählt und fallen anschließend in den Karton
Ein für die Kunststoffverarbeitung typischer Kunststoff-Geruch liegt in der Luft: Der Roboter entnimmt fertige Verschlusskappen aus der Spritzgussmaschine und setzt sie auf ein Förderband. Je nach Typ und aktuellem Spritzgusswerkzeug in Dreier-, Vierer-, Fünfer- oder Sechserreihen. Deckel und Verschlüsse in unterschiedlichen Größen und Formen sowie in allen nur erdenklichen Farben, den jeweiligen Kundenwünschen entsprechend. Am Ende des Bandes fallen sie in bereitgestellte Kartons, die im Anschluss für den Transport vorbereitet werden. Doch vorher werden sie noch gezählt – die Kunden verlassen sich darauf, dass die im Lieferschein verzeichnete Menge tatsächlich im Karton ist.
Das Zählen der bewegten Plastikteile scheint auf den ersten Blick simpel, hat es bei näherem Hinsehen jedoch in sich: Die Vielzahl an Formen, Farben und die in Reihe mit unterschiedlichen Abständen liegenden Verschlüsse stellen besondere Herausforderungen an automatisierte Systeme. Grenzwertige Lichtverhältnisse und Reflexionen erschweren die Objekterfassung, transparente Teile bleiben mitunter unsichtbar.
„Bislang haben wir die Verschlüsse mittels Lichtschranken gezählt. Leider mit dem Nachteil, dass wir diese bei einem Chargenwechsel jedes Mal aufwändig neu einstellen und ausrichten mussten. Bei unserer Produktbandbreite und den aktuellen Anforderungen an eine flexible Produktion nahm der dafür erforderliche Zeitaufwand stetig zu“, erinnert sich Eugen Knaus, bei KM Packaging verantwortlich für den Bereich Elektrokonstruktion.
Um künftig Zeit und Kosten zu sparen und unmittelbar auf aktuelle Kundenwünsche reagieren zu können, war eine innovative, leistungsfähigere Alternative gefragt. Grundsätzlich sind mehrere Automatisierungslösungen denkbar – doch welche Applikation kann das besonders einfach, schnell, zuverlässig und im wirtschaftlichen Sinne effizient? Welche Lösung erfordert keinen oder nur minimalen Umrüstaufwand bei Produktwechseln? Welche Anforderungen werden an die Hard- und Software gestellt?
Kunden kennen KM Packaging GmbH zumeist noch als Kutterer Mauer AG. Seit der Übernahme durch die Capiton AG Berlin im Jahr 2021 firmiert der Kunststoffteilehersteller unter neuem Namen. KM Packaging beliefert weltweit Unternehmen der Kosmetik-, Pharma- und Lebensmittelbranche. Der Fokus liegt auf der Entwicklung und Produktion qualitativ hochwertiger, teils innovativer Verschlusslösungen für Tuben, Flaschen, Tiegel etc. Weithin bekannte und markante Klapp- und Drehverschlüsse wie der von Uhu´s Flinker Flasche oder jener von Thomy Senf stammen aus dem Hause KM Packaging mit Hauptsitz in Ubstadt-Weiher bei Bruchsal.
Zu den Besonderheiten des Unternehmens zählen u. a. der eigene Werkzeugbau sowie eine Automatisierungsabteilung, welche Lösungen in den Bereichen Montage, Verpackung und Prüfung entwickelt und umsetzt. Beide Bereiche sind in einem Technical Center zusammengefasst und arbeiten eng zusammen. Dort startete man im Februar des Jahres 2021 mit der Entwicklung einer neuen Lösung zum automatisierten Erfassen und Zählen der Verschlusskappen. Die Anforderungen waren klar formuliert: So sollen sämtliche Produktvarianten über eine flexible, integrierte Hard- und Softwareapplikation einfach erfasst und gezählt werden können. Der Aufwand bei einem Jobwechsel soll hardwareseitig gleich Null, bei der Software-Adaption minimal sein. Darüber hinaus muss die neue Applikation schnell, zuverlässig, wartungsarm und am Ende wirtschaftlich sein.
Vieles sprach für eine kamerabasierte Lösung, jedoch welcher Art, welche Technologie? An dieser Stelle war externe Expertise gefragt: Bereits seit langem vertraut KM Packaging auf Produkte und Lösungen aus dem Hause di-soric. Es lag nahe, die gestellten Anforderungen und erste Ideen mit dem Hersteller innovativer Sensoren und leistungsfähiger Bildverarbeitungskomponenten aus dem schwäbischen Urbach zu klären.
„Wir kennen die Prozesse bei KM Packaging seit vielen Jahren sehr gut. Uns war klar, dass es für die geschilderte Aufgabe keine Lösung von der Stange geben würde“, sagt Thomas Friedel von di-soric. „Gemeinsam mit den Kollegen von KM Packaging haben wir die Aufgabenstellung detailliert, erste Versuchsvarianten im Prüflabor getestet, optimiert und schließlich eine in der Praxis überzeugende Lösung geschaffen.“
Kern der neuen Zählapplikation ist der Vision Sensor CS-60 von di-soric: Anwendern bietet der Sensor maximale Flexibilität für anspruchsvolle Inspektionsaufgaben mit einer Auflösung bis zu 1.6 Megapixel. Mit bei Bedarf wechselbaren M12-Optiken und einer integrierten, softwareseitig umschaltbaren Hochleistungsbeleuchtung garantiert er qualitativ hochwertige Bildergebnisse und eignet sich für ein breites Einsatzfeld.
Fraglos ist der Vision Sensor CS-60 allein noch nicht die Lösung. Zunächst war u. a. zu klären, wo und wie der Sensor idealerweise anzubringen ist, um die ihm zugedachte Aufgabe bestmöglich zu erfüllen. „Die besondere Herausforderung war, dass wir sämtliche Typen mit einer Kameraeinstellung und mit nur einem Parametersatz erfassen wollten“, betont Eugen Knaus. „Dazu musste eine Position resp. ein Erfassungsmodus gefunden werden, bei dem sich die Objekte eindeutig präsentieren und Farbe, Größe und Form keine Rolle spielen.“
Bild 1: Die Teile im Blick: der Vision Sensor CS-60 (rechts, Mitte) fokussiert mit einem Winkel von 45 Grad die am Bandende ankommenden Objekte.
Bild 2: Die Reflexionslichtschranke löst die Hochleistungsbeleuchtung des Vision Sensor CS-60 aus: Das Licht trifft auf die Verschlusskappen sowie auf die im 45 Grad Winkel darüber angebrachte Reflexfolie.
Im Zuge der Aufgabenkonkretisierung war die optimale Kameraposition zum Zählen der Teile rasch gefunden: Der Vision Sensor CS-60 wurde mit einem Abstand von 700 Millimeter (bei einer Gurtbreite von 500 mm) gegenüber und parallel zum Bandabwurf installiert (vgl. Bild 1). Mit einem Winkel von 45 Grad hat der Sensor die am Bandende ankommenden Objekte komplett im Visier. Von einer Reflexionslichtschranke (vgl. Bild 2) ausgelöst, sendet die Hochleistungsbeleuchtung exakt dann einen Lichtblitz aus, wenn sich die Kunststoffteile kurz vor ihrem Fall in Reihe präsentieren. Das Licht trifft dabei auf die Objekte sowie auf die dahinter installierte Reflexionsfolie. Das von der Reflexionsfolie zurückgeworfene Licht spart die Objekte aus: Das vom Sensor eingefangenen Bild zeigt die Silhouette der einzelnen Bauteile in schwarz, völlig unabhängig von ihrer tatsächlichen Farbe (siehe Bild 3). An dieser Stelle kommt die von di-soric entwickelte nVision-i Software ins Spiel: Sie steht für einfache Adaption an die jeweilige Aufgabe, schnelle Inbetriebnahme und garantiert eine hohe Leistungsfähigkeit des Vision Sensor CS-60.
Bild 3: Das vom Vision Sensor CS-60 erstellte Bild mit Flächenzähltool (grün): Die Anzahl der Objekte ist eindeutig erkenn- und zählbar, gleichgültig, welche Farbe die Objekte haben.
Im vorliegenden Fall erfasst ein vorab auf der Bedienebene angelegtes, rechteckiges Flächenzähltool die Teile-Silhouette und ermittelt fehlerfrei deren Anzahl. Das Zählen mit einem Parametersatz funktioniert für sämtliche Teilevarianten und erfordert keine umständliche Rezeptauswahl. Der Anwender muss nur einmalig (bei Montage und Einrichten des Vision-Systems) den Rahmenumfang an die Größe der zu erwartenden Verschlusskappen anpassen. Darüber hinaus können Nutzer nach entsprechender Lizenzierung dem jeweiligen Bedarf entsprechend Upgrades per download vornehmen: So können beispielsweise die Module „Messen“, „1D- und 2D-Codes lesen“ getrennt oder zusammen als Softwareerweiterung zum Standard-Modul (Lokalisieren, Erkennen, Zählen) mit einfachem Lizenzmodell erworben werden.
„Die intelligente Verknüpfung des Vision Sensor CS-60 mit dem flexiblen, besonders einfach handhabbaren Flächentool macht den Charme dieser effizienten Zählapplikation aus. Ein echtes Plus ist die integrierte Profinet-Schnittstelle zur Datenübertragung“, fasst Eugen Knaus zusammen. „Darüber hinaus lief die Kooperation mit den Kollegen von di-soric stets vorbildlich und reibungslos.“ Seit März 2021 laufen bei KM Packaging sechs installierte Zählapplikationen fehler- und ausfallsfrei.
