Industrielle Bildverarbeitung in Schubert Verpackungsmaschinen

Pick and Place Vision System
für höchste Produktqualität

In der Verpackungsmaschine des Herstellers Guschlbauer überwacht das Pick and Place Vision System die Qualität der Gebäckstücke.

Verpackungsmaschinen mit modularem Bildverarbeitungssystem

Pick and Place Vision System sichert gleichbleibend hohe Qualität

Automatisierung ist ohne industrielle Bildverarbeitung nicht denkbar. Auch in automatisierten Verpackungsprozessen spielen Bildverarbeitungssysteme eine große Rolle. Das ist nicht trivial, denn ein wesentliches Merkmal von Prozessen wie beispielsweise Pick and Place oder bei Schlauchbeutelmaschinen ist der ständig fortlaufende Produktfluss. Kameras arbeiten allerdings mit einzelnen Bildern, die den Produktfluss nicht vollständig darstellen können. Deshalb hat Schubert eine eigenes Pick and Place Vision System entwickelt, das auf die Anforderungen in Verpackungsmaschinen zugeschnitten ist und den Einsatz von Robotik unterstützt.

Vision-System zur Qualitätskontrolle

Mit dem Pick and Place Vision System profitieren Schubert-Kunden in erster Linie von einer automatisierten und hoch effizienten Qualitätskontrolle: Nur Produkte, die den programmierten Spezifikationen des Kunden entsprechen, werden vom Vision-System erkannt und anschließend von den Pick-and-Place-Robotern der Verpackungsmaschine aufgenommen. Egal ob Schlauchbeutelmaschine, Kartonpacker oder einfach Pick and Place – am Ende des Verpackungsprozesses stehen für den Hersteller weniger Ausschuss, weniger Reklamationen, weniger Kosten und die Garantie auf gleichbleibend hohe Produktqualität.

Modular aufgebaute Bildsysteme für jede Anwendung

Elementarer Bestandteil des Pick and Place Vision Systems von Schubert sind Zeilensensoren. Sie sind in den Auflicht-Scannern und 3D-Scannern integriert und ermöglichen es, einen stetigen Produktfluss zu beobachten. Wie alle Systemkomponenten in den Verpackungsmaschinen von Schubert ist auch das Vision-System modular konstruiert: Die 200 Millimeter breiten Module können in einem Scanner bis zu einer Arbeitsbreite und damit einer Produktbandbreite von 1800 Millimetern kombiniert werden. Um die industrielle Bildverarbeitung zu vervollständigen, umfasst das Vision-System auch integrierte Beleuchtung, Software und weitere Anwendungen. Dazu gehört unter anderem der „Griff in die Kiste“, bei dem die Produkte von einem Roboter im Pick and Place aus der Unordnung aufgenommen werden.

Die Zukunft: Neuronale Netze

Es gibt allerdings Produkte, die mit herkömmlicher Bildverarbeitung nicht zu kontrollieren sind. Denn klassische Pick and Place Vision Systeme basieren darauf, dass sich die Produkte mit wenigen Parametern eindeutig identifizieren lassen. Bei so genannten „lebenden“ Produkten, die hohe Produktionstoleranzen aufweisen, sind die Abweichungen so stark, dass sie mathematisch nur schwer oder gar nicht zu beschreiben sind. Die Software müsste zu viele Parameter überprüfen, die zudem miteinander korrelieren und voneinander abhängig sind. Deshalb wird Schubert für sein Vision-System in Zukunft verstärkt auf neuronale Netze und künstliche Intelligenz (KI) setzen. Damit lernt das Bildverarbeitungssystem sich selbst ein und sortiert in einem längeren Lernprozess die Produkte selbstständig in Klassen. Das heißt, dass die Parameter vom System ausgewählt werden und nicht mehr vom Programmierer. Für Kunden bedeutet das ein Schritt in die Selbstständigkeit: Unter bestimmten Voraussetzungen könnten sie mit neuronalen Netzen ihre Verpackungsmaschine in Zukunft allein auf ein neues Produkt einlernen.

Modulare Scanner-Technologie

Bildverarbeitung mit Vision-System in 2D und 3D

Über die gesamte Breite des Produktbands kontrolliert ein Pick and Place Vision System die Tiefkühlravioli von Surgital.

Auflicht-Scanner 2D für Farb- und Oberflächenkontrolle

  • Telezentrie: Senkrechte Aufsicht auf das Produkt ohne Bildverzerrung
  • Exakte Formkontrolle
  • Exakte Maßkontrolle
  • Exakte Farbkontrolle
  • Modulare Scanner-Größe
In der Verpackungsmaschine von Bahlsen überprüft das Pick and Place Vision System mit 3D-Scannern die Produktqualität und steuert insgesamt 24 Pick-and-Place-Roboter.

3D-Scanner für zusätzliche Höhenkontrolle

  • Stereoskopie mit je zwei benachbarten Sensoren: Berechnung der einzelnen 3D-Bildsegmente aus jeweils zwei Bildern mit verschiedener Perspektive
  • Lichtmusterprojektion auf Produktband: Berechnung des 3D-Bilds aus Verformungen des einzigartigen Schubert-Lichtmusters
  • Exakte Höhenkontrolle
  • Exakte Formkontrolle
  • Exakte Maßkontrolle
  • Exakte Farbkontrolle
  • Modulare Scanner-Größe

Qualitätskontrolle in der Praxis

Pick and Place mit dem Vision-System

Farbenkontrolle

In der Verpackungsmaschine des Herstellers Pixie Ice Cream sorgt ein Pick and Place Vision System mit Auflicht-Scanner für die korrekte Zusammenstellung der Produkte. Die Roboter verpacken die farbigen Speiseeis-Sorten automatisch als Sortimente in die Schachteln.

Formencheck

Die Traditionskonditorei Guschlbauer produziert eine große Vielfalt an feinen Gebäckstücken, von Punschwürfeln über Kokoskuppeln bis zu Schnitten und Stangerln. Vor dem Verpacken in Trays mit Pick and Place wird jedes Produkt von einem Auflicht-Scanner auf seine einwandfreie Form überprüft. Im Anschluss laufen die Trays in zwei Schlauchbeutelmaschinen.

Höhenüberprüfung

Bei dem Süßwarenhersteller Bahlsen gleicht das Vision-System mit Hilfe eines 3D-Scanners die vorgegebene Produkthöhe bei den Doppelkeksen mit Cremefüllung ab. So werden in der Verpackungsmaschine nur die vollständigen Produkte per Pick and Place verarbeitet und die Trays dann in einer Schlauchbeutelmaschine verpackt.

Pick and Place Vision System, modular konzipiert

Ein modular erweiterbarer 3D-Scanner des Vision-Systems von Schubert im unverbauten Zustand.

Scanner-Module und Software-Bibliothek für mehr Flexibilität

Um das Bildverarbeitungssystem an jedes Produktband anpassen zu können, bestehen die Scanner aus kombinierbaren Modulen. Bis zu 1800 Millimeter breite Bänder können damit überwacht werden. Auch die Programme der Software sind modular aufgebaut: In einer digitalen Bibliothek liegen verschiedene Programmmodule für unterschiedliche Produktkategorien. Diese werden für jeden Kunden spezifiziert.

Formatwechsel durch automatische Einstellung der Parameter

In der einsatzbereiten Software des Vision-Systems werden die Formate der Verpackungsmaschine und ihre zugehörigen Parameter gespeichert. Dafür muss anhand der Kundenspezifikationen jedem Produkt bestimmte Parameter wie Höhe, Farbe oder Form zugeordnet werden. Bei einem Formatwechsel lädt die Software das neue Format und stellt die Parameter zur Bilderkennung automatisch um.

Für Pickerlinien und Schlauchbeutelmaschinen

Vision-System mit Pick and Place

Beim Verpacken mit Pick and Place steht nicht nur die Qualitätskontrolle im Vordergrund. Auch die Lage der Produkte auf dem Produktband ist eine wichtige Information, die das Vision-System erkennt. Diese Information wird an die Pick-and-Place-Roboter weitergegeben. Nur so sind die Roboter in der Lage, die Produkte exakt anzusteuern und zu greifen. In den nachfolgenden Verpackungsprozess gelangen nur einwandfreie Produkte.

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Für Pharma und weitere Anwendungen

Vision-System bei Etiketten und Codes

Insbesondere beim Verpacken von Pharma-Produkten ist die Überprüfung der aufgeklebten oder aufgedruckten Etiketten sehr wichtig. Hier kommen Kameras zum Einsatz, die (meistens) mit einer Beleuchtung per Blitz und einem stehenden Bild während des Verpackungsprozesses jedes Etikett verifizieren. Auch bei Flaschenpackern werden die Etiketten überprüft. Eine weitere Anwendung ist die identische Ausrichtung von Produkten in einer Umverpackung.

Für Pick and Place aus der Unordnung

Vision-System beim Griff in Kiste

Greift ein Pick-and-Place-Roboter Produkte aus der Unordnung, verändert sich bei jedem Griff auch die Lage der anderen Produkte. Bei Schubert realisiert ein 3D-Kamerasystem den vollautomatischen Griff in die Kiste für komplexe Produkte in beliebigen Lagen. Vier Kameras und zwei Lichtmusterprojektoren des Bildverarbeitungssystems erkennen Produkte aller Formen und Farben exakt in Position, Höhe und Drehlage. So kann der Roboter die Produkte zielgenau aufnehmen. Nach jedem Griff werden die Objekte erneut dreidimensional erfasst.

Portrait von Dr. Abdelmalek Nasraoui, Experte für das Pick and Place Vision System bei Schubert

Kontakt

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Dr. Abdelmalek Nasraoui
Research and Development Manager / Machine Vision

Telefon: +49 7951 400-848
E-Mail: a.nasraoui@gerhard-schubert.de