Schonendes Produkthandling dank 3D-Vision-Kamera Mozzarella − der weiche Wirtschaftsfaktor - wirautomatisierer

Schonendes Produkthandling dank 3D-Vision-Kamera

Mozzarella − der weiche Wirtschaftsfaktor

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Der Mozzarella-Trend beschert der Molkereiwirtschaft weiterhin zweistellige Zuwachsraten. Mehr als 70 000 Tonnen des beliebten Frischkäses werden derzeit jährlich gekäst, verpackt, verkauft und verzehrt. Doch Mozzarella ist sensibel und verdirbt schnell. Deshalb ist ein schonendes Handling sogar bei schon primärverpackter Ware gefordert. Eine 3D-Vision-Kamera von Sick sorgt für die sichere Logistik.

Andreas Zimmermann, Key Account Manager Commercial Goods, und Michael Salzwedel, Solutions Engineering Machine Vision, bei der Sick Vertriebs-GmbH in Düsseldorf

Bisher wurden die Schlauchbeutel mit Mozzarella-Kugeln in Salzlake von Hand oder als Schüttgut in die Umverpackung, z.B. Kartons, befördert. Diese Methode bietet sich jedoch bei den aktuellen Stückzahlen nicht mehr an. Die Schüttgutvariante hat den Nachteil, dass der Stauraum in den Kartons nicht optimal genutzt wird und sich die Beutel mit ihren scharfen Verschlusskanten ggf. gegenseitig beschädigen. Die Beutel fallen bei Schüttgut teilweise relativ tief und können undicht werden. Den Trend, mehr Mozzarella-Beutel schneller und gleichzeitig produktschonend zu verpacken, hat A+F Automation + Fördertechnik in Kirchlengern erkannt und mit Vision-Technik von Sick eine zeitgemäße Lösung erarbeitet.
A+F ist seit mehr als 40 Jahren ein führender Anbieter von Endverpackungsmaschinen und -anlagen. Das Unternehmen entwickelt und vertreibt integrierte Lösungen in der Sekundär- und Tertiärverpackung – bis hin zu kompletten Verpackungslinien für die Milch-, Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie für die Bereiche Kosmetik, Pharma und sonstige Industrien.
Einpackzelle mit Pickroboter
Wenn nicht von Hand oder als Schüttgut abgefüllt wird, bietet sich die Greiferzuführung an. Damit der glänzende, unregelmäßig geformte Mozzarellabeutel jedoch präzise und zuverlässig gegriffen werden kann, setzte A+F auf ein erprobtes Maschinenkonzept und adaptierte es auf die Mozzarella-Beutel.
FlexoPac ist ein modularer Baukasten für verschiedene Verpackungsanwendungen für den mittleren Leistungsbereich. Die Maschine gruppiert Portionsbecher, Tiefziehschalen, Beutel oder Blister mithilfe eines vierachsigen Delta-3-Roboters in Kartons. Auch für bereits sekundär verpackte Produkte ist der Packer eine ideale Lösung: So können neben Trays und Wrap-around-Kartons auch Schachteln mit Deckel und zweiteilige Trays verpackt werden. Je nach Kartonzuführung erreicht der Packer eine Leistung von bis zu 40 Kartons (einbahnig), bzw. bis zu 70 Kartons (zweibahnig) pro Minute.
Die Adaption für Schlauchbeutel
Zunächst prüften die Konstrukteure gemeinsam mit einem Systemintegrator, ob die Adaption mit 2D-Kameras realisierbar ist. Resultat war: Die Beutel sind mit einer 2D-Kamera schwer oder gar nicht, aber auf keinen Fall zuverlässig erkennbar. Das glänzende Material und die unregelmäßige Form − die Mozzarella-Kugel liegt nicht immer in der Mitte des Beutels − sind für 2D-Kameras zu komplex. Im nächsten Schritt testeten die Konstrukteure die Smart-Kamera IVC-3D von Sick für Prüfungen und Messungen in drei Dimensionen. „Der Vorteil dieser Kamera ist, egal, welches Produkt Sie ihr vorlegen, Sie bekommen gleich ein Ergebnis. Sie müssen ihr nicht beibringen, das überhaupt zu sehen. Wenn man mit klassischer 2D-Kamera den Beutel finden will, muss man sich überlegen, auf welches Feature achte ich, was soll erkannt werden? Wie definiere ich das? Ist das immer gleich? Ggf. braucht man fünf verschiedene Programme für das gleiche Produkt, nur weil sich das Dekor unterscheidet“, beschreibt Dipl.-Ing. Joachim Bergmeyer, Leiter Forschung und Entwicklung A+F GmbH, die Erfahrungen.
Schnell zum Resultat
Die IVC-3D Kamera detektiert das, was sich vom Band erhebt, im Mozzarella-Beispiel zwischen 4 und 44 mm. Sie filtert die Kontur aus bzw. den Plop für den Greifer (von der Kontur den Schwerpunkt und die große Hauptachse).
Die Kamera sendet Datensätze mittels eines einfachen störsicheren Protokolls. Sie liefert Schwerpunkt und Richtung des Produkts an die Steuerung. Die Steuerung rechnet das weiter und sagt dem Picker: Das liegt dort, so gedreht. Der Picker holt es im aktuellen Winkel ab und legt es im gewünschten Winkel und dem gewünschten Muster in den Karton.
Der Packer ist ausgelegt für 150 Beutel pro Minute auf zwei Bahnen im Gleichlauf. Verpackt wird in drei unterschiedliche Kartons nach fünf Packschemata. Die Mozzarella-Beutel mit 125 g, 250 g oder 400 g Inhalte können chaotisch zugeführt und flexibel verpackt werden. Durch die robuste Detektion mit der 3D-Kamera ist die automatisierte Verarbeitung mit einer besseren Ordnung möglich − ein Novum bei Schlauchbeuteln.
Präzise Informationen für den Greifer
„Wir sehen, dass der rechteckige Greiferarm immer mittig auf das Produkt fährt. Das klappt sehr zuverlässig“, erläutert Dipl.- Ing. Sascha Barkei, Software Engineering A+F GmbH. „Auch die Höhe wird übermittelt. Wir fahren nicht zu tief oder zu hoch. Beim Mozarella kann die Kugel irgendwo im Beutel liegen. Der Greifer bekommt die Höheninformation und fährt entsprechend höher. Fällt ein doppelt so dicker Beutel dazwischen, stampft der Greifer ihn nicht auf das kleinere Maß zusammen, sondern fährt höher.“
Ein wichtiger Faktor für die Adaption der FlexoPac war, sich das Know-how ins Haus zu holen. Die robusten und zuverlässigen Messdaten der 3D-Kamera bei einfacher Konfiguration und Integration in das Maschinen- bzw. Fabriknetzwerk relativieren aus Sicht von A+F schnell den Kamerapreis.
3D-Bildverarbeitung in infachster Art
Die Smart-Kamera IVC-3D wird zur Inspektion, Lokalisierung und Messung von Objekten eingesetzt, um den Durchsatz zu erhöhen, die Produktion zu kontrollieren und die Qualität zu sichern. Applikationen, die früher auf komplizierte Kamera- und Beleuchtungstechnik angewiesen waren, können nun ganz einfach mit dieser weltweit ersten 3D-Smart-Kamera gelöst werden. Die vorkalibrierte IVC-3D vereint Bildaufnahme, Beleuchtung und Analyse in einem einzigen Gerät.
Dank Lasertriangulation kann die IVC-3D drei Dimensionen erfassen. Die Erkennung von Oberflächenschäden erfolgt während der Bildaufnahme mit Tools, die unabhängig von Kontrast und Farbe, Höhen-, Volumen- und Konturmessungen vornehmen. Dadurch können ehemals schwierige Messaufgaben ganz einfach und schnell gelöst werden. Die 3D-Vision-Kamera kann einfach über eine Bedienschnittstelle am PC konfiguriert werden und verfügt über serielle Schnittstellen und Ethernet. Ein PC wird nach der Konfiguration der Kamera nicht mehr benötigt.
Integration von Robotern
Nimmt ein Roboter Gegenstände auf, ist die reale Form wichtiger als ein 2D-Abbild. Mit der IVC-3D erhält man gleichzeitig Angaben zu Form und Abstand. Das Koordinatensystem der IVC-3D kann einfach auf das des Roboters abgestimmt werden, indem man das interaktive Werkzeug in IVC-Studio benutzt. Anschließend liefert die IVC-3D brauchbare Ergebnisse in den Koordinaten des Roboters.
Durch eine genaue Positionserfassung werden die einzelnen Waren präzise und zuverlässig gegriffen. Dies vermeidet Qualitätseinbußen und Maschinenstillstände. Das Sensor-System erfasst ein breites Förderband, sodass Käse, Fleisch und Brot auf Anwesenheit geprüft und deren Position erfasst wird. Die ermittelten Daten werden in Echtzeit von der Smart-Kamera an den Delta-Roboter übertragen, der dann die Zutaten korrekt anfährt.
Überprüfung von Volumen, Form und Dimension
Reduzierter Ausschuss hat zentrale Bedeutung bei der Nahrungsmittelherstellung. Dazu sind Dimensionen − also Höhe, Länge und Breite − von Brot, Käse, usw. zu messen. Dies verhindert Kollisionen beim Verpacken. 3D-Messungen liefern unabhängig von Kontrast und Farbe Werte von Höhe, Form und Volumen der Objekte. Die umfassenden Funktionen der Smart-Kamera IVC-3D ermöglichen es den Herstellern, ihre Flexibilität und Qualität bei gleichzeitiger Reduktion des Ausschusses zu verbessern. Leistungsfähige Werkzeuge für Bildauswertung und Kommunikation der Software IVC Studio erleichtern die Automation.
Überlappende Bilder
Wird ein kontinuierlicher Fluss von Produkten geprüft, besteht das Risiko, dass ein Produkt nur teilweise in einem Bild erfasst wird und der Rest erst im nächsten Bild. Die IVC-3D verwendet deshalb die Methode der überlappenden Bilder, um sicherzustellen, dass jedes Teil in wenigstens einem Bild vollständig erfasst wird und kein Teil der Analyse entgeht.
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