Smart Sensors für Industrie 4.0

Sick hat die Qualität bei Verpackungsmaschinen im Blick

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Schon heute unterstützen Smart Sensors dynamische, echtzeitoptimierte und sich selbst organisierende Industrieprozesse. Die industrielle Zukunft wird aber durch noch viel stärker vernetzte Produktions- und Steuerungsprozesse in komplexen Maschinenumgebungen bestimmt sein. Voraussetzung für hohe Qualitätsstandards ist immer eine leistungsfähige Sensorkommunikation, die auf hochwertigen Daten basiert. Sick setzt auf Enhanced Sensing, d.h. nur eine wirklich robuste Objektdetektion und Messwertaufnahmen mit smarten Sensoren garantieren zuverlässige Ergebnisse. Das hat unmittelbare Auswirkungen auf die Anlagenverfügbarkeit; auch in der Verpackungstechnik.

Matthias Mezger, Head of Industry Cluster Consumer Goods, Sick AG, Waldkirch

Qualität ist kein Zufall, sie ist immer das Ergebnis angestrengten Denkens“, so John Ruskin, englischer Kunstkritiker und Sozialökonom des 19. Jahrhunderts. Er war ein leidenschaftlicher Vordenker und Förderer von Qualität. Denken freilich setzt Intelligenz voraus und umso besser, wenn die Technik des 21. Jahrhunderts immer intelligenter wird. Denn in den hochkomplexen Umgebungen der Industrie muss sich der Mensch mehr und mehr auf künstliche Intelligenz verlassen, um seine steigenden Qualitätsansprüche verwirklichen zu können. Qualität ist der Gradmesser für die Erfüllung aller Anforderungen an Produkte, Waren und Dienstleistung, aber auch weiter gefasst für Verfahren und Prozesse. Diese Anforderungen sind gerade in der Verpackungsindustrie besonders hoch. Die Qualität der Verpackung repräsentiert die Qualität des Inhalts und ist ein Schlüssel zum Verkauf am Point of Sale. Es geht um nicht weniger als perfekte Primär-, Sekundär- und Endverpackungen, aber auch um die anspruchsvollen Vorgaben im industriellen Workflow. Die Verpackungsindustrie braucht intelligente Systeme und Geräte, um die geforderte Güte sicherzustellen.
Sick nimmt diese Herausforderung an und bietet der Branche ein breites Spektrum an intelligenten Sensoren und Sensorsystemen, die auf komplexe, häufig wechselnde Aufgaben zugeschnitten sind und zugleich die stetig steigenden Anforderungen an Markenschutz, Sicherheit und Dokumentierbarkeit erfüllen.
In allen Branchen der Verpackungsindustrie, ob Pharma, Kosmetik, Nahrungs- und Genussmittel, Haushaltswaren oder Hygiene zählen verlässliche Qualität und Güte zu den Unternehmenszielen. Die durchweg hohen Durchlaufgeschwindigkeiten und Taktzeiten der Anlagen und Verpackungsmaschinen ermöglichen grundsätzlich eine hohe Produktivität, die allerdings nur dann erreicht wird, wenn eine lückenlose Qualitätskontrolle sichergestellt werden kann. Daher müssen Ausfallzeiten so weit wie möglich minimiert und Prozessdaten für vielfältigste Automatisierungsaufgaben auch im Hinblick auf die anstehenden hohen Erwartungen im Rahmen von Industrie 4.0 erfassbar gemacht werden.
Sick bietet intelligente Sensorlösungen, von kompakten, einfach zu integrierenden Geräten über konfigurierbare Stand-alone-Lösungen bis hin zu programmierbaren Hochgeschwindigkeitskameras. Aber auch neue Lösungen, bestehend aus eigenen Bausteinen sowie aus integrierbaren Funktionen von Bildverarbeitungsbibliotheken bieten der Verpackungsindustrie intelligente Unterstützung in den Bereichen Qualitätskontrolle, Nachverfolgbarkeit, Objektdatenerfassung und vorausschauende Wartung.
Herausfordernde Primärverpackungen
In der Verpackungsautomation gilt es, eine schier unüberschaubare Fülle von Verpackungsaufgaben mit Hilfe smarter Sensorik zu erfüllen. Am Beginn der Prozesskette steht die Primärverpackung. In der Consumer-Goods-Industrie ist sie Träger von Markenkonzepten. Entscheidend für deren erfolgreiche Umsetzung in Produktideen sind Anlagen, die vollständige, stabile, hygienische und markengerechte Primärverpackungen sicherstellen. Hohe Anlagengeschwindigkeiten stellen hohe Ansprüche an die Zuverlässigkeit und Robustheit der Sensorik. Lichtschranken im Behältereinlauf und -auslauf erkennen speziell transparente Objekte, wie Glas- oder PET-Flaschen und kontrollieren zuverlässig Anwesenheit, Position, Geschwindigkeit und Kontur. Beim Verschließen der Behälter kommen energetische Reflexions-Lichttaster zum Einsatz, die in Vibrationsförderern den Füllstand regulieren und Reflexions-Lichtschranken überwachen anschließend die Verschlusszuführung. Auskunft über Füllstand, Druck, Durchfluss oder Temperatur im Vorlagetank geben kapazitive Näherungssensoren oder Sensoren mit Mikrowellentechnik (LFP Inox).
Ob der letzte Schritt im Handling der Primärverpackung, also das Verschließen der Behälter, erfolgreich ausgeführt wurde, ermittelt der konfigurierbare Stand-alone-Sensor TriSpector1000. Damit hat der Hersteller eine kostengünstige 3D-Inspektion auf den Markt gebracht, die sich ideal für die Qualitätskontrolle in der Konsumgüterindustrie eignet. Geprüft wird, ob beispielsweise die Deckel auf Marmeladengläser fest sitzen und die Gläser luftdicht verschlossen sind. Fehlerhafte Ware wird ausgeschleust und die Qualität stimmt. Handelt es sich bei der Primärverpackung um Verbundkartonagen, wie in den Abfüllanlagen für Molkereiprodukte, kommen vor allem Kameralösungen zum Einsatz: 2-D- und 3-D-Kameras überprüfen die korrekt ausgestanzten Ausgießöffnungen im Kartonzuschnitt oder verifizieren die aufgebrachte Abdecklasche über der Ausgießöffnung auf korrekte Position. Encoder ermitteln die Geschwindigkeit.
Perfekte Sekundärverpackung
Die hohen Qualitätsanforderungen an die Primärverpackung bestehen in gleichem Maße für die Sekundärverpackung. Handel und Verbraucher sind anspruchsvoll und erwarten bei der Konfektionierung der Artikel und der Kommissionierung in Schachteln, Kästen, Gebinden und Displays vor allem – Perfektion. Das Qualitätskontrollsystem Inline Code Matcher stellt durch Lesen eines Codes auf der Verpackung sicher, dass die richtige Verpackung für das richtige Produkt verwendet wird. Als einfach zu integrierende Stand-alone-Lösung von modular vernetzten Lector-62x-Codelesern eignet sich das System besonders zur Nachrüstung bestehender Anlagen.
Eine besondere Herausforderung stellt jedoch der Trend in der Verpackungsindustrie zu immer aufwendigeren und ausgefalleneren Etiketten dar. Mit dem innovativen Pattern-Sensor PS30 sind sie aber problemlos und flexibel zu handhaben. Eingelernte, markante Muster eines Bildes dienen als Referenz für das anschließende stabile Erkennen und Positionieren von Objekten, unabhängig von speziellen Referenzmarken. Mehr Designfreiheit, weniger Materialverbrauch und eine effektive Prozesskontrolle sind die Vorteile.
Codierdrucker bringen Data-Matrix-Codes auf die Sekundärverpackungen auf – deren lückenlose Überprüfung ist in vielen Branchen entscheidend für den Qualitätsprozess. Soll im ersten Schritt geprüft werden, ob der Druckvorgang erfolgreich und die Druckqualität ausreichend ist, kommt der Print Detector der KTX/KTS-Reihe zum Einsatz. In der Pharmaindustrie gilt die Null-Fehler-Toleranz, hier werden besondere Anforderungen an Bestückungssicherheit und Dokumentierfähigkeit gestellt. Darüber hinaus ist der Schutz vor Markenpiraterie ein großes Thema. Der kamerabasierte Codeleser Lector62x ist ein intelligenter Sensor zur automatischen, stationären Decodierung von Codes auf bewegten oder unbewegten Objekten und stellt für die Pharmabranche eine ideale Lösung dar. ge


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