3-D-Sensor kontrolliert Kronkorkenverschlüsse in Bierabfüllanlage

Ohne Wölbung zischt es nicht!

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Sie kennen das: Flaschenöffner ansetzen, Kronkorken aufhebeln – es zischt kräftig! Nur wenn die Metallverschlusskappe dicht auf der Flaschenöffnung sitzt, ist die Qualität sowie die Haltbarkeit des Getränks sichergestellt. Der in der Abfülllinie einer Brauerei installierte Eyescan-AT-3D-Sensor achtet darauf, dass alle verschlossenen Kronkorken gewölbt sind, und erkennt genau, welche Flaschen ausgeschleust werden müssen.

Die Messmethode des Eyescan-AT-3D-Sensors von EVT basiert auf Lasertriangulation. Dabei tastet ein Laserstrahl die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts ab. Gleichzeitig nimmt eine seitlich zur Laserlinie angebrachte Kamera ein Höhenprofil auf. Der Sensor schaut dabei von oben auf die Gebinde und untersucht, ob die Kronkorken über eine Wölbung verfügen oder nicht. Denn nur wenn der Metallverschluss korrekt auf die Flasche aufgebracht worden ist und die Flaschenöffnung dicht verschließt, wölbt er sich aufgrund der in dem Getränk enthaltenen Kohlensäure nach außen.

100 Mikrometer entscheiden
An definierten Positionen im Kamerabild wertet die Bildverarbeitungssoftware den Abstand vom Kronkorken zum Sensor aus, um die Deckelwölbung festzustellen. Der Unterschied zwischen dichten und undichten Kronkorken liegt bei 100 µm. Für den präzisen 3-D-Sensor ist dieser geringe Höhenunterschied problemlos im laufenden Prozess zu erkennen. Er erreicht eine Wiederholgenauigkeit von 14 µm.
Durch die hohe Geschwindigkeit der Produktionslinie kommen die Flaschen mit zufälligem Versatz und Neigungswinkel unter den Scanner. Steht eine Flasche schief, kann das System den Höhenunterschied ausgleichen. Ein integrierter Lageausgleich sorgt dafür, dass die durch den 3-D-Scan erzeugte Punktwolke in der Bildverarbeitungssoftware rotiert und verschoben wird, sodass der Kronkorken gerade liegt und somit richtig bewertet werden kann.
Ein Vorteil des Eyescan-AT-3D-Sensors ist der HDR-Modus (High-Dynamic-Range-Modus). Mit ihm kann auch dann eine hohe Scan-Genauigkeit erreicht werden, wenn die Kronkorken kontrastreich bedruckt sind. Sehr helle oder sehr dunkle Flächen stellen eine Herausforderung für einen Scanvorgang dar: Bei Scannern ohne HDR-Funktion wird die Laserlinie zu breit, wenn der Untergrund zu hell ist. In diesem Fall ist kein detaillierter Scan möglich. Im anderen Extremfall, also wenn der Untergrund zu dunkel ist, kann die Kamera die Laserlinie nicht mehr erkennen. Der Scanner verfügt über eine Bildtiefe von 10 Bit. Mithilfe des HDR-Modus wird die Helligkeitsdynamik komprimiert, um diesen Bereich besser auszunutzen. Anwender können von den Vorteilen der HDR-Funktion profitieren, ohne die Geschwindigkeit der Abfüllanlage verringern zu müssen.
Eine weitere nützliche Funktion ist die Objekt-Trigger-Funktion. Sie lässt den 3-D-Scanner nur dann ein Bild aufnehmen, wenn der Kronkorken auch tatsächlich im Bild ist. Auf diese Weise entstehen weniger Bilddaten, wodurch der Bildverarbeitungsrechner entlastet wird. Zudem können sich Anwender mit dieser Funktion eine externe Lichtschranke sparen.
Flexibilität ist Trumpf
Es gibt auch Systeme zur Vermessung von Kronkorken, die ein Laserprofil in der Mitte der Metallverschlusskappe erfassen. Die Schwierigkeit bei dieser Messmethode besteht jedoch darin, dass die Messung exakt mittig durchgeführt werden muss. Dies gelingt jedoch auch bei einem genau eingestellten Triggersystem nicht immer optimal. Erfasst das Messsystem nicht genau die Mitte des Kronkorkens kommt es zu einem Messfehler, da die Wölbung im Deckel nicht an der höchsten Stelle gemessen wird. Bedingt durch den schmalen Messbereich des Systems wird zudem nur eine kleine Punktwolke mit einer geringen Anzahl von Punkten erzeugt. Dadurch ist kein Neigungsausgleich bei schief stehenden Flaschen möglich, was zu weiteren Messfehlern führen kann. Bereits ein Wassertropfen kann eine Fehlmessung verursachen.
Der Unterschied, der den Anwender zur Wahl des Eyescan-AT-3D-Sensors bewegt hat, ist die hohe Flexibilität des Messsystems von EVT: Ein leistungsfähiges Prüfprogramm passt sich vollautomatisch an unterschiedliche Bedingungen an, wie Flaschenhöhen, Flaschenhalsgeometrien, unterschiedliche Geschwindigkeiten und falls nötig auch unterschiedliche Durchmesser. Zudem ist der kalibrierte Laserscanner sehr präzise und erfasst bis zu 20 000 Zeilen bei einer Messung.
Widerstandsfähig und robust
Bedingt durch die regelmäßigen und intensiven Reinigungsprozesse der Bierabfüllanlage war es für den Anwender wichtig, dass der 3-D-Sensor nicht nur robust ist, sondern vor allem auch unempfindlich gegenüber Strahlwasser. Zum Schutz vor dieser rauen Umgebung haben die Entwickler den Eyescan-AT-3D-Sensor in ein wasserdichtes Gehäuse nach Schutzart IP 67 eingebaut. Als Rechner ist darin zudem ein Intel-NUC-Mini-PC enthalten, der passiv gekühlt wird.
Der Sensor verfügt über eine Profilauflösung von bis zu 4096 Punkten/Profil, was einer 4-K-Auflösung bzw. Ultra-HD entspricht. Zudem enthält er integrierte 3-D-Auswertealgorithmen und verfügt über M12-Steckverbinder. Der Rechner kann mit der Produktionslinie über Ethernet, Profinet oder RS232 kommunizieren.
Die Eyevision-Software unterstützt diverse 3-D-Sensoren, wie den Eyescan AT 3D und besitzt Befehle zur Auswertung der Punktwolke sowie Intensitätsbilder. Letztere entsprechen in etwa Graustufenbildern wie sie eine herkömmliche Kamera aufnimmt. Damit kann man Messungen am Graustufenbild durchführen und z. B. Klarschrift vom Aufdruck des Kronkorkens lesen oder kontrollieren, ob der Druck auf dem Kronkorken zentriert ist.
Das System kann auch zur Prüfung von Getränkedosen verwendet werden. Hierbei ist das Messverfahren jedoch deutlich komplexer: Zuerst muss die Dose genau zentriert werden. Anschließend muss der obere Rand der Dose vom Messsystem erkannt werden. Er wird dann als Referenzebene genutzt. Schließlich wird bei der Höhenmessung der Abstand zwischen dem Sensor und dem kleinen Bolzen in der Mitte der Dose gemessen. Trotz des komplexen Messverfahrens sind die Messtoleranzen weniger streng wie bei der Prüfung von Kronkorken: Zwischen einer guten und einer schlechten Dose besteht ein Höhenunterschied von 1 mm.

Klara Steinschneider Paul Göser
Marketing und Vertrieb,
EVT Eye Vision Technology
Softwareentwicklung 3-D,
EVT Eye Vision Technology


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