Intelligente Kamera
Zielsetzung
Abfüll- und Verpackungslinien sind aus Spezialmaschinen mit einer Vielzahl mechanischer und elektronischer Komponenten aufgebaut. Der Füllprozess erfolgt im zentralen Aggregat, welchem über speicherfähige Pufferstrecken für Behälter weitere Maschinen für spezifische Aufgaben voran- und nachgestellt sind. Auf diese Weise entstehen komplexe Gesamtanlagen mit Verkettungen über Haupt- und Nebenmaterialströme. Um die Gesamtanlagen möglichst kontinuierlich zu betreiben, müssen die aktuellen Belegungsgrade der Einzelmaschinen sowie die Füllungsgrade von Transporteinrichtungen und Pufferabschnitten bekannt sein. Werden Behälter Anlagenkomponenten einsträngig zu- oder abgeführt, sind hierzu zuverlässige Sensorsysteme verfügbar. Diese ermöglichen das Zählen von passierenden Behältern mittels Lichtschranken. Für Anlagenbereiche, in welchen Behälter im Pulk gefördert werden (z. B. bei Massentransportpufferstrecken, siehe Abbildung 1) sind hierzu bisher nur ungenaue Lösungen auf Basis mechanischer Stauschalter im Einsatz. In den Bereichen, in welchen Behälter im Pulk gefördert werden, um durch die erzielte Wirkung Störungen verketteter Maschinen abzupuffern, ist die genaue Kenntnis der geförderten Behälteranzahl für eine Anlagenoptimierung entscheidend.
Abbildung 1: Aufnahme eines Massentransporteurs für Getränkebehälter am Versuchsrundläufer des Lehrstuhls für Lebensmittelverpackungstechnik
Ziel des Forschungsprojekts war daher die Entwicklung eines neuartigen Sensorsystems, welches das berührungsfreie Zählen im Pulk geförderter Behälter ermöglicht.
Aufgrund der technischen Eigenschaften der heute betriebenen Abfüll- und Verpackungsanlagen muss das Sensorsystem hierzu folgende Eigenschaften besitzen:
- Eine Erfassungsrate von 70.000 Behältern/Stunde im Pulk bezogen auf eine Pulkbreite von 1 m.
- Eine ausreichend hohe Abtastrate, um mindestens 0,5 m/s schnell vorbeifahrende Behälter detektieren zu können.
- Hohe Zählgenauigkeit unter Berücksichtigung aller praktischen Transportbedingungen, wie
- Variable Fördergeschwindigkeiten zwischen 0 – 0,5 m/s
- Schnelle Geschwindigkeitsänderungen, Vibrationen und Querverschiebungen der Behälter
- Umgefallene Behälter
- Gute Reinigbarkeit durch eine Gehäusegestaltung nach den Richtlinien des Hygienic Design.
- Schnelles Umrüsten auf andere Behälter z. B. andere Abmessungen.
- Einfache Überwachung durch Monitorfunktionen.
Ergebnis
Im Rahmen des Projekts wurde zusammen mit dem Projektpartner, der Dipl.-Ing. werner nophut GmbH, ein funktionsfähiger Prototyp des Sensors zur Behälterzählung im Pulk entwickelt. Der als intelligente Kamera ausgeführte Sensor ist in der Lage die oben formulierten Anforderungen zu erfüllen.
Abbildung 2: Die intelligente Kamera ist in einem Gehäuse untergebracht, das nach den Anforderungen des Hygienic Design gestaltet wurde.
Das System besteht aus der intelligenten Kamera (siehe Abbildung 2) und einer Beleuchtungsquelle in Form einer LED-Leiste. Beide Komponenten werden oberhalb des zu überwachenden Pufferabschnitts angebracht. Die unter der Kamera vorbeigeförderten Behälter werden dann von dieser erfasst. Die Auswertung der Bilder erfolgt direkt im Kameragehäuse durch die integrierte Auswerteeinheit. Anschließende werden die Daten via Ethernetverbindung an die für die Steuerung des Transporteurabschnitts zuständige SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) geschickt. Diese kann dann die entsprechenden Eingriffe vornehmen.
Die intelligente Kamera wurde sowohl unter kontrollierten Bedingungen am Versuchsrundläufer des Lehrstuhls für Lebensmittelverpackungstechnik, als auch an industriell genutzten Abfüllanlagen getestet. In beiden Fällen konnten sehr gute Ergebnisse erzielt werden.
Ein auf den Zähldaten der Kamera basierender Regelungsalgorithmus für Massentransporteure in Getränkeabfüllanlagen wird momentan im Rahmen des Forschungsprojekts „Lärmreduzierung in Getränkeabfüllanlagen“ entwickelt.
Projektpartner
Finanzierung des Projekts
Das PRO INNO II Forschungsvorhaben „Entwicklung eines Sensorsystems für Abfüll- und Verpackungsanlagen zum Behälterzählen im Pulk“ (AiF KF0509701LF7) wurde durch Haushaltsmittel des BMWi über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" (AiF) finanziert.
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. André Sorgatz