Die Welt der Getränke hat sich in den letzten Jahren fortlaufend verändert. Neben einer Vielzahl neuer Produkte hat auch die Vielfalt an Verpackungsmaterialien für Getränke und andere Produkte in Form von Flaschen und Behältern stark zugenommen. Flaschen, Dosen und Behälter erhalten zunehmend die Aufgabe von Werbeträgern, die die eigene Marke repräsentieren. Hersteller bringen Etiketten auf bestimmten Positionen an, wo es nicht mehr nur darum geht, diese auf die Vorderseite oder die Rückseite zu positionieren, sondern sie auf bestimmte Merkmale auszurichten. Dabei ist die Aufgabenstellung für die Automatisierungstechnik nahezu immer gleich: Etiketten präzise, sauber und perfekt ausgerichtet aufzubringen.
Hoher Durchsatz
Turntablemaschinen erreichen sehr hohe Durchlaufzahlen, gemessen in Flaschen oder Gebinden pro Stunde, und bestehen aus einem Drehtisch, auf dem die Drehteller, die die Behälter während der Etikettierung aufnehmen, am äußeren Rand montiert sind. Typischerweise sind die Drehteller moderner Etikettiermaschinen mit dezentralen Servoantrieben, wie beispielsweise dem VLT Integrated Servo Drive ISD 510 von Danfoss, ausgerüstet. Da sich die Positionen der Flaschenteller ständig verändern, können Maschinenbauer diese Applikationen nicht mit festen Kurvenscheiben ausrüsten. Nur der Einsatz zeitgemäßer Servotechnik kann die hohe Flexibilität dieser Maschinen sicherstellen. Um die Etiketten richtig zu platzieren, muss die Maschine den Behälter auf die entsprechende Position drehen. Hierzu ermittelt eine Mechanik oder eine Sensorik die exakte Position auf der Flasche und gibt dann die Information an das übergeordnete Servosystem, damit dieses den Flaschenteller in die richtige Stellung bringt.
Positionierungsstrategien
Bei der rein mechanischen Lösung bringt die Etikettiermaschine die Behälter mit Hilfe einer mechanischen Ausrichtung in eine bestimmte Position. Dazu dreht sie beispielsweise die Flasche über eine mechanische Kurvenscheibe, bis eine Naht oder Markierung im Boden oder an der Seite in eine mechanische Arretierung einrastet. Dies ist nur da sinnvoll, wo sich die Behältertypen kaum ändern.
Wenn dagegen eine flexible Lösung gefragt ist, richtet der Etikettierer die Gebinde mit Sensorik gemäß der gewünschten Position aus. Erfolgt die Ausrichtung anhand einer Marke, kommen Sensoren mit einem digitalen Ausgang zum Einsatz. Sie lassen sich direkt an den dezentralen Servoregler anschließen. Die Flasche dreht sich vor dem Sensor. Sobald er die Marke erkennt, gibt er das Signal und der angeschlossene Servo fährt innerhalb seiner festen Rampe auf Drehzahl Null. Die Flasche ist somit exakt positioniert. Arbeitet das System mit einem Muster, lässt sich ein Sensor mit einem analogen Ausgang einsetzen. Auch dieser erlaubt eine direkte Verbindung mit dem dezentralen Servoregler. In diesem Fall muss jedoch die Markeninformation im dezentralen Servoantrieb bekannt sein. Zudem müssen alle Sensoren auf den jeweiligen Flaschentyp einjustieren werden. Dies kostet Zeit und die Fehlerhäufigkeit steigt.
Eine effektivere Variante besteht darin, die analogen Markeninformationen direkt im Servoantrieb vorzuhalten. Da bei dezentralen Servoantrieben diese die Charakteristiken der Kurvenscheiben dezentral hinterlegt haben, kann das System die Signalfolge der Analogwerte für ein bestimmtes Muster innerhalb der Kurvendaten speichern. Bei Sortenumstellung muss der Anwender die Daten für das neue Muster nur einmal erstellen und an die dezentralen Servoantriebe übertragen. Dies reduziert die Umrüstzeit und verringert die Fehlerquote.
Direkte Reaktion auf Kameras
Für High-End-Etikettieren bietet sich die Ausrichtung der Flaschen mit Hilfe eines Kamerasystems an. Im Gegensatz zur Sensorlösung ist das Kamerasystem stationär installiert und beinhaltet in der Praxis mehrere Kameras. Bei drei Kameras muss jede Kamera 120° der Behälterabwicklung erfassen und an einen gemeinsamen Kameracontroller übertragen, der die Bilder auswertet, nicht an den übergeordneten Controller der Etikettiermaschine.
Die Markenerkennung erfordert einen enormen Rechenaufwand: Zum einen muss die Krümmung der Behälter berücksichtigt werden. Zum anderen muss der Kameracontroller den Korrekturwinkel sehr schnell an die Maschine übergeben, damit die dezentralen Servoantriebe die Ausrichtung entsprechend vornehmen können. Die Übertragung erfolgt dabei meist direkt über Real Time Ethernet an den entsprechenden Antrieb, der direkt die Winkelkorrektur ausführt.
