Bildverarbeitung für die Etikettenkontrolle Käse ganz genau inspizieren

Das Schweizer Automatisierungsunternehmen Kaiser Engineering zeichnet sich durch vier Kernkompetenzen aus: Im Bereich Maschinenbau deckt es Aufgaben wie die Konstruktion von Sondermaschinen und die Herstellung von Produktionsanlagen ab. Das zweite Standbein sind Roboterlösungen für verschiedenste Branchen. Im Rahmen des Elektroengineerings wird Unterstützung geboten bei allen Fragen rund um die Projektierung von Hard- und Software sowie bei der Programmierung von Robotern und speicherprogrammierbaren Steuerungen. Und im vierten Bereich stehen Bildverarbeitungstechnologien im Fokus.

„Damit liefern wir eine enorme Bandbreite für alle Bereiche der Industrie. Von der einfachsten Halterung bis hin zu komplexen Sondermaschinen, Prototypen und Anlagen erarbeiten wir kundenspezifische und optimierte Lösungen für unsere Kunden“, fasst der stellvertretende Geschäftsführer Roger Schweingruber zusammen. Auch FDA-konforme Konstruktionen für die Lebensmittelbranche oder GMP-konforme Systeme für die Pharmaindustrie zählen zu den Aufgabenstellungen des Unternehmens.

Käseetiketten zuverlässig lesen

Die langjährigen Erfahrungen bei der Entwicklung von Anlagen zur Lebensmittelherstellung kamen Kaiser Engineering auch bei einem Auftrag zugute, bei dem die Etiketten von Käseverpackungen gelesen, überprüft und ausgewertet werden mussten. Der Kunde ist dabei ein Unternehmen, das sich auf die Herstellung und den Vertrieb von Milchprodukten sowie auf die Käseveredlung spezialisiert hat.

„Früher wurden auf den Etiketten der Käseverpackungen nur die Anwesenheit des Barcodes kontrolliert, nicht jedoch die restlichen Informationen“, beschreibt Roger Schweingruber die noch vor wenigen Monaten vorliegende Situation. „Das war für den Hersteller nicht mehr akzeptabel, zumal die Geschwindigkeit in der Anlage zur Käseverpackung inzwischen sehr hoch ist, so dass diese Überprüfung nur noch automatisiert erfolgen kann. In enger Zusammenarbeit mit Fabrimex Systems haben wir für diese Aufgabenstellung eine Lösung entwickelt, die für eine zuverlässige 100-Prozent-Kontrolle der Etiketten und sämtlicher darauf abgebildeten Daten sorgt.“

Als Team erfolgreich

Das ebenfalls in der Schweiz angesiedelte Unternehmen Fabrimex Systems bietet OEM- und Systemlösungen für die Automatisierung und Qualitätskontrolle in zahlreichen Branchen und arbeitet seit vielen Jahren mit Kaiser Engineering zusammen. Die Zusammenarbeit gestaltet sich dabei so: Kaiser Engineering liefert den Kunden die zuvor nach den spezifizierten Anforderungen entwickelten, schlüsselfertigen Anlagen. Viele der darin verwendeten Automatisierungsprodukte kommen von Fabrimex Systems, die für die vorliegende Aufgabe die optimalen Industrie-PC-Systeme, Bildverarbeitungskomponenten oder Messdatenerfassungssysteme bereitstellen. Das Team von Kaiser Engineering integriert die auf diese Weise ausgewählten Bildverarbeitungskomponenten anschließend in die Sondermaschinen und Anlagen und übernimmt auch die Programmierung für die Kunden.

Fabrimex Systems ist in der Schweiz bereits seit vielen Jahren der Vertriebsweg für die Industriekameras des deutschen Herstellers SVS-Vistek aus Seefeld bei München. Thomas Graf, Verkaufsleiter bei Fabrimex, schätzt an den Kameras seines Partners unter anderem das breite Angebot und die hohe Flexibilität: „SVS-Vistek entwickelt und produziert hochwertige Kameras und kann schnell und flexibel auf besondere Kundenanforderungen eingehen. Die verfügbaren Kameramodelle und -serien sind in Bezug auf Auflösung, Geschwindigkeit, Schnittstellen und viele weitere technische Merkmale sehr vielfältig. Wir haben aus diesen Gründen in den vergangenen Jahren bei zahlreichen Installationen unserer Kunden sehr gute Erfahrungen mit dem Einsatz von SVS-Vistek-Kameras gemacht.“

Optimale Bildverarbeitung

Im Fall der Anlagen, die die Etiketten auf verpackten Käseportionen prüfen sollen, stellte Thomas Graf in enger Zusammenarbeit mit Kaiser Engineering ein Bildverarbeitungssystem zusammen, welches auf IP67-geschützten GigE-Vision-Kameras vom Typ ECO 625 respektive ECO 815 mit 5 und 9 Megapixel Auflösung basiert. Sie sind mit 2/3-Zoll- und 1-Zoll-Sensoren von Sony ausgestattet. Je nach Anforderung kommt sogar die 12-Megapixel-Variante dieser Kamerareihe zum Einsatz.

Eine Besonderheit der Kamerafamilie ist der integrierte zwei- oder vierkanalige Blitzcontroller, der direkt über die Kamera angesteuert werden kann. „Diese Eigenschaft der SVS-Vistek-Kameras hat für den Anwender den Vorteil, dass er bei der Integration einiges an Zeit, Platz und Kosten spart. Zudem muss er nur ein statt zwei SDKs nutzen und miteinander synchronisieren. Das reduziert seinen Aufwand deutlich“, hebt Thomas Graf hervor. Roger Schweingruber bestätigt dies: „Aufwand und Kosten für die Anbindung der Kameras an die Anlage und an die Auswertesoftware lagen erheblich unter dem, was sonst üblich ist. Wesentliche Gründe dafür sind das I/O-Konzept und die integrierten Blitzcontroller der SVS-Vistek-Kameras.“ Eine weitere Eigenschaft der Kameras von SVS-Vistek führt ebenfalls zu einer einfacheren und schnelleren Entwicklung des Gesamtsystems: Sie unterstützen das so genannte Safe-Trigger-Konzept, bei dem das Triggersignal von Störungen befreit wird.

Als zusätzliches Argument für die Auswahl der Kameras von SVS-Vistek nennt Thomas Graf das staub- und wasserdichte IP67-Gehäuse der eingesetzten Kameras, die sich damit ohne zusätzliches Extragehäuse in Anwendungen zur Lebensmittelproduktion einsetzen lassen. In dieser Branche müssen die Produktions- und Verarbeitungsanlagen regelmäßig und zum Teil mit Hochdruckreinigern gesäubert werden. Diesen harten Anforderungen halten die eingesetzten ECO-Kameras von SVS-Vistek durch ihre IP67-Eigenschaften sowohl am Tubus als auch an der Kamera selbst stand. Auch das M8/M12-Steckerkonzept, das dem Feldverkabelungsstandard entspricht, gewährleistet die erforderliche Dichtigkeit für diesen Einsatzfall.

Alle Etiketten erkennen

Da die Verpackungen und Etiketten beim Blitzen aufgrund ihrer Materialien zum Glänzen neigen, was die nachfolgende Auswertung erschweren würde, entwickelte Kaiser Engineering eine speziell für diese Aufgabe optimierte, tunnelförmige, indirekte Beleuchtungseinheit auf Basis von zwei LED-Leuchten des Herstellers Effilux. Die auf diese Weise aufgenommenen Bilder lassen sich über den Matrox Design Assistant 5, der auf der eingesetzten Bildverarbeitungssoftware MIL von Matrox basiert, problemlos auswerten. Die gesamte Bildauswertung läuft auf einem lüfterlosen, leistungsstarken Industrie-PC von Fabrimex.

„Es gibt in dieser Anlage rund 150 verschiedene Etikettentypen, auf denen je nach Käsesorte und Kunde unterschiedliche Daten aufgedruckt sein können. Eine angebundene Datenbank liefert dem Bildverarbeitungssystem daher zunächst Informationen über die Daten, die auf dem aktuellen Etikett geprüft und gelesen werden sollen“, erklärt Roger Schweingruber. „Die auf jedem Etikett gelesenen Daten werden dann im Anschluss an das übergeordnete SAP-System übergeben und gespeichert.“

Eine weitere Besonderheit dieser Anlagen ist, dass jeder Kunde selbst entscheiden kann, welche Daten er auf den Etiketten haben möchte. Für die Anlagen bedeutet dies, dass die Bildverarbeitungssysteme möglichst flexibel sein müssen, um zum Beispiel auch eine sprachunabhängige Auswertung zu ermöglichen. Als Beispiele nennt Roger Schweingruber das Lesen von Gewichten in amerikanischen Einheiten oder von Daten in kyrillischer Schrift für den russischen Markt. „Dies erreichen wir mit der parametrierbaren Software zur Bildverarbeitung von Matrox Imaging, dem Design Assistant 5, welcher neben vielen mächtigen Funktionen zur Bildverarbeitung auch eine integrierte Rezeptverwaltung hat.“

Keine manuelle Prüfung mehr

Die Anforderungen an die Bildverarbeitung sind dabei anspruchsvoll: Bei einer Bandgeschwindigkeit von rund einem Meter pro Sekunde bleiben maximal 150 ms Zeit, um zwei Codes und bis zu zwanzig zusätzliche Prüfungen von Texten, Datumsangaben, Logos oder Dimensionen auf jeder Verpackung zu lesen und auszuwerten. Mögliche Fehlerarten sind, dass gar kein oder ein falsches Etikett auf der Verpackung aufgebracht wurde, sowie nicht lesbare, nicht gelesene oder falsch ausgewertete Etiketten. „Derzeit stoppt die Maschine, sobald fünf Fehler erkannt wurden, um eine manuelle Nachprüfung durchzuführen. Für zukünftige Anlagen haben wir uns jedoch das Ziel gesetzt, auch diesen Schritt komplett automatisiert auszuführen“, so Roger Schweingruber.