Überprüfung von Kosmetikverpackungen mit einem Farbsensor Grüne Flasche, blauer Deckel? - Quality Engineering

Überprüfung von Kosmetikverpackungen mit einem Farbsensor

Grüne Flasche, blauer Deckel?

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Kosmetikhersteller bieten ihre Produkte oftmals in zahlreichen Varianten an, die sich äußerlich nur anhand der Produkt- oder Verpackungsfarbe auseinanderhalten lassen. Ein Farbsensor an einer Verpackungslinie muss daher eine Vielzahl von Farben und auch feine Farbnuancen unterscheiden können.

Ob Shampoos, Geschirrspülmittel oder Deodorants – die Prüfung auf korrekte Produkt- oder Verpackungsfarbe ist eine häufig wiederkehrende Automatisierungsaufgabe in der Kosmetik- ebenso wie in der Lebensmittel- und Verpackungsindustrie. Hierfür kommen üblicherweise Farbsensoren zum Einsatz, die entweder die Farbe des Flascheninhalts – falls in einer transparenten Flasche abgefüllt – oder des farblich angepassten Flaschendeckels prüfen.

Im zweiten Fall prüft der Sensor zum Beispiel die korrekte Zuordnung von Produkt und Deckel: Da die Deckel über einen Vibrationsförderer zugeführt werden, kann es vorkommen, dass nach einem Produktwechsel noch ein Deckel der vorhergehenden Charge in der Zuführung ist und so auf die falsche Flasche gerät. Solche Fehler müssen vom Farbsensor erkannt und fehlerhaft bestückte Flaschen aussortiert werden.
Problem Nummer 1 ist die Auflösung feiner Farbnuancen. Was einfach klingt, sorgt in der Praxis häufig für Probleme. So unterscheiden sich die Produktvarianten oftmals nur in Farbnuancen, hinzukommen Farbschwankungen aufgrund wechselnder Lichtverhältnisse oder variierender Messabstände. Denn während sich die Flaschen auf einem Förderband am Sensor vorbeibewegen, ändern sich sowohl der Abstand wie auch der Winkel der zu detektierenden Farbfläche und somit auch die vom Sensor empfangenen Farbwerte. Dies kann insbesondere bei eng nebeneinander liegenden Produktfarben zu Fehlschaltungen führen.
Der Farbsensor FT 55-CM von Sensopart bietet dem Anwender drei Möglichkeiten, um dieses Problem in den Griff zu bekommen:
  • Farbscan: Der Sensor scannt das vor dem Sensor durchlaufende Produkt und speichert die aus unterschiedlichen Abständen und Winkeln erfassten Farbwerte als Farbbereich. Wenn sich die Farbbereiche unterschiedlicher Produkte nicht überlappen, lässt sich auf diese Weise ein stabiler Detektionsprozess erreichen.
  • Triggermodus: Bei Überlappungen der Farbbereiche – wenn zum Beispiel Farbe 1 unter Winkel 1 der Farbe 2 unter Winkel 2 gleicht – empfiehlt sich die Nutzung des Triggermodus. Diese Funktion ermöglicht es, die Messung immer an derselben Stelle der Flasche beziehungsweise des Deckels, etwa unter Winkel 1, vorzunehmen und damit präzise, reproduzierbare Farbwerte zu erhalten. Selbst kleinste Farbnuancen lassens ich so zuverlässig unterscheiden. Das Triggersignal wird beispielsweise über eine im Prozess vorgeschaltete Lichtschranke bereitgestellt.
  • Sortiermodus: Dieser auch „Best Fit“ genannte Arbeitsmodus ermöglicht eine sehr robuste Farbdetektion. Hierbei schaut der Sensor nicht darauf, ob er eine eingelernte Farbe erkennt, sondern welcher der zuvor eingelernten Farben die soeben gemessene Farbe am nächsten kommt. Eine noch höhere Detektionssicherheit lässt sich durch die Kombination von Best-Fit- und Triggermodus erzielen.
Problem Nummer 2 ist die Unterscheidung vieler Farben: Auch bei großer Farbenvielfalt stoßen übliche Farbsensoren schnell an ihre Grenzen. Die meisten Sensoren können maximal drei Farben auseinanderhalten, sodass sie bei häufigem Chargen-Wechsel ständig neu eingelernt werden müssen. Der FT 55-CM ermöglicht mit seinen fünf Schaltausgängen eine Speicherung von bis zu zwölf unterschiedlichen Farben im Sensor, indem jede Farbe durch logische Verknüpfungen von Ausgängen codiert wird. „Farbe 7“ wird beispielsweise dadurch gemeldet, dass Ausgang 1 und 4 gleichzeitig schalten. Somit lassen sich, ohne Jobwechsel im Sensor oder ohne erneutes Teach-in, bis zu zwölf Produktchargen im Wechsel detektieren. Welche Farben bei einer gegebenen Charge jeweils gültig sind, wird von der SPS vorgegeben.
Sollen mehr als zwölf Farben verwaltet werden – was in großen Produktionsbetrieben durchaus vorkommt –, lässt sich die Farberkennung des Sensors sogar auf beliebig viele Farben erweitern. In diesem Fall nutzt man die integrierte IO-Link-Schnittstelle zur Übermittlung der gemessenen Farbwerte an die Steuerung, die dann über ein entsprechendes Kontrollprogramm in der SPS ausgewertet werden. Die Anzahl der unterscheidbaren Farbabstufungen ist dann prinzipiell unbegrenzt.
Ein weiteres praktisches Problem ergibt sich aus der Tatsache, dass marktübliche Farbsensoren meist nur geringe Arbeitsabstände zulassen. Werden zum Beispiel, wie häufig praktiziert, farbige Flaschendeckel von oben geprüft und die Flaschen der nächsten Charge haben eine abweichende Höhe, muss der Sensor gegebenenfalls in der Höhe verstellt oder gar neu montiert werden. Mit seinem ungewöhnlich großen Arbeitsabstand von 20 bis 150 mm bei nahezu gleichbleibend hoher Tiefenschärfe kann der FT 55-CM solche Produktvariationen abdecken, ohne dass die Sensorposition verändert werden muss.
Außerdem wird bis zu einer Messdistanz von 65 mm zusätzlich zum Farbwert auch der Abstand zum Objekt erfasst, um entfernungsbedingte Helligkeitsänderungen zu kompensieren. Denn was im Vordergrund als kräftiges Gelb erscheint, sieht in größerer Entfernung zur Sensorlinse möglicherweise wie ein Ockerton aus. Durch die simultane Abstandsmessung wird eine präzise Unterscheidung möglich, ob sich lediglich die Farbhelligkeit geändert hat oder aber zwei verschiedene Farben vorliegen. Auf diese Weise kann zum Beispiel dieselbe Deckelfarbe sowohl auf kleinen als auch auf großen Flaschen erkannt werden, ohne den Sensor jedes Mal neu justieren oder einlernen zu müssen.
Einfache Bedienung trotz großen Funktionsumfangs
Die differenzierten Arbeitsmodi und Funktionen des FT 55-CM versetzen den Anwender in die Lage, eine Vielzahl unterschiedlicher Farben zu verwalten und so seine Produktion flexibel zu halten. Bei Chargen-Wechseln sind keinerlei Anpassungen der Sensorposition oder -konfiguration mehr erforderlich, sodass entsprechende Rüstzeiten entfallen. Auch wenn sich zwei Shampoos beziehungsweise ihre Flaschendeckel im Farbton nur geringfügig unterscheiden, lässt sich durch die beschriebenen Einstellmöglichkeiten ein stabiler Prozess erreichen.
Um den großen Funktionsumfang seines Farbsensors für den Anwender einfach zugänglich zu machen, hat Sensopart den FT 55-CM mit einem großen Bediendisplay ausgestattet, dass die in dieser Sensorklasse verbreiteten, eher unübersichtlichen LED- oder Segment-Anzeigen ersetzt. Noch komfortabler gestaltet sich die Farbenauswahl und -verwaltung über die integrierte IO-Link-Schnittstelle des Sensors. ■

Der Autor

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Max Bergau
Produktmanager Farb- und Kontrastsensorik
Sensopart

Der Farbsensor im Überblick

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  • Großer Arbeitsbereich bis 150 mm mit hoher Tiefenschärfe (Variante CM4)
  • Weitere Varianten für Nahbereich mit Glanzunterdrückung (CM1) oder schmalem Lichtfleck (CM3)
  • Großes Bediendisplay
  • Umfangreiche Konnektivität: 3 beziehungsweise 5 Schaltausgänge, IO-Link-Schnittstelle mit Farbwertausgabe
  • Robustes, hochdichtes Metallgehäuse (IP 67/69/Ecolab) in Kompaktbauform (50 x 50 x 25 mm)
  • Hoch belastbare, um 270° drehbare Metallstecker
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