Infusion ja, Konfusion nein

Rainer Schräder, GSS Industrie-Electronic Schulte-Sutrum GmbH, Nordwalde und Peter Haas, Produktmanager, Division Automatisiesrungstechnik, Sick AG, Waldkirch

Schwarz fahren, rot sehen, blau anlaufen, grün hinter den Ohren oder von der Sonne gebräunt – in vielen Fällen drückt die Farbe einen mehr oder wenig wünschenswerten Zustand aus. Nicht anders ist es in der industriellen Automatisierung, zum Beispiel bei Verpackungsprozessen. Auch hier ist die Farbe oft ein Entscheidungskriterium. Mit CS-Farbsensoren (für: Colour Sensor) können unterschiedlichste Tastgüter prozessgerecht gesteuert, mit hoher Geschwindigkeit sortiert und zuverlässig auf ihre Identität oder Qualität überprüft werden.

Im Gegensatz zum menschlichen Auge sind solche Sensoren dabei zuverlässiger und leistungsfähiger. Fehler durch Ermüdung des Auges, subjektive Farbbeurteilung, zu langsame Reaktionszeit oder Ablenkung gerade bei monotonen Anwendungen können sicher vermieden werden. Hinzu kommt, dass Farbe nicht gleich Farbe ist. So werden bei B. Braun Schiwa mehr als ein Dutzend Selbstklebeetiketten zur Produktkennzeichung eingesetzt, wobei sich einige nur im Farbton unterscheiden.

Was 1839 mit dem Erwerb der Rosen-Apotheke in Melsungen durch Julius Wilhelm Braun begann, hat sich seitdem zur B. Braun AG – einem Global Player in der Versorgung vielfältiger Gesundheitsmärkte – entwickelt. Zu den zahlreichen Pionierleistungen des Unternehmens zählen u. a. das 1930 entwickelte Sterofundin – die Basis für alle späteren Infusionslösungen. Mitte der 50er Jahre wurden dann Infusionsgeräte aus Glas und Kunststoff entwickelt und so der Grundstein für das Systemkonzept von Gerät und pharmazeutischem Präparat gelegt. Das Werk der B. Braun Schiwa GmbH & Co. KG im westfälischen Glandorf ist heute einer von neun Standorten der B. Braun AG in Deutschland. Hier werden von etwa 450 Mitarbeitern u. a. Spüllösungen für Dialysesysteme sowie Infusions-, Kochsalz- und Zuckerlösungen hergestellt. Abnehmer der zum Teil apothekenpflichigen Produkte sind Dialysestationen, Ambulanzen, Rettungsdienste und Krankenhäuser. Ob Citronensäure-Lösung 50 Prozente oder Basisches Bicarbonat-Hämodialyse-Konzentrat 8,4 Prozente, ob SH-BIC 35-Basislösung oder Solcart B Natriumhydrogencarbonat – alle Produkte werden je nach Gebindegröße in den gleichen Kartonageanlagen verpackt oder Behälterlinien abgefüllt. Farblich gestaltete Etiketten sollen eine schnelle Produkterkennung und -unterscheidung ermöglichen. Daher dürfen sie allein schon aus Gründen der Produktsicherheit für den Abnehmer weder fehlen noch verwechselt werden.

Um hier eine zusätzliche Produktsicherheit zu erreichen, die zudem dokumentier- und rückverfolgbar sein sollte, setzte man das Projekt Etikettenerkennung in Gang. „Dabei wurden mehrere Ziele gleichzeitig verfolgt“, erläutert August Mennemann, Projektleiter und Verantwortlicher für die Produktionstechnik bei B. Braun Schiwa. „Jeder Ansatz, das heißt jede Charge sollte rückverfolgbar sein, reklamationsbedingte Logistikkosten der weltweit versendeten Gebinde sollte weitestgehend eliminiert werden, Imageschäden durch Falschlieferungen vorgebeugt und schließlich die Abnehmer durch Vorhandensein der Außenkennzeichnung auf den Kartons in ihrer Lagerhaltung unterstützt werden.“ Gelöst wurde die Aufgabenstellung schließlich gemeinsam mit dem in der Nähe ansässigen SICK-Distributor GSS durch den Einsatz von CS 3-Farbsensoren. Sie sind in der Lage, die mehr als ein Dutzend unterschiedlichen Farben und Farbtöne der Etiketten zuverlässig zu unterscheiden. Ein zweiter Vorteil der Geräte war das leichte Einlernen der jeweils zu erkennenden Etiketten direkt vor Ort an der Maschine.

Die Farbsensoren CS arbeiten nach dem aktiven Dreibereichsverfahren und können sowohl im Auflicht- als auch im Durchlichtverfahren – bei transparenten Objekten oder bei Flüssigkeiten – eingesetzt werden. Der CS emittiert Licht unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung. Das vom Tastgut reflektierte Licht wird anschließend empfangen, digitalisiert und mittels integriertem Mikroprozessor verrechnet und normiert. Die so erhaltenen Signalgrößen für die Wellenlängenbereiche rot, grün und blau (RGB) enthalten die gesamte Information über Farbton, Sättigung und Helligkeit. Dadurch können auch ähnlich erscheinende Farbetiketten, zum Beispiel die der Basislösung SH-BIC 35 und des Natriumhydrogencarbonates Solcart B, zuverlässig unterschieden werden. Durch die hohe Fremdlicht-unempfindlichkeit des CS wird die Erkennungssicherheit auch nicht durch Reflexionen oder seitlich in die Messstelle einfallendes Licht beeinflusst.

Die Programmierung per Teach-In und Knopfdruck stellt die anwenderfreundliche Bedienung und Inbetriebnahme des CS sicher. Um bei einem Chargenwechsel die Sollfarbe des neuen Etikettes zu programmieren, hält der Maschinenbediener dieses einfach im späteren Tastabstand vor den Sensor. Danach speichert er den Farbwert durch Drücken der Teachtaste an der Bedienfront der Maschine. Die erfolgreiche Speicherung wird hier durch eine grüne Leuchtanzeige sowie am Gerät durch eine LED signalisiert. Alternativ zur manuellen Farbeinstellung kann der Programmiervorgang auch über die Steuerleitung erfolgen. Im Betrieb kann die Farberkennung permanent oder durch SPS oder Triggersensor synchronisiert durchgeführt werden. Die Messwerte werden innerhalb weniger Millisekunden mit den gespeicherten Vorgabewerten verglichen. Fehler, das heißt fehlendes Etikett oder Etikett mit der falschen Farbe, führen zum Stillstand der Verpackungsmaschine und zum Aufleuchten einer roten Signallampe. Nach Behebung des Problems kann der Prozess nach Betätigen der Quittierungstaste fortgesetzt werden.

In der Kartonagenverpackung – hier werden die einzeln in Beutel abgepackten Dialyse-Spüllösungen und Infusionen chargenrein in größere Gebinde zusammengefasst – werden täglich etwa 11000 Kartons gepackt, verschlossen und etikettiert. Pro Jahr bedeutet dies ein Volumen von ca. 2750000 Kartons bzw. etwa 50000 Paletten. Wie wichtig die Etikettenerkennung hier ist kann man sich leicht ausrechnen – denn eine Fehlerquote von nur 0,01 Prozent würde bereits Reklamations- und Logistikaufwand für über 250 Kartons bedeuten. Ähnliches gilt auch für die Behälterabfüllung. Bereits ein Prozentbruchteil falsch oder gar nicht gekennzeichneter Behälter zieht über die gesamte Prozesskette hohe Folgekosten nach sich – auch für die Analyse. Denn während man beim Karton durch Öffnen anhand der etikettierten Beutel noch erkennen kann, was sich darin befindet, ist dies bei den Kanistern ggf. nicht ohne weiteres möglich – oder nur dann, wenn ein nicht gekennzeichneter Behälter direkt von der sortenreinen Palette abgeladen wird.

Folgerichtig konstatiert August Mennemann, dass „mit dem Einsatz der CS-Farbsensoren zusätzliche Produktsicherheit erreicht und Etikettierfehler drastisch reduziert werden konnten“.

Die Anwesenheit von Etiketten wird genauso sicher erfasst wie ihre Farbe – ein Fehlen des Etikettes somit genauso sicher erkannt wie eine falsche Farbe.

Durch das einfache Einlernen der zum betreffenden Produkt gehörenden Etikettenfarbe ist die Lösung schnell von den Maschinenbedienern akzepiert worden.

Während in den beschriebenen Applikation ausreichender Montageplatz für die Sensorik an der Maschine vorhanden war, ist der neue Farbsensor CSM 1 speziell für Verpackungsmaschinen konzipiert worden, an denen eine zuverlässige Farberkennung bei beengten Einbauverhältnissen erforderlich ist. Trotz besonders kleiner Bauform bietet der CSM 1 ähnlich große Vorteile wie der bei B. Braun Schiwa eingesetzte CS, u. a. das Einlernen der zu erkennenden Farben und Toleranzwerte oder Schaltfolgen bis 1,5 kHz für hohe Durchsatzleistungen. In der gesamten Verpackungsindustrie besitzt die Farbdetektion einen hohen Stellenwert. Dies gilt nicht nur für die beschriebene Etikettenkontrolle, sondern auch für die Steuerung von Prozessen, zum Beispiel beim Starten von Schneide- oder Einschlag-abläufen. Darüber hinaus bewähren sich CS-Farbsensoren u. a. bei der Identifikation, Kontrolle und Sortierung von Verpackungsmaterialien und zu verpackenden Objekten.