Farbsensoren in automatisierter Flaschenreinigung

Das menschliche Auge ist ein extrem leistungsfähiges Organ. Insgesamt kann der Mensch ungefähr 20 Millionen Farben unterscheiden. Allerdings funktioniert dies nur begrenzt, denn das Auge ermüdet leicht, vor allem, wenn über einen langen Zeitraum feine Farbabweichungen erfasst werden sollen. Ermüdungsfrei und damit langzeitstabil arbeiten hingegen Farbsensoren und sind durch die Integration von besonderen Features der menschlichen Farbwahrnehmung überlegen.   Die Firma Spülo aus Enkirch an der Mosel ist auf die Reinigung von Weinflaschen spezialisiert und bietet seit 1984 diesen Service für Winzer und Kellereien an. Durchschnittlich rund 50.000 Flaschen reinigt Spülo täglich. Nach dem Spülen müssen die Flaschen gemäß ihrer spezifischen Farbgebung (braun, durchsichtig, blau bzw. drei unterschiedliche Grüntöne) sortiert werden, damit sie zur erneuten Abfüllung zurückgehen können.   Pressnähte und Wassertropfen erschweren Messungen
Wolfgang Immich-Spier, Geschäftsführer von Spülo, suchte vor einiger Zeit nach einer effizienten Sensorlösung, die in der Lage ist, eine zuverlässige und damit sortenreine Selektion der Flaschen zu ermöglichen. Dabei sollte die Lösung nicht nur die eindeutigen Flaschenfarben wie braun, blau und transparent identifizieren, sondern auch die eng beieinander liegenden drei Grüntöne sicher unterscheiden. Eine besondere Herausforderung in diesem Zusammenhang sind die Pressnähte im Glas, unterschiedliche Glasstärken sowie mehr oder weniger mit Wassertropfen benetzte Flaschen. Diese Variationen sorgen für Lichtbrechungseffekte und erschweren somit die Detektion der Flaschenfarbe erheblich. In der ipf electronic gmbh fand Wolfgang Immich-Spier schließlich einen Partner, der gemeinsam mit Spülo diese Herausforderungen mit einem der wohl flexibelsten Farbsensoren meistern konnte.   Multitalente für die True-Colour-Detection
Die Farbsensor-Familie OF34 von ipf electronic wurde speziell für die Erkennung von geringen Farbunterschieden entwickelt. Die fremdlichtunempfindlichen Farbsensoren arbeiten entweder kontinuierlich oder sie werden durch ein Triggersignal gestartet. Nach dem Einteachen der Referenzwerte und Einstellung der Toleranzen liegt die erkannte Farbe als Binärcode an den fünf Digitalausgängen an. Insgesamt können bis zu 31 Referenzfarben eingelernt und im Sensor abgespeichert werden. Ein weiteres Highlight ist neben der zuverlässigen Detektion von Objekten wie z.B. die Flaschen bei Spülo, die Möglichkeit bei Selbstleuchtern, wie LED, Halogenlampen oder Leuchtmittel im Automobilbereich die Helligkeit und Lichtfarbe zu kontrollieren. Hinzu kommt, dass Gerätevarianten mit einer UV-Lichtquelle in der Lage sind, fluoreszierende Markierungen (Farben) zu prüfen. Aufgrund der möglichen Sensorköpfe (Frontends) ermöglichen die Geräte Arbeitsabstände von nahezu 0 bis 500 mm bei Detektionsbereichen mit Durchmessern von 0,5 bis rund 100 mm.   Flexible Lösung für spezielle Anforderungen
Als Sensorlösung wird bei der Firma Spülo die Ausführung für Glasfaserlichtleiter der Serie OF34 von ipf electronic genutzt. In Verbindung mit entsprechenden Lichtleitern sind diese Geräte äußerst flexibel, und insbesondere für spezielle Anforderungen wie in der Flaschenreinigung in Enkirch geeignet. Bei der dort im Einsatz befindlichen Lichtleiter-Schranke beträgt der Abstand zwischen dem Sender mit M18 Frontend und der Flaschenmitte rund 50 mm und der Abstand zwischen dem Empfänger mit M34 Frontend und der Flaschenmitte zirka 150 mm.
Als Sendelichtquelle integriert der Sensor eine getaktete sehr helle Weißlicht-LED. Fremdlichteinflüsse werden durch den Vergleich der Sendertaktfrequenz mit der Empfängersignalfrequenz eliminiert, indem nur frequenzgleiche Signale zur Auswertung herangezogen werden.
Mit der maximal möglichen Schaltfrequenz von 30kHz sind die in der Reinigungsanlage auftretenden Bandgeschwindigkeiten von zwei Meter pro Minute kein Problem.   Auswerte-Software meistert minimale Farbunterschiede
Die Besonderheit der Lösung bei der Firma Spülo ist aber nicht nur die speziell an die Applikation angepasste Sensorikmechanik, sondern vor allem die clevere Software mit der die Sensoren die Empfängersignale intern auswerten.   Selbstständige Triggerfunktion
Damit das Sensorsystem zuverlässig getriggert werden kann, wählte man den Flaschenhals als Kontrollstelle. Um Einflüsse durch Triggerpunktverschiebungen von externen Triggersensoren bei den unterschiedlichen Glasfarbtönen zu vermeiden, ist dieses System in der Lage, sich selbstständig zu triggern bzw. den Messvorgang zu starten. Die Auswertung wird vom System immer dann gestartet, wenn ein Flaschenhals den Erfassungsbereich der Lichtleiterschranke durchläuft und endet automatisch, wenn der Bereich verlassen wird.     Sichere Erkennung der Glasfarbe
Die Empfängersignale werden vom Sensor dabei im sogenannten „Best-Hit-Modus“ bewertet. In diesem Modus werden die Messwerte mit den Einträgen in einer Referenz-/Teachwertetabelle verglichen und der „Beste–Treffer“ als Ergebnis ausgegeben. Diese Auswertung alleine würde aber die möglichen Variationen eines Flaschentyps (mit/ohne Pressnähte im Glas, unterschiedliche Glasstärken, mehr oder weniger mit Wassertropfen benetzte Flaschen) nicht produktionssicher erfassen können. Daher wurden bei der Firma Spülo zusätzlich unterschiedliche Zustände jeder Flaschenausführung als mögliche Referenzen bei dem Sensor eingeteacht und in sogenannten Farbgruppen zusammengefasst. Eine Farbgruppe stellt somit eine Auswahl von unterschiedlichen Flaschenausführungen dar. Solange es nun eine Übereinstimmung des Messwertes mit einem Referenzwert einer Farbgruppe gibt, wird immer dieselbe Farbübereinstimmung von dem Sensor ausgegeben. Somit lassen sich Abweichungen eines Flaschentyps kompensieren und eine sichere Erkennung der Glasfarbe ist gewährleisten.   Sortenreine Selektion im automatisierten Prozess
Mit dem System von ipf electronic konnte die Firma Spülo die sortenreine Selektion von Flaschen bei einem automatisierten Reinigungsprozess der Anlage sicherstellen. Damit entfällt nicht nur die zeit- und kostenaufwendige sowie mitunter fehlerhafte manuelle Sortierung der Flaschen. Das Unternehmen an der Mosel kann außerdem das vor allem in den Sommermonaten von den Abfüllern dringend benötigte „Leergut“ nun wesentlich schneller wieder ausliefern. Autor: Martinus Menne, freier Journalist