Sichere Verpackungs-Perfektion

Bis zu 250 Flaschen werden in verschiedenen Packmustern durch Einschrumpfen in transparente Folie in sogenannten Safe Packs zusammengefasst. In diesem Zustand erfolgt die Endkontrolle, bei der Fehler sicher erkannt und Einschlüsse von Folienbedruckung unterschieden werden müssen.

Markus Piffer
Geschäftsführung Autforce Vision Systems GmbH

„Die Herausforderungen waren vielfältig. Die Höhe der Pakete schwankt von 20 bis 200 mm, das Glas kann drei verschiedene Farben aufweisen und die an sich transparente Folie kann reflektieren und Bedruckungen aufweisen, die nicht mit Materialeinschlüssen verwechselt werden dürfen.“

Vom Brotaufstrich bis zu portionierten Spirituosen, von der Gesichtscreme bis zum Nagellack kaufen wir viele Produkte des täglichen Lebens in kleinen Glasbehältern. Solche erzeugt die Stölzle-Oberglas GmbH im weststeirischen Köflach. Das österreichische Stammwerk der aus sechs Werken bestehenden Stölzle-Glasgruppe entstand 1871 aus einer älteren Tafelglashütte und konnte sich seit den neunziger Jahren als einer der führenden europäischen Hersteller von Verpackungsglas auf dem Weltmarkt etablieren. Pro Jahr laufen rund 1,5 Milliarden Stk. weißes, braunes oder grünes Verpackungsglas vom Band.

Zwei Produktionslinien wurden 2012 auf Palettierung per Roboter umgestellt.

Die Prüfung auf korrektes Packbild, Flaschen- und Flaschenhalsform, Fremdkörper, Glasbruch und abstehende Folienränder erledigt ein Bildverarbeitungsprozessor MX40 von Datalogic. Die Prüfergebnisse werden live über einen dezentralen 12,1“-Touchmonitor MH121 von ASEM angezeigt, über den auch archivierte Bilder abrufbar sind.

Die Integration der optischen Kontrolleinrichtung in die bestehende Mechanik und Fördertechnik erfolgte in Zusammenarbeit mit dem Schwesterunternehmen Autforce Automations GmbH.

Um für jede Farbvariante (Klarglas, braun oder grün) sichere Aufnahmebedingungen zu schaffen, wurde die Beleuchtung mit einer 650 x 650mm großen LED-Flächenbeleuchtung in RGB Full Color ausgeführt und wechselt innerhalb des Prüfvorganges die Farbe.

In der optischen Prüfstation decken vier digitale GigE-Kameras M150 von Datalogic mit je 1,3MP Bildauflösung und 16mm-Objektiven zusammen eine Sichtfläche von ca. 650 x 480mm ab. Sie sind auf einer automatischen Z-Achse montiert, um die unterschiedlichen Flaschenhöhen auszugleichen.

Rund 1,5 Milliarden Stk. weißes, braunes oder grünes Verpackungsglas in den Bereichen pharmazeutisches Verpackungsglas sowie Miniaturen für Lebensmittel und Spirituosen verlassen jährlich das Werk der Stölzle-Oberglas GmbH in Köflach.

Gerd Müller
Cold End Manager Stölzle-Oberglas GmbH

„Die Autforce-Lösung macht es Stölzle-Oberglas leicht, trotz extrem schlanker Produktion und entsprechend niedriger Kosten stets die hochgesteckten Qualitätsziele zu erreichen.“

Qualität entscheidet

Pro Tag verlassen bis zu 270 Tonnen Glas die beiden getrennten Schmelzwannen für Weiß- und Buntglas. In 10 Produktionslinien erhalten die Gläser ihre Form und Verpackung und werden am Ende für den Versand palettiert. Bei einer Produktionsgeschwindigkeit von bis zu 9 Flaschen pro Sekunde. Von manchen Produkten – z. B. Pharmazie-Gläser – werden bis zu 250 Stk. in transparente Kunststofffolie eingeschrumpft. Damit von den sogenannten Safe Packs keines mit beschädigten Flaschen, eingeschlossenen Fremdkörpern oder abstehenden Folienrändern ausgeliefert wird, erfolgt vor der Palettierung auch noch eine visuelle Kontrolle.

Automatisierung verändert Anforderungen

„Als die Palettierung noch von Hand erfolgt ist, hat der Arbeiter diese Aufgabe der Qualitätssicherung mit erledigt“, berichtet Gerd Müller. Seit 1994 im Unternehmen, ist er als Cold End Manager für den Betrieb jener Teile der Produktionsanlagen verantwortlich, die der Glasschmelze nachgelagert sind. „Die Umstellung von zwei Linien auf Palettierung mittels Roboter im Jahr 2012 machte eine Lösung für die automatisierte Qualitätssicherung erforderlich.“

Als Teil der Roboteranlagen wurde eine kundenspezifische Vision-Lösung beschafft. Diese konnte jedoch im Betrieb nicht überzeugen. „Die Anlagen erkannten bei weitem nicht alle Fehler“, erinnert sich Gerd Müller. „Zudem beschränkte sich der Output auf eine Gut/Schlecht-Meldung ohne Angabe des Ausscheidungsgrundes.“ Daher musste trotz integrierter Kameraprüfung weiterhin ein Mitarbeiter jedes Paket visuell prüfen.

Vielfältige Herausforderungen

Bereits seit vielen Jahren verband Gerd Müller eine enge Zusammenarbeit mit der Autforce Automations GmbH, deren Automatisierungslösungen sich in zahlreichen Installationen entlang der Stölzle-Produktionslinien in Köflach bestens bewährt hatten. Dessen 2014 gegründetes Schwesterunternehmen Autforce Vision Systems GmbH unterbreitete ein Angebot für die Neuausstattung mit einem Kamera-basierten, vollautomatischen und nahtlos in die Gesamtanlage integrierten Qualitätssicherungssystem. Dazu erfolgte Anfang 2014 die gemeinsame Erstellung eines Pflichtenheftes.

Jede Minute müssen bis zu acht Pakete passieren. Diese sind maximal 620 x 480 mm groß und enthalten bis zu 250 Flaschen, die in fünf verschiedenen Packbildern zusammengestellt sein können. „Die Herausforderungen waren vielfältig“, schildert Markus Piffer, Geschäftsführer Autforce Vision Systems, die komplexe Aufgabenstellung. „Die Höhe der Pakete schwankt von 20 bis 200 mm, das Glas kann drei verschiedene Farben aufweisen und die an sich transparente Folie kann reflektieren und Bedruckungen aufweisen, die nicht mit Materialeinschlüssen verwechselt werden dürfen.“

Lösung mit automatischer Z-Achse

Autforce Vision Systems realisierte eine optische Prüfstation, die innerhalb eines geschlossenen Prüfturms untergebracht ist. Darin sind vier digitale GigE-Kameras M150 von Datalogic mit je 1,3MP Bildauflösung untergebracht. Ihre 16mm-Objektive sind senkrecht von oben auf die Flaschenpakete gerichtet. Ihre Teilbilder decken zusammen eine Sichtfläche von ca. 650 x 480mm ab. Montiert sind die vier Kameras gemeinsam auf einer automatischen Z-Achse. So kann die Anlage die unterschiedlichen Flaschenhöhen ausgleichen.

Mit einer Schiebeeinrichtung werden die zu prüfenden Flaschenpakete von der zuführenden Förderanlage in den Kameraturm geschoben und in der Prüfzone positioniert. Dort erfolgt von unten die Beleuchtung mit einer 650 x 650mm großen LED-Flächenbeleuchtung durch eine gehärtete mattierte Glasplatte. Um für jede Farbvariante (Klarglas, braun oder grün) sichere Aufnahmebedingungen zu schaffen, wurde diese in RGB Full Color ausgeführt und wechselt innerhalb des Prüfvorganges die Farbe.

Die Prüfergebnisse aus dem Bildverarbeitungsprozessor MX40 von Datalogic werden live über einen dezentralen 12,1“-Touchmonitor von ASEM angezeigt. Ohne Unterbrechung des Produktionsbetriebes können die Stölzle-Mitarbeiter über diesen jederzeit auch die automatisch abgespeicherten Bilder zu Fehlteilen abrufen und betrachten.

Optimale Integration in Bestand

Nach erfolgter Prüfung wird das Paket mit einer Schiebeeinrichtung aus der optischen Prüfzone geschoben und je nach Status der Prüfungen zum Handlingroboter (pass) oder zu einem manuellen Prüfplatz (fail) geleitet. Eine Bypass-Funktion ermöglicht das Durchschleusen der Pakete durch das Kameraprüfsystem. Das ermöglicht auch weiterhin die visuelle Kontrolle durch Mitarbeiter, sodass selbst bei eventuellen Störungen des optischen Systems ohne Unterbrechung weiter produziert werden kann.

Die optimale Integration der optischen Kontrolleinrichtung in die bestehende Mechanik und Fördertechnik machte eine Anpassung und Optimierung der Automatisierung und Sicherheitstechnik erforderlich. Diese wurde in Zusammenarbeit mit dem Schwesterunternehmen Autforce Automations GmbH realisiert.

Software-Unabhängigkeit inklusive

Die Applikations-Software funktioniert auf der Grundlage echter Mustererkennung. Die Autforce-Applikationsentwickler erstellten sie auf Basis der Standard-Visionsoftware von Datalogic. Das stellt auch sicher, dass der zukünftige Software-Wartungsaufwand überschaubar bleibt. Da der Hersteller das Basisprodukt auf Stand hält, muss sich der Anwender im Regelfall nicht selbst darum kümmern.

Die Programmstruktur wurde so erstellt, dass jedes Basisprodukt ein eigenes Prüfprogramm enthält. Die Auswahl der Prüfprogramme erfolgt automatisiert über das Steuerungssystem der Anlage auf Basis der Information, welche Flaschen aktuell produziert werden. „Wir haben die Software so gestaltet, dass die Prüfprogramme mit geringem Schulungsaufwand einfach zu erweitern und parametrieren sind“, sagt Stefan Perg, Geschäftsführer von Autforce Vision Systems. „So muss der Kunde bei Änderungen – etwa der Einführung eines neuen Produktes – nicht jedes Mal auf unsere Dienste zurückgreifen.“

Effizienz und Sicherheit

Seit Jahreswechsel 2014/15 sind die beiden Anlagen in Betrieb. „Die Autforce-Lösung kann nicht nur mit einfacher Bedienung die hohen Anforderungen der Glasproduktion erfüllen, sie ist auch nahtlos in die Gesamtautomatisierung eingebunden“, freut sich Gerd Müller. „Das macht es Stölzle-Oberglas leicht, trotz extrem schlanker Produktion und entsprechend niedriger Kosten stets die hochgesteckten Qualitätsziele zu erreichen.“

Infos zum Anwender

Die 1871 gegründete Stölzle-Oberglas GmbH als österreichisches Stammwerk der Stölzle Glasgruppe (CEO: Dkfm. Johannes Schick) konnte sich in den letzten 20 Jahren am Weltmarkt als einer der führenden europäischen Hersteller von Verpackungsglas etablieren. Pro Jahr verlassen rund 1,5 Milliarden Stk. weißes, braunes oder grünes Verpackungsglas in den Bereichen pharmazeutisches Verpackungsglas wie auch Miniaturen für Lebensmittel und Spirituosen die steirische Produktionsstätte.

www.stoelzle.com