Beschädigte oder verformte Verpackungen haben meistens keinen Einfluss auf den Inhalt des Produkts. Trotzdem können sie später im Prozess ernsthafte Probleme verursachen. Ein Karton, der nicht richtig stapelt, eine verformte Schale oder eine Verpackung, die von der erwarteten Form abweicht, kann Störungen beim Transport, Handling, Palettieren oder bei der automatischen Weiterverarbeitung verursachen.
Hinzu kommt die kommerzielle Seite. Im Handel lassen Verbraucher Produkte mit beschädigter Verpackung oft liegen, auch wenn der Inhalt noch einwandfrei ist. Dadurch wird das Produkt schwer verkäuflich, obwohl der Fehler bereits während oder direkt nach der Produktion hätte ausgeschleust werden können. Für Produktionsunternehmen ist es daher sinnvoll, beschädigte oder verformte Verpackungen nicht erst in der Logistik oder im Handel zu entdecken, sondern früher in der Linie zu kontrollieren.
Warum 3D Vision für verformte Verpackungen geeignet ist
Verpackungsschäden lassen sich mit einem normalen 2D Bild nicht immer zuverlässig prüfen. Eine Delle, eine Wölbung, eine eingedrückte Ecke oder eine verformte Wand ist vor allem eine Abweichung in der Form. Wenn eine Verpackung bedruckt ist, glänzt oder Materialvariationen aufweist, kann eine 2D Inspektion empfindlich auf Druckbild, Reflexion oder Farbunterschiede reagieren, statt auf die tatsächliche Verformung.
Ein 3D Triangulationssensor übernimmt die Bildaufnahme und liefert Höheninformationen der Verpackung. Die eigentliche Prüfung erfolgt anschließend in der Bildverarbeitungssoftware. In dieser Anwendung nutzt EVT EyeVision Software die 3D Daten, um sichtbare Flächen auf Dellen und Verformungen zu beurteilen und Länge, Breite und Höhe der Verpackung zu messen.
Damit verschiebt sich die Prüfung vom äußeren Erscheinungsbild zur Geometrie. Das ist wichtig bei Verpackungen, bei denen die Form entscheidend für Handling, Stapelbarkeit oder Verkaufsfähigkeit ist. Der Sensor liefert die 3D Aufnahme, aber die Entscheidung, ob eine Verpackung gut oder fehlerhaft ist, wird in der Software aufgebaut.
Nicht immer alle Seiten prüfen
Eine vollständige Prüfung aller Seiten einer Verpackung ist technisch möglich, erfordert aber meist mehrere 3D Sensoren, mehr Montageaufwand, mehr Verkabelung, mehr Verarbeitung und einen leistungsfähigeren Industrie PC. Das erhöht die Investition und macht die Integration komplexer. Für manche Anwendungen ist das notwendig, in vielen Produktionslinien ist es jedoch nicht der logischste erste Schritt.
In der Praxis entstehen Beschädigungen, die während der Produktion verursacht werden, häufig an wiederkehrenden Stellen. Das liegt an Führungen, Übergängen, Schiebern, Greifern, Anschlägen oder anderen mechanischen Kontaktpunkten in der Linie. Wenn bekannt ist, wo die meisten Schäden entstehen, kann es deutlich effizienter sein, genau diese Risikoflächen zu prüfen.
In dieser Anwendung wurden zwei angrenzende Flächen der Verpackung mit einem 3D Sensor geprüft. Damit handelt es sich nicht um eine vollständige Prüfung aller Seiten, sondern um eine praktische Lösung, um einen großen Teil beschädigter oder verformter Verpackungen zu erkennen und auszuschleusen. Die Investition bleibt überschaubarer, während die Qualitätskontrolle an den relevantesten Fehlerstellen deutlich verbessert wird.
Diese Abwägung ist wichtig, wenn Sie selbst ein Vision System integrieren möchten. Bei der 3D Verpackungsprüfung geht es nicht nur um den Sensor, sondern auch um Produktführung, Software, Triggerung, Verarbeitung und die Entscheidung, wie viele Seiten tatsächlich geprüft werden müssen. Lesen Sie auch, wie Sie ein Machine-Vision-System selbst integrieren können, ohne die Systementscheidungen getrennt voneinander zu betrachten.
Systemaufbau mit 3D Sensor, EyeVision und IPC
Für diese Lösung wurde ein Wenglor weCat3D Triangulationssensor in Kombination mit EVT EyeVision Software und einem Advantech IPC gewählt. Die Verpackung wurde über eine Führung an eine Seite des Förderbands geführt. Dadurch bewegte sich das Produkt reproduzierbar durch den Messbereich und zwei angrenzende Flächen passten gut in das Sichtfeld des 3D Sensors.
Die Bildaufnahme wurde mit einer Lichtschranke gestartet. Für den Linientrigger des 3D Triangulationssensors wurde ein Encoder am Förderband verwendet. Das ist bei 3D Triangulation an bewegten Produkten wichtig, weil die Aufnahme zur tatsächlichen Bewegung der Verpackung passen muss. Wenn die Bandgeschwindigkeit variiert und die Aufnahme nur zeitbasiert erfolgt, können die 3D Daten verzerrt werden. Der Encoder koppelt die Aufnahme an die Bewegung des Bands und macht die Geometrie dadurch stabiler.
Das EyeVision VIC Modul übernahm die Kommunikation zwischen dem Wenglor weCat3D Sensor und EyeVision. Der Sensor lieferte die 3D Aufnahme als Punktwolke. EyeVision nutzte diese 3D Daten anschließend für die Prüfung der zwei sichtbaren Flächen. In der Software wurden Dellen und Verformungen bewertet und Länge, Breite und Höhe der Verpackung gemessen.
Prüfung in EyeVision Software
In EyeVision wurde die Prüfung auf Basis der 3D Daten aufgebaut. Die Software beurteilte die zwei sichtbaren Flächen der Verpackung auf Formabweichungen. Dadurch konnten eingedrückte Bereiche, verformte Flächen oder abweichende Abmessungen als geometrische Abweichungen gegenüber der erwarteten Verpackung erkannt werden.
Zusätzlich wurden Länge, Breite und Höhe geprüft. Das ist sinnvoll, wenn eine Verpackung nicht nur optisch beschädigt sein kann, sondern auch außerhalb der Maßvorgaben liegt, die für die weitere Verarbeitung in der Linie erforderlich sind. Eine verformte Verpackung kann beispielsweise noch geschlossen sein, später aber Probleme beim Stapeln, Greifen oder Transportieren verursachen.
Für diese Anwendung waren zusätzliche 2D Prüfungen nicht erforderlich. In anderen Projekten kann EyeVision, abhängig von den verfügbaren Bilddaten und der Hardware, auch für zusätzliche Kontrollen eingesetzt werden. Der Kern dieser Lösung lag jedoch bei der 3D Formprüfung: Die Verpackung musste geometrisch beurteilt werden, nicht anhand von Farbe oder Druckbild.
Beispiel einer 3D Prüfung in EyeVision, bei der die Verpackung als FAIL bewertet wird.
Warum Produktführung wichtig ist
Bei der 3D Prüfung wird oft zuerst auf Sensorauflösung oder Software geschaut. In dieser Anwendung war die mechanische Produktposition mindestens genauso wichtig. Wenn sich die Verpackung frei über das Förderband bewegt, verändert sich ihre Position zum Sensor. Dadurch kann eine Fläche teilweise aus dem Bild laufen, die Messrichtung ungünstiger werden oder dieselbe Verformung an einer anderen Position in den Daten erscheinen.
Durch die Führung der Verpackung an eine Seite des Förderbands wurde die Aufnahme reproduzierbarer. Das reduziert den Bedarf an Softwarekorrektur und macht die Prüfung stabiler. Die Mechanik löst damit einen Teil des Vision Problems, bevor die Software eine Entscheidung treffen muss.
Das ist oft der Unterschied zwischen einem Testaufbau, der gut zu funktionieren scheint, und einem System, das in der Produktion stabil weiterläuft. Sensor, Encoder, Trigger, Produktführung, IPC und Software bestimmen gemeinsam, ob die Prüfung zuverlässig genug wird.
Investition gegen Fehlererkennung abwägen
Ein vollständiges 3D System rund um alle Seiten kann attraktiv klingen, ist aber nicht immer notwendig. Wenn mehrere Seiten geprüft werden müssen, steigen die Kosten durch zusätzliche Sensoren, Montage, Synchronisation, Verarbeitung und Integration schnell an. Außerdem werden Test und Wartung anspruchsvoller.
In dieser Anwendung war bekannt, dass die relevantesten Beschädigungen auf wiederkehrenden Flächen sichtbar wurden. Durch die Prüfung von zwei angrenzenden Flächen konnte ein großer Teil der fehlerhaften Produkte erkannt werden, ohne sofort ein vollständiges Rundum System aufzubauen. Das ist kein Kompromiss aus Bequemlichkeit, sondern eine bewusste Systementscheidung: ausreichende Fehlererkennung mit einer Investition, die zum Risiko passt.
Bei höheren Anforderungen kann ein System später mit zusätzlichen Sensoren oder weiteren Prüfschritten erweitert werden. Für viele Verpackungslinien ist es jedoch sinnvoller, zuerst die besonders fehleranfälligen Flächen zuverlässig zu prüfen, bevor die Lösung unnötig komplex gemacht wird.
Verwendete Systemkomponenten
Für diese Anwendung bestand der Systemaufbau aus EyeVision 3D Area Bildverarbeitungssoftware, einer EyeVision Wenglor weCat3D VIC EVHD 3D Schnittstelle, einem Advantech IPC und einem Wenglor weCat3D Triangulationssensor.
EyeVision ist dabei nicht auf eine bestimmte Marke von 3D Sensoren beschränkt. Abhängig von Schnittstelle und Unterstützung kann die Software auch mit anderen 3D Triangulationssensoren verwendet werden. Das ist besonders interessant für Maschinenbauer und technische Teams, die eine flexible Softwareumgebung nutzen möchten, ohne die gesamte Anwendung auf eine Sensorplattform festzulegen.
Wenn Sie eine vergleichbare Prüfung selbst aufbauen möchten, beginnt die Auswahl nicht bei einem einzelnen Sensor, sondern bei der Fehlerstelle, Produktführung, benötigten 3D Abdeckung und Softwarestrategie. Auch bei diesem Anwendungstyp bleibt die Systemwahl entscheidend: Fehlerstelle, Produktführung, benötigte 3D Abdeckung und Softwarestrategie müssen gemeinsam bewertet werden.
Fazit
3D Vision ist eine starke Methode, um beschädigte oder verformte Verpackungen zu prüfen, wenn der Fehler vor allem mit Form, Höhe oder Abmessungen zusammenhängt. Der 3D Sensor übernimmt die Aufnahme, während EyeVision die Prüfung und Messungen auf Basis der 3D Daten ausführt.
Die wichtigste Designentscheidung ist nicht nur, welcher Sensor verwendet wird, sondern wie viel von der Verpackung tatsächlich geprüft werden muss. Eine vollständige Prüfung rund um alle Seiten erfordert mehrere Sensoren und mehr Verarbeitung. Wenn Schäden in der Praxis vor allem an wiederkehrenden Flächen entstehen, kann ein System mit einem 3D Sensor und guter Produktführung bereits viele fehlerhafte Produkte aus der Linie ausschleusen.
Bei der Verpackungsprüfung geht es daher um die richtige Balance zwischen Fehlererkennung, Systemkomplexität und Investition. Durch die Prüfung der kritischen Flächen mit einem 3D Triangulationssensor, EyeVision Software und einem Industrie PC kann eine praktische Lösung aufgebaut werden, die beschädigte oder verformte Verpackungen früher im Prozess ausschleust.
