Inspektionssysteme in der Abfülllinie

In der modernen Getränkeabfüllung erfüllen Inspektionssysteme vielfältige Aufgaben. Die heute üblichen Qualitätsstandards erfordern eine durchgehende Kontrolle des Behälters in allen Bereichen der Abfülllinie. Im Folgenden soll ein kurzer Überblick über die verschiedenen Einsatzbereiche und die jeweils üblichen Inspektionstechniken gegeben werden. Als Beispiel dient hier eine Anlage für die Verarbeitung von Mehrwegflaschen, wobei einzelne Elemente ausschließlich für Glas- oder Kunststoffbehälter eingesetzt werden.

1.Leergebindekontrolle
Für den Wirkungsgrad einer Mehrwegabfülllinie ist die Leergebindekontrolle ein entscheidender Faktor. Die Vielfalt der heute auf dem Markt befindlichen Behälter und die Durchmischung des Rückguts erfordert eine genaue Kontrolle der einlaufenden Gebinde um Störungen beim Auspacken und eine zu hohe Fremdflaschenquote auf den Flaschentransporteuren zu vermeiden. Die Leergebindekontrolle überprüft den Kasten auf verschiedene Kriterien wie Auspackbarkeit, Anteil an Fremdflaschen und Mischung zwischen Glas- und Kunststoffbehältern. Zur Anwendung kommen Ultraschallmessverfahren für die Höhenbestimmung der Behälter und die Erkennung von Fremdkörpern im Gebinde. Die Unterscheidung verschiedener Behälter mit gleicher Höhe wird durch moderne Bildverarbeitungssysteme möglich. Damit können zum Beispiel PET-Flaschen mit unterschiedlichen Tragringformen erkannt werden. Sind die Flaschen form- aber nicht farbidentisch so können sie mittels einer Farbkamera unterschieden werden.

2. Leerkastenkontrolle
Nach dem Auspacken wird der leere Kasten darauf geprüft, ob er bei der aktuellen Produktion verwendet werden kann. Er darf nicht beschädigt sein, keine Fremdkörper enthalten und muss in Farbe und Logo dem abgefüllten Produkt entsprechen. Alle drei Merkmale werden heute in der Regel mit Kamerasystemen überprüft. Bei der Fremdkörpererkennung zeichnet sich aber ein neuer Trend ab: für die Erkennung von Kunststoffflaschen, die in den Gefachen feststecken, kommt zunehmend die robustere Ultraschallmessung zum Einsatz. Da andere Fremdkörper in der Regel im Kastenwender herausfallen, ist dies eine interessante Alternative mit geringerem Wartungsaufwand.

3. Leerflaschensortierung
Aufgrund der heute üblichen hohen Durchmischung der Leerflaschen im Gebinde können nicht alle Fremdbehälter im Kastenbereich ausgeleitet werden. Kästen mit einem geringen Anteil von Fremdflaschen werden ausgepackt. Die enthaltenen Fremdbehälter müssen also im Flaschentransport aussortiert werden. Das wichtigste Element der dort installierten Flaschensortierung ist in der Regel ein Kamerasystem mit einer Bildverarbeitung die die Kontur der Flasche abmisst und mit der Musterkontur der Produktionsflasche vergleicht. Ergänzt wird die Kontrolle der Flasche bei Bedarf durch eine Farbmessung und Prüfung auf Verschlussanwesenheit. Bei der Bewertung der Messergebnisse haben sich Systeme bewährt die Fuzzy-Logik zur Auswertung nutzen. Bei dieser Technik werden die Ergebnisse der einzelnen Erkennungen kombiniert ausgewertet wodurch die Identifizierung der Flaschentypen erheblich sicherer wird.

4. Leerflascheninspektion
Die gewaschenen, jetzt sortenrein einlaufenden Flaschen werden vor dem Leerflascheninspektor nochmals auf ihre Größe überprüft. Eine Einlaufsortierung erkennt z.B Flaschen bei denen in der Waschmaschine der Hals abgebrochen ist und leitet sie vor dem Inspektionsgerät aus um Störungen und Beschädigungen der Maschine zu vermeiden. Im Leerflascheninspektor durchlaufen die Behälter dann verschiedene Inspektionen. Beim Aufbau und Transport innerhalb der Maschine gibt es zwei Varianten: gab es früher fast ausschließlich sogenannte Rundläufer so hat sich inzwischen der Lineartransport in vielen Bereichen durchgesetzt. Die Inspektionstechnik im Leerflascheninspektor besteht zum größten Teil aus Kamerasystemen. Die verschiedenen Bereiche der Flasche werden in der Regel mit CCD-Kameras fotografiert. Für Boden- und Mündungskontrolle reicht in der Regel je ein Bild zur Bewertung der Flasche aus. Transparente Fremdkörper wie z.B. Klarsichtfolien können oft aber erst mit einer Spezialoptik in einer zweiten Bodenkontrolle sicher erkannt werden. Die Seitenwandkontrolle gestaltet sich aufgrund der Größe der zu inspizierenden Fläche komplexer. Die Flasche muss aus verschiedenen Positionen fotografiert werden um den gesamten Umfang zu überprüfen. Dies geschieht entweder indem mehrere Bilder aufgenommen werden zwischen denen die Flasche gedreht wird oder es werden Spiegelsysteme eingesetzt um den Betrachtungswinkel der Kamera zu vergrößern. Bei den leistungsfähigsten Leerflascheninspektoren werden diese zwei Techniken dann noch kombiniert. Ein weiterer wichtiger Prüfpunkt ist die Restflüssigkeitskontrolle. Mit Hochfrequenz- und Infrarotmesstechnik werden Laugenreste oder auch Öle und Lacke auf dem Flaschenboden erkannt.

5. Restlaugenkontrolle
Da Restlauge in einer Flasche eine schwerwiegende Gefährdung des Konsumenten darstellt wird im Rahmen von HACCP-Konzepten häufig eine zusätzliche Restflüssigkeitskontrolle zur Erhöhung der Sicherheit direkt vor dem Füller montiert. Auch hier wird die Hochfrequenzmesstechnik eingesetzt die zuverlässig kleinste Mengen von Laugeresten in Flaschen erkennt.

6. Füller- und Verschließermanagement
Während und direkt im Anschluss an den Füllvorgang werden verschieden Merkmale kontrolliert und Proben aus dem Produktionsstrom entnommen. Bereits während des Füllens wird im Füller kontrolliert, ob eine Flasche durch die Druckbelastung in der Vorspann- oder Füllphase platzt. Wird ein geplatzter Behälter erkannt so werden benachbarte und folgende Behälter die Splitter enthalten könnten an der nachgeschalteten Füllstandskontrolle ausgeleitet. Um zu verhindern, das splittergefährdete Flaschen manuell wieder dem Flaschenstrom zugeführt werden (weil der Bediener keinen Fehler erkennen kann und sie für Gutflaschen hält) können diese Behälter zwangsunterfüllt werden. Eine Dusche, die die betroffenen Ventile abspritzt, kann ebenfalls vom Kontrollgerät angesteuert werden. Im Auslauf des Füllerblocks werden dann die Kriterien Füllstand, Deckelanwesenheit und gegebenenfalls Position, Restluft (speziell bei Bier) und Dichtheit geprüft. Die für die Füllstandsmessung eingesetzte Technik hängt wesentlich von Produkt und Behälter ab. Im einfachsten Fall genügt eine Lichtschranke. Häufig eingesetzt werden Messungen der Strahlungsabsorption von Röntgen- oder Gammastrahlung. Diese Technik zeichnet sich durch den extrem geringen Wartungsbedarf aus, erfordert aber spezielle Genehmigungsverfahren und speziell geschultes Personal zur Einhaltung der Strahlenschutzbestimmungen. Diese Problematik hat zur weiten Verbreitung der Hochfrequenzmesstechnik beigetragen. Dabei durchläuft der Behälter ein hochfrequentes elektrisches Feld. Das im Flaschenhals enthaltene Flüssigkeitsvolumen beeinflusst und verändert dieses Feld. Diese Beeinflussung kann messtechnisch erfasst und ausgewertet werden. Erst mit dieser Technik wurde es möglich auch bei aufgeschäumten Flüssigkeiten das Füllvolumen zu messen. Dazu werden über eine spezielle Software mehrere Parameter des elektrischen Feldes gemessen und mit statistisch ermittelten Referenzwerten verglichen. Moderne Inspektionsgeräte begnügen sich aber nicht damit unter- oder überfüllte Flaschen auszuleiten sondern sie führen auch noch Statistiken welches Füllventil wie oft einen unterfüllten Behälter produziert hat. Diese Daten ermöglichen eine gezielte Wartung und Reparatur und helfen dem Wartungspersonal durch das frühzeitige Erkennen von Fehlertendenzen den Wirkungsgrad der Füllmaschine auf hohem Niveau zu halten. Bei der Kontrolle des Verschlusses reicht das Spektrum von der einfachen Anwesenheitskontrolle mittels Lichttaster oder metalldetektor bis zur Kontrolle auf Position und korrekte Montage mit einem Kamerasystem. Solch ein System kann selbst bei einem Kronenkorkenverschluss sinnvoll sein um abstehende metallspäne zu erkennen die beim Verschliessvorgang abgeschert wurden und nun seitlich abstehend eine Verletzungsgefahr sind. Häufiger werden Kamerasysteme bei Schraubverschlüssen eingesetzt um zu prüfen ob sie richtig aufgesetzt wurden und ob z.B. der Sicherungsring unbeschädigt ist. Gerade durch neuerlich entflammte Sicherheitsdiskussionen um die Manipulierbarkeit von Produkten hat dieses Thema an Bedeutung gewonnen. Speziell für die Bierabfüllung wurde die Restlufterkennung entwickelt. Da schon kleine Luftblasen im Kopfraum einer Bierflasche für ein schnelles Verderben des Produktes sorgen, wird der Kronkorken mit einem elektromagnetischen Impuls angeregt. Das damit erzeugte akustische Echo wird analysiert wodurch kleinste Luftblasen erkannt werden können. Wird bei Glasflaschen der Verschluss geprüft um die Dichtheit einer Flasche zu beurteilen, so muss bei Kunststoffflaschen die gesamte Flasche auf Undichtigkeiten untersucht werden. Hierzu gibt es neuerdings Systeme auf dem Markt, die Druck auf die Seitenwand der Flasche ausüben und gleichzeitig messen, wie die Flasche darauf reagiert. Steigt z.B. der Füllstand im druckbelasteten Zustand erheblich, so ist die Flasche undicht. Damit auch die Qualität des abgefüllten Produkts überprüft werden kann sind in gut ausgestatteten Füllermanagement-Systemen Probenentnahmeprogramme integriert. Damit ist es je nach Ausstattung sogar möglich, einen an einem bestimmten Ventil abgefüllten Behälter einzeln auszuleiten oder auch eine gesamte Füllerrunde mit Ventil 1 beginnend geordnet ausleiten zu lassen.

7. Nach der Etikettiermaschine folgt der letzte Blick auf die Flasche bevor sie in das Gebinde gepackt wird. Zunächst muss geprüft werden ob alle Etiketten vorhanden sind. Dies wird in der Regel über Lichttaster in oder hinter der Etikettiermaschine realisiert. Die steigenden Qualitätsansprüche und die Produkthaftung haben aber auch an diesem Punkt die Aufrüstung der Inspektionsgeräte erfordert. Zunehmend werden Kamerasysteme eingesetzt um nicht nur das Vorhandensein der Etiketten zu prüfen sondern auch die korrekte Bedruckung oder das Vorhandensein eines Datumsaufdrucks. Neben diesen Kriterien, die mehr auf die Produktsicherheit ausgerichtet sind, wird auch die Qualität der Aufbringung der Etiketten unter die Lupe genommen. Dabei wird die Etikettenausrichtung der einzelnen Etiketten wie auch die Ausrichtung von mehreren Etiketten zueinander geprüft. Die Verschlussinspektion kann anstatt hinter dem Füller auch an dieser Stelle erfolgen. Dadurch können in modular aufgebauten Systemen mehrere Kamerainspektionen in ein Kontrollgerät integriert werden was die Wartung vereinfacht. Vielfach wird an dieser Position auch eine zweite Füllstandskontrolle durchgeführt. Durch die Redundanz der Kontrollen wird einerseits eine höhere Sicherheit erreicht, zudem ist die Messgenauigkeit an dieser Stelle höher da sich das Produkt beruhigt hat.

8. Nach dem Packen des Gebindes wird noch eine Kontrolle vor der Palettierung durchgeführt. Die Vollgebindekontrolle dient zur Prüfung ob das Gebinde vollständig ist und die Flaschen an der richtigen Position stehen. Die eingesetzte Sensorik besteht im einfachsten Fall aus Lichttastern oder metalldetektoren. Immer mehr Verbreitung findet hier aber die Röntgentechnik. Mit ihr ist es möglich sogar unterfüllte Behälter im Gebinde zu erkennen. Daneben kann noch die Maßhaltigkeit des Gebindes mit Lichtschranken überprüft werden um Störungen bei der Palettierung zu vermeiden.

Welche Inspektionsausstattung sinnvoll ist, lässt sich nur mit Bezug auf den Einzelfall sagen. Sieht man die Tendenzen im Produkthaftungsrecht und im Schuldrecht sollte aber bei der Ausstattung einer Abfülllinie in jedem Fall auf die zukünftige Erweiterbarkeit der einzelnen Geräte geachtet werden.

Artikel entnommen aus der Zeitschrift "Getränkeindustrie" Juni 2002