Фото: digitron-nl.com

Весьма непростое дело — автоматически укладывать бутылки в прозрачные коробки, ведь нужно сориентировать бутылки так, чтобы была видна нужная часть их этикеток. Этой теме посвящена публикация, размещенная на сайте Manufacturing Business Technology. В недалеком прошлом один крупный производитель напитков вынужден был держть у себя целую команду рабочих из 15 человек, которая занималась исключительно ручным поворачиванием бутылок. Недавно этот производитель успешно автоматизировал данный участок, внедрив высокоскоростное оборудование для упаковки продукции в картонные коробки. Машина для расфасовки в коробки с автоматическим загрузочным устройством самостоятельно ориентирует бутылки и нужным образом помещает их в коробки со скоростью 450 бутылок в минуту.

Оборудование ориентирует бутылки, вращая одновременно 14 бутылок. В это же время 14 сенсорных датчиков Cognex Checker 3G1 проверяют этикетку каждой из бутылок. Видесенсоры Checker посылают сигнал к остановке вращения каждой отдельной бутылки, как только они видят определенную букву, которая указывает на правильное положение этикетки.

«Мы попробовали многие видеосенсорные датчики, но один только датчик Cognex Checker смог точно опознать все возможные цвета этикетки», — сказал Дэвид Лэнген (David Langen), инженер-электрик компании AFA Nordale, которая производит машины для упаковки в картонные коробки.

Трудная проблема ориентации

Производители напитков наблюдают стремительное увеличение спроса на выпускаемую продукцию. Один из ключей успеха на рынке — фирменная уникальная упаковка. Красочные пластиковые термоусадочные круговые этикетки крепко обнимают бутылки. Компания производит несколько разных типов напитков, и каждый напиток имеет собственную упаковку и цветовую гамму. Две бутылки упаковываются в прозрачную коробку, которая подчеркивает и демонстрирует уникальный дизайн каждой бутылки. Чрезвычайно важно, чтобы бутылки располагались так, чтобы центральный пункт каждой этикетки был виден через прозрачное окошко коробки.

Раньше бутылки наполнялись на автоматизированной линии. Затем команда рабочих врчную укладывала бутылки в коробки после розлива в них напитков и укупорки. Автоматические машины для упаковки продукции в коробки существуют давно, но это оборудование не было способно правильно ориентировать бутылки перед их помещением в коробку. Поэтому данная техника не годилась для такого важного дела.

«Лишь с появлением надежных систем машинного зрения ориентация бутылок перед помещением их в машину для упаковки в коробки превратилась в реальную возможность, — считает Лэнген. — Ориентация бутылок на скорости 30 или 60 бутылок в минуту не представляла большой сложности. Но в данном случае производителю напитков нужно было упаковывать 450 бутылок в минуту».

Высокая скорость подачи бутылок в сочетании с быстрой сменой заказа возможны благодаря регулировочным винтам, которые позволяют производить точную и аккуратную смену размера бутылки. Шкалы с цифровым отсчетом дают оператору возможность отслеживать различные конфигурации продукции для ускорения процесса дальнейше смены заказа.

Главное — это машинное зрение

Сергиу Динеску (Sergiu Dinescu), инженер-электрик, был главным ответственным за разрботку новой линии. «Когда мы познакомились с производителем напитков, стало ясно, что механические аспекты машины отвечают требованиям, с которыми мы уже встречались, выполняя различные предыдущие работы, — говорит Динеску. — Очевидно, что главной была наша способность ориентировать бутылки на высокой скорости, требуемой в данном случае. Мы построили испытательную установку и оценивали на ней работу сенсорных датчиков ведущих компаний, выпускающих подобные видеосистемы. Мы проверяли каждый датчик на все типы этикеток».

«Например, один датчик работал с красными этикетками, но не отличал черные или синие этикетки», — добавил Динеску. Другой сенсор хорошо работал с красными и синими этикетками, но не работал с черными. Мы также проверяли датчики на считывание штрих-кода, который находится на обратной стороне этикетки. Сканеры штрихкодов, которые мы испытывали, могли точно определить местоположение этикетки. Но после считывания штрихкода необходимо было развернуть бутылку так, чтобы передняя сторона этикетки была бы видна в окошке. И мы поняли, что это задача не из легких.

Тогда мы попробовали датчики Cognex Checker 3G1 и увидели, что они способны читать самые разные этикетки абсолютно без труда. Установить видеодатчик не составило на оборудовании не составило проблем. Мы всего лишь «натаскали» датчик на этикетку и щелкнули на характеристику, которую необходимо обнаружить. Испытав различные опознавательные знаки на бутылке, мы в результате остановились на большом тексте, расположенном спереди на этикетке. С этого места видеодатчик посылает сигнал, каждый раз, когда он видит этикетку. Датчик Checker способен легко распознавать и обнаруживать этикетки всех цветов. Нас удивила скорость, с которой этот сенсор способен обнаруживать этикетку. Наши тесты, проведенные на испытальной установке, продемонстрировали, что данный сенсор с легкостью превосходит требования нашего клиента, обнаруживая этикетки на скорости 1000 бутылок в минуту.»

Датчик Checker 3G1 объединяет в себе освещение, оптику, камеру, процессор, устройство ввода и вывода в промышленном корпусе IP67, который соответствует строгим ограничениям для автоматизированного оборудования. Checker 3G1 выпускается в конфигурации датчика присутствия или измерительного датчика. Датчики присутствия проверяют, присутствует ли определенная характеристика в продукте. Измерительные датчики определяют, правильная ли у этой характеристики высота, ширина и/или диаметр. Датчик Checker также способен обнаруживать и отслеживать более 6000 единиц в минуту в различных положениях на производственной линии, исключая неправильное положение части и обеспечивая постоянные и точные результаты по типу «прошло успешно/окончилось неудачей».

Как это работает

Когда важнейшая проблема обеспечения машинного зрения была разрешена, инженеры компании AFA Nordale приступили к разработке всей системы для упаковки в картонные коробки, которая отвечала бы требованиям производителя напитков. После того как бутылки получают свои термоусадочные круговые этикетки, они направляются в индивидуальные поддоны, которые транспортируются через машину при помощи конвейера. Система, называемая устройством ориентации, движется рядом с бутылочным конвейером с такой же скоростью и одновременно вращает 14 бутылок, придавая им правильное положение. Затем устройство ориентации возвращается в начальное положение, чтобы провести ориентацию следующих 14-ти бутылок. Траектория движения этого устройства, когда оно перемещается вдоль производственной линии, а затем назад, чтобы начать обработку следующей партии бутылок, напоминает движение каретки пишущей машинки.

Устройство ориентации состоит из фрикционного ремня, который вращает бутылки, и 14-ти цилиндров, по одному на каждую бутылку. Каждый цилиндр подключен к видеодатчику Cognex Checker 3G1, который «видит» изображение бутылки, пока она вращается. Как только бутыла встает в правильное положение, датчик посылает сигнал систему управления машиной. Тогда цилиндр устройства ориентации снимает бутылку с конвейера, и она прекращает вращение. В ходе приемочных испытаний оборудования устройство ориентации продемонстрировало способность позиционировать бутылки с отклонением всего +/- 15 % от мертвой точки, в то время как требования производителя составляли +/- 30 %. Показатель эффектвности ориентирования конвейеров равен 99,99%. Немногие бутылки, которые не удалось ориентировать правильно, имели неправильно нанесенные термоусадочные этикетки, в результате чего бутылки не могли вращаться в поддонах.

Конвейер с бутылками, которые теперь имеют правильную ориентацию, входит в секцию вталкивания в машину для упаковки в картонные коробки. Сюда другой конвейер подает коробки, которые движутся параллельно с той же скоростью, что и бутылочный конвейер. Коробки на транспортер подаются из устройства, которое поднимает сложенную коробку, раскладывает ее и загружает на конвейер. Третий конвейер движется параллельно бутылочному конвейеру с противоположной стороны транспортера с коробками. На этом конвейере едут толкатели, которые одновременно сталкивают две бутылки в одну коробку.

«До сегодняшнего времени производители напитков старались не использовать коробки с окошками, так как не существовало удовлетворительного решения проблемы ориентации бутылок на высокой скорости, — заключает Лэнген. — Эта машина стала первой, которая смогла решить проблему при помощи сочетания новейщей технологии видиеосенсоров и инновационного механического решения».