DE102007014802A1

DE102007014802A1 - Verfahren zur Überwachung, Steuerung und Optimierung von Abfüllanlagen für Lebensmittel, insbesondere für Getränkeflaschen

Info

Publication number: DE102007014802A1
Application number: DE102007014802A
Authority: DE
Inventors: Volker Till; Olaf Muszinski; Rolf Füssmann; Thomas Stienen; Ulrich Scholz; Herbert Menke
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2008-10-09
Also published as: PL2132129T3; EP2132129B1; WO2008116546A9; JP2010522390A; BRPI0806110A8; US20100082149A1; ES2642717T3; EP2132129A2; US9434591B2; RU2432314C2; WO2008116546A2; MX2009005424A; WO2008116546A3; RU2009139670A; BRPI0806110B1; CN101641280A; BRPI0806110A2

Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zur Überwachung, Steuerung und Optimierung von Abfüllanlagen für Produkte aller Art, insbesondere zur Anwendung in der Getränkeindustrie, wobei zur Gewinnung zur Steuerung oder Überwachung der Anlage notwendige Informationen durch opto-elektronische Erkennungssysteme und diesen Systemen zugeordnete Datenverarbeitungsanlagen erfasst werden. Dabei ist vorgesehen, dass Bildaufnahmegeräte und Bildverarbeitungsrechner eingesetzt werden.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Überwachung, Steuerung und Optimierung von Abfüllanlagen für Produkte aller Art, bei welchen feste oder flüssige Produkte in Behälter wie Dosen, Flaschen oder dergleichen abgefüllt werden. Insbesondere richtet sich die vorliegende Erfindung auf Abfüllanlagen für Getränke.
Derartige Abfüllanlagen für Getränke werden im vollautomatischen Betrieb eingesetzt, beispielsweise ausgehend von der Zufuhr von Flaschen, ggf. einer Station zur Flaschenreinigung, eine Station zur Inspektion der ungefüllten Flaschen, zu der eigentlichen Behälterfüllmaschine, einer Einrichtung zum Verschließen der Flaschen und schließlich zu Einrichtungen zum Etikettieren und ggf. zum Verpacken in entsprechende Transportgebinde und zum Palletieren dieser Transportgebinde.
Wegen der häufig gegen Außeneinflüsse, insbesondere schädigende Keime, sehr sensiblen Flascheninhalte, insbesondere im Lebensmittelsektor, werden die Abfüllanlagen häufig in sogenannten Reinräumen betrieben, wobei es möglichst vermieden werden soll, dass Personen in den Abfüllvorgang eingreifen.
Wegen der Komplexität der Maschinenverbände einschließlich der Transporteinheiten und der notwendigen Steuerung ist man bemüht, alle Anlagenelemente so aufeinander abzustimmen, dass es zu einem reibungslosen Abfüllvorgang kommt bei möglichst optimalem Durchsatz, d. h. in der Regel zu einem möglichst großen Durchsatz gemessen in Behältern pro Stunde.
Wegen der Betriebsweise ist es geboten, etwaig entstehende Fehler innerhalb der Gesamtanlage möglichst frühzeitig zu erkennen. Dabei sind insbesondere Störungen des ungestörten Flaschendurchsatzes möglichst frühzeitig zu erkennen und möglichst rasch zu beseitigen, um die maximale Leistungsfähigkeit der Anlage ungestört ausnutzen zu können.
Hier setzt die Erfindung an, deren Aufgabe im Wesentlichen darin besteht, eine Anlagen- oder Maschinenüberwachung vorzunehmen. Im Rahmen dieser Anlagen- oder Maschinenüberwachung kann beispielsweise der Einsatz von innerhalb der Anlage befindlichen, mit der Fehlererkennung und/oder der Leistungssteuerung beauftragter Per sonen vollständig eingespart werden, zumindest aber deutlich reduziert werden. Weiterhin können zusätzliche, der Personensicherheit oder auch der Prozesssicherheit dienenden Funktionen realisiert werden.
Vorzugsweise erfolgen die Anlagenüberwachung und die mit dieser verbundene Fehlererkennung und/oder die Leistungssteuerung der Anlage automatisch zumindest aber im Wesentlichen automatisch.
Mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass zur Gewinnung der notwendigen Steuerdaten optoelektronische Erkennungssysteme und diesen Systemen zugeordnete Datenverarbeitungsanlagen eingesetzt werden. Vorzugsweise handelt es sich bei diesen optoelektronischen Erkennungssystemen um mindestens eine elektronische Kamera in Verbindung mit einer nachgeschalteten, rechnergestützten Bildverarbeitungseinheit.
Dabei wird es durch die Bildverarbeitungseinheit u. a. ermöglicht, aktuelle Informationen über den Betriebszustand zumindest eines Teilbereiches der Gesamtanlage zu gewinnen, wobei der Inhalt des durch die Kamera aufgenommenen Bildes analysiert und zur aktiven Beeinflussung der Anlagensteuerung, bzw. zur Auslösung etwaiger Maßnahmen zur Sicherung von Personen oder zur Störungsbeseitigung verwendet wird.
Dabei ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter den Begriffen „Analyse des aufgenommenen Bildes" und/oder Bildverarbeitung weiterhin zu verstehen, dass eine geeignete Software aus den aufgenommenen Bildern Informationen über die innerhalb des Bildes befindlichen Objekte gewinnt. Dazu wird auf an sich bekannte Weise zunächst ermittelt, welche Objekte sich innerhalb des Bildes befinden. Bei diesen Objekten kann es sich beispielsweise um Behälter wie Flaschen oder Dosen handeln, wobei sich diese Behälter auch in verschiedenen Orientierungen an verschiedenen Orten befinden können, also beispielsweise aufrecht stehend auf einem Transportförderer oder aber auch umgefallen auf dem Boden liegend.
Bei weiteren Objekten kann es sich beispielsweise um Personen handeln, welche sich innerhalb der Abfüllanlage aufhalten. Auch diese Personen können sich an unterschiedlichsten Orten befinden und dabei die unterschiedlichsten Körperhaltungen einnehmen oder gar Bewegungen ausführen. Bekannte Systeme zur Bildverarbeitung arbeiten bei der Objekterkennung beispielsweise nach dem Verfahren des Antastens mit nachfolgendem Konturvergleich, worauf sich beispielsweise eine Merkmalserkennung an schließen kann. Ziel dieser Vorgehensweise ist es, alles relevanten Informationen zu einem Objekt, bzw. über ein Objekt zu ermitteln.
Ebenfalls wird es in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch den Einsatz von derartiger Erkennungssysteme ermöglicht, einen vollautomatischen Betrieb auch im Störfall zu gewährleisten, d. h. eine Fehlererkennung kann sofort automatisch zur Steuerungsroutine führen, die ggf. auch eine vollautomatische Fehlerbeseitigung nach sich zieht.
Der grundsätzliche Einsatz von opto-elektronischen Einrichtungen zur Zustandsbeobachtung von in Anlagen ablaufenden Prozessen ist bekannt, so beispielsweise aus der DE 10 2004 029 359 B4 .
Es ist auch bekannt, Teilsteuerungsautomaten durch derartige opto-elektronische Einrichtungen zu steuern, wobei eine einfache und seit langem bekannte derartige Möglichkeit in dem Einsatz von Lichtschranken besteht, von denen wenigstens eine Ja-/Nein-Information herleitbar ist.
Das erfindungsgemäße opto-elektronische System ist demgegenüber deutlich vielseitiger. Durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung, kann beispielsweise die Anzahl der bewegten Objekte, z. B. der zu befüllenden oder der bereits gefüllten Flaschen ebenso abgefragt werden, wie etwa die räumliche Position von Flaschen, etwa ein Zustand, in dem eine Flasche umgefallen ist und so die Gefahr einer Fehlfunktion von weiteren Anlagenteile besteht.
Es ist dem Fachmann aus dem Stand der Technik beispielsweise bekannt, die Leistungsregelung einer Gesamtanlage zur Füllung von Behältern bzw. die Leistungsregelung einzelner Maschinen der Gesamtanlage anhand der Belegung der Transporteure und/oder Pufferstrecken zwischen den einzelnen Maschinen vorzunehmen. Dabei entspricht es dem Stand der Technik, an den Transporteuren, und auch an den Pufferstrecken eine Anzahl so genannter Stauschalter anzuordnen, welche dann ein digitales Signal abgeben, wenn sie durch den, zwischen den Behältern herrschendem Staudruck betätigt werden, d. h. wenn die Transportstrecke, bzw. die Pufferstrecke mit Flaschen oder Dosen belegt ist. Diese Vorgehensweise liefert naturgemäß nur sehr grobe Angaben über den Belegungsgrad der Transportstrecke oder der Pufferstrecke, beispielsweise in den Stufen „leer", „20% gefüllt" und „50% gefüllt". Genauere Angaben zum Belegungsgrad würden zwar eine verbesserte Anlagensteuerung ermöglichen, werden aber zurzeit, da eine größere Anzahl von Stauschaltern einen deutlich erhöhten konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand bedeutet, nicht ermittelt.
Erfindungsgemäß wird beispielsweise die Belegung der Transport- bzw. Pufferstrecken durch eine oder mehrere Kameras abgefragt, wobei die jeweiligen Belegungsgrade durch eine elektronische Bildverarbeitung der aufgenommenen Bilder ermittelt werden. Dabei werden bei entsprechender Programmierung beispielsweise für jede einzelne Pufferstrecke genaue, d. h. fein abgestufte Belegungsgrade, beispielsweise in 2%-Schritten ermittelt.
Zur Ermittlung dieser fein gestuften Belegungsgrade wird innerhalb der Bildverarbeitung beispielsweise wie folgt vorgegangen: Zunächst wird das aufgenommene Bild dahingehend analysiert, welche Anzahl von Flaschen oder Dosen sich zum Aufnahmezeitpunkt auf der Pufferstrecke befindet, wobei vorzugsweise jede einzelne Flasche als ein Objekt des Typs „Flasche", d. h. als eine solche erkannt wird. Anschließend wird die ermittelte Zahl der Flaschen mit einer, rechnerintern gespeicherten, möglichen maximalen Anzahl von Flaschen verglichen, woraus sich der aktuelle Belegungsgrad ermitteln lässt.
In Abhängigkeit vom ermittelten Belegungsgrad der zugehörigen Pufferstrecke kann nachfolgend die Durchsatzleistung einer Einzelmaschine vorteilhaft geregelt werden, wobei u. a. aufwändige Verkabelungen vermieden werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. So besteht z. B. eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit darin, Wärmebildkameras einzusetzen, wodurch es ermöglicht wird, neben der reinen optischen Wahrnehmung auch z. B. Temperaturen zu messen. Diese Vorgehensweise eignet sich insbesondere dazu, einzelne Prozesse innerhalb einer Gesamtanlage zu überwachen. So ist z. B. vorgesehen, einen in Anlagen zur Abfüllung von Lebensmitteln häufig vorgesehenen Pasteur dahingehend zu kontrollieren, dass die Temperatur der in diesen Pasteur einlaufenden Behälter und/oder die Temperatur der aus dem Pasteur auslaufenden Behälter innerhalb vorgegebener Grenzen liegt.
Durch die erfindungsgemäße Anwendung einer Wärmebildkamera, in Verbindung mit einer nachfolgenden Bildverarbeitung und Verwendung der ermittelten Ergebnisse (Ist-Temperaturen) zur Anlagensteuerung kann die Prozesssicherheit weiter gesteigert werden, ohne dass beispielsweise der Verkabelungsaufwand gesteigert wird.
Ebenfalls kann erfindungsgemäß mittels der Kombination von Wärmebildkamera und nachfolgender analytischer Bildverarbeitung auch eine Bandschutzüberwachung der gesamten Abfüllanlage erfolgen. Analog ist auch die Überwachung der Eigentemperaturen bestimmter Maschinen und/oder Lagertanks möglich.
Weiterhin können die Systeme auch eingesetzt werden, um z. B. falsch positionierte Behälter, etwa umgefallene Behälter, erkennen zu können. Auch können Erkenntnisse des Einströmverhaltens in die entsprechenden Anlagen, etwa aus Zwischenpuffern mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise überwacht werden.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Systeme auch dahingehend eingesetzt werden, eine Schutzfunktion für die innerhalb der Anlage tätigen Personen oder Mitarbeiter zu realisieren. So ist es beispielsweise möglich, die aktuelle Position und/oder die aktuelle Körperhaltung und/oder die im Vergleich zu vorhergehenden Aufnahmen durchgeführten Bewegungen einer jeden innerhalb der Anlage befindlichen Person zu analysieren.
Bei einem möglichen Ergebnis einer derartigen Analyse könnte es sich beispielsweise darum handeln, ob bei einer Person eine Notsituation vorliegt. Indikatoren für eine Notsituation können beispielsweise ein „auf dem Boden liegen" in Verbindung mit einer längeren Regungslosigkeit der betreffenden Person sein.
Weiterhin könnte ermittelt werden, ob sich Personen in einem nicht für Personen zugelassenen Teilbereich der Anlage, beispielsweise in einem Sterilbereich, befinden.
Beim Erkennen solcher Situationen könnten durch erfindungsgemäß vorgesehene erweiterte Funktionen der Anlagensteuerung entsprechende Maßnahmen, beispielsweise das Auslösen eines Alarms, veranlasst werden.
Ebenfalls kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung auch der direkt an den Verarbeitungsmaschinen, beispielsweise den Etikettiermaschinen befindliche Vorrat an Verbrauchsmaterialien, überwacht werden, um bei Unterschreitung eines bestimmten Mindestbestandes entsprechende Maßnahmen einzuleiten.
Weiterhin ist es auch möglich, die Wege des Bedienungspersonals einer Abfüllanlage aufzuzeichnen, um anschließend vorteilhafte Erkenntnisse für die Gestaltung zukünftiger Anlagen zu gewinnen.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Aufführungsbeispieles näher beschrieben. Im Einzelnen zeigt die Zeichnung lediglich schematisch dargestellt eine Anlage zum Füllen von Getränkeflaschen.
Eine lediglich symbolisch angedeutete, allgemein mit 1 bezeichnete Anlage soll beispielsweise zum Füllen von Getränkeflaschen dienen. Dabei werden die Flaschen von einer ersten Maschine 2 über mit 3 bezeichnete Transportsegmente einer weiteren Maschine 4 zugeführt. Die Transportsegmente 3 werden durch Antriebsmotoren M angetrieben.
Zur Überwachung der Anlage, beispielsweise auch zur Überwachung des Befüllungsgrades der Transportsegmente und zur Steuerung der Anlage sind Kameras vorgesehen, allgemein mit 5 bezeichnet, deren Daten einer Datenverarbeitungsanlage 6 zugeführt werden, derart, dass eine Steuerung der Anlage möglich ist und insbesondere eine Fehlererkennung und Fehlerbeseitigung automatisch erfolgen kann. Die Skalierung bzw. der Befüllgrad der Transportstrecke ist mit einem Doppelpfeil symbolisch dargestellt.
Weiterhin wird im dargestellten Ausführungsbeispiel die jeweilige Position einer innerhalb der Anlage befindlichen Person überwacht. Diese Person darf beispielsweise den Sicherheitsbereich S nicht betreten. Der Sicherheitsbereich ist beispielsweise durch auf dem Hallenboden angebrachte Farbmarkierungen gekennzeichnet. Überschreitet nun die Person diese Farbmarkierungen, so wird dieses von der Bildverarbeitung erkannt, worauf beispielsweise ein Warnsignal ausgelöst wird, oder aber die Anlage vollständig angehalten wird.
Die erfindungsgemäß eingesetzten optischen Erkennungssysteme können zur Überwachung des Flaschenstromes an wenigstens Teilabschnitten einer Füllanlage eingesetzt werden und/oder zur Überwachung des Belegungsgrades von Puffertischen und/oder zur Identifizierung von Einzelflaschen im Flaschenstrom, ohne dass die Erfindung auf diese speziellen Einsätze beschränkt wäre.
So ist z. B. erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehen, anhand der optischen Erkennungssysteme zu Überprüfen, ob die Anlage allen Anforderungen hinsichtlich der Sauberkeit genügt. Durch die Bildverarbeitung könnten beispielsweise Verunreinigungen des Bodens erkannt werden.
Weiterhin kann durch die vorgestellte Erfindung auch der innerhalb der Behälter erreichte Füllstand überwacht und durch die Beeinflussung der Füllventile verändert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004029359 B4 [0013]

Claims

Verfahren zur Überwachung, Steuerung und Optimierung von Abfüllanlagen für Produkte aller Art, insbesondere zur Anwendung in der Getränkeindustrie, wobei zur Gewinnung von, zur Steuerung oder Überwachung der Anlage notwendiger Informationen optoelektronische Erkennungssysteme und diesen Systemen zugeordnete Datenverarbeitungsanlagen verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass Bildaufnahmegeräte und Bildverarbeitungsrechner eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmebildkameras und zugeordnete Datenverarbeitungsanlagen eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den zugeordneten Datenverarbeitungsanlagen Methoden der Bildanalyse und/oder der Objekterkennung angewendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Erkennungssysteme zur Erkennung von Objekten angewendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Objekten um Behälter und/oder Personen handelt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Objekten um einzelne Behälter und/oder einzelne Personen handelt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Erkennungssysteme zur Erkennung der Lage und/oder der Ausrichtung und/oder von Bewegungen von Objekten eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Erkennungssysteme zur Überwachung des Behälterstromes an wenigstens Teilabschnitten einer Füllanlage eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Erkennungssysteme zur Überwachung des Belegungsgrades von Puffertischen eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Erkennungssysteme zur Überwachung des Eigenstörverhaltens von Anlagen mit Auswirkung auf vor-/nachgeschalteten Puffern und Anlageteilen eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Erkennungssysteme zur Messung der Temperaturen, von Behältern und/oder Anlageteilen eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Erkennungssysteme zur Aufnahme und/oder Überwachung und/oder Optimierung der Laufwege von Personen eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Erkennungssysteme zur Überwachung der Körperhaltung und/oder der Bewegungen von Personen eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Erkennungssysteme zum Personenschutz, z. B. anstelle von Lichtschranken, eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Erkennungssysteme zur Erfassung der liniennahen Intralogistik eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Erkennungssysteme zur Erfassung und Überwachung des Vorhandenseins von Verbrauchsmaterialien eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Erkennungssysteme zur Überwachung der Anlagenumgebung, wie Verunreinigungszustand des Bodens, eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Erkennungssysteme zur Ventilsteuerung eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Erkennungssysteme zur Überwachung von Sicherheitsbereichen und/oder Speerflächen und/oder Sterilräumen eingesetzt werden.