Contrinex vereinfacht die Füllstandmessung von Behältern mithilfe einer 3D-Smart-Kamera

In automatisierten Verpackungs-, Lebensmittelverarbeitungs- und Intralogistiklinien ist die Überprüfung der Behälterfüllstände entscheidend, um Füllmengenvorschriften einzuhalten, ein Überlaufen beim Verschließen zu verhindern und Materialverschwendung zu minimieren. Herkömmliche Einpunktsensoren wie Ultraschall- oder optoelektronische Geräte messen den Abstand nur an einer einzigen festen Stelle. Wenn Behälter unregelmäßige Feststoffe, viskose Flüssigkeiten oder ungleichmäßig verteilte Schüttgüter enthalten, erfassen Einpunktmessungen weder das tatsächliche Volumen noch Oberflächenspitzen und -vertiefungen. Während die 3D-Bildverarbeitung diese Einschränkung durch die Erfassung der gesamten dreidimensionalen Topografie des Behälterinhalts überwindet, erforderte der Einsatz von 3D-Bildverarbeitungssystemen bisher spezialisierte Bildverarbeitungsingenieure, externe Industrie-PCs und individuellen Bildverarbeitungscode.

Um diesen technischen Engpass bei der Einführung von 3D-Bildverarbeitung zu beseitigen, hat Contrinex die Smart Vision App auf seiner 3D-Smart-Kamera um eine integrierte Funktion zur Füllstandmessung erweitert. Durch die Ausführung vorkonfigurierter Bildverarbeitungsalgorithmen direkt auf der Kamerahardware über eine geführte Benutzeroberfläche ermöglicht die Software Produktions- und Automatisierungsingenieuren die Einrichtung volumetrischer Multiparameter-Inspektionen, ohne eigene Software schreiben zu müssen.

Multiparameter-Volumen- und Oberflächenprofilierung
Wie verbessert die 3D-Bildverarbeitung die Überprüfung von Behälterfüllständen im Vergleich zur Einpunktmessung? Anstatt sich auf einen einzigen Tiefenmesswert zu verlassen, erfasst eine 3D-Smart-Kamera räumliche Höhendaten über die gesamte Öffnung eines Behälters hinweg. Innerhalb der Contrinex Smart Vision App verarbeitet der Anwendungsfall „Fill Level Measurement“ (Füllstandmessung) diese räumlichen Daten, um aus einer einzigen Bildaufnahme gleichzeitig fünf verschiedene Kennzahlen zu extrahieren:

Füllgrad in Prozent zur Bestimmung der gesamten Kapazitätsauslastung des Behälters.

Gesamtvolumen des im Gefäß enthaltenen Materials.

Maximale Höhe in Millimetern zur Identifizierung des höchsten Punktes des Inhalts und zur Erkennung potenzieller Überfüllungen, die das Verschließen oder Versiegeln beeinträchtigen könnten.

Minimale Höhe in Millimetern zur Erkennung des tiefsten Punktes oder von Hohlräumen innerhalb des Füllprofils.

Differenzhöhe in Millimetern zur Bewertung der Oberflächenebenheit und der Höhenunterschiede über die gemessene Materialverteilung hinweg.

Durch die Auswertung der Differenzhöhe zusammen mit den Maximal- und Minimalpunkten können Qualitätskontrollsysteme ungleichmäßiges Absetzen, Schüttkegelbildung oder schräge Fülloberflächen erkennen, die herkömmlichen Füllstandsensoren entgehen. Für die automatisierte Linienintegration können Bediener jedem einzelnen Parameter obere und untere Toleranzgrenzen zuweisen. Die Kamera gleicht die Live-Messwerte mit diesen Regeln ab und gibt ein binäres GUT/SCHLECHT-Signal (PASS/FAIL) an die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) oder den Ausschleusmechanismus aus.

Programmierfreie Konfiguration und Workflow-Integration
Ein wesentliches Hindernis bei der Einführung von 3D-Bildverarbeitung in der Fertigung ist der technische Aufwand für Kalibrierung, Definition des Erfassungsbereichs (Region of Interest) und Algorithmus-Feinabstimmung. Contrinex begegnet diesem Problem mit einem integrierten, browserbasierten Workflow innerhalb der Smart Vision App.

Anstatt Punktwolken-Filter zu programmieren, nutzen Techniker einen schrittweisen Konfigurationsassistenten. Der Workflow führt den Benutzer durch die Definition der virtuellen Behältergeometrie, das Einlernen der Zielobjektreferenz sowie das Festlegen numerischer Gut/Schlecht-Schwellenwerte für Volumen, Füllprozentsatz und Höhengrenzen. Da die Bildverarbeitungsalgorithmen direkt auf der Smart-Kamera ausgeführt werden, macht das System externe Verarbeitungseinheiten überflüssig und reduziert die Integrationskomplexität an bestehenden Förderlinien.

Industrielle Anwendungen in der Lebensmittel-, Getränke- und Logistikbranche
In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie verhindert die berührungslose 3D-Füllstandprüfung, dass unterfüllte Verpackungen zum Verbraucher gelangen, und erkennt überfüllte Behälter, bevor diese Heißsiegelbacken oder Verschließköpfe verunreinigen. Bei Trockenwaren, Backwaren oder granularen Zutaten, bei denen es zu Anhäufungen kommt, gewährleistet die Differenzhöhenmessung eine gleichmäßige Portionierung und Verpackungsintegrität.

In der automatisierten Logistik und Auftragsabwicklung überprüfen dieselben Inspektionsfunktionen die Füllgrade von Behältern und Kartons vor der automatischen Einlagerung, dem Verschließen oder dem Versand. Die Messung der maximalen Höhe stellt sicher, dass herausragende Gegenstände nachfolgende Förderbänder oder fahrerlose Transportsysteme (FTS) nicht blockieren, während die Überwachung des Füllprozentsatzes die Volumenauslastung der Behälter optimiert.

Zusätzlicher Kontext
Die ursprüngliche Produktankündigung konzentriert sich auf den Software-Workflow und die messbaren Ausgabeparameter des Anwendungsfalls zur Füllstandmessung, ohne näher auf das zugrunde liegende optische 3D-Messverfahren (wie Laufzeitmessung/Time-of-Flight oder aktives Stereosehen), Messtoleranzen, Bildraten oder spezifische industrielle Kommunikationsprotokolle einzugehen, die von der Contrinex 3D-Smart-Kamera-Hardware unterstützt werden.

Innerhalb der breiteren industriellen Automatisierungslandschaft stehen integrierte 3D-Smart-Kameras für einen Wandel hin zur Edge-basierten Bildverarbeitung. Wettbewerber im Bereich der industriellen Bildverarbeitung, darunter SICK, ifm electronic und Keyence, bieten vergleichbare eigenständige 3D-Time-of-Flight- und Triangulationssensoren an, die mit integrierten Anwendungsassistenten für die Volumen- und Füllstandüberwachung ausgestattet sind. Über diese gesamte Produktkategorie hinweg ermöglicht die Standardisierung auf grafische No-Code-Einrichtungstools den Instandhaltungsteams im Werk, optische Prüfstationen bei Produktwechseln ohne externe Systemintegratoren einzurichten und neu zu kalibrieren – was im Einklang mit breiteren Branchentrends hin zu flexiblen, modularen Fertigungslinien steht.

Bearbeitet von Evgeny Churilov, Induportals Media – Adaptiert durch KI.

www.contrinex.com