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24 january 2014 | La Revue POLYTECHNIQUE 11/2013 | Assurance qualité

Le contrôle de l’assurance qualité dans une brasserie

Detlef Zienert

Les capteurs Vision BVS-E de la société Balluff, dotés d’une électronique de traitement et d’un éclairage intégrés, ont été installées dans la brasserie Warsteriner pour une utilisation dans le cadre d’un contrôle de l’assurance qualité. Ces capteurs permettent de superviser, au terme du processus de soutirage et dans le cadre d’un processus de contrôle, la présence d’étiquettes sur les fûts, le marquage correct des étiquettes de bouteille, ainsi que la qualité des emballages en packs de six.
Les capteurs Vision BVS-E de la société Balluff, dotés d’une électronique de traitement et d’un éclairage intégrés, ainsi que de trois sorties numériques, sont si polyvalents qu’ils permettent de résoudre différentes tâches d’inspection. Ils sont capables de contrôler de très nombreuses caractéristiques, indépendamment de la position et en un seul passage, ainsi que d’exécuter simultanément de nombreuses tâches, telles que le comptage d’arêtes, la comparaison de contrastes, le contrôle de motifs ou de positions ou encore la lecture de codes. La brasserie Warsteiner contrôle avec ce capteur, au terme du processus de soutirage et dans le cadre d’un processus de contrôle total la présence d’étiquettes sur les fûts, le marquage correct des étiquettes de bouteille, ainsi que la qualité des emballages en packs de six.

Le groupe Warsteiner, employant plus de 2300 collaborateurs et développant un volume de ventes de 4,56 millions d’hectolitres et un chiffre d’affaires de 530 millions d’euros (en 2012), est l’une des principales brasseries privées allemandes. L’entreprise familiale comprend, à l’heure actuelle, 120 sociétés environ dans le monde; on trouve parmi elles, des brasseries renommées, telles que la Herforder Brauerei ou la Paderborner Brauerei. Le cœur du groupe d’entreprises est la société Warsteiner Brauerei Haus Cramer fondée en 1753, dont le siège social est à Warstein, près de Soest en Allemagne, avec sa marque forte Warsteiner Premium Verum. Par ailleurs, l’enceinte de l’entreprise, dont la surface équivaut à 66 terrains de football, vaut la peine d’être visitée. Dans cette enceinte, plus de 4000 palettes sont déplacées et expédiées avec 200 camions chaque jour.
 
Le capteur Vision, lisant les codes DataMatrix, vérifie ainsi la présence de l’étiquette.
 

Un contrôle ultra-rapide des marquages
Dans les chaînes d’embouteillage pour les bouteilles de 0,5 l, un laser rapide grave la date limite de consommation, l’heure, ainsi que le code machine sur des étiquettes spéciales appliquées au dos des bouteilles. Ces marquages sont contrôlés à l’aide d’un capteur Vision pour chaque bouteille, avec l’outil «comptage d’arêtes», car si la date limite de consommation est absente, la bouteille ne doit pas être commercialisée. Un barrage optique déclenche la caméra. Celle-ci détecte les tringles des tulipes de centrage, qui guident les bouteilles à travers l’installation.
Andreas Zydek, consultant exécutif de la société BHV Automation, qui a conseillé le fabricant de boissons pour la conception des installations, relate les défis particuliers de l’application: «Les bouteilles sont déplacées de façon extrêmement rapide, car jusqu’à 55’000 bouteilles parcourent l’installation en une heure. Ainsi, le capteur doté de son capteur d’image CMOS noir et blanc (640 x 480 pixels) ne dispose plus que d’un temps de traitement de 25 ms par processus de contrôle avec seize bouteilles par seconde. Malgré cela, le capteur résout cette tâche. Nous avons mis en œuvre une lumière annulaire de suppression de l’avant-plan avec une optique de Fresnel, particulièrement compacte, en tant qu’éclairage d’appoint. Celui-ci renforce ponctuellement l’efficacité lumineuse de la lampe intégrée».
En cas d’apparition d’une erreur, c’est-à-dire en l’absence d’un marquage sur l’étiquette, le capteur émet un signal «pas en ordre». Celui-ci est transmis depuis l’automate dans le registre à décalage. Lorsque la bouteille défectueuse atteint un poussoir, elle est séparée des autres bouteilles et éjectée par rotation.
Pour satisfaire aux conditions particulières de la brasserie, le capteur et la lampe ont été intégrés dans un boîtier d’encastrement V2A étanche, muni d’une vitre antireflet, ce qui permet un nettoyage aisé de l’installation avec de grandes quantités d’eau et de produits de nettoyage.
 
Un paramétrage facilité
A la brasserie Warsteiner, le personnel n’a pas besoin de connaissances de programmation ni de formation pour le paramétrage du capteur. Celui-ci, haut de gamme, robuste, au format carte bancaire est, grâce au logiciel ConVIS® fourni, doté d’une interface utilisateur intuitive, facile à utiliser.
«Sitôt après avoir raccordé le capteur à un ordinateur bloc-notes Windows par l’intermédiaire de l’interface Ethernet, nous voyons immédiatement une image courante de la zone de détection sur le moniteur», explique Rainer Ifland, chef de groupe électrotechnique du département de maintenance de la brasserie Warsteiner. «Il nous suffit ensuite de choisir les outils et les extraits d’image souhaités, puis de sélectionner la sortie et déjà le capteur est opérationnel». Pour trouver le seuil correct pour chaque outil, c’est simple: des indications de couleur rouge et verte signalent le réglage correct déjà avant le passage en mode de fonctionnement. Ensuite, le capteur travaille de façon entièrement autonome. Une caractéristique particulièrement aisée: l’utilisateur peut enregistrer jusqu’à vingt configurations directement dans le capteur.
Ceci vaut également pour une deuxième variante du capteur, le BVS-E Identification, qui a été conçu spécialement pour la lecture et la détection decodes 1D (codes à barres) ou de codes 2D (codes DataMatrix).Ce capteur permet de détecter les codes usuels et également de vérifier de façon fiable textes et séries de nombres.
 
Intégré dans un boîtier spécial, le capteur doit vérifier en l’espace de 25 ms la présence du marquage.
 

Un contrôle de présence
Le capteur est mis en œuvre dans les systèmes d’étiquetage de la brasserie Warsteiner pour les fûts consignés de 30 et 50 l en acier spécial. Il y vérifie, dans le cadre d’un processus de contrôle, la présence d’étiquettes sur le capuchon obturateur situé sur la tête de fût. L’étiquette mentionne en texte clair la sorte de bière, la date de soutirage et, ainsi que la date limite de consommation. Elle peut encore contenir d’autres informations très spécifiques, telles que le numéro et la taille du lot.
La lecture de la police de caractères n’est pas effectuée; au lieu de cela, un code DataMatrix 2D imprimé supplémentaire est lu, ce qui permet un processus de détection particulièrement rapide et sans dérangements. Ceci est important, car à la brasserie Warsteiner, plus de 1000 fûts sont remplis par heure. Lorsque les données de code lues sont requises, ce qui n’est toutefois par le cas de cette application, celles-ci peuvent être transmises via une interface RS232 ou Ethernet.
«Dans son aspect extérieur, ainsi que dans sa structure électronique et mécanique, le capteur ne se distingue des autres variantes BVS que de façon minime», confirme Rainer Ifland. «Et le logiciel d’application est absolument identique. Ainsi, on trouve d’emblée ses marques grâce au concept d’utilisation homogène». Même les accessoires, tels que des brides de fixation, du rétroéclairage, un spot, un éclairage annulaire, un éclairage sur fond obscur ou linéaire, etc., sont identiques, ce qui facilite considérablement la gestion des stocks et la maintenance.
Le processus de détection, au sein d’une chaîne d’étiquetage, est vite expliqué: une bande transporteuse achemine les fûts de façon centrée; ainsi les capuchons de protection des fermetures de fût se trouvent toujours dans la même position sous l’imprimante. Dès qu’un capteur signale la présence d’un fût, un distributeur d’étiquettes fournit, au moment adéquat, une étiquette nouvellement imprimée, laquelle est ensuite collée par un axe pneumatique sur le capuchon de protection du fût. Le capteur Vision fixé sur le châssis de l’imprimante est positionné automatiquement en cas de changement de sorte. Lorsque l’axe est de nouveau retiré sur sa position initiale, un signal est déclenché. Le capteur signale ensuite, tout d’abord au moyen d’un signal de confirmation, sa disponibilité de fonctionnement, ce qui assure qu’aucun fût non vérifié ne sorte de l’enceinte. Après la détection du code DataMatrix, le capteur confirme la présence d’une étiquette au moyen d’un deuxième signal de confirmation sur une deuxième sortie numérique. Les fûts, qui ne comportent pas d’étiquette, sont immédiatement éjectés. Après un contrôle visuel, ils sont acheminés à nouveau vers la chaîne d’étiquetage.
 
Un boîtier spécial offre une protection contre la poussière de papier dans le cadre du contrôle des packs de six.
 

Des alternatives vérifiées
«Nous avons bien entendu également vérifié en amont d’autres processus, tels que la mise en œuvre de codes barres», relate Andreas Zydek. «La qualité de lecture élevée n’est obtenue, dans cet environnement, qu’au moyen d’un code DataMatrix combiné à un procédé de visualisation». Lorsqu’un code barres est endommagé, souillé ou gonflé par l’humidité, il est bien souvent difficile, voire impossible de le lire. En revanche, dans le cas du code DataMatrix, jusqu’à 25 %, voire plus, des informations peuvent être endommagées; il pourra toujours encore être détecté correctement.
Le fait que la position de l’étiquette sur le capuchon de protection varie légèrement, c’est-à-dire, le fait que les informations doivent être détectées de façon indépendante de la position, est un facteur aggravant. Pour le capteur Vision permettant une détection des codes sur 360°, ceci est un jeu d’enfant. Selon l’expérience d’Andreas Zydek, les lasers linéaires équipés d’une tête de lecture orientable ou d’onéreux lasers à lignes croisées ne constituent pas une alternative raisonnable dans ces conditions très spécifiques. «Avec ces appareils, nous n’aurions pas pu atteindre la cadence de lecture exigée», ajoute-t-il.
 
Le contrôle d’emballages facilité
A la brasserie Warsteiner, une troisième tâche a été résolue de façon astucieuse: après le soutirage, six bouteilles sont à chaque fois regroupées pour former un pack. L’emballage en carton breveté, se passant de colle chaude, repose sur un mécanisme spécial de poussée-traction. Un carton d’emballage est glissé automatiquement par le haut sur les bouteilles; sous les bouteilles, trois languettes de carton sont verrouillées entre elles, afin d’assurer le transport des bouteilles. Ici aussi, cette brasserie contrôle, au moyen d’un capteur Vision, le maintien ferme de tous les verrouillages au-dessous de l’emballage. Un contrôle sur trois positions est effectué pour la largeur des languettes en forme de demi-lune, lesquelles sont imprimées en noir, contrastant ainsi parfaitement avec le carton. Si un seul des verrouillages est défectueux, le pack de six est éjecté. Le capteur est déclenché par le biais des arêtes des packs, sitôt qu’ils sont détectés par des fibres optiques.