Gbs Ilmenau: Druckbildkontrolle mit automatischem System

12.03.2013 -

An die Bedruckung von Tuben, Flaschen und Dosen werden hohe ästhetische Ansprüche gestellt. Gleichzeitig müssen gedruckte Texte, Warnsymbole und Barcodes gut lesbar sein. Die heute noch oft anzutreffende manuelle Inspektion gewährleistet einerseits nicht die sichere Erkennung aller Defekte und findet andererseits häufig erst hinter dem Trockenspeicher statt, so dass Fehlerhäufungen relativ spät erkannt werden.

Ein automatisches System zur Druckbildinspektion überwindet diese Nachteile und stellt die geforderte Qualität sicher. Die Prüfung wird direkt nach dem Bedrucken in der Druckmaschine oder unmittelbar dahinter in einer separaten Station vorgenommen und fehlerhafte Produkte werden automatisch ausgeschleust.

In Abhängigkeit vom eingesetzten Druckverfahren, also z. B. Siebdruck, Hochdruck, Tampondruck, Heißfolienprägung oder Offsetdruck, können durch das Ausgangsmaterial oder den Druckprozess ganz unterschiedliche Druckfehler entstehen, die sicher erkannt werden müssen:

Druck- und Materialfehler, Oberflächenfehler (Dellen, Kratzer, Einschlüsse) Spritzer, Verläufe, Versatz, Verwischungen zu starke, zu blasse oder fehlende Bedruckung, Farbfehler, Fehlfarben, Farbverläufe, Farbabweichungen vom Sollmuster

Golden Template

Das Prüfverfahren des Systems SmartVIS basiert auf dem Ansatz des Bild-Bildvergleichs mit einem Golden Template. Die vom Druckmaschinenfahrer als gut eingestuften Bedruckungen werden zunächst abgescannt und fließen als Referenzbilder in die Generierung des Templates ein. Für diesen Prozess müssen die Bilder eine vollständige Abbildung des Druckmusters aufweisen.

Da die Lagekorrektur der Bilder zueinander einen grundlegenden Bestandteil der Verarbeitung ausmacht, wurden für die Erkennung des Startpunktes und die Entfernung des Offsets besonders robuste Algorithmen entwickelt.

Für die Inspektion der Prüflinge wird ein verzugstoleranter Vergleich mit dem Golden Template durchgeführt. Das heißt: Durch die Art der Aufnahme oder durch die Produktoberfläche entstehende Verzüge im Bild werden im Inspektionsprozess automatisch korrigiert und toleriert.

Gut abgestimmte Hardware

Um den Anforderungen unterschiedlichster Druckverfahren gerecht zu werden, sind die Hardwarekomponenten gut aufeinander abgestimmt. Mit modernsten Farbzeilenkameras werden hohe Auflösungen und Übertragungsgeschwindigkeiten erreicht. Dies ermöglicht die Prüfung bei hohen Takt- und Produktraten von bis zu 2 m/s in einer Auflösung von 0,1 mm. Kleine, überwiegend ebene Objekte werden alternativ mit Matrixkameras erfasst.

Bei Verwendung einer einzelnen Kamera in Kombination mit einer hochwertigen Optik sind bereits Messbreiten bis zu 400 mm möglich. Größere Messbreiten können durch die Skalierung des Prüfsystems oder aufgabenabhängig durch eine Reduktion der Auflösung einfach realisiert werden.

Für einen homogenen, gut fokussierten Lichtstreifen auf dem Prüfling sorgt der Einsatz von HQI-Kaltlichtquellen sowie faseroptischen Leitungen mit linienförmigen Querschnittswandlern. HQI-Lampen zeichnen sich durch eine hohe Farbtemperatur, ein langzeitstabiles Emissionsspektrum, eine sehr hohe Lebensdauer und einen hohen Wirkungsgrad aus.

Die Faseroptik verhindert das Einwirken der durch die Lichtquelle erzeugten Wärme auf die Prüflinge und ermöglicht die Aufstellung der Leuchte an einem für den Prozess günstigen Ort.

Die Leistungsfähigkeit heutiger, kostengünstiger Mehrkern-Rechnersysteme auf PC-Basis erlaubt deren Einsatz für komplexe Bildverarbeitungsaufgaben. Mittels Parallelisierung und Optimierung der Inspektionsalgorithmen werden hohe Bildraten erreicht, z. B. 1,5 Objekte/Sekunde bei 200 x 200 mm² Oberfläche.

Online-Korrektur von Beleuchtungsschwankungen

Eine völlig neue Qualität der automatischen Druckbildkontrolle mit der die sonst üblichen häufigen, manuellen Kalibriervorgänge mit Kalibriervorlagen vermieden werden, wird mit einem innovativen Sensor zur Online-Überwachung der Lichtquelle erreicht.

Dieser mehrkanalige Sensor erfasst und bewertet direkt die spektralen Eigenschaften der Beleuchtung und stellt zusammen mit der Lichtquelle eine intelligente Beleuchtungseinheit dar. Die so gewonnenen Informationen lassen sich sowohl manuell als auch automatisch in den aktiven Prüfprozess einbringen.Durch eine automatische Nachregelung der Kameraparameter unter Berücksichtigung der aktuellen Sensordaten ist das System robust gegenüber kurz- und langzeitigen Schwankungen der Beleuchtung.

Inspektion zylindrischer Körper

Für eine 100 %-Inspektion müssen zylindrische Objekte gedreht werden, um die Oberfläche vor der Kamera abzuwickeln. Bei ebenen Objekten genügt eine laterale Relativbewegung. Um ein unverzerrtes Bild der Oberfläche zu erhalten, werden hohe Anforderungen an das Antriebssystem gestellt, wie es in der Regel im Druckprozess gegeben ist.

Die Drehzahlschwankungen des Antriebsystems werden durch die Triggerung der Kamera über einen hochwertigen Inkrementalgeber ausgeglichen. Verbleibende Restverzüge im Bild gleicht die Software aus. Für die Aufnahme der Farbbilder wird eine trilineare Farbzeilenkamera verwendet. Bei diesem Kameratyp sind die drei Sensorzeilen für die Kanäle Rot, Grün und Blau dicht nebeneinander angeordnet.

Man erhält für jede Zeile die gleiche Auflösung und die Geschwindigkeit entspricht einer Einzeilenkamera. Die hier auftretenden Effekte wie Farbsäume und Intensitätsschwankungen, die zum Großteil aus dem Abstand der Farbzeilen des Sensors zueinander und der Rotation des Prüfobjektes resultieren, können durch eine sorgfältige Kalibrierung minimiert werden.

Umstellung mit wenigen Klicks

Die Bedienoberfläche folgt der Anforderung an die direkte Integrierbarkeit in die Anlage. Klar strukturiere, große Schaltflächen ermöglichen die Bedienung über einen Touchscreen. Schnelle Umrüstzeiten und eine geringe Eingewöhnungsphase sind die Vorteile einer geführten Templateerstellung, in der mit wenigen Klicks die Umstellung auf ein neues Druckmuster erfolgen kann.

Mit einfachen Reglern passt der Bediener die Empfindlichkeit des Systems an die aktuelle Druckqualität an. Während der Prüfphase wird das aktuelle Produkt im zentralen Fenster angezeigt und über eine Fehlerbildhistorie hat der Anlagenfahrer Zugriff auf die zuletzt gefundenen Defekte. Umfangreiche Statistiken zur Fehlerauswertung geben einen schnellen Überblick über die aktuelle Qualität und erlauben ein schnelles Eingreifen bei Serienfehlern.

Dank der Fehlerklassifikation können Fehler einzelnen Fehlerkategorien (Versatz, Blitzer/Passer) und Druckfarben (Druckstationen) zugeordnet und dadurch z. B. beim Siebdruck Rückschlüsse auf verschmutze Siebe oder defekte Rakel gezogen werden.

Mit dem Druckauftragmanager werden Informationen zum aktuellen Druckvorgang verwaltet. Nach Abschluss eines Druckauftrags erstellt die Software ein umfangreiches Druckprotokoll, das zu Dokumentationszwecken archiviert bzw. ausgedruckt werden kann.

Smarte Lösung

Mit der SmartVIS-Lösung für die Bedruckungskontrolle wird ein leistungsfähiges und flexibles System vorgestellt, das die automatische Qualitätskontrolle in der Bedruckung von ebenen und gekrümmten Oberflächen sichert. Das System wird kontinuierlich weiterentwickelt, um die Leistungsparameter und den Bedienkomfort zu erhöhen. Der modulare Aufbau von Hardware und Software gestattet die Integration in kundenspezifische Druckmaschinen.