Glanz- und Farbprüfung

Druckbilder auf Rundkörpern prüfen

Integrierte Inspektion senkt die Ausschussquote. Ein neues System soll die vollständig automatische Prüfung von Druckbildern auf Rund- und auf anderen, nahezu beliebig geformten Körpern ermöglichen. Angepasste Bildverarbeitungsalgorithmen finden und die Fehler klassifizieren.

Eine klare und einfache Bedienerführung erleichtert die sachgerechte Arbeit und bringt Transparenz in die Fehlerquellen.

Drucke auf Tuben, Flaschen und Dosen müssen hohe ästhetische Ansprüche erfüllen, zudem müssen Texte, Warnsymbole und Barcodes gut lesbar sein. Die manuelle (Stichproben-) Inspektion gewährleistet nicht die sichere Erkennung aller Defekte und findet häufig nach einem Speicher hinter der Druckmaschine statt, so dass bei Fehlerhäufungen erst spät reagiert werden kann. Ein automatisches System zur Druckbildinspektion löst diese Probleme und stellt die geforderte Qualität sicher. Entsprechend dem eingesetzten Druckverfahren wie Siebdruck, Hochdruck, Tampondruck, Heißfolienprägung oder Offsetdruck können durch das Ausgangsmaterial oder den Druckprozess vielfältige Druckfehler entstehen. Fehler wie Dellen, Kratzer, Einschlüsse, Spritzer, Verläufe, Versatz, Verwischungen und zu starke, blasse oder fehlende Bedruckung müssen ebenso sicher erkannt werden wie Farbfehler. Dazu gehören Fehlfarben, Farbverläufe und Farbabweichungen vom Sollmuster.

So funktioniert die Technik

Das Verfahren basiert auf dem Bild-Bildvergleich mit einem Golden Template. Rundkörper werden vor der Kamera gedreht, ebene Objekte durch Bewegung des Objekts oder der Kamera gescannt. Moderne Farbzeilenkameras erreichen hohe Auflösungen und Übertragungsgeschwindigkeiten. Dies ermöglicht die Prüfung bei Takt- und Produktraten bis 2 m/s und 0,1 Millimeter Auflösung. Bei kleinen, überwiegend ebenen Objekten werden alternativ Matrixkameras eingesetzt. Eine Kamera ermöglicht Messbreiten bis 400 Millimeter. Größere Breiten sind durch Skalierung des Prüfsystems oder Reduktion der Auflösung einfach möglich. Für eine homogene Ausleuchtung des Druckbildes, kombiniert mit ho-her Lebensdauer und langzeitstabilem Emissionsspektrum, sorgt der Einsatz von HQI-Kaltlichtquellen. Die leuchten auch kontrastschwache Drucke mit ausreichend hohen Detailgrad aus. Um das Einwirken der durch die Lichtquelle erzeugten Wärme auf die Prüflinge zu verhindern, ist die Beleuchtung räumlich vom Messsystem getrennt. Faseroptische Leitungen mit linienförmigen Querschnittswandlern speisen das Licht ein. Insgesamt wird damit ein homogener, gut fokussierter Lichtstreifen auf dem Prüfling erzeugt.

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Typischer, automatisch erkannter Passerfehler: v.l.n.r: Referenzbild, Fehlerregion, Fehlerbild, markierte Fehlfarbe.

Die Leistungsfähigkeit kostengünstiger Mehrkern-Rechnersysteme auf PC-Basis erlaubt deren Einsatz für komplexe Bildverarbeitungsaufgaben. Durch Parallelisierung und Optimierung der Inspektionsalgorithmen werden hohe Bildraten erreicht. Zudem ist die Integration in bestehende Produktionsanlagen im hohen Maße gewährleistet, beispielsweise für direkte Rückmeldung wie die Signalisierung von Einzel- und Serienfehlern an die Anlagensteuerung.

Randbedingungen für Beleuchtung und Messtechnik

Schwankungen der Beleuchtung sind heute kein Problem mehr. Ein mehrkanaliger Sensor zur Online-Überwachung der Lichtquelle erfasst und bewertet direkt die spektralen Eigenschaften der Beleuchtung und bildet zusammen mit der Lichtquelle eine intelligente Beleuchtungseinheit. Das automatische nachregeln der Kameraparameter unter Berücksichtigung der aktuellen Sensordaten macht das System robust gegenüber Veränderungen der Beleuchtung.

Inspektion einer bedruckten Flasche – Beleuchtung und Algorithmen sorgen für schnelle und vollständige Suche nach Oberflächen- und Farbfehlern.

Spann- und Formfehler beim Prüfkörper sowie Vibrationen im Antrieb kann auch eine sehr hochwertige Mechanik nicht restlos beseitigen. Im Kamerabild bewirkt das eine Stauchung oder Streckung des Druckmusters entlang der Aufnahmerichtung. Die Auswertung der Druckbilder erfordert also ein Maß an Verzugstoleranz der Algorithmen. Dazu wurde ein Verzugsmodell in der Software implementiert, das globale Verzüge toleriert und lokale Abweichungen detektiert.

Die teilweise verwendete 360°-Bedruckung der Objekte erfordert ein geeignetes Offsetkorrekturverfahren zur Bestimmung eines reproduzierbaren Startpunkts. Von dem Rundkörper werden zwei vollständige Umdrehungen aufgenommen, so dass be- züglich eines definierten Startpunkts mindestens eine vollständige Abwicklung im Bild vorhanden ist. Bei einer lagesynchronen Zuführung des Prüflings in das Inspektionssystem ist nur etwas mehr als eine vollständi-ge Umdrehung erforderlich, um die Startposition sicher zu finden.

Dreizeilen-Farbkamera und die richtige Software

Eine trilineare Farbzeilenkamera nimmt die Bilder auf. Dieses Prinzip ist ein guter Kompromiss zwischen Auflösung und Kosten. Die alternative Drei-Chip-Zeilenkamera ist zu teuer und die Einzeilenkameras bietet keine ausreichende Auflösung und Geschwindigkeit. Um Farbsäume an den Kanten im Bild zu vermeiden, ist die genaue Kalibrierung von Antrieb, Drehgeber, Belichtungszeit und Zeilenverzögerung erforderlich.

Die Bedienoberfläche des Systems folgt der Anforderung an direkte Integrierbarkeit in die Anlage. Klar strukturierte, große Schaltflächen ermöglichen die Bedienung über einen Touchscreen. Kurze Umrüstzeiten und Einarbeitungszeiten sind die Vorteile einer geführten Templateerstellung, in der mit wenigen Klicks die Umstellung auf ein neues Druckmuster möglich ist. Mit einfachen Reglern kann der Bediener die Empfindlichkeit des Systems der aktuellen Druckqualität anpassen. 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 direkt an der Druckstraße einen schnellen Überblick über die aktuelle Qualität der Bedruckung und erlauben das schnelle Eingreifen bei Serienfehlern. Dank der Klassifikation können Fehler einzelner Fehlerkategorien wie Versatz, Blitzer/Passer und Druckfarben zugeordnet und dadurch beispielsweise beim Siebdruck Rückschlüsse auf verschmutze Siebe oder defekte Rakel gezogen werden. Mit Hilfe des Druckauftragmanagers werden Informationen zum aktuellen Druckvorgang verwaltet. Nach Abschluss eines Druckauftrags folgt die Erstellung eines umfangreichen Druckprotokolls, das zu Dokumentationszwecken archiviert oder gedruckt werden kann.

Der Beitrag basiert auf einem Manuskript der Autoren Dietmar Kollhoff, Daniel Kreutzer und Tim Langner.

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