Sichere Druckkontrolle mit Bildverarbeitung

DRUCK- UND VERPACKUNGSTECHNIK

Schneller als das menschliche Auge

Bildverarbeitung in der Verpackungsindustrie

Bei der Überprüfung von Verpackungen stellt die Bildverarbeitung eine leistungsfähige Technologie dar, die in immer mehr Anwendungen zum Einsatz kommt. Hella-Marie Gillig ist eine unserer Branchenspezialisten in diesem Bereich und beantwortet einige Fragen zur Bedeutung der Bildverarbeitung in dieser Branche.

Wo liegen die besonderen Herausforderungen in der Verpackungsindustrie für die Qualitätssicherung?

Gillig: Die Vielfalt der Materialien und Formen, die in der Verpackungsindustrie eingesetzt werden, stellt uns ständig vor neue Aufgaben. Verpackungen haben ja viele Funktionen: Unter anderem schützen sie das Rohmaterial während des Transports, aber sie positionieren ein Produkt auch im Supermarktregal. Die eingesetzten Materialien verändern sich dabei laufend. So werden beispielsweise Folien häufig aus mehreren Lagen hergestellt und zusätzlich beschichtet, was die Inspektion der Ware erschwert. Produkte aus der Lebensmittel- oder Kosmetikindustrie heben sich durch ihre Verpackung voneinander ab. Zudem werden die Form oder die Farbgebung eines Produktes oft saisonal angepasst. Diese vielfältigen Faktoren stellen für die Bildverarbeitung besondere Anforderungen dar, dann für jedes neue Materialien und jedes neu gestaltete Produkt muss eine Prüfstation, die dieses Produkt mit Hilfe von Bildverarbeitung auf Fehlermerkmale prüft, an die vorliegenden Randbedingungen angepasst werden.

Was sind die konkreten Einsatzfelder für die Bildverarbeitung in der Verpackungsindustrie?

Gillig: Hier gibt es eine sehr große Vielfalt an möglichen Anwendungen. So wird mittels Bildverarbeitung z.B. die Qualität des Rohmaterials für Verpackungen kontrolliert: Wird eine Folie knitterfrei, ohne Falten oder kleinste Löcher ausgeliefert? Liegen bei Kunststoffflaschen nach dem Spritzgussverfahren Schlieren in der Flaschenwand vor? Ist das Label eines Gebindes fälschungssicher entworfen und wie kann es überprüft werden?

Im Produktionsprozess kontrollieren wir mit Hilfe von Bildverarbeitungssystemen z.B. die Abmessungen oder die Form eines Zwischenproduktes. Ein Beispiel hierfür ist die Prüfung, ob die Stanzung oder der Schnitt von Kartonagen korrekt ist oder ob das Gewinde oder die Schulter einer Glasflasche richtig ausgeformt wurde. Das sichere Lesen erhabener Zahlen auf Flaschenböden, die Inspektion von Döschen und Verschlusskappen auf seitenrichtige Montage oder die zuverlässige Kontrolle von Verfallsdaten auf bunt bedruckten, unebenen Aluminiumdeckeln sind einige weitere Beispiele für Anwendungen in diesem Bereich.

Am Ende des Produktionsprozesses geht es oft darum, Labels und Etiketten zu überprüfen. Barcode-Etiketten werden hier je nach Produkt auf unterschiedlichen Höhen angebracht oder sind bereits unter einer Folie eingesiegelt. Auch in diesen Fällen müssen die Bildverarbeitungskomponenten sorgfältig und je nach Aufgabenstellung optimal ausgewählt werden.

Welche Produkte von Stemmer Imaging kommen in der Verpackungsindustrie zum Einsatz und bietet Stemmer Imaging spezielle Lösungen für diese Branche an?

Gillig: Als größter Bildverarbeitungstechnologielieferant in Europa bietet STEMMER IMAGING seinen Kunden alle Komponenten, die zur Lösung von Bildverarbeitungsaufgaben erforderlich sind. Unser Produktspektrum umfasst hier von einer großen Auswahl an Beleuchtungen und Optiken über eine breite Palette an industriellen Kameras aller Art bis hin zu intelligenten Kamerasystemen, leistungsfähigen Bilderfassungsprodukten, kompletten Systemen, notwendigem Zubehör und der geeigneten leistungsfähigen Software alle Bausteine für die passende Bildverarbeitungslösung.

Ganz entscheidend für die spätere Leistungsfähigkeit der Prüfstation ist dabei meist die Auswahl der richtigen Beleuchtungen, denn jede Fehlersuche und jede Formenprüfung erfordert einen optimal angepassten Aufbau der Beleuchtung. Sie muss die Merkmale eines Materials kontrastreich hervorheben und den Glanz oder Reflexionen unterdrücken bzw. gezielt verstärken. In manchen Anwendungen macht es auch Sinn, Farben zu verstärken oder zu nivellieren. Die Beleuchtung macht das Bild, deshalb erarbeiten wir in Machbarkeitsstudien oft das optimale Setup für die jeweilige Aufgabenstellung und bieten diese Lösung dann dem Kunden an.

Eine weitere wichtige Rolle spielt natürlich die eingesetzte Kamera. Hier können Flächen- oder Zeilenkameras mit einem oder mehreren Sensoren die optimale Wahl darstellen, um z.B. Farben zu unterscheiden. Für die Auswertung des roten, blauen, grünen oder auch des IR-Anteils im Lichtspektrum können dabei je nach Aufgabenstellung auch spezielle Prismenkameras eine geeignete Lösung bieten, um Farben klarer darzustellen und zuverlässiger auszuwerten.

Als Beispiel eines Komplettsystems für die Verpackungs- oder Druckindustrie möchte ich noch die neuen Contact Image Sensors (auch kurz CIS genannt) von Mitsubishi Electric erwähnen. Diese Produkte funktionieren wie Scanner, die flache Materialien mit einer Auflösung von 600 dpi und einem festen Arbeitsabstand erfassen. Da die Beleuchtung bereits im CIS-Gehäuse integriert ist und der Sensor sehr einfach montiert werden kann, eignen sich diese Systeme sehr gut für die Prüfung von flachen Objekten wie Folien, Papier, Textilbahnen oder Glas. Für die Inspektion unebener Flächen wie z.B. gestanzter Kartonagen ist die CIS-Technologie hingegen nicht geeignet.

Worauf sollte ein Unternehmen aus der Verpackungsindustrie achten bei der Auswahl eines Bildverarbeitungssystems?

Gillig: Ich rate von komplett vorkonfigurierten Systemen ab. Die eingesetzten Komponenten, also Kamera, Objektiv, Beleuchtung und Software sowie eventuelle weitere Elemente müssen optimal zusammenspielen, um die geforderte Leistung zu garantieren. Vorkonfigurierte Systeme verfügen beispielsweise oft über eine bereits eingebaute Beleuchtung, die den speziellen Anforderungen der jeweiligen Aufgabe meist nicht entspricht und daher aufwändig nachträglich durch eine passende Beleuchtung umgerüstet werden muss. Dies ist mechanisch meist schwierig und zudem geht so der Preisvorteil gegenüber einem individuell zusammengestellten System schnell verloren.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass man von Beginn an genügend Zeit für die Auswahl der richtigen Komponenten, insbesondere der Beleuchtung einplanen sollte. Erst mit zunehmender Erfahrung bekommt man ein Gefühl dafür, welche Komponenten sich in Abhängigkeit vom Prüfmaterial und den sonstigen Randbedingungen als Lösung eignen. Oft betreten Mitarbeiter unserer Kunden Neuland, wenn sie sich mit Bildverarbeitung beschäftigen. Um die Einarbeitungszeit in diesen Fällen zu reduzieren und schneller zu den gewünschten Ergebnissen zu kommen, bieten wir regelmäßige Schulungen zu allen Themen der Bildverarbeitung an, die von den Teilnehmern als sehr hilfreich beurteilt werden.

Wie rechnet sich ein Bildverarbeitungssystem in der Verpackungsindustrie vor allem (z.B. Prozessbeschleunigung etc.)?

Gillig: Bildverarbeitung macht Maschinen nicht schneller, und gerade in der Verpackungsindustrie sind die Verpackungsanlagen und Produktionsprozesse ja bereits extrem schnell. Die Bildverarbeitungsbranche bietet ihren Anwendern jedoch Kameras, die selbst in diesen schnellen Prozessen noch auswertbare Bilder aufnehmen können, sowie Bilderfassungskarten, die eine Vorverarbeitung von Bildern zulassen, so dass die Bildauswertung innerhalb weniger ms stattfinden kann. Geeignete Frame Grabber übergeben das Ergebnis der Auswertung direkt an die I/Os und sorgen damit für eine zuverlässige Ausschleusung von fehlerhaften Teilen. So entlasten geeignete Systeme also die CPU des angeschlossenen Rechners.

Deutliche Einsparungen bringt Bildverarbeitung dann, wenn Kontrollen automatisiert werden können, die bislang von Hand oder nur halbautomatisch realisiert wurden. Hier ist das Potential dieser Technologie in der Verpackungsindustrie nach wie vor sehr groß.