Intelligentes Lesesystem: Automatische Kontrolle von Chargennummern

Systembedingt kommt es bei InkJet-Druckverfahren immer wieder zu Fehldrucken aufgrund verstopfter Düsen. Ein Problem, dass sich mit wenigen Handgriffen beheben lässt, aber erst dann festzustellen ist, wenn die Produktion abgeschlossen oder zumindest fortgeschritten ist. Bei Geschwindigkeiten von 500 Einheiten pro Minute ist es zwangsläufig, dass die Anzahl an fertig verpackten Produkten mit fehlerhaften Drucken hoch ist und entsprechend neu produziert werden müssen. Makulatur gilt es, auch wenn wesentliche Teile des Produktes Wiederverwendung finden, zu vermeiden. So wurde die Anforderung gestellt, ein optisches Lesesystem in die Verpackungsstrecke zu implementieren, das unmittelbar nach dem Druck die Qualität bzw. das Druckbild kontrolliert, fehlerhafte Drucke aussteuert und nach einem Serienfehler die Maschine stoppt. Die grundsätzliche Aufgabenstellung eines Druckbildvergleichs (pattern matching) ist in dieser Applikation nicht die Herausforderungen gewesen. Vielmehr musste bei genannter, hoher Geschwindigkeit eine prozesssichere Lösung geschaffen werden. Die Grundfunktionalität eines Druckbildvergleichs basiert darauf, dass innerhalb der Region of interest (ROI) Pixel gezählt werden und mit einer Referenz, die im Vorfeld eingelernt wurde, verglichen wird. Das funktioniert im Wesentlichen auch gut, ist jedoch bei hohen Geschwindigkeiten und dem Anspruch auf ein Maximum an Sicherheit nicht ausreichend. Intelligentes Lesesystem integriert Die topSenso GmbH hat mit dem Einsatz einer topCam 6510sx ein intelligentes, also nicht PC-gestütztes, Lesesystem integriert, welches Druckbild für Druckbild zusätzlich korreliert. Das bedeutet, dass ein verschliffenes Druckbild oder ein Düsenausfall auch detektiert werden kann, auch wenn die rechnerische Pixelanzahl identisch ist. Zahlreiche Anbieter hatten sich mit unterschiedlichen Ansätzen dem Thema angenommen und bis dato noch keine produktive Lösung geschaffen. Das hat zunehmend für Skepsis beim Anwender gesorgt, als die topSenso GmbH eine Standardlösung vorgestellt und Abhilfe versprochen hatte. Nach zahlreichen Tests unterschiedlicher Verpackungen war der Kunde soweit überzeugt, einer Teststellung an einer Verpackungsstraße zu zustimmen. Druckbilder zusätzlich korreliert Daraufhin hat topSenso die kompakte topCam mit abgesetztem Kopf (Abmessung 36x36x50mm), vollintegriertem Objektiv und LEDs an die Verpackungsstrecke zu Testzwecken installiert. Die erste Bewährungsprobe war die Leserate. Mit 8,33 Lesungen pro Sekunde hatten die Betreiber ihre Bedenken, ob ein so kompaktes System entsprechende Integration- und Leseraten schaffen kann. Die auf DSP-Prozessor basierende Auswertung verarbeitet bei Bedarf Codierungen (1D/2D Codesymbologien) bis zu 12m/s, was etwa 50 Lesungen (Bildeinzug, Auswertung, Übergabe) pro Sekunde entspricht. Die nächste Hürde war mit dem Nachjustieren des Lesefensters gegeben, da die einzelnen Produkte auf der Transportstrecke einen minimalen Vorschub haben und das optisch getriggerte Lesefenster immer einen leichten Versatz hatte. Mithilfe zusätzlicher Features aus der Bildverarbeitung (LabelControl) ist es dem System möglich, neben diversen Inspektionsaufgaben wie eben auch pattern matching Justagefenster zu definieren, die das Druckbild nachführen und so immer sicherstellen, dass es ein gültige Lesung gibt. Eine weitere Steigerung des Schwierigkeitsgrades lag darin, der Vielfalt an unterschiedlichen Verpackungen hinsichtlich Farbe bzw. Kontrasten Herr zu werden. So werden Kennzeichnungen gedruckt, die Auskunft über den Produktionsstandort geben und mit dem bloßen Auge kaum zu erkennen sind. Mithilfe des integrierten Fensterdiskriminiators konnte über eine Flächenermittlung eine eindeutige Zuordnung geschaffen werden. Bei Verpackungen, die mit heller Schrift auf dunklem Grund bedruckt sind, kann durch entsprechende Spreizung ausreichend Kontrast geschaffen werden, um prozesssicher zu lesen. Potenzial steckt in den Prozessen Die Bedienung und Integration in bestehende Maschinenparks ist einfach. Neben der kompakten Bauart verfügt die topCam über unterschiedliche Schnittstellen wie 2xRS232, TCP/IP und UDP sowie eine VGA-Schnittstelle. Die Intelligenz im System macht es möglich, dass die Kamera autark von der Maschine arbeiten kann, aber dennoch voll integrierbar ist. Zu den weiteren Eigenschaften zählt, dass die Kamera auch über die Anlage (z.B. SPS) via Kurzkommandos zu parametrieren ist bzw. bestehende Konfigurationen von der Kamera oder Maschinen-PC geladen werden können. Einlernen des Systems Der praktische Ablauf sieht vor, dass der Maschinenführer einen Druck, welcher visuell auf Richtigkeit geprüft wird, mit der topCam einlernt. Das funktioniert über einen Taster am Gerät. Wird der Taster fünf Sekunden gehalten, lernt das System das neue Druckbild ein. Das geschieht zu jedem Chargenwechsel. Der damit definierte Soll-Zustand ist dann während der gesamten Produktion maßgebend. Grundsätzlich muss der Abweichungsgrad zusätzlich definiert werden. Um den Ausstoß an noch akzeptablen Produkten so gering wie möglich zu halten, können Toleranzschwellen parametriert werden. So hat der Anwender selbst die Möglichkeit, die Qualität seiner Druckbilder zu bestimmen. Die Einstellungen erfolgen über topControl und sind aus Sicherheitsgründen nicht vom Maschinenführer einzustellen. Sicherheitsschranken in dieser Form sind bei der Anwendung von Kontrollsystemen üblich. Andernfalls zeigt die Praxis, dass die Schwellen vom Operator zurückgesetzt werden, um den Output ohne Rücksicht auf die Qualität entsprechend hoch zu halten.