Kontrollierter Druck

Dr.-Ing. S. Hogekamp, Productt Manager, Vision Experts GmbH

In der Druckindustrie führen hohe Qualitätsansprüche bei Aufträgen für die Pharmaindustrie, bei hochwertigen Verpackungen für Kosmetika, bei Tabakwarenverpackungen oder im Sicherheitsdruck dazu, dass die Produkte aufwendig auf Fehlerfreiheit überprüft werden müssen. Je nach Art der Drucksache kann es sich hierbei z.B. um Fehler handeln, die das Aussehen des Produkts entwerten oder um Fehler die eine sicherheitsrelevante Verfälschung von Textaussagen darstellen.Fehler die von der Qualitätskontrolle des Druckers nicht bemerkt werden bergen das Risiko einer Reklamation durch die Eingangskontrolle des Abnehmers. Die Zurückweisung einer Auflage stellt einen erheblichen Kostenfaktor dar – abgesehen vom Risiko, den Kunden zu verlieren. In bestimmten Fällen können sogar weitergehende Schadensersatzansprüche entstehen.

Die Fehlersuche in einem Druckbild kann grundsätzlich auf zwei Arten geschehen:

Beide Methoden können manuell oder automatisiert durchgeführt werden.Gängige Praxis ist in vielen Druckbetrieben die Prüfung durch geschultes Personal während der Produktion, sei es mit Hilfe eines Bahnbeobachtungssystems oder durch stichprobenweise Entnahme von Drucken. Vor dem Versand wird zusätzlich ein Teil der Auflage manuell auf Fehler abgesucht. Ebenfalls anzutreffen sind traversierende Bahnbeobachtungs-Kameras, deren Funktionalität um eine automatische, stichprobenartige Abtastung des Druckbilds an wechselnden Orten ergänzt ist. Eine Weiterverarbeitung der Bilddaten erlaubt eine bedienerunabhängige Überwachung des Drucks. Obwohl die gesamte Druckfläche abgefahren wird, können allerdings aufgrund der stichprobenweisen Erfassung kleiner Ausschnitte des Druckbilds immer noch zahlreiche Fehler unbemerkt passieren.Diese Inspektionsmethoden sind daher nicht geeignet, Fehler zuverlässig über beliebig lange Zeiträume zu ermitteln. Abgesehen von der generellen Schwierigkeit, sporadisch auftretende Fehler bei manueller Überprüfung zu erkennen ist eine gleichbleibend hohe Aufmerksamkeit des Personals bei umfangreichen Druckaufträgen nicht erreichbar. Hierdurch besteht immer die Gefahr, bei Auftreten eines dauerhaften Defekts eine große Menge Makulatur zu erzeugen bevor das Problem erkannt wird. Die nachträgliche Prüfung eines Teils der Auflage ist kostspielig und kann, obwohl das Reklamationsrisiko sinkt, die Makulaturmenge nicht mehr verringern. Automatische Stichprobensysteme erfassen prinzipbedingt nur einen kleinen Teil der gesamten Druckfläche und erkennen zufällig verteilten Fehler kaum.Die steigenden Qualitätsansprüche bzw. Sicherheitsanforderungen verlangen daher nach vollautomatischen Systemen zur 100 %-Druckbildkontrolle, d.h., zur vollflächigen Prüfung jedes einzelnen Drucks durch elektronische Bildverarbeitung. Auch ökonomische Gründe rechtfertigen aufgrund der verringerten Makulaturmenge in vielen Fällen eine 100 %-Kontrolle. Die Leistungsfähigkeit aller Komponenten einer automatischen Bildverarbeitung hat sich in den letzten Jahren so bedeutend verbessert, dass auch Systeme mit höchster Fehlererkennungsleistung zu angemessenen Kosten realisiert werden können. Dies hat sich auch auf der zurückliegenden drupa gezeigt, auf der zahlreiche neue 100 %-Inspektionslösungen wie das VE 4000 der Vision Experts GmbH oder der Faltschachtel-Inspektionsautomat Carton Expert der flytec GmbH vorgestellt wurden, die eine durchgängig hohe Qualität bei der Print-Produktion gewährleisten. Vollbild-Kontrollsysteme stellen damit den neuesten Stand der technischen Entwicklung dar.

Im Gegensatz zu traversierenden Systemen mit Stichprobenprüfung müssen echte 100 %-Kontrollsysteme die gesamte Fläche jedes einzelnen Drucks erfassen und die dabei anfallenden Daten verarbeiten können. Dies erfordert eine Bildaufnahmetechnik mit hoher örtlicher und zeitlicher Auflösung sowie leistungsfähige Hard- und Software für die Auswertung – hundertprozentige Qualität ist auch bei den Komponenten des Bildverarbeitungssystems Pflicht.Hierbei zeigt sich oft, dass Standardkomponenten mit breitem Anwendungsbereich custom made Lösungen vorzuziehen sind, da ihre Entwicklung dynamischer verläuft, ausgereifte Lösungen angeboten werden und hohe Stückzahlen zu günstigen Invest- und Maintenance-Kosten für den Anwender führen.

Hardware

Zur Bilderfassung dienen in Druckbild-Inspektionssystemen stationäre Matrix- oder – für höchste Qualitätsansprüche – Zeilenkameras. Matrixkameras sind konstruktionsbedingt vorwiegend bei kleinen und mittleren Formaten bis 600 mm Druckbreite und monochromer Prüfung anzutreffen. Zeilenkameras haben dagegen dank ihrer Variabilität (Zeilenbreiten von 1 k bis 16 k Pixeln, Zeilenraten bis 30 kHz), Lichtempfindlichkeit und Farbtreue alle Eigenschaften, die für die Detektion auch kleiner Fehler bei hohen Druckgeschwindigkeiten erforderlich sind. Das Vision Expert 4000-System verwendet Zeilenkameras in Verbindung mit abgestimmten Linienbeleuchtungen, deren Spektrum eine hohe Wiedergabegüte aller Farbtöne ermöglicht. Einzel- oder Mehrkamerabetrieb und die Wahl zwischen verschiedenen Kameratypen für Monochrom- und Farbwiedergabe erlauben flexible, skalierbare und optimal an die jeweilige Aufgabe angepasste Lösungen. Die hochwertige Aufnahmetechnik ist Voraussetzung für eine präzise Untersuchung des Druckbilds auf Defekte.Außer anderen vorteilhaften Eigenschaften erlauben Zeilenkameras darüber hinaus auch die geometrisch korrekte Erfassung einachsig gewölbter Oberflächen. Da stets nur eine einzelne Bildzeile des sich bewegenden Objekts abgetastet wird, kann der Druck auch erfasst werden wenn sich das Material auf einem Zylinder oder einer Umlenkrolle befindet. Beleuchtung und Kamera selbst erfordern nur wenig Platz, so dass ein Vision Expert 4000-System z.B. auch in einer Bogendruckmaschine installiert werden kann. Aufgrund der Flexibilität bei der Anordnung von Beleuchtung und Optik ist der Einsatz bei allen Druckverfahren und Bedruckstoffen, bei Kaschierung, Heißprägung und Reliefprägung möglich. Sowohl einseitige als auch beidseitige Inspektion ist realisierbar, als integraler Bestandteil einer vorhandenen Maschine genauso wie in Form von separaten Inspektionsautomaten.

Software

Die Software eines Druckbild-Inspektionssystems muss auch bei hoher Druckgeschwindigkeit den verzögerungsfreien Gutmuster-Vergleich bewältigen. Intelligente Algorithmen sind in der Lage, auch die von den schnellsten verfügbaren Kameras gelieferten Bilddaten auszuwerten, wobei je nach Maschinentyp Aufgaben wie Helligkeitsausgleich oder Geometriekorrektur durchzuführen sind, bevor die eigentliche Defekterkennung durch Abgleich mit dem Gutmuster stattfindet. Nicht nur wiederkehrende Fehler sondern auch zufällig auftretende Einzeldefekte müssen zuverlässig erkannt und unterschieden werden.Für den Drucker ist wichtig, dass die Bedienung des Systems komfortabel und schnell erlernbar ist. Das Einstellen der Prüfparameter muss in wenigen Schritten möglich sein. Die unter MS Windows implementierte Bediensoftware des Vision Expert 4000 ist übersichtlich gestaltet und intuitiv erlernbar um die optimale Integration in den Arbeitsablauf zu ermöglichen. Während der Inspektion zeigt der Monitor des Kontrollrechners wahlweise das aktuelle Livebild, die im laufenden Auftrag bereits gefundenen, akkumulierten Fehler oder die Fehler eines einzelnen Drucks. In allen Anzeigemodi kann der Bediener das Bild im Überblick oder in verschiedenen Vergrößerungsstufen darstellen lassen um feine Details des Drucks manuell zu inspizieren. Erkannte Fehler werden als Fehlerhistorie festgehalten und können vom Bediener in komfortabler Weise mit dem Gutmuster verglichen werden. Fehldrucke können in der Historie ausgewählt und Defekte einzeln inspiziert werden. Durch Umschalten der Anzeige zwischen Fehlerbild und Gutmuster ist der Bediener in der Lage, das Ausmaß des Fehlers und seine Ursache schnell zu beurteilen. Benutzerdefinierbare Parameter wie Kameraeinstellungen, Fehlerklassen und Alarmschwellen, die für entsprechend autorisierte Nutzer zugänglich sind, gewährleisten Vielseitigkeit im Einsatz. Alarmieren, Markieren, Protokollieren und Archivieren von Defekten werden entsprechend Kundenanforderung konfiguriert. Das Ergebnis ist ein System, das einerseits flexibel, andererseits optimal gegen Fehlbedienung abgesichert ist und dem Bediener bestmögliche Hilfestellung bei der Erkennung und Behebung von Problemen gibt.Kernbestandteil der Software ist das Vision Experts-Bildauswertungsverfahren, das sich auf echte Defekte konzentriert und prozessbedingte Schwankungen im Druckbild, die über ein intelligentes Lernverfahren erfasst werden, toleriert. Die Bildlagekorrektur kann über wählbare Freiheitsgrade an die Eigenschaften der Maschine angepasst werden. Damit ist eine bislang unerreichte Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Erkennung aller Fehlertypen wie Butzen, Flecken, Kratzer, Rakelstreifen, Materialfehler oder Farbabweichungen möglich, während Fehlalarme vermieden werden.Nach dem Einrichten des Auftrags und Einstellen der Fortdruckgeschwindigkeit kann der Drucker andere Aufgaben wahrnehmen, während das automatische Druckbild-Kontrollsystem sicherstellt, dass kein Fehler unbemerkt bleibt. Bei Alarmierung von Druckfehlern kann der Bediener in kürzester Zeit reagieren und den Fehler beheben. Das Resultat ist hohe Qualität und eine geringe Menge an Fehldrucken bei gesteigerter Produktivität.

Die Inspektion bedruckter Materialien, d.h., die Überprüfung auf Identität mit einem Gutmuster innerhalb erlaubter Grenzwerte, kann je nach Zielsetzung an unterschiedlicher Stelle im Verarbeitungsprozess durchgeführt werden. Die automatische Druckbildkontrolle erhöht die Produktivität, da das Bedienpersonal von der routinemäßigen Fehlerkontrolle weitgehend entlastet wird. Gleichzeitig sinkt die Ausschussrate, weil Fehler sofort erkannt und behoben werden. Hieraus lässt sich nicht nur ein unmittelbarer wirtschaftlicher Nutzen ziehen, es verbessert sich auch die mittel- und langfristige Auftragssicherheit da die Kundenbindung aufgrund gesteigerter Zufriedenheit zunimmt.

Kontrolle im laufenden Druckprozess

Das Vermeiden auch kleinster Fehler im Druckbild hat vor allem bei hochwertigem Druck, bei der Veredelung und bei Drucksachen mit besonderem Bezug zum Hersteller bzw. Auftraggeber höchste Priorität. Einerseits fallen hier selbst kleine Fehler sofort auf, andererseits führt das Erkennen eines Fehlers beim Kunden sofort zur Abwertung des Produkts. Verluste durch Fehldruck sind bei hochwertigem Druck ein bedeutender Kostenfaktor. In solchen Fällen bietet es sich an, bereits im laufenden Druckprozess zu inspizieren. Bei aufwendigen, mehrstufigen Prozessen wird auch die Registerhaltigkeit aufeinanderfolgender Verarbeitungsschritte, z.B. Bedrucken, Folienprägen oder Stempelprägen in die Prüfung einbezogen.

Kontrolle vor der Weiterverarbeitung

Zahlreiche Drucksachen, wie beispielsweise Faltschachteln für Pharmaprodukte, Kosmetikverpackungen, Zigarettenschachteln oder Spielkarten werden nach dem Bedrucken an anderer Stelle weiterverarbeitet. Hierbei ist meist der Drucker vertraglich verpflichtet, fehlerfreie – also inspizierte – Ware abzuliefern. Es ist absehbar, dass in vielen Bereichen zukünftig nur noch Zulieferer beauftragt werden, die in der Lage sind, eine hundertprozentige Qualitätsprüfung zu garantieren.Natürlich können Faltschachtel-Nutzen auch bereits im Druckprozess inspiziert werden. Zur Einführung der Druckbildkontrolle bei bestehenden Anlagen findet das Vision Expert 4000-System aber auch Anwendung bei der Ausschleusung von Bögen (Mehrfachnutzen) oder fertigen Zuschnitten in dedizierten Inspektionsautomaten wie dem Carton Expert der Firma flytec. Bei der Bogeninspektion ist es nicht nur möglich, fehlerhafte Bögen zu erkennen, sondern auch einzelne, fehlerhafte Nutzen zur späteren Ausschleusung vorzumerken.Inspektionsautomaten auf Basis des Vision Expert 4000 können aufgrund ihrer hohen Leistung inline auch die schnellsten Druckprozesse kontrollieren. Je nach Durchsatz der Druckmaschinen können sie auch offline mehrere Linien als Prüfinstanz vor der Auslieferung bedienen oder beim Abnehmer der Drucksachen in der Eingangskontrolle eingesetzt werden.

Kontrolle während der Weiterverarbeitung

Automatische Inspektionssysteme können beispielsweise im Zulauf einer Stanzmaschine Drucksachen mit Mehrfachnutzen kontrollieren und defekte Nutzen zur automatischen Ausschleusung vorsehen. Das Vision Expert 4000 bietet speziell bei der Kontrolle von Mehrfachnutzen eine bisher unerreichtes Maß an Flexibilität und Benutzer-Unterstützung bei der Definition der Kontrollbereiche, ihrer Fehlertoleranzen und Positionsausgleichs-Einstellungen. Die Kontrolle einzelner Nutzen ist auch nach dem Stanzen, z.B. im Zulauf der Verpackungsmaschine, oder bei Faltschachteln in der Falz- und Klebemaschine möglich. Aufgrund des geringen Platzbedarfs bei der Maschinenintegration und der Möglichkeit, mehrere Kameras simultan anzusprechen, ist das System auch zur Kontrolle beidseitig bedruckter Nutzen oder für die Inspektion bereits verklebter Faltschachteln die erste Wahl.

Endkontrolle

Falls damit zu rechnen ist, dass auch im letzten Verarbeitungsschritt Beschädigungen des Druckbilds auftreten, findet die Inspektion vorzugsweise am Ende des Verarbeitungsprozesses statt. Grundsätzlich erlaubt das Vision Expert 4000-System, die Prüfung im Herstellprozess so weit nach hinten zu verlagern, dass alle Schritte bei denen Beeinträchtigungen des Druckbilds auftreten können zuverlässig überwacht werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass nur einwandfreie Ware ausgeliefert wird.

Ein Druckbild-Kontrollsystem mit neuester Technik bei Hardware und Software ist leichter als bisherige Systeme integrierbar und kann an die Anforderungen des Kunden angepasst werden. Benutzerfreundliche Software erlaubt es dem Anwender, die Vorteile modernster Print-Inspektionstechnik nach kürzester Zeit zu nutzen. Mit aktuellen Verfahren zur Bildgewinnung, -aufbereitung und -analyse und darauf abgestimmten Hardwarekomponenten auf dem neuesten Stand der Technik realisiert das Vision Expert 4000-Druckbildkontrollsysteme eine hohe Fehlererkennungsleistung, Unterscheidung verschiedener Fehlerarten und Toleranz gegenüber Prozessschwankungen. Jeder einzelne Druck wird auf der gesamten Fläche mit gleichbleibend hoher Genauigkeit in Echtzeit analysiert – ohne zusätzliche Belastung des Bedienpersonals.

Vision Experts GmbH, Karlsruhe

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