MITSUBISHI ELECTRIC EUROPE B.V (Factory Automation)

Bild: iStock, baona

Bildverarbeitung für Bahninspektionssysteme Perfekte Papierkontrolle

12.06.2018

Höhere Qualitätsansprüche bei der Farbwiedergabe und ständig steigende Produktionsgeschwindigkeiten fordern in der papierverarbeitenden Industrie neue Bahninspektionssysteme. Bildverarbeitung über Hoch-Performance-Line-Scan-Bars erlauben eine Highspeed-Kontrolle.

Bereits seit 1922 ist das Familienunternehmen Hunkeler für die Druckindustrie aktiv und konzentriert sich auf zwei Geschäftsfelder. „Im digitalen Sektor liefern wir fortschrittliche Pre- und Post-Lösungen für leistungsstarke Digitaldrucksysteme, Print-on-Demand, Rechenzentren, Sicherheitsdrucke und Direct Mails“, erklärt Nicola Bologna, Produktmanager Inspektions- und Tracking-Lösungen. „Unsere Hunkeler-Kontroll-Plattform liefert skalierbare Lösungen für Qualitäts- und Produktionskontrolle und Tracking.“

Innovative Systeme sind Pflicht

Innovation spielt bei Hunkeler eine wichtige Rolle: Kontinuierliche Investitionen in modernste Anlagen und eine entsprechende Infrastruktur sind ein Grundprinzip bei Hunkeler. Dies gilt auch für die Bildverarbeitungssysteme, die ein wesentlicher Bestandteil in fast jedem Hunkeler-System sind.

„Mit den ständig steigenden Produktionsgeschwindigkeiten und Qualitätsansprüchen in diesem Bereich wird die Druckbildkontrolle sowie die Überwachung und Verfolgung der Produktionsintegrität immer wichtiger und ist ein Muss in den meisten High-End-Projekten, für die Hunkeler Lösungen anbietet“, erklärt Bologna.

Aus diesem Grund arbeitet das Schweizer Unternehmen schon seit 2010 mit Stemmer Imaging als Bildverarbeitungspartner zusammen. Zu diesem Zeitpunkt setzte Hunkeler Zeilens und Contact-Image-Sensoren in seinen Bahninspektionssystemen ein, für die Stemmer Imaging die nötige Hardware lieferte. „Nachdem es mit der bisher verwendeten Technologie der Contact-Image-Sensoren immer wieder zu Problemen bezüglich Farbwiedergabe und Geschwindigkeit kam, haben wir uns nach einer Alternative umgesehen. Nach einer intensiven Testphase und mit der Hilfe von Stemmer Imaging haben wir uns schließlich für den Einsatz der neuen Line Scan Bars von Mitsubishi Electric in unseren zukünftigen Bahninspektionssystemen entschieden,“ erinnert sich Bologna. Die neue Generation dieser Systeme wurde erstmals mit dem Dynamic Perforator DP6 auf den Hunkeler Innovation Days 2013 vorgestellt. Diese Maschinen sind beispielsweise in der Lage, Längs- und Kreuzperforationen auf Papier dynamisch zu erzeugen, wie etwa bei Gutscheinen, Coupons, Einzahlungsscheinen, Schecks, die selektiv über spezielle Aktivierungscodes, die üblicherweise im Produktions-/Tracking-Code integriert sind, freigeschaltet werden. Der Dynamic Perforator DP6 ist nur eines der vielen hochflexiblen und skalierbaren Module aus der POPP6-Familie, die es bereits seit mehr als einem Jahrzehnt gibt und die nun von der neuen POPP8-Familie abgelöst wird, die breiter, schneller und noch ausgefeilter ist.

Zwei Jahre später waren die Line Scan Bars bereits Standardkomponenten der Hunkeler-Systeme. Bologna nennt ein Beispiel: „Im letzten Quartal 2015 haben wir das Bahninspektionssystem WI6 entwickelt, das auf den AX3-Sensoren von Mitsubishi Electric basiert. Diese sind in den Farbdruckmaschinen von Canon integriert und wurden ab dem ersten Quartal 2016 in mehreren Druckstraßen installiert.“ Damals hat Bolognas Team auch begonnen, die neuen CX-Highspeed-Modelle der Mitsubishi Electric Line Scan Bars zu testen. Die Neuentwicklungen wurden 2016 als Vorankündigung des zukünftigen Bahninspektionssystems WI8, das in den aktuellen Modellen des Dynamic Perforator DP8 integriert ist, erstmals auf der weltweit führenden internationalen Messe für die Druck-, Medien- und Verpackungsindustrie Drupa vorgestellt.

„Wir sind jetzt in der letzten Entwicklungsphase für die WI8-Systeme, die ausschließlich auf den CX-Highspeed-Modellen der Line Scan Bars basieren. Diese Systeme sind normalerweise in unserer Finishing-Linie POPP8 integriert, die Anfang 2018 offiziell auf den Markt kam“, führt Bologna weiter aus. „Diese Echtzeitsysteme zur Druckbildkontrolle erkennen vom Drucker oder vom Anwender verursachte Fehler und werden mit unserer Tracking-Plattform zur Überwachung und Nachverfolgung in End-to-End-Produktionsprozessen eingesetzt.“

Auswirkungen von Fehlern

Bis heute sind weltweit über 200 WI6-Bahninspektionssysteme von Hunkeler in zahlreichen Anwendungen wie beispielsweise in den Bereichen Transaktionsdruck, Transpromo, Direct Mailing, Publishing/Book-on-Demand, Lotterie, Pharma, Sicherheitsdruck und vielen mehr im Einsatz. Je nach Anwendung sind die Risiken und Konsequenzen eines unentdeckten Fehlers unterschiedlich: Während der Besitzer eines fehlerhaften Lotterieloses oder einer Los-Dublette sehr wahrscheinlich unglücklich über seinen entgangenen Geldgewinn sein wird, kann ein fehlerhafter Medikamentenbeipackzettel schlimmstenfalls sogar Menschenleben gefährden. In anderen Bereichen wie im Direct Mailing, Transaktionsdruck oder Transpromo birgt ein unentdeckter Fehler eher das Risiko, dass Hunkeler-Kunden (typischerweise Druckdienstleister) eventuell Verträge nicht einhalten können, was ebenfalls unerwünscht ist. In vielen Applikationen stellt vor allem die Geschwindigkeit die größte Herausforderung für Inspektions- und Trackingsysteme dar: Die Anlagen und Bildverarbeitungssysteme müssen bis zu 350 Meter pro Minute verarbeiten, nicht selten Bahnbreiten von bis zu rund einem Meter (42 Zoll), dazu noch 100-prozentige Kontrollen in Echtzeit ausführen, insbesondere bei Tracking-Prozessen.

„Wir dürfen auch Genauigkeit, Benutzerfreundlichkeit, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz nicht außer Acht lassen. Und, ganz wichtig, die Systeme müssen immer den Markt- und Kundenbedürfnissen angepasst werden. Das sind die Gründe, weshalb wir bei der Entwicklung von Lösungen immer nach flexiblen, modularen Standardprodukten suchen“, erklärt Bologna.

Fit mit Line Scan Bars

Mit den Mitsubishi Electric Line Scan Bars hat Hunkeler seine bevorzugte Lösung für leistungsstarke, zuverlässige und flexible Bildverarbeitungskomponenten gefunden. Sie eignen sich aufgrund ihrer technischen Ausführung ideal für die Papierindustrie: Ihre prinzipielle Funktionsweise gleicht der eines Scanners, jedoch müssen sämtliche industriellen Anforderungen erfüllt werden. Bei den Line Scan Bars erfolgt die Bildaufnahme über eine doppelte Reihe von Stablinsen, die auf den integrierten CMOS-Sensor ausgerichtet sind. Über jede einzelne Stablinse wird ein kleiner Bereich des Prüfobjekts aufgenommen. Aufgrund einer leichten Überlappung der einzelnen Bilder entsteht auf diese Weise über die gesamte Sensorlänge ein klares, scharfes, zeilenförmiges Bild mit einer maximalen Auflösung von 600 dpi.

Die Stablinsen sind auf einen optimierten Arbeitsabstand von 12 mm ausgelegt und lassen nur eine geringe Tiefenschärfe von +/- 0,5 mm zu. Diese Technologie eignet sich damit ausschließlich für Objekte, die eine Höhenabweichung von weniger als 1 mm aufweisen, was in der Druckindustrie genau der Fall ist. Dank ihrer kompakten Bauform sind die Line Scan Bars sehr einfach zu installieren. Sie werden aufgrund ihres exakt definierten Arbeitsabstands von 12 mm sehr nahe über der zu prüfenden Oberfläche montiert und benötigen somit erheblich weniger Platz. Die gesamte LED-Beleuchtung und die Optik sind in den Line Scan Bars bereits integriert, was den Installationsaufwand ebenfalls reduziert.

„Diese Module lassen sich innerhalb weniger Minuten installieren, und es ist sehr einfach, die Anpassungen direkt über dem Objekt durchzuführen“, berichtet Bologna über seine Erfahrungen mit dem Produkt. Außerdem schätzt er ihre Flexibilität: „Die Highspeed-Modelle der CX-Serie, die in den aktuellen Bahninspektionssystemen integriert sind, gibt es in verschiedenen Breiten von 367, 587 und 807 mm und Auflösungen von bis zu 19.008 Pixel. Für den Fall, dass Materialien in verschiedenen oder sehr viel größeren Breiten bis zum Rand hin verzerrungsfrei gescannt werden müssen, können wir auch mehrere Sensoren nebeneinander anordnen.“

Highspeed-Prüfung

Wie bereits erwähnt, ist Geschwindigkeit eine der größten Herausforderungen, die die Systeme von Hunkeler meistern müssen. Die leistungsstarke CX-Reihe der Line Scan Bars ist speziell für sehr hohe Prüfgeschwindigkeiten ausgelegt und ermöglicht eine extrem schnelle Datenausgabe je nach Sensorgröße über ein oder zwei Coax-Press-Schnittstellen. In der maximalen Auflösung von 600 dpi erlauben die CX-Modelle die Überprüfung von Oberflächen in einem Tempo von bis zu 138 Metern pro Minute. Die häufig genutzte Auflösung von 300 dpi ermöglicht zuverlässige Inspektionen bis 450 Meter pro Minute, bei 150 dpi sind sogar über 1.200 Meter pro Minute realisierbar. „Dank dieser enormen Geschwindigkeiten sind wir in der Lage, Oberflächeninspektionssysteme von höchster Qualität und Zuverlässigkeit zu produzieren, die perfekt auf die Bedürfnisse unserer Kunden zugeschnitten sind“, freut sich Nicola Bologna.

Das aktuelle Bahninspektionssystem bietet eine Vielzahl von Funktionalitäten, die sich in Echtzeit auf 100 Prozent der gedruckten Seiten anwenden lassen.

Zu diesen Funktion zählen beispielsweise Standardinspektionen von bis zu fünf A4-Seiten mit unterschiedlichem beidseitigem Druck (in der Druckindustrie 5-UP genannt), Anwesenheitskontrollen, Größen- und Positionsbestimmungen von Grafiken, das Erkennen von verschmierten Stellen oder Streifen, das Überprüfen von Registermarken bis zu 40 Mikrometer mit einer Standardauflösung von 300 dpi, Farbkorrekturen, Qualitätsprüfungen von 1D-, 2D-, ANSI-Codes und Postleitzahlen, das Dekodieren und die Datenvalidierung oder optionale dynamische Echtzeit-Markierungen und die Ansteuerung von Ein- und Ausgängen auf Basis des Inspektionsstatus, was in der Regel für Inline-Inspektionen von Lotterielosen oder Etiketten verwendet wird. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl weiterer Anwendungen, die sich mit den Hunkeler-Systemen auf Basis der Line Scan Bars realisieren lassen.

Anhand des folgenden Beispiels bekommt man eine bessere Vorstellung von der Leistungsfähigkeit dieser Maschinen: Eine 42-Zoll-Druckanlage verfügt über eine bedruckbare Breite von 1.066 mm. Auf diese Fläche lassen sich fünf A4-Seiten parallel drucken, was eine Steigerung der Gesamtproduktivität ermöglicht.

Bei einer Geschwindigkeit von 240 Metern pro Minute erzeugen solche 42-Zoll-Maschinen pro Sekunde 67 Duplex-A4-Seiten beziehungsweise 4.020 beidseitig bedruckte A4-Seiten pro Minute. Durch diesen hohen Durchsatz wird eine automatisierte Bahninspektion zwingend erforderlich, um jede Seite und jedes Dokument auf Qualität und Vollständigkeit zu überprüfen.

Zuverlässige Partnerschaft

Die Mitsubishi Electric Line Scan Bars werden ausschließlich von Stemmer Imaging vertrieben. „Unser Bildverarbeitungspartner hat uns diese interessante Technologie erstmals vorgestellt und wir sind sehr froh, dass wir uns auf die Kompetenz und das Know-how, das wir von den Experten dort bekommen, verlassen können”, betont Bologna. „Stemmer Imaging hat uns nicht nur bei der Auswahl der geeigneten Bildverarbeitungstechnologie für unsere anspruchsvollen Anwendungen geholfen, sondern auch unser Team bei der Entwicklung der Anlagen intensiv unterstützt. Nach einer entsprechenden Einführung in die Komponenten und die Technologie hatten wir überhaupt keine Probleme bei der Integration der Line Scan Bars in unsere Systeme.”

„Für diese Produkte gibt es ein riesiges Spektrum an Einsatzmöglichkeiten ", berichtet Jan Friedrich, International Sales and Business Development Manager bei Stemmer Imaging. „Das gilt nicht nur für die Papierindustrie, sondern auch in anderen Bereichen, in denen flache Objekte inspiziert werden müssen, wie zum Beispiel in der Elektronikindustrie und in vielen weiteren Branchen. Wir freuen uns, dass wir mit Mitsubishi Electric einen sehr starken und zuverlässigen globalen Partner haben, der mit seinen Produkten eine wichtige Komponente für unser umfangreiches Bildverarbeitungsportfolio liefert.”

Bildergalerie

  • Zwei Line Scan Bars der CX-Highspeed-Serie sind in Hunkelers Finishing-Linie POPP8 eingesetzt und erkennen vom Drucker oder vom Anwender verursachte Fehler in Papiererzeugnissen.

    Bild: Hunkeler

  • Hunkeler setzt in seinen Farbdruckmaschinen die Mitsubishi Electric Line Scan Bars der AX3-Serie ein.

    Bild: Hunkeler

  • Die Mitsubishi Electric Line Scan Bars sind eine praktikable und kosteneffiziente Alternative zu Zeilenkameras.

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