Typerkennung über Farbe, Beschriftung und Code: den Kunststoffteil-Typ lesen statt messen

Es gibt Varianten, die kein Messmittel unterscheiden kann. Zwei Dichtringe mit identischer Geometrie und unterschiedlicher Werkstoffqualität, zwei Filterkappen aus demselben Werkzeug in verschiedenen Farben, zwei Gehäuse, die sich nur in der aufgedruckten Typbezeichnung unterscheiden: Hier trägt keine Kontur die Information, sondern die Farbe, ein Aufdruck oder ein Code. Beide Enden dieser Aufgabe sind anspruchsvoll. Ein Rot- gegen einen Grünstich liegt unterhalb dessen, was eine Farbkamera ohne kontrollierte Beleuchtung sicher trennt, und eine geprägte Kennzeichnung auf gefülltem schwarzem Polymer erzeugt kaum Kontrast. Dieser Beitrag geht die Kette vom Merkmal bis zum Gegenlesen durch.

Wichtige Punkte im Überblick

Varianten aus demselben Werkzeug sind geometrisch identisch: Der Typ steckt dann in der Farbe, in einer Klarschrift wie Typbezeichnung und Nestnummer oder in einem maschinenlesbaren Code.
Farbnuancen trennen sich nur unter kontrollierter Beleuchtung mit stabilem Weißabgleich, und bei dicht beieinander liegenden Farbtönen wertet eine multispektrale Beleuchtung mit acht Wellenlängen von UV bis IR ein Spektralprofil je Teil aus.
Geprägte, lasermarkierte und thermotransferbedruckte Kennzeichnungen erzeugen drei verschiedene Kontrastwelten, weshalb der Kontrast am realen Teil geprüft wird und nicht angenommen.
Vor der Systemauswahl steht die Auflösungsrechnung: Modulgröße des Codes oder Zeichenhöhe der Klarschrift bestimmen, wie viele Pixel auf das kleinste Merkmal fallen müssen, und erst daraus ergibt sich das Bildfeld.
Markieren und Gegenlesen gehören in eine Station: Das Prüfsystem vergleicht die aufgebrachte Kennzeichnung mit den Auftragsdaten, sonst betrifft ein Fehler im Markierauftrag die gesamte Charge und fällt erst beim Kunden auf.

Wenn Geometrie nicht unterscheidet: Farbe und Beschriftung als Typmerkmal

Sobald zwei Varianten aus demselben Werkzeug kommen, ist ihre Geometrie identisch. Der Unterschied liegt dann im Material, in einem Zusatz oder in einer Zuordnung, die man nicht sehen, sondern nur lesen kann. Drei Merkmalsarten übernehmen diese Rolle.

Die Farbe ist das häufigste. Filterkappen und Kartuschen werden in Farbvarianten geführt, Zierteile in Farb- und Nuancenfamilien, Dichtelemente und Gummiringe tragen ihre Werkstoffqualität als Farbcode. Ein Siebdruck auf einer Kunststoffscheibe kombiniert Farbe mit Position und ist damit gleich ein doppeltes Merkmal.

Die Klarschrift ist das zweite. Typbezeichnung, Artikelnummer und Nestnummer stehen direkt auf dem Teil, geprägt aus dem Werkzeug, lasermarkiert oder aufgedruckt. Die Nestnummer ist dabei ein Sonderfall: Sie sagt nicht den Typ, sondern die Kavität, und ist die Grundlage jeder Fehlerzuordnung im Werkzeug.

Das dritte ist der maschinenlesbare Code. Datamatrix, QR und gängige 1D-Symbologien auf Formteilen, Rohren, Profilen und Plomben verknüpfen das Teil mit einem Datensatz. Wo Rückverfolgbarkeit gefordert ist, führt der Weg fast immer hierher.

Diese Merkmale werden gelesen, nicht gemessen, und sie stellen andere Anforderungen an Beleuchtung und Auflösung als die Konturprüfung in "Variantenunterscheidung vor der Montage: Verwechslungen bei hoher Teilevielfalt ausschließen".

Farbnuancen sicher trennen: Beleuchtung, Weißabgleich und multispektrale Auswertung

Eine Kamera sieht keine Farbe, sie sieht Helligkeitswerte in drei Kanälen. Was daraus eine Farbe wird, hängt an der Beleuchtung. Ändert sich das Umgebungslicht über die Schicht, verschiebt sich der gemessene Farbwert, und eine Grenze, die morgens funktioniert hat, trennt nachmittags nicht mehr. Drei Punkte entscheiden deshalb über die Zuverlässigkeit.

Der erste ist eine kontrollierte, konstante Beleuchtung mit Abschirmung gegen Fremdlicht. Der zweite ist ein Weißabgleich auf ein bekanntes Referenzobjekt, das im Bildfeld bleibt und Drift sichtbar macht. Der dritte ist die Frage, ob die Farbdifferenz im sichtbaren Bereich überhaupt existiert. Bei einem Rot- gegen einen Grünstich in derselben Grundfarbe liegen die Werte so dicht zusammen, dass die zulässige Chargenstreuung den Unterschied überdeckt.

Für genau diese Fälle bieten All-in-One Kameras mit integrierter AI der Modellreihe VS eine multispektrale Beleuchtung mit acht Wellenlängen von UV bis IR. Statt drei Farbkanälen entsteht ein Spektralprofil je Teil, in dem sich Materialien und Farbrezepturen trennen lassen, die im normalen Licht identisch aussehen. In dokumentierten Anwendungen betrifft das auch Granulat, wo Farb- und Sortenkataloge in die Tausende gehen und die Unterscheidung über eine einzelne Aufnahme nicht mehr trägt.

Wichtig bleibt die Vorarbeit: Musterteile aller Farbvarianten aus verschiedenen Chargen. Ohne die reale Streuung ist jede Farbgrenze eine Vermutung.

Geprägt, lasermarkiert oder thermotransferbedruckt: drei Kontrastwelten

Wie eine Kennzeichnung entstanden ist, bestimmt, wie sie gelesen werden muss. In der Kunststoffverarbeitung kommen drei Verfahren auf derselben Linie vor, und sie erzeugen völlig unterschiedliche Kontrastverhältnisse.

Geprägt oder aus dem Werkzeug erhaben: Die Schrift hat keine Farbe, nur eine Höhe von wenigen Zehntelmillimetern. Im diffusen Auflicht verschwindet sie. Sichtbar wird sie über streifenden Lichteinfall oder über die Auswertung mehrerer Beleuchtungsrichtungen, etwa mit LumiTrax auf der High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G, die aus der Richtungsinformation ein reines Oberflächenbild rechnet.
Lasermarkiert: Der Kontrast entsteht aus einer Materialveränderung und ist meist gut lesbar. Auf gefüllten technischen Kunststoffen wie PPS bleibt er in dokumentierten Anwendungen jedoch schwach. Dann liegt der Hebel nicht im Lesesystem, sondern im Markierprozess: Ein 3-Achsen-Hybrid-Beschriftungslaser der Modellreihe MD-X oder ein 3-Achsen-UV-Beschriftungslaser der Modellreihe MD-U erzeugt auf diesen Werkstoffen einen deutlich tragfähigeren Kontrast.
Thermotransfer oder Heissprägung: Der Aufdruck ist farbig und kontraststark, aber die Lage streut, die Folie kann Fehlstellen haben, und auf glänzendem Untergrund spiegelt die Prägefolie. Hier braucht das Lesesystem Toleranz gegenüber Lage und Teilausfällen der Zeichen.

Die Konsequenz: Der Kontrast wird am realen Teil geprüft, nicht angenommen. Ein Musterteil je Markierverfahren klärt vorab, was sonst erst im Serienbetrieb auffällt.

OCR und Codelesung an Spritzgussteilen: Modulgröße und Texthöhe bestimmen die Auflösung

Vor jeder Systemauswahl steht eine Rechnung. Bei einem Datamatrix-Code entscheidet die Modulgröße, bei Klarschrift die Zeichenhöhe, wie viele Pixel auf das kleinste Merkmal fallen müssen. Aus dieser Zahl und der Größe des Prüfbereichs ergibt sich das Bildfeld, und daraus die nötige Sensorauflösung. Wer diese Reihenfolge einhält, vermeidet den häufigsten Auslegungsfehler, nämlich ein Bildfeld zu wählen, das das ganze Teil zeigt, und dann festzustellen, dass der Code nicht mehr auflösbar ist.

Danach folgt die Frage nach dem Umfang der Aufgabe. Geht es ausschließlich um Lesen, Abgleichen und Protokollieren, sind AI-Codeleser der Modellreihe SR-X die direkte Antwort, mit integrierter Bewertung der Lesequalität und Anbindung an die Steuerung. Kommen Farbe, Position und Kontur hinzu, gehört alles in einen Prüfauftrag auf einer All-in-One Kamera der Modellreihe VS.

Eine dritte Konstellation lohnt die Betrachtung: In dokumentierten Anwendungen wurde die Aufteilung in einen Codeleser plus einen AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 einer Allround-Kamera bewusst vorgezogen, weil sich Lesen und Merkmalsprüfung sauber trennen ließen und die Station insgesamt günstiger blieb. Diese Entscheidung hängt nicht an der Technik, sondern an der Aufgabenteilung in der Station.

Markieren und gegenlesen in einer Station

Eine Kennzeichnung, die niemand liest, ist eine Annahme. Wird eine ganze Charge mit der falschen Typbezeichnung markiert, fällt das ohne Gegenlesen erst beim Kunden auf, und dann betrifft es alles, was seit dem Rüstvorgang produziert wurde.

Deshalb kombinieren viele Stationen beide Schritte: Der Laser oder Drucker bringt die Kennzeichnung auf, und unmittelbar danach liest ein Prüfsystem sie zurück und vergleicht sie mit der Vorgabe aus der Steuerung. Erst wenn Soll und Ist übereinstimmen, gilt das Teil als gekennzeichnet. Der Vergleich sollte gegen die Auftragsdaten laufen, nicht gegen das, was das Markiersystem gesendet hat, denn sonst prüft die Station sich selbst.

Zwei Nebeneffekte machen das Gegenlesen wertvoller, als es zunächst wirkt. Sinkt die Lesequalität langsam ab, deutet das auf Verschleiß oder Verschmutzung im Markierprozess hin, lange bevor ein Code unlesbar wird. Und der Nachweis, den ein OEM-Kunde für die Rückverfolgbarkeit verlangt, entsteht ohne zusätzliche Station.

Beliebige Lage, mehrere Teile im Bild: Ausgabe in der richtigen Reihenfolge

Auf einer Montagelinie liegt das Teil in der Vorrichtung. An einer Kontrollstation für Kleinteile liegen zehn Teile gleichzeitig im Bildfeld, in einem Raster, und die Kennzeichnung zeigt in beliebige Richtungen. Beides verlangt Vorkehrungen.

Bei beliebiger Lage muss die Auswertung das Merkmal zuerst finden und ausrichten. Für Codes ist das Standard, für OCR und Farbprüfungen bedeutet es eine vorgeschaltete Lagekorrektur über eine Kontur oder ein markantes Detail.

Bei mehreren Teilen im Bild zählt die Zuordnung. Das System muss nicht nur zehn Ergebnisse liefern, sondern zehn Ergebnisse in der Reihenfolge des Rasters, damit die Steuerung jedes Teil der richtigen Position im Werkstückträger zuordnen kann. Diese Anforderung gehört ausdrücklich ins Lastenheft, weil sie die Ausgabestruktur der Schnittstelle bestimmt.

Zwei weitere Punkte tauchen in realen Projekten regelmäßig auf. Der erste sind Taktzeiten bis hinunter zu etwa 0,2 s pro Teil, die Aufnahme und Auswertung gemeinsam einhalten müssen. Der zweite ist der Wunsch, den Prüfbereich zur Laufzeit von der Steuerung aus zu verschieben, etwa weil die Kennzeichnung je Variante an einer anderen Stelle sitzt. Wer das früh anmeldet, bekommt eine Station, die beim nächsten Variantenzuwachs nicht neu programmiert werden muss.

Häufige Fragen

F Wie unterscheidet eine Kamera zwei Kunststoffteile, die sich nur in der Farbe unterscheiden?

Über eine kontrollierte Beleuchtung, einen stabilen Weißabgleich und Farbgrenzen, die aus Mustern mehrerer Chargen abgeleitet sind. Liegen die Farben sehr dicht zusammen, etwa als Rot- gegen Grünstich in derselben Grundfarbe, reicht eine normale Farbkamera nicht. Dann hilft die multispektrale Beleuchtung der Modellreihe VS mit acht Wellenlängen von UV bis IR, die statt drei Farbkanälen ein Spektralprofil je Teil auswertet.

F Lässt sich geprägte Schrift auf schwarzem Kunststoff lesen?

Ja, aber nicht mit diffusem Auflicht. Geprägte Zeichen haben keine Farbe, nur eine Höhe von wenigen Zehntelmillimetern, und werden erst über streifendes Licht oder die Auswertung mehrerer Beleuchtungsrichtungen sichtbar, etwa mit LumiTrax auf der High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G. Bei sehr geringem Kontrast ist die Alternative, die Kennzeichnung selbst zu verbessern.

F Was bestimmt die nötige Auflösung beim Codelesen?

Die Modulgröße des Codes, bei Klarschrift die Zeichenhöhe. Daraus folgt, wie viele Pixel auf das kleinste Merkmal fallen müssen, und zusammen mit der Größe des Prüfbereichs ergibt sich das Bildfeld und damit die Sensorauflösung. Die Reihenfolge ist wichtig: erst das kleinste Merkmal, dann das Bildfeld, nicht umgekehrt.

F Warum sollte eine Kennzeichnung nach dem Markieren gegengelesen werden?

Weil ein Fehler im Markierauftrag sonst die gesamte Charge betrifft und erst beim Kunden auffällt. Ein Prüfsystem liest die Kennzeichnung unmittelbar nach dem Aufbringen zurück und vergleicht sie mit der Vorgabe aus den Auftragsdaten. Zusätzlich liefert die Lesequalität einen Trend, an dem Verschleiß und Verschmutzung im Markierprozess früh erkennbar werden.

F Können mehrere Teile gleichzeitig im Bild geprüft werden?

Ja, in dokumentierten Anwendungen liegen etwa zehn Teile in einem Raster im Bildfeld. Wichtig ist, dass die Ergebnisse in der Reihenfolge des Rasters ausgegeben werden, damit die Steuerung jedes Ergebnis der richtigen Position im Werkstückträger zuordnen kann. Diese Ausgabestruktur gehört von Anfang an in die Spezifikation der Schnittstelle.

F Reicht ein Codeleser, oder braucht es eine Kamera?

Das hängt am Umfang der Aufgabe. Geht es ausschließlich um Lesen, Abgleichen und Protokollieren, sind Codeleser der Modellreihe SR-X die direkte Lösung. Kommen Farbe, Position, Kontur oder OCR hinzu, gehört alles in einen Prüfauftrag auf einer All-in-One Kamera der Modellreihe VS. In realen Projekten war auch die Aufteilung in Codeleser plus AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 die wirtschaftlichere Variante.

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