Inline-Oberflächeninspektion von Bahn-, Band- und Coilware: Schlieren, Einschlüsse und Löcher im laufenden Prozess finden

Endlosmaterial stellt die Oberflächenprüfung vor eine eigene Aufgabe. Folien, Bahnen, Bänder und Coils laufen kontinuierlich durch die Anlage, und ein Fehler darf nicht erst am Ende der Rolle auffallen, sondern muss im Lauf erkannt werden. Damit unterscheidet sich die Bahninspektion grundlegend von der Prüfung einzelner Teile: Es gibt keinen Takt, in dem ein Werkstück stillsteht, sondern nur eine bewegte Fläche bei Liniengeschwindigkeit. Dieser Beitrag zeigt, wie eine Inline-Oberflächeninspektion für Bahn-, Band- und Coilware aufgebaut wird, von der Zeilenkamera über die Beleuchtung bis zur Schwellwertdefinition und zur Komplettlösung mit einem Integrator.

Wichtige Punkte im Überblick

  • Endlosmaterial kennt keinen Takt, in dem ein Teil stillsteht, sondern nur eine bewegte Fläche bei Liniengeschwindigkeit, weshalb ein Fehler im Lauf erkannt werden muss, statt erst beim Weiterverarbeiter oder Kunden aufzufallen.
  • Eine Zeilenkamera der Modellreihe XG-X baut das Bild synchron zur Bewegung Zeile für Zeile auf und muss über einen Encoder exakt mit der Materialgeschwindigkeit synchronisiert sein, sonst wird das Bild in Laufrichtung gestaucht oder gedehnt.
  • Typische Fehler sind Schlieren, Einschlüsse, Löcher, Platzer und Wölbung, wobei höhen- und dickenrelevante Fehler ein 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 ergänzend zur Kamera erfasst.
  • Kein einzelnes Licht macht alle Bahnfehler sichtbar, weshalb Auflicht und Durchlicht je nach Material kombiniert werden, ergänzt um ein Formbild wie LumiTrax für glänzende Oberflächen.
  • Eine Bahninspektion ist selten ein reines Kameraprojekt, sondern eine Komplettlösung aus Traverse, Beleuchtung, Encoder, Schnittstelle und Ausschleusung, die häufig ein Integrator verantwortet und die bei laufendem Prozess in Betrieb geht.

Die Ausgangslage: Fehler in Bahnware fallen oft erst beim Kunden auf

Bei Endlosmaterial gibt es selten eine dedizierte Prüfstelle. Solange keine Inline-Kontrolle vorhanden ist, werden Fehler entweder durch Stichproben oder gar nicht entdeckt, und sie fallen dann erst beim Weiterverarbeiter oder beim Endkunden auf. Eine Schliere in der Folie, ein Einschluss im Band oder ein Loch im Coil wird zur Reklamation, oft über hunderte Meter Material verteilt, das bereits ausgeliefert ist.

Der zweite Treiber ist der Verschnitt. Wenn ein Fehler erst spät bemerkt wird, ist meist schon fehlerhaftes Material aufgewickelt und weiterverarbeitet worden. Eine Inline-Prüfung, die den Fehler im Moment seines Entstehens meldet, begrenzt diesen Schaden und liefert zugleich einen Hinweis auf die Ursache im Prozess. Aus diesen beiden Gründen, Reklamationsschutz und Verschnittreduzierung, wird die Bahninspektion zum Projekt, meist ausgelöst durch einen konkreten Vorfall.

Zeilenkamera und Liniengeschwindigkeit: das Grundprinzip der Bahninspektion

Für bewegte Endlosmaterialien ist die Zeilenkamera das passende Werkzeug. Sie nimmt das Bild nicht als Fläche in einem Moment auf, sondern Zeile für Zeile, synchron zur Bewegung der Bahn. Aus tausenden aneinandergereihten Zeilen entsteht ein lückenloses Bild der Oberfläche über die gesamte Länge, unabhängig davon, wie lang die Bahn ist. Der Vorteil gegenüber einer Flächenkamera liegt in der gleichmäßig hohen Auflösung über die volle Breite und im nahtlosen Bild ohne Überlappungsbereiche.

Damit das funktioniert, muss die Zeilenaufnahme exakt mit der Materialgeschwindigkeit synchronisiert sein, üblicherweise über einen Encoder an der Bahn. Läuft die Aufnahme schneller oder langsamer als das Material, wird das Bild in Laufrichtung gestaucht oder gedehnt und der Fehler verzerrt. In dokumentierten Anwendungen liegen die Liniengeschwindigkeiten bis in den Bereich von rund 70 m/min, bei Stanzprozessen bis zu rund 900 Hub/min, und die Arbeitsbreiten reichen von einigen Zentimetern bis rund 2,6 m. Für Zeilenkamera-Anwendungen bietet die Modellreihe XG-X die Plattform, die auch bei bewegter Bahn ein durchgängiges Bild erzeugt und mit LumiTrax die Topografie über die Breite sichtbar macht. Wo Bogen- oder Plattenware statt Endlosmaterial vorliegt, kann stattdessen eine Flächenkamera der Modellreihe VS-G passen.

Typische Fehler: Schlieren, Extrusionslinien, Einschlüsse, Löcher, Platzer und Wölbung

Die Fehlerbilder auf Bahnware unterscheiden sich je nach Material und Prozess, treten aber in wiederkehrenden Mustern auf:

  • Schlieren und Extrusionslinien: längliche Strukturen in Laufrichtung, die bei der Extrusion oder Beschichtung entstehen und sich als schwacher Kontrast über große Länge ziehen.
  • Einschlüsse und Partikel: Fremdkörper im oder auf dem Material, oft klein, aber sicherheitsrelevant, etwa bei Verpackungsfolien.
  • Löcher und Platzer: Durchbrüche und aufgerissene Stellen, die sich besonders gut im Durchlicht als heller Punkt zeigen.
  • Wölbung und Welligkeit: Formabweichungen quer oder längs zur Bahn, die über die Höhe definiert sind und mit einer reinen Grauwertkamera schwer zu fassen sind.
  • Beschichtungsfehler: Fehlstellen, Ungleichmäßigkeiten und Dickenschwankungen in aufgebrachten Schichten.

Für die höhen- und dickenrelevanten Fehler unter diesen, etwa Wölbung oder eine ungleichmäßige Beschichtungsdicke, reicht eine Grauwertkamera oft nicht aus. Hier ergänzt ein 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 die Zeilenkamera um Höhen- und Dickeninformation, während die kosmetischen Fehler weiterhin über die Kamera erfasst werden.

Auflicht und Durchlicht kombinieren: Fehler zuverlässig sichtbar machen

Kein einzelnes Beleuchtungskonzept macht alle Bahnfehler sichtbar. Ein Loch tritt im Durchlicht als heller Punkt klar hervor, verschwindet im Auflicht aber leicht im Materialkontrast. Eine oberflächliche Schliere zeigt sich umgekehrt im Auflicht, während sie im Durchlicht kaum auffällt. Deshalb kombinieren viele Bahninspektionen mehrere Beleuchtungen, um unterschiedliche Fehlerarten in einem Durchlauf abzudecken.

Die Auswahl folgt dem Material. Bei transparenten und teiltransparenten Folien ist das Durchlicht oft die Basis, ergänzt um Auflicht für Oberflächenfehler. Bei opaken Bändern und Coils dominiert das Auflicht, wobei flach einfallendes Licht feine Riefen und Schlieren betont. Für glänzende und gewölbte Oberflächen erzeugt ein Verfahren wie LumiTrax auf der Modellreihe XG-X ein Formbild, das nur die Topografie zeigt und Farb- sowie Druckunterschiede ausblendet. So lässt sich eine echte Schliere von einer harmlosen Musterung trennen. Die passende Beleuchtungskombination ist auch hier der erste Hebel, lange bevor der Schwellwert eingestellt wird.

Schwellwert und Segmentierung: gut von schlecht trennen und Ausschleusung vorbereiten

Anders als bei einem Einzelteil gibt es bei Bahnware kein einzelnes Gut-Schlecht-Ergebnis, sondern einen kontinuierlichen Strom von Bilddaten. Die zentrale Frage lautet deshalb, ab welcher Ausprägung ein Merkmal als Fehler gilt und wie der Fehler örtlich zugeordnet wird. Der Schwellwert trennt zulässige Schwankung von echtem Defekt, und er muss so robust gesetzt sein, dass normale Materialvariation nicht ständig auslöst.

Ebenso wichtig ist die Segmentierung. Die Bahn wird in Bereiche oder Bahnabschnitte eingeteilt, damit ein erkannter Fehler einer Position in Breite und Länge zugeordnet werden kann. Diese Ortsangabe ist die Voraussetzung für die spätere Ausschleusung oder Markierung: Erst wenn bekannt ist, wo der Fehler sitzt, lässt sich der betroffene Abschnitt gezielt aussortieren, markieren oder beim Konfektionieren umfahren. In der Praxis wird der Fehler dabei nicht nur gemeldet, sondern mit Position, Größe und Fehlerklasse protokolliert, was zugleich die Rückverfolgbarkeit über die Rolle sichert.

Komplettlösung mit Integrator: Achse, Encoder, Schnittstelle und Inbetriebnahme

Eine Bahninspektion ist selten ein reines Kameraprojekt. Zur Lösung gehören die mechanische Aufnahme über der Bahn, die gleichmäßige Beleuchtung über die volle Breite, der Encoder zur Synchronisation, die Anbindung an die Anlagensteuerung und die Verknüpfung mit der Ausschleusung oder Markierung. Diese Bandbreite überschreitet meist das, was der Maschinenbauer nebenbei mit aufbaut, weshalb hier häufig ein Integrator die Gesamtlösung verantwortet.

Die Rollenverteilung sollte vor der Bestellung feststehen: Wer liefert die mechanische Traverse und die Beleuchtung, wer bindet den Encoder ein, wer programmiert die Auswertung und wer verantwortet die Schnittstelle zur SPS über Profinet, EtherCAT oder EtherNet/IP. Bei Bestandsanlagen ist zusätzlich zu klären, ob Bauraum über der Bahn und eine freie Feldbus-Schnittstelle vorhanden sind. Die Inbetriebnahme schließlich läuft bei laufendem Prozess ab, denn eine Bahninspektion lässt sich nur bei realer Liniengeschwindigkeit und realem Material sauber einstellen. Ein Test mit Original-Testmustern und, wo möglich, mit eingebrachten Referenzfehlern legt die Grundlage, bevor die Anlage in Serie geht.

Häufige Fragen

F Warum eine Zeilenkamera und keine Flächenkamera für Bahnware?

A

Weil eine Zeilenkamera das Bild synchron zur Bewegung Zeile für Zeile aufbaut und so ein lückenloses Bild über beliebige Länge erzeugt, mit gleichmäßiger Auflösung über die volle Breite und ohne Überlappungen. Eine Flächenkamera passt eher zu Bogen- oder Plattenware. Für Endlosmaterial ist die Zeilenkamera, etwa auf Basis der Modellreihe XG-X, das passende Prinzip.

F Wie schnell darf die Bahn für eine Inline-Prüfung laufen?

A

In dokumentierten Anwendungen liegen die Liniengeschwindigkeiten bis in den Bereich von rund 70 m/min, bei Stanzprozessen bis zu rund 900 Hub/min, bei Arbeitsbreiten bis rund 2,6 m. Entscheidend ist die Synchronisation der Zeilenaufnahme mit der Materialgeschwindigkeit über einen Encoder, damit das Bild in Laufrichtung nicht gestaucht oder gedehnt wird. Die konkrete Grenze hängt von Auflösung, kleinster Fehlergröße und Beleuchtung ab.

F Wie erkenne ich Löcher, Schlieren und Einschlüsse zuverlässig?

A

Über die passende Beleuchtungskombination. Löcher und Platzer treten im Durchlicht als heller Punkt hervor, oberflächliche Schlieren und Riefen im Auflicht, besonders bei flachem Lichteinfall. Einschlüsse zeigen sich je nach Material im Auf- oder Durchlicht. Viele Bahninspektionen kombinieren deshalb mehrere Beleuchtungen, ergänzt durch ein Formbild wie LumiTrax für glänzende Oberflächen.

F Wie werden höhen- und dickenrelevante Fehler in Bahnware geprüft?

A

Wölbung, Welligkeit und ungleichmäßige Beschichtungsdicke sind über die Höhe definiert und mit einer Grauwertkamera schwer zu fassen. Hier ergänzt ein 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 die Zeilenkamera um Höhen- und Dickeninformation, während die kosmetischen Fehler weiterhin über die Kamera erkannt werden. Beide Prinzipien lassen sich in einer Linie kombinieren.

F Brauche ich für eine Bahninspektion einen Integrator?

A

Meist ja, weil zur Lösung neben der Kamera die mechanische Traverse, die Beleuchtung über die volle Breite, der Encoder, die Schnittstelle zur SPS und die Anbindung an die Ausschleusung gehören. Diese Bandbreite verantwortet häufig ein Integrator. Die Rollenverteilung, also wer Mechanik, Beleuchtung, Encoder, Auswertung und Schnittstelle liefert, sollte vor der Bestellung feststehen.

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