Spleiß, Klebestreifen, Stippen: Fehlstellen auf laufenden Folienbahnen zuverlässig erkennen

Auf laufenden Folienbahnen treten drei Arten von Fehlstellen immer wieder auf: der Spleiß, an dem zwei Bahnen verbunden sind, eingebettete Klebe- und Aufreißstreifen und Stippen bzw. Löcher im Material. Jede dieser Fehlstellen hat ihre eigene Physik, und genau deshalb scheitern universelle Standardsensoren regelmäßig an ihnen. Der bekannteste Fall: Ein optischer Spleißsensor löst auf Luftblasen aus, die Linie steht, und der eigentliche Spleiß läuft trotzdem durch. Dieser Beitrag zeigt, wie höhenbasierte Wegmessung echte Spleiße sicher erkennt, wie sich Klebestreifen und Stippen detektieren lassen und warum die Materialvielfalt der Bahn das wichtigste Auslegungskriterium ist.

Wichtige Punkte im Überblick

Optische Spleißsensoren können fälschlich auf eingeschlossene Luftblasen auslösen und erzwingen in dokumentierten Anwendungen mehrere Linienstopps pro Tag, während der echte Spleiß mitunter unerkannt durchläuft.
Ein Spleiß bildet in der Anwendungspraxis eine Höhenstufe von rund 50 µm auf etwa 150 µm Folie, die schnelle Laser-Wegmesssensoren der Modellreihe LK-G5000 auch bei hoher Bahngeschwindigkeit sicher erfassen.
Aufreiß- und Klebestreifen erzeugen ebenfalls einen Höhenunterschied und lassen sich bei voller Liniengeschwindigkeit über dieselbe Höhenmessung detektieren.
Vollflächige Stippen und Löcher, in dokumentierten Anwendungen von 0,06 bis über 2 mm, erfasst eine Zeilenkamera mit einem Controller der Modellreihe XG-X und ordnet jeden Fehler der Rollenposition zu.
Der Machbarkeitstest muss das gesamte Materialspektrum von schwarzer bis volltransparenter Folie abdecken, weil dasselbe Verfahren je nach Material unterschiedlich zuverlässig arbeitet.

Der Klassiker: Spleißsensor meldet Luftblasen, und die Linie steht

Standard-Lichttaster bewerten optische Merkmale. Zwischen zwei Folienlagen eingeschlossene Luftblasen erzeugen jedoch genau solche optischen Störungen, und der Sensor löst fälschlich aus. In dokumentierten Anwendungen führt das zu mehreren Linienstopps pro Tag.

Die Folgekosten sind erheblich: Jeder Fehlalarm verlangt ein manuelles Quittieren, jeder Stopp erzeugt Anfahrausschuss, und im schlimmsten Fall läuft die nachgelagerte Beschichtung über den echten, nicht erkannten Spleiß. Die eigentliche Anforderung lautet deshalb: den echten Spleiß, eine geometrische Höhenstufe, sicher von rein optischen Störungen zu unterscheiden. Genau das leistet ein optisches Kontrastverfahren nicht, eine Höhenmessung dagegen schon.

Der Denkfehler steckt bereits im Messprinzip. Ein optischer Taster fragt: „Sieht die Bahn hier anders aus?" Eine Luftblase, eine Trübung oder ein Reflex beantwortet diese Frage mit Ja, obwohl gar kein Spleiß vorliegt. Ein Höhensensor fragt dagegen: „Ist die Bahn hier dicker?" Und darauf antwortet nur der echte Spleiß mit seiner Materialüberlappung. Der Wechsel des Messprinzips ist damit kein Detail, sondern der Kern der Lösung: Man misst die Eigenschaft, die den Spleiß tatsächlich definiert, statt einer, die nur zufällig mit ihm korreliert.

Höhenunterschied statt Lichtschranke: Wegmessung erkennt den echten Spleiß (LK, CL)

Ein Spleiß ist ein geometrisches Merkmal: In dokumentierten Anwendungen liegt eine Stufe von rund 50 µm auf einer etwa 150 µm dicken Folie vor. Über eine reine Lichtschranke ist diese Stufe kaum eindeutig zu fassen, über eine Höhenmessung dagegen schon.

Dafür eignen sich zwei Sensorfamilien:

Laser-Wegmesssensoren der Modellreihe LK-G5000 mit sehr schneller Abtastung (die Modellreihe erreicht eine Abtastrate von 392 kHz),
konfokale Wegmesssensoren der Modellreihe CL-3000 mit einem Abtastzyklus bis hinunter zu 100 µs.

In dokumentierten Anwendungen arbeiten diese Sensoren bei Bahngeschwindigkeiten bis in den Bereich von 400 bis 450 m/min. Diese Geschwindigkeiten sind Praxiswerte aus konkreten Anwendungen und keine Systemspezifikation; die genannten Abtastraten sind dagegen belegte Serienangaben und machen die Aufgabe plausibel. Warum die hohe Abtastrate zählt: Bei voller Liniengeschwindigkeit legt die Bahn in Sekundenbruchteilen erhebliche Strecken zurück, und ein kurzer Spleiß darf nicht zwischen zwei Messungen durchrutschen. Nur wenn der Sensor schnell genug abtastet, wird die Stufe zuverlässig getroffen, egal an welcher Stelle sie unter dem Messpunkt hindurchläuft.

Das Ausgangssignal bleibt bewusst einfach: ein digitales OK/NG an die Linie, damit die Beschichtung den erkannten Spleiß gezielt überspringt. Diese Reduktion auf ein binäres Signal ist ein Vorteil, kein Mangel: Die Linie braucht keine komplexe Auswertung, sondern eine klare, schnelle Entscheidung, Spleiß ja oder nein. So lässt sich der Sensor ohne aufwendige Integration in vorhandene Steuerungskonzepte einbinden.

Doppelkopf-Messung gegen Walzenrundlauf: so bleibt das Signal stabil

Eine Ein-Kopf-Höhenmessung scheitert in der Praxis oft am Walzenrundlauf: Die Bewegung der Walze überlagert das Nutzsignal, sodass die eigentliche Stufe im Rauschen untergeht.

Die Lösung ist eine Differenzmessung mit zwei Köpfen. Je ein Messkopf ober- und unterhalb der Bahn erfasst deren Position; aus der Differenz ergibt sich die Bahndicke bzw. die Stufe, unabhängig von der Walzenbewegung. Dieses Prinzip der Dickenmessung mit je einem Messkopf ober- und unterhalb ist stabil auch im Inline-Betrieb. Bei der Auslegung sind der Kopfabstand, die Synchronisierung beider Köpfe und der Einbauort in der Bahnführung die wesentlichen Stellgrößen.

Klebestreifen in der Verpackungsfolie: Anwesenheit und Lage prüfen

Aufreiß- und Klebestreifen sind eine verwandte Aufgabe: Auch sie erzeugen einen Höhenunterschied, in dokumentierten Anwendungen im Bereich von 0,05 bis 0,1 mm, und lassen sich bei voller Liniengeschwindigkeit über eine Höhenmessung detektieren. Ultraschallsensoren stoßen bei dieser Aufgabe an Zuverlässigkeitsgrenzen; die höhenbasierte Alternative ist hier robuster.

Wo es nicht auf eine exakte Höhenmessung, sondern nur auf die reine Anwesenheit ankommt, genügt ein Vision-Sensor: Der AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 ist speziell für Anwesenheits- und Differenzprüfungen ausgelegt und deckt mit Arbeitsabständen von 50 bis 3000 mm und großen Bildfeldern ein breites Spektrum ab. So lässt sich das Prüfmittel an die Frage anpassen: Höhenmessung, wo die Lage zählt, einfache Anwesenheitskontrolle, wo nur „vorhanden ja/nein" gefragt ist.

Diese Abstufung ist in der Praxis wirtschaftlich bedeutsam. Nicht jede Aufgabe rechtfertigt den Aufwand einer präzisen Wegmessung, aber jede unterlassene Prüfung kann teuer werden, wenn ein fehlender Aufreißstreifen erst beim Endkunden auffällt. Die richtige Antwort liegt deshalb selten in „einem System für alles", sondern in der passenden Zuordnung: robuste, einfache Anwesenheitskontrolle dort, wo das Merkmal groß und eindeutig ist, und präzise Höhenmessung dort, wo Lage und Maß der Fehlstelle entscheiden. So bleibt die Prüfung sowohl zuverlässig als auch angemessen im Aufwand.

Stippen und Löcher auf der ganzen Rolle: Zeilenkamera-Inspektion

Spleiße und Streifen sind punktuelle, lokal begrenzte Merkmale. Stippen (Gele) und Löcher dagegen können überall auf der Bahn auftreten und verlangen eine vollflächige Inspektion. Dafür kommen Zeilenkameras mit einem XG-X-Controller zum Einsatz, der sie über das Zeilenkamera-Erweiterungsmodul einbindet.

In dokumentierten Anwendungen deckt die Bahninspektion Fehlerklassen von rund 0,06 mm bis über 2 mm ab, bei Bahnbreiten von 800 bis 1600 mm; jeder Fehler wird seiner Position auf der Rolle zugeordnet. Diese Werte beschreiben das Anwendungsspektrum, nicht eine feste Systemgrenze.

In der Praxis ergänzen sich beide Verfahren: die punktuelle Höhenmessung für Spleiß und Streifen, die flächige Zeilenkamera-Inspektion für Stippen und Löcher. So entsteht ein durchgängiges Konzept, das jede Fehlerklasse mit dem jeweils passenden Prinzip erfasst. Die Zuordnung jedes Fehlers zur Rollenposition ist dabei mehr als eine Statistik: Sie erlaubt es, beim späteren Verarbeiten oder Konfektionieren gezielt die betroffenen Rollenabschnitte zu behandeln, statt eine ganze Rolle pauschal abzuwerten. Aus der Inspektion wird so eine Landkarte der Bahn, die nachgelagerte Prozesse steuern kann.

Schwarz bis transparent: Materialvielfalt als Auslegungskriterium

Folien reichen farblich von tiefschwarz bis volltransparent, und jede Materialklasse stellt eigene Anforderungen an Sensorik und Beleuchtung. Ein Verfahren, das auf einer schwarzen Folie sauber misst, kann auf einer hochtransparenten Bahn versagen und umgekehrt. Die wesentlichen Auswahlkriterien sind:

das Messprinzip (optischer Kontrast, Laser-Triangulation, konfokale Wegmessung),
die Wellenlänge des eingesetzten Lichts,
die Beleuchtungsgeometrie relativ zur Bahn.

Die praktische Empfehlung ist eindeutig: Der Machbarkeitstest muss das gesamte Materialspektrum der Linie abdecken, nicht nur das Standardprodukt, sondern auch die „schwierigen" schwarzen und volltransparenten Varianten. Nur so ist sichergestellt, dass die gewählte Sensorik im realen Produktmix stabil arbeitet.

Häufige Fragen

F Warum lösen Spleißsensoren fälschlich auf Luftblasen aus?

Standard-Lichttaster bewerten optische Merkmale, und zwischen zwei Folienlagen eingeschlossene Luftblasen erzeugen genau solche optischen Störungen. Der Sensor kann sie nicht vom echten Spleiß unterscheiden und löst fälschlich aus, in dokumentierten Anwendungen mehrere Male pro Tag. Eine Höhenmessung erkennt dagegen die geometrische Stufe des echten Spleißes und ignoriert die optische Störung der Luftblase.

F Wie erkennt man einen Spleiß auf einer schnell laufenden Folienbahn zuverlässig?

Ein Spleiß ist eine geometrische Höhenstufe, in dokumentierten Anwendungen etwa 50 µm auf rund 150 µm Folie. Laser-Wegmesssensoren der Modellreihe LK-G5000 (392 kHz Abtastrate) oder konfokale Sensoren der Modellreihe CL-3000 (Abtastzyklus bis 100 µs) erfassen diese Stufe und geben ein einfaches digitales OK/NG an die Linie. In Anwendungen arbeiten sie bei Bahngeschwindigkeiten bis in den Bereich von 400 bis 450 m/min, Praxiswerte, keine Systemspezifikation.

F Warum ist eine Doppelkopf-Messung bei Walzenrundlauf nötig?

Bei einer Ein-Kopf-Messung überlagert der Walzenrundlauf das Nutzsignal, sodass die eigentliche Stufe untergeht. Eine Differenzmessung mit je einem Kopf ober- und unterhalb der Bahn ermittelt die Bahndicke bzw. Stufe aus der Differenz beider Positionen, unabhängig von der Walzenbewegung. Kopfabstand, Synchronisierung und Einbauort sind dabei die wesentlichen Auslegungsgrößen.

F Wie detektiert man Stippen und Löcher auf der ganzen Rolle?

Für die vollflächige Inspektion werden Zeilenkameras mit einem Bildverarbeitungssystem der Modellreihe XG-X eingesetzt, das Zeilenkameras über ein Zeilenkamera-Erweiterungsmodul einbindet. In dokumentierten Anwendungen werden Fehlerklassen von rund 0,06 mm bis über 2 mm bei Bahnbreiten von 800 bis 1600 mm erfasst und der Rollenposition zugeordnet. Punktuelle Höhenmessung (Spleiß/Streifen) und flächige Inspektion (Stippen/Löcher) ergänzen sich dabei.

F Welche Rolle spielt die Materialfarbe bei der Auswahl der Sensorik?

Eine erhebliche: Folien reichen von schwarz bis volltransparent, und jede Materialklasse stellt eigene Anforderungen an Messprinzip, Wellenlänge und Beleuchtungsgeometrie. Ein Verfahren, das auf schwarzer Folie zuverlässig arbeitet, kann auf transparenter Bahn versagen. Deshalb sollte der Machbarkeitstest das gesamte Materialspektrum der Linie abdecken, nicht nur das Standardprodukt.

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