Oberflächen- und Defektprüfung in der Verpackungs- und Druckindustrie: das passende Prüfsystem auswählen

Wenn der Fehler auf der Verpackung sitzt: Abgrenzung zu Inhalts- und Kennzeichnungsprüfung

Der Gegenstand dieses Leitfadens ist der Fehler auf der Verpackung oder dem bedruckten Material selbst. Dazu gehören Pinholes, Falten, Blasen und Einschlüsse in Folien- und Papierbahnen, fehlerhafte oder verunreinigte Siegelnähte, verschmierte Druckbilder und unlesbare Codes auf Etiketten sowie beschädigte Kartons, Gebinde und Transportverpackungen.

Zwei benachbarte Aufgaben bleiben bewusst außen vor. Die erste ist die Inhaltsprüfung: Ob das richtige Produkt in der richtigen Menge in der Packung liegt, ist eine Vollständigkeitsfrage und folgt anderen Regeln. Die zweite ist der Kennzeichnungsprozess selbst, also der Continuous-Inkjet-Drucker oder Lasercoder, der MHD und Chargennummer aufbringt. Hier geht es nicht um die Einstellung des Druckers, sondern um die Kontrolle seines Ergebnisses: Ist das Druckbild vollständig, das Etikett korrekt, der Code lesbar?

Diese Abgrenzung ist mehr als Ordnungsliebe. Inhaltsprüfung, Kennzeichnungsprozess und Verpackungsfehler führen zu unterschiedlichen Sensoren, unterschiedlichen Einbauorten und unterschiedlichen Verantwortlichen im Werk. Wer die Aufgabe sauber zuordnet, vermeidet, dass eine Prüfstation drei Probleme halb löst statt eines ganz.

Die Kostenkette verstehen: von der unentdeckten Fehlstelle zur Reklamation und Rückrufaktion

Verpackungsfehler sind selten dort teuer, wo sie entstehen. Eine Fehlstelle in der Bahn kostet am Wickler wenige Cent Material. Läuft sie unentdeckt weiter, beschädigt sie in dokumentierten Anwendungen nachgelagerte Verarbeitungsmaschinen mit jährlichen Ausfallkosten im sechsstelligen Bereich. Eine undichte Siegelnaht verdirbt zunächst nur ein Produkt, zieht dann aber eine Reklamation des Handels, eine Rückholaktion oder im Lebensmittel- und Pharmabereich einen Rückruf nach sich. Ein unlesbarer EAN-Code fällt erst an der Kasse auf, und der dokumentierte Extremfall ist die Rückgabe kompletter Lkw-Ladungen, die anschließend von Hand nachgescannt werden.

Auf der anderen Seite der Rechnung steht die bisherige Kontrolle. Eine manuelle Sichtprüfung an der laufenden Linie ermüdet, bleibt subjektiv und lässt sich über mehrere Schichten kaum besetzen. Stichproben alle paar Meter oder alle paar Minuten lassen genau die Fehler durch, die zwischen den Prüfpunkten entstehen. Verschärft wird der Druck durch Auditanforderungen wie IFS, HACCP oder UDI und durch Handelskunden, die eine lückenlose Dokumentation der Prüfung verlangen. Aus dieser Kette ergibt sich die wirtschaftliche Logik fast aller Projekte: Die 100%-Kontrolle an der richtigen Stelle ist billiger als der Fehler an der falschen.

Endlosbahn oder Einzelgebinde: die erste Weiche bei der Systemwahl

Die erste Frage an jede Prüfaufgabe lautet: Läuft das Material endlos oder taktet es als Einzelteil? Die Antwort bestimmt die Systemklasse.

• Endlosbahn: Folie, Papier und Karton laufen als Bahnware über Abwicklung, Kaschierwerk oder Druckmaschine. In der Anwendungspraxis reichen die Bahnbreiten von etwa 150 mm bis 1.600 mm, bei Aluminiumbahnen bis 3 m, und die Geschwindigkeiten von wenigen m/min bis 250-300 m/min. Hier arbeitet eine Zeilenkamera, die das Bild Zeile für Zeile über einen Encoder synchron zur Bahn aufbaut, etwa mit einer High-End Bildverarbeitung mit ultimativer Flexibilität der Modellreihe XG-X. Typische kleinste Fehlergrößen liegen um 1 mm, in Extremfällen bei einigen Hundertstelmillimetern.
• Einzelgebinde: Trays, Beutel, Blister, Flaschen und Kartons takten als diskrete Teile durch die Linie, in der Anwendungspraxis mit rund 40 bis 320 Packungen pro Minute. Hier prüfen Flächenkameras mit Bildfeldern, die in dokumentierten Anwendungen von 30 x 40 mm für kleine Beutel bis 600 x 400 mm für Säcke reichen. Je nach Aufgabe reicht die Spanne vom AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 für einfache Oberflächen- und Verschlusskontrollen über die All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS bis zur High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G in der Tiefziehmaschine.

Ein Punkt verdient bei Einzelgebinden besondere Aufmerksamkeit: Nach dem Befüllen liegt die Packung selten reproduzierbar. Zwei Kameras oder eine lagetolerante Auswertung fangen das ab, bevor die Positionstreuung zur eigentlichen Fehlerquelle wird.

Inline oder Labor: was auf der Linie geprüft und was am Muster analysiert wird

Die zweite Weiche trennt die Prüfung an der Linie von der Analyse am Muster. Die Linie findet und sortiert: Sie entscheidet im Takt, ob eine Fehlstelle vorliegt, und schleust aus oder markiert. Das Labor charakterisiert: Es beantwortet, was der Fehler ist, woher er kommt und wo die Grenze zwischen zulässig und unzulässig verläuft.

Im Verpackungslabor ist das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX das Arbeitspferd. Es dokumentiert Schichtaufbau und Schichtdicke am Querschnitt, Einschlüsse und Fehlstellen in Folienmustern, Kratzertiefen, Partikel nach Größe und Art sowie Reklamationsmuster aus Wareneingang und Kundenrückläufen. Wo Reflexion, transparente Schichten oder Höhen unterhalb eines Mikrometers das optische Bild überfordern, übernimmt das 3D Laserscanning-Mikroskop der Modellreihe VK-X, etwa für die Rauheit von Beschichtungen. Für Form, Ebenheit und größere Muster eignet sich das 3D-Profilometer der Modellreihe VR-6000.

Die Arbeitsteilung ist klar: Rauheit, Schichtdicke und Partikelcharakterisierung gehören ans Muster, nie an die laufende Bahn. Umgekehrt liefert das Labor die Grenzmuster, ohne die keine Inline-Prüfung sauber abgenommen werden kann. Beide Welten gehören deshalb in dasselbe Prüfkonzept, auch wenn sie unterschiedliche Geräte nutzen.

Transparente Folie, spiegelnde Alu-Deckel, bedruckte Oberflächen: Beleuchtung und AI als Hebel

Verpackungsmaterial arbeitet gegen die Kamera. Transparente Folie lässt das Auflicht durchfallen und zeigt kaum Kontrast, spiegelnde Alu-Deckelfolien überstrahlen die Siegelnaht, und bedruckte Oberflächen erzeugen genau die Muster, die ein regelbasiertes Prüfwerkzeug für Fehler hält. Zwei Hebel entscheiden hier über die Machbarkeit.

Der erste Hebel ist die Beleuchtung. Durchlicht macht Pinholes und Einschlüsse in transparenter Folie sichtbar, die im Auflicht verschwinden. Bei kaschierten Laminaten mit Aluminium- oder Farbbarrieren führt erst die Kombination aus Auflicht und Durchlicht zum stabilen Bild. Auf spiegelnden, bedruckten Deckelfolien hilft eine kontrollierte Beleuchtung bis hin zum Infrarotlicht, das das Druckbild unterdrückt und die Siegelnaht freistellt, etwa mit der High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G.

Der zweite Hebel ist die AI-Fehlererkennung. Wenn das Erscheinungsbild der Packung variiert, weil Druckbild, Füllgut und Faltenwurf nie identisch sind, lösen feste Schwellwerte zu oft aus. Eine All-in-One Kamera der Modellreihe VS mit integrierter AI lernt aus Beispielbildern, was ein echter Fehler und was zulässige Streuung ist, und hält so die Prüfung auch auf bedruckten, wechselnden Oberflächen stabil.

Ein dritter Punkt wirkt im Hintergrund: Elektrostatisch aufgeladene Folie zieht Staub an, und der anhaftende Partikel von heute ist der Einschlussfehler von morgen. Ionisatoren der Modellreihe SJ an Ab- und Aufwicklung sind deshalb in vielen Bahnprojekten die flankierende Maßnahme zur Kamera.

Vom Musterteil zur Serienprüfung: Machbarkeit, Grenzmuster, Taktzeit und Schnittstelle

Zwischen der Idee und der abgenommenen Anlage liegt die Machbarkeit, und die wird an realen Mustern entschieden. Dazu gehören Musterteile in allen Varianten und im realen Zustand, physische Grenzmuster für die Trennung von gut und schlecht sowie ein Fehlerkatalog mit der kleinsten zu erkennenden Fehlergröße. Ohne diese Grundlage bleibt jede Aussage zur Erkennungsrate unverbindlich.

Danach zählt die Integration. Die Taktzeit gibt den Rahmen vor: In Tiefziehmaschinen stehen für die Aufnahme in dokumentierten Anwendungen nur Stillstandsfenster von 0,4 bis 0,5 s zur Verfügung, an der Bahn muss die Auswertung mit der Liniengeschwindigkeit Schritt halten, und der Encoder synchronisiert die Aufnahme auch in älteren Bestandsmaschinen. Die Anbindung an die Steuerung läuft üblicherweise über Profinet oder EtherCAT, und die Ausschleusung oder Markierung fehlerhafter Ware gehört von Anfang an ins Konzept. Als Liefergegenstand zählt in vielen Projekten auch die Fehlerdokumentation je Rolle oder je Packung, weil Handels- und Endkunden den Nachweis der Prüfung verlangen.

Bewährt hat sich der Weg über eine Pilotlinie. Ist die Prüfung dort validiert, lässt sie sich auf weitere Linien übertragen, sofern die erste Anlage von Beginn an als wiederholbarer Baustein geplant ist.

Häufige Fragen

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