Etikettenposition, Splice und Druckbildlage: Merkmale auf der laufenden Bahn erkennen

Auf Endlosmaterial verändert sich die Frage. Bei einer einzelnen Packung lautet sie: Welcher Typ ist das? Auf einer laufenden Bahn lautet sie: Wo sitzt das Merkmal, und passt seine Lage zu dem, was daneben liegt? Etikett zur Spendekante, Perforation zum Druckbild, Druck zu Druck, Siegelnaht zur Folienkante. Bei Geschwindigkeiten bis 350 m/min bleiben wenige zehn Millisekunden pro Auswertung. Dieser Beitrag ordnet die Aufgabe entlang dieser Physik: erst was erfassbar ist, dann welche Merkmale im Grauwert und welche in der Höhe liegen, schließlich wie pro laufendem Meter dokumentiert wird.

Wichtige Punkte im Überblick

Auf Endlosmaterial verschiebt sich die Frage vom Typ zur Lage: Etikett zur Spendekante, Splice, Perforation zum Druckbild und Register, bei Bahngeschwindigkeiten bis 350 m/min mit Auswertefenstern von wenigen zehn Millisekunden.
Die Zeilenkamera baut das Bild synchron zur Bahn auf, und der Encoder taktet die Aufnahme und liefert die Meterangabe, mit der jedes Ergebnis einer Position in der Rolle zugeordnet wird.
Die Etikettenposition an der Spendekante verlangt in dokumentierten Anwendungen Toleranzen von einigen zehn Mikrometern: Statt einer Gabellichtschranke misst ein konfokaler Wegmesssensor der Modellreihe CL-3000 den Höhensprung der Etikettenkante.
Merkmale mit Höhe, aber ohne Kontrast, etwa Siegelnaht, Prägung oder Materialverdopplung am Splice, werden in der Höhe gemessen statt im Grauwert, was Reflexion und Bedruckung umgeht.
Auf einer laufenden Bahn kann nicht ausgeschleust werden: Der Wert der Prüfung entsteht aus der Dokumentation je laufendem Meter samt physischer Markierung an der Bahnkante.

Merkmal auf Endlosmaterial: was Bahngeschwindigkeit und Auflösung vorgeben

Drei Größen bestimmen, ob ein Merkmal auf laufender Bahn erfassbar ist.

Die erste ist die Geschwindigkeit. In dokumentierten Anwendungen reichen die Bahngeschwindigkeiten von etwa 10 m/min in Musteranlagen bis 350 m/min und darüber. Bei 300 m/min legt die Bahn in einer Millisekunde 5 mm zurück, sodass jede Belichtungszeit in Bewegungsunschärfe übersetzt wird. Kurze Belichtung verlangt Licht, und damit wird die Beleuchtung zur ersten Auslegungsgröße.

Die zweite ist die Auflösung in Verbindung mit der Bahnbreite. Bahnbreiten von etwa 110 mm bis 2,2 m sind dokumentiert, und die gewünschte Ortsauflösung teilt sich diese Breite auf. Für Endlosmaterial passt die Zeilenkamera, weil sie das Bild Zeile für Zeile synchron zur Bahn aufbaut. Eine High-End Bildverarbeitung mit ultimativer Flexibilität der Modellreihe XG-X nimmt Zeilenkameras mit abgestimmter LED-Beleuchtung auf und bringt den Encoder-Eingang mit.

Die dritte ist die Synchronisation. Ohne Encoder ist die Position eines Merkmals in Bahnrichtung nur so genau wie die Konstanz der Antriebsgeschwindigkeit, und die schwankt beim Anfahren, beim Rollenwechsel und bei Zugregelung. Der Encoder taktet die Zeilenaufnahme und liefert die Meterangabe zum Fundort. Das Auswertefenster begrenzt dabei nicht die Aufnahme, sondern die Reaktion: Ausschleusen ist auf einer laufenden Bahn nicht möglich, also wird markiert, protokolliert oder geregelt.

Etikettenposition an der Spendekante im Mikrometerbereich

Der anspruchsvollste Fall in den Aufzeichnungen ist die Lage eines Selbstklebeetiketts auf der Trägerfolie kurz vor der Spendekante. Gefragt ist, wann die Etikettenkante die Spendekante erreicht, um den Spendevorgang zu takten; die Toleranzen liegen in dokumentierten Anwendungen bei einigen zehn Mikrometern.

Bisher wird das häufig mit einer Gabellichtschranke gelöst, die den Transparenzsprung zwischen Trägerfolie und Etikett erkennt. Die Aufzeichnungen benennen diese Lösung mehrfach als zu unpräzise: Der Schaltpunkt wandert mit Materialcharge, Bedruckung und Verschmutzung, und die Anordnung braucht Bauraum beidseitig der Bahn.

Ein Etikett ist jedoch auch ein Höhensprung von einigen zehn bis wenigen hundert Mikrometern, und der lässt sich messen statt schalten. Konfokale Wegmesssensoren der Modellreihe CL-3000 arbeiten mit kleinem Messfleck auf transparentem und glänzendem Material und liefern einen Abstandswert, dessen Sprung die Etikettenkante markiert. Der Sensor misst von einer Seite und sitzt nahe an der Spendekante, wo Bahnschlupf die Positionsangabe am wenigsten verfälscht.

Für die Auslegung zählen drei Punkte: Der Messfleck muss kleiner sein als das Merkmal, die Bahn muss geführt sein, weil Flattern als Höhenänderung erscheint, und die Ausgabe muss bei der gefahrenen Geschwindigkeit noch als Positionsangabe taugen.

Splice, Perforation und Stanzbild: Anwesenheit und Lage zum Druckbild

Drei weitere Merkmale folgen derselben Logik, unterscheiden sich aber darin, gegen was gemessen wird.

Ein Splice, die Verbindungsstelle zweier Bahnen, ist ein Anwesenheitsmerkmal. Er muss gefunden und gemeldet werden, damit die Folgeverarbeitung ihn ausleitet oder überspringt. In den Aufzeichnungen scheitert die Ultraschallerkennung bei neuem Material, weil sich das Dämpfungsverhalten ändert. Optisch ist ein Splice über Kontur und Höhe zu erkennen, denn er trägt Klebeband oder eine Materialverdopplung.

Eine Laserperforation ist ein Lagemerkmal. Ob perforiert wurde, ist selten die Frage; ob das Perforationsfeld richtig zum Druckbild sitzt, ist die Frage, weil sich Perforationswerkzeug und Druckwerk unabhängig verschieben. Die Prüfung braucht deshalb zwei Merkmale in einem Bild. Löcher im Zehntelmillimeterbereich verlangen hohe Auflösung oder Durchlicht, das jedes Loch als hellen Punkt darstellt.

Ein Stanzbild wird häufig nicht nur geprüft, sondern zur Regelung genutzt: Die Kamera bestimmt Lage und Drehung eines gedruckten Musters, die Steuerung korrigiert damit die Stanzstation. Das erhöht den Anspruch an die Wiederholgenauigkeit und macht die Latenz zur Auslegungsgröße.

Manche dieser Merkmale sind selbst unter Vergrößerung kaum sichtbar, etwa eine schwach ausgeprägte Perforation in kaschiertem Material. Ein Machbarkeitstest mit Originalmustern sollte auch die Aussage zulassen, dass das Merkmal optisch nicht sicher trennbar ist. Das ist wertvoller als eine Prüfstation, die in der Serie durchreicht.

Druckbild zur Kante und Druckbild zu Druckbild: Registerprüfung

Die Registerprüfung fragt nach dem Abstand zwischen zwei Bezügen und hat drei geläufige Ausprägungen.

Beim Druckbild zur Bahnkante wird gemessen, ob das Motiv quer zur Laufrichtung richtig sitzt. Die Fehlerquelle liegt im Bezug: Ein ausgerissener Rand verschiebt ihn, und eine über mehrere Zeilen gemittelte Kantenlage ist stabiler als eine Einzelmessung. Beim Druckbild zu Druckbild geht es um den Versatz zwischen Farbauszügen oder zwischen zwei Druckwerken; gemessen wird an Registermarken oder markanten Kanten, und die Auflösungsanforderung ergibt sich aus der zulässigen Passerdifferenz. Beim Druckbild zum Schnitt wird geprüft, ob das Motiv relativ zur späteren Trennlinie sitzt, was bei Etikettenbahnen und Beutelfolien den Ausschuss bestimmt.

Alle drei brauchen eine feste, wiederholbare Messstelle. Eine Umlenkrolle als Widerlager, eine geführte Bahn und eine Beleuchtung, die nicht mit dem Hallenlicht konkurriert, tragen mehr zur Wiederholgenauigkeit bei als höhere Auflösung. Bei getakteten Bahnen genügt oft eine All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS; bei durchlaufender Bahn führt der Weg zur Zeilenkamera an einem System der Modellreihe XG-X.

Wenn das Merkmal eine Höhe hat: 3D statt Grauwert an Siegelnaht und Beschichtung

Nicht jedes Merkmal ist ein Grauwertmerkmal, und die Unterscheidung spart in der Auslegung viel Zeit. Eine Siegelnaht auf gleichfarbiger Folie, eine Beschichtungskante, eine Prägung, eine Materialverdopplung am Splice: Diese Merkmale haben eine Höhe, aber oft keinen Kontrast. Wer sie in der Höhe misst statt im Grauwert, umgeht Reflexion und Bedruckung.

Für die Auswahl helfen zwei Fragen. Braucht die Aufgabe ein Profil über die Breite? Dann liefern 2D/3D-Laser-Profilsensoren der Modellreihe LJ-X8000 einen Höhenschnitt quer zur Bahn. Reicht eine Fläche in einer Aufnahme? Dann kommt der 3D-Laser-Snapshot-Sensor der Modellreihe LJ-S8000 in Frage, der ohne Relativbewegung eine Höhenfläche erfasst.

Für den sehr feinen Höhensprung auf dünnem, transparentem oder glänzendem Material bleiben konfokale Wegmesssensoren der Modellreihe CL-3000 die Wahl, etwa an der Spendekante oder bei der Unterscheidung zweier Folientypen in der laufenden Rolle. Müssen Laminate mit ähnlichem Erscheinungsbild auseinandergehalten werden, ist die Dicke oft das einzige belastbare Merkmal; dokumentiert sind Schichtdicken von wenigen hundertstel Millimetern bis hin zu Verbunden von etwa 3 mm.

Elektrostatik wirkt auch hier. Aufgeladene Folienbahnen ziehen Staub an und lassen Lagen aneinander haften, was Höhenmessungen und Bilder verfälscht. Ionisatoren der Modellreihe SJ an Ab- und Aufwicklung begleiten deshalb die Messtechnik.

Rückverfolgbarkeit in der Rolle: Ergebnis pro laufendem Meter dokumentieren

Auf einer laufenden Bahn kann nicht ausgeschleust werden. Der Wert der Prüfung entsteht deshalb aus der Dokumentation: Eine Fehlstelle muss in der fertigen Rolle wiederzufinden sein, damit die Weiterverarbeitung sie ausleiten oder der Kunde sie beurteilen kann.

Drei Bestandteile haben sich bewährt: die Meterangabe aus dem Encoder, die jedes Ergebnis mit einer Position in der Rolle verknüpft, ein Rollen- oder Auftragsbezug, unter dem die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G Bilder und Prüfdaten speichert, und eine physische Markierung an der Bahnkante, weil ein Protokoll an der Abwicklung der Folgemaschine nicht hilft.

Häufen sich Abweichungen an einer Stelle im Druckzylinderumfang oder nach jedem Rollenwechsel, zeigt das Protokoll die Ursache, bevor die nächste Rolle betroffen ist. In Lieferantenfragen ist die dokumentierte Lage einer Fehlstelle belastbarer als ein nachträglich gezogener Handschnitt.

Die Typfrage an einzelnen Packungen behandeln "Etiketten- und Codekontrolle zur Typunterscheidung: das richtige Etikett auf der richtigen Verpackung", "Verpackungstypen automatisch klassifizieren: Beutel, Trays und Faltschachteln sicher unterscheiden" und "Verschlusskontrolle an Kartons und Faltschachteln: offene Laschen, Deckel und Überstände erkennen". Die Einordnung aller Weichen liefert "Sortieren und Typunterscheidung in der Verpackungs- und Druckindustrie: Verwechslungen zuverlässig ausschließen", den Gesamtüberblick der Verpackung & Druck Hub.

Häufige Fragen

F Brauche ich für eine laufende Bahn zwingend eine Zeilenkamera?

Bei durchlaufender Bahn ja, weil eine Zeilenkamera das Bild synchron zur Bahn Zeile für Zeile aufbaut und über die Länge lückenlose Bilder erzeugt. Betrieben werden Zeilenkameras an einer Bildverarbeitung der Modellreihe XG-X mit Encoder-Eingang. Steht die Bahn für die Aufnahme kurz, genügt oft eine Flächenaufnahme, etwa mit einer All-in-One Kamera der Modellreihe VS.

F Wie genau lässt sich die Etikettenposition auf der Trägerfolie bestimmen?

In dokumentierten Anwendungen werden Toleranzen von einigen zehn Mikrometern verlangt, was Gabellichtschranken nach den Aufzeichnungen nicht sicher leisten. Ein Etikett ist neben einem Transparenzsprung auch ein Höhensprung, und ein konfokaler Wegmesssensor der Modellreihe CL-3000 misst diese Stufe von einer Seite mit kleinem Messfleck. Voraussetzung ist eine geführte Bahn, üblicherweise über eine Umlenkrolle.

F Wozu dient der Encoder bei der Bahnprüfung?

Er taktet die Zeilenaufnahme, sodass das Bild unabhängig von Geschwindigkeitsschwankungen maßhaltig bleibt, und er liefert die Meterangabe, mit der jedes Prüfergebnis einer Position in der Rolle zugeordnet wird. Ohne sie ist eine Fehlstelle in der fertigen Rolle nicht wiederzufinden.

F Wie erkennt man einen Splice zuverlässig?

Über Kontur und Höhe statt über Ultraschall. Ein Splice trägt Klebeband oder eine Materialverdopplung und erzeugt damit eine messbare Stufe, während sich das Dämpfungsverhalten bei Ultraschall mit jedem neuen Material ändert.

F Wann ist eine 3D-Messung besser als ein Kamerabild?

Wenn das Merkmal eine Höhe, aber keinen Kontrast hat: Siegelnähte auf gleichfarbiger Folie, Beschichtungskanten, Prägungen, Materialverdopplungen. Für ein Höhenprofil quer zur Bahn eignen sich 2D/3D-Laser-Profilsensoren der Modellreihe LJ-X8000, für eine Höhenfläche ohne Relativbewegung der 3D-Laser-Snapshot-Sensor der Modellreihe LJ-S8000, für einen sehr feinen Sprung auf dünnem, transparentem Material konfokale Wegmesssensoren der Modellreihe CL-3000.

F Was tun, wenn ein Merkmal auch unter Vergrößerung kaum sichtbar ist?

Das Ergebnis so festhalten. In den Aufzeichnungen ist etwa eine schwach ausgeprägte Perforation in kaschiertem Material optisch nicht sicher trennbar. Ein Machbarkeitstest mit Originalmustern soll diese Aussage zulassen, denn eine Prüfstation, die in der Serie durchreicht, ist teurer als ein früh abgebrochenes Projekt. Alternativen sind ein anderes Messprinzip oder eine Prozessänderung, die das Merkmal ausgeprägter macht.

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