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ңң Praxis-Plus Folieninspektion bis 1200 m/min in Echtzeit Die OCS GmbH aus Witten zählt zu den international führenden Herstellern von Maschinen für die produktionsintegrierte Folieninspektion. Bis zu zehn Kameras nebeneinander arbeiten in den skalierbaren Systemen des Unternehmens und ermöglichen damit Produktionsgeschwindigkeiten von bis zu 1200 Metern pro Minute. Optische Basis dieser Systeme ist Bildverarbeitung von STEMMER IMAGING. Ein OCS-Inspektionssystem im Demo-Center in Witten. Kunststofffolien findet man in unterschiedlichsten Stärken und Farben - transparent bis undurchsichtig, strukturiert oder beschichtet - in nahezu allen Lebensbereichen und Branchen. Die Anwendungen reichen von Flachbildschirmen, Handydisplays, Pharma-Tablettenblister oder Lebensmittelverpackungen bis hin zu Babywindeln. Produziert werden diese Folien rund um die Welt und rund um die Uhr in riesigen Anlagen. Die Qualität der Folien hängt von vielen Parametern ab. Qualitätsüberwachung und –sicherung im laufenden Produktionsprozess sind daher entscheidend für die Qualität des Endprodukts. Dafür gibt es viele unterschiedliche Standards: Die spezifischen Ansprüche werden zwischen Herstellern und Anwendern individuell vereinbart. Dabei spiegeln Art und Anzahl der zulässigen Fehler zwangsläufig den Aufwand für die Herstellung, also letztlich den Preis der Folien wieder. „Einfach gesagt: In einer Käseverpackung will niemand eingeschweißte Insekten sehen, beim Blick auf einen TFT-Bildschirm sollten keine trüben Stellen auffallen und in der Isolation von Hochspannungskabeln sind Löcher definitiv nicht erwünscht,“ erläutert Mendo Gusevski beispielhaft. Er ist Projektmanager beim Unternehmen OCS, das auf die optische Qualitätssicherung von Polymeren und den daraus produzierten Folien spezialisiert ist. Der Messbereich relevanter Fehler in extrudierten Folien hängt meist von deren geplanter Verwendung ab. Bei Verpackungsfolien (PET) müssen Fehlergrößen zwischen 150 und 500 μm erkannt werden. Bei technischen Folien betrachtet man die Größenordnung von 50 bis 200 μm, bei Oberflächenschutzfolien zum Beispiel von 60 bis 160 μm und bei Folien mit speziellen optischen Eigenschaften kann es erforderlich sein, Fehler von 25 bis 100 μm sicher zu erkennen. Fehler entstehen beim Extrusionsprozess durch nicht korrekt aufgeschmolzenes Material (so genannte Stippen oder Anbrenner), Fischaugen, Dünnstellen, Löcher, Schlieren, Fließlinien oder schlicht Schmutz. Die Frage, ob eine Inhomogenität der Folie auch als Fehler im Sinne der Qualitätsüberwachung zu deuten ist, lässt sich nur mit Blick auf die spätere Anwendung der Folie beantworten. Ohne Bildverarbeitung sind all diese Fehler in der geforderten Geschwindigkeit nicht zu erkennen. Gemeinsam mit STEMMER IMAGING hat OCS über die Jahre der Zusammenarbeit ein skalierbares, modulares Inspektionssystem entwickelt, in dem bis zu zehn Kameras nebeneinander arbeiten können. In der Praxis kommen in den meisten Anwendungen Systeme mit zwei Kameras zum Einsatz und prüfen eine Folienbreite von 1500 bis 2000 mm. Neben der Sensorgröße der Zeilenkamera von bis zu 8192 Pixel bestimmt noch der Abstand der Kamera die erreichbare Auflösung. Zum Beispiel verlangen Folien für die Verpackungsindustrie in der Regel nicht mehr als 150 bis 200 μm Auflösung, was dem Einsatz von einer Kamera pro Meter Folienbreite entspricht. Technische Folien werden mit doppelter bis dreifacher Auflösung und einer entsprechend höheren Zahl von Kameras überprüft. Die Zahl der Pixel ist aber nicht allein das Maß der Dinge. In 8k-Kameras sind die Sensorelemente kleiner und entsprechend weniger lichtempfindlich. Bei weniger lichtdurchlässigen Materialien würde man sich also eher für 4k-Kameras mit größerem Sensordurchmesser entscheiden. Schon diese einfache Betrachtung zeigt, dass hier seitens der Anlagenbauer viel Erfahrung gefragt ist, um die technischen Anforderungen und die Kosten optimal einzusetzen. Jede Kamera mit eigenem Frame Grabber Um die Zahl der anfallenden Bilddaten bei Produktionsgeschwindigkeiten von bis zu 1200 Meter pro Minute in Echtzeit bewältigen zu können, verfügt jede Kamera über einen eigenen Frame Grabber. Kamera und Frame Grabber sind an der Maschine in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Diese so genannten Workstations bieten die notwendige Modularität und kurzen Signalwege zwischen Kamera und Grabber. Integrierte Kühlventilatoren erzeugen einen leichten Überdruck und verhindern, dass sich produktionsbedingter Staub auf der Optik ablagert. Bei aggressiven oder besonders schmutzigen Umgebungsbedingungen kommen herme- Eine Truecolor-Spezialbeleuchtung mit ansteuerbaren LED-Elementen erlaubt das Einstellen verschiedener Farben oder bei Bedarf sogar den Einsatz von Licht im nahen Infrarotbereich. 06 STEMMER IMAGING NEWSLETTER Oktober 2016
ңң Praxis-Plus Eine in diesem Fall blaue linienförmige Auflichtbeleuchtung sorgt für optimale Lichtverhältnisse. tisch dichte Gehäuse zum Einsatz, die dann durch einen eigenen Staub- und Feuchtekontrollierten Spülluft-Kreislauf gekühlt werden. Für die Folieninspektion haben OCS und STEMMER IMAGING interne Standards für Kameras, Kabel und Beleuchtung festgelegt. Die Zusammenarbeit führte sowohl bei den Kameras von JAI und Teledyne Dalsa als auch bei den Frame Grabbern von Teledyne Dalsa zu speziellen Firmware-Versionen. Damit lassen sich rund 90 % der Anwendungen realisieren. Vormontierte Module STEMMER IMAGING hat die Rolle des reinen Distributors längst verlassen. „Um Großkunden zu entlasten haben wir mittlerweile viel Kompetenz in der Vormontage von Modulen aufgebaut“, erläutert Georg Schelle, der OCS als Senior Key Account Manager schon seit vielen Jahren betreut. „Diese sparen unseren Kunden im Vergleich zu Einzelkomponenten viel Zeit bei der Integration in die Anlagen. Für OCS sind dies neben den reinen Komponenten aufgrund der hohen Komplexität meist auch die Optikbaugruppen mit Optiken von Qioptiq und Filtern von Schneider Kreuznach oder Midwest Optical Systems. Dies verkürzt die Lieferzeiten, erhöht die Funktionssicherheit der Anlagen und senkt letztlich die Kosten für unsere Kunden.“ Die zwischen 100 und 3600 mm langen LED- Zeilen für OCS stellt STEMMER IMAGING- Lieferant CCS in Japan mittlerweile absolut kundenspezifisch her. Das heutige Design beruht auf einem erprobten Standardprodukt, das immer wieder weiterentwickelt wurde. „Das zeigt sich zum Beispiel bei der Homogenität der LED-Lichtleistung, den Diffusor-Eigenschaften in allen drei Achsen, dem Steckverbinder- und Wartungskonzept bis hin zur Schutzklasse IP54“, erläutert Schelle. „Im Grunde liefern wir über alle Bildverarbeitungselemente hinweg eine modulare Plattform für die Lösungen von OCS, die sich auf konkrete Anwendungen anpassen lässt.“ Voruntersuchungen im Testzentrum Im hauseigenen Test- und Schulungszentrum bei OCS befindet sich ein Umwickler, an dem diverse Voruntersuchungen durchgeführt werden können. Hier lässt sich die Ausrüstung einer geplanten Anlage anhand von Folienmustern auf die Ziele der Kundenoptimieren und unter realen Bedingungen bei Geschwindigkeiten von bis zu 400 m/min verifizieren. In dieser Anlage testet OCS immer wieder neue Technologien, wie kürzlich eine Truecolor-Spezialbeleuchtung, an der ansteuerbare LED-Elemente das Einstellen verschiedener Farben oder bei Bedarf sogar den Einsatz von Licht im nahen Infrarotbereich erlauben. Contact Imaging Sensoren von Mitsubishi Electric sowie neuartige Polarisationskameras und die ungekühlten Calibir LWIR-Thermographiekameras von Teledyne Dalsa hat OCS auf dieser Anlage ebenfalls schon geprüft. „In der Regel setzen wir in unseren Anlagen bisher die klassische monochrome Zeilenkamera ein“, so OCS-Spezialist Gusevski. „Für besondere Anwendungen arbeiten wir mit Kameras mit drei Sensorzeilen und Prisma für RGB von JAI.“ Die Möglichkeiten eines Anlagenbauers wie OCS wachsen stetig mit neuen, innovativen Technologien. Deshalb wagt OCS immer wieder einen Blick über den Tellerrand, um bereits frühzeitig neue Technologien für künftige Anlagen zu finden. „Auch hier zahlt sich die enge Zusammenarbeit mit STEMMER IMAGING für uns immer wieder aus“, betont Gusevski. Inspektion zur Prozesskontrolle In den aktuellen Anlagen werden alle Fehler in individuellen Bildern erfasst, die bei Bedarf auch im Nachhinein auswertbar sind. Die von OCS entwickelte Analysesoftware erlaubt dem Anlagenpersonal unterschiedliche Darstellungen von Fehlertrends, aus denen sich Alarme und gezielte Änderungen für bestimmte Prozessparameter im Herstellungsprozess ableiten lassen. Trenddaten zeigen dann Tendenzen als Folge von Veränderungen. So können eventuelle Probleme mit der Zuführung von Additiven, außergewöhnliche Schmutzeinträge oder beim Wechsel von Pellet-Tanks erkannt und bestimmten Längenabschnitten zugeordnet werden. In späteren Kommissionierläufen können die fehlerhaften Abschnitte der Folien dann herausgeschnitten werden. Gab man sich bei den QS-Verantwortlichen vor Jahren noch mit der Inspektion von ca. 10 % der Bahnbreite zufrieden, zeigt sich mit wachsender Rechenleistung heute verstärkt der Wunsch nach 100 %-Kontrolle, die OCS dem Kunden bietet. Oliver Hissmann, Sales Manager bei OCS, erläutert die Funktionsweise einer Anlage zur Folieninspektion. „Die derzeit breiteste Bahn, die wir mit unserem FSP 600-System inspizieren, misst 870 cm und läuft mit 1200 m/min. Diese Datenmengen mit bis zu 400 MByte pro Kamera sind nur auf Hardware-Ebene beherrschbar, daher kommunizieren wir bei Bedarf auch direkt mit Teledyne Dalsa über Details, von denen andere Anwender mit weniger zeitkritischen Abläufen gar nicht betroffen sind“, erklärt Oliver Hissmann, Sales Manager bei OCS, den Stand der Technik. „Die höchste kundenseitig geforderte Auflösung, liegt derzeit bei 25 µm auf 1500 mm Breite. Das erledigen wir mit zehn synchronisierten Kameras.“ • VIDEO ANSEHEN Unser Video zu dieser Anlage von OCS finden Sie hier: • HINTERGRUNDINFORMATION Die OCS Optical Control Systems GmbH (www.ocsgmbh.com) mit Standort in Witten bietet seinen Kunden individuelle Lösungen in den Bereichen Rohmaterial und Folieninspektion sowie die Turn-key-Labore als Gesamtpaket. www.stemmer-imaging.com STEMMER IMAGING 07
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