Lückenlose Oberflächeninspektion in der Druckindustrie mit CIS-Sensoren

  • Im Vergleich zu CIS-Sensoren (rechts im Bild) benötigen Zeilenkameras (links im Bild) wesentlich mehr Platz beim Einbau in Druckmaschinen.

In der hart umkämpften Druck­industrie sorgt CIS-Technologie für die lückenlose Qualitätskontrolle von Druckerzeugnissen. Geeignet ist sie außerdem für die Ober­flächenkontrolle von Solarmodulen und Hologrammen.

Die Druckindustrie steht unter permanentem Kosten- und Leistungsdruck. Maximale Produktivität, minimaler Ausschuss und höchste Qualität stellen an Druckunternehmen hohe Anforderungen. Um im hart umkämpften Markt bestehen zu können, benötigen sie Lösungen, die eine vollständige Qualitätskontrolle der Druckerzeugnisse sicherstellen. Die technischen Prozesse werden immer anspruchsvoller und komplexer. Noch so kleine Abweichungen im Produktionsablauf oder Fehler in einem Arbeitsschritt wirken sich nachteilig auf das Ergebnis der gesamten Prozesskette aus. Um im hart umkämpften Markt der Druckindustrie bestehen zu können und um die eigene Wettbewerbsfähigkeit zu steigern, ist die Qualitätssicherung der Druckerzeugnisse von geschäftsentscheidender Bedeutung.

Visuelle Qualitätskontrolle im Druckprozess
Druckmaschinen bieten heutzutage ein Höchstmaß an Qualität. Dennoch lassen sich qualitätsmindernde Defekte nicht vermeiden: fehlende und schwache Düsen, Spritzer, Kratzer, Flecken, Knicke, Streifen oder Farb- und Registerabweichungen gehören zum Arbeitsalltag. Gleichzeitig entwickelt sich seitens der Auftraggeber zunehmend eine Null-Fehler-Toleranz. Die Qualität der Erzeugnisse muss stimmen, andernfalls riskieren Unternehmen Umsatzeinbußen. Eine zuverlässige Druckinspektion wird immer bedeutender, um Makulaturen und Reklamationen zu verhindern und damit die Produktionskosten zu reduzieren. Qualitativ einwandfreie Produkte sind weitere wichtige Faktoren, um die Kundenzufriedenheit zu steigern und das Image zu verbessern.
Um die Druckqualität beurteilen zu können, muss der Kontrolleur das Druckerzeugnis nach verschiedenen Kriterien prüfen. Die einfachste und älteste Möglichkeit der Druckbildkontrolle ist die visuelle Einzelbogenkontrolle per Hand. Der Kontrolleur prüft, ob das Druckerzeugnis beispielsweise Schmieren oder Tonen (unerwünschtes Mitdrucken eines Farbschleiers über den gesamten Druckbogen) aufweist.

Dieses Verfahren erfolgt meist ohne Einsatz jeglicher Messtechnik Jeder Bogen, jedes Produkt wird durch einen menschlichen Beobachter kontrolliert. Die Farb- und Tonwertrichtigkeit sowie Farbtonschwankungen ermittelt der Qualitätsprüfer unter Einsatz von Kontrollstreifen, Kontrollfeldern für Schieben und Dublieren oder eines genormten Abstimmlichts. Nachteilig an einer manuellen Qualitätskontrolle sind subjektive, erfahrungs- und ermüdungsbedingte Unterschiede bei der Bewertung sowie hohe Personalkosten und aufwändiges Protokollieren. Da es praktisch unmöglich ist, mit manuellen Verfahren alle fehlerhaften Druckbögen zu erkennen und aus dem Produktionsprozess zu nehmen, kommt es oftmals zu Reklamationen.

Druckerzeugnisse vollautomatisch inspizieren
Eine empfehlenswerte Alternative stellen automatische Inspektionssysteme dar. Sie bieten das Potenzial, die Grenzen des menschlichen Auges zu überwinden und eine sichere und zuverlässige Qualitätskontrolle sicherzustellen. Ausgestattet mit innovativer Bilderarbeitungstechnologie erkennen und melden sie sofort, wenn fehlerhafte Druckobjekte auftreten. Bei der automatisierten Qualitätskontrolle von Druckerzeugnissen stehen zwei Lösungsformate zur Verfügung: die Bildverarbeitung mittels Zeilenkamera und die CIS-Technologie.
Beide Varianten bieten ein nahezu 100 % fehlerfreies Druckergebnis. Ein Contact Image Sensor (CIS) ist eine kompakte Zeilenkamera zum direkten Anbau an eine Druckmaschine. Ein CIS besteht aus Optik, Sensor und Lichtquelle. Alle drei Komponenten sind in einem Gehäuse integriert. Die CIS-Inspektionssysteme lassen sich nahe über dem zu überprüfenden Objekt installieren. Der Arbeitsabstand zum Prüfobjekt ist dadurch sehr gering, wohingegen er bei herkömmlichen Zeilenkameras signifikant hoch ist.
Aufgrund ihrer geringen Tiefenschärfe eignen sich CIS-Geräte, anders als Zeilenkameras, nur zur Inspektion von flachen Oberflächen. Daher werden CIS-Geräte besonders bei der Inspektion von Druckwerken eingesetzt. Im Gegensatz zu Zeilenkameras bilden CIS-Geräte mit ihren Linsenarrays (Selfoc-Linse) die zu scannenden Objekte 1:1 ab und es kommt zu keinen verzerrten Objekt-Abbildungen an den Rändern. Dagegen können die Zeilenkameras mit einer höheren Geschwindigkeit sowie flexiblen und insgesamt besseren Auflösung als die CIS-Scanner punkten. Hinsichtlich Platzbedarf haben wiederum CIS-Sensoren die Nase vorn. Aufgrund ihrer sehr kompakten Bauweise beanspruchen sie beim Einbau in die Druckmaschinen erheblich weniger Platz. Das ist ein enormer Vorteil, denn in den meisten Druckerpressen steht nur begrenzt Platz zur Verfügung.

Platzsparender CIS mit umschaltbarer Auflösung
Tichawa Vision bietet mit dem Multicolor CIS einen hochleistungsfähigen Industriescanner, den das Friedberger Unternehmen speziell für anspruchsvolle Inspektionsaufgaben in den Bereichen Sicherheits-, Digital-, und Inkjetdruck entwickelt hat. Der neue Varicis ist für alle Prozesse (Rolle, Bogen oder Zuschnitte) auf allen Trägermaterialien (Papier, Karton, Folie und Metall) einsetzbar. Aufgrund des modularen, skalierbaren Aufbaus sind die Systeme in jede Prozessumgebung einfach und schnell integrierbar. Direkt in die Druckmaschine eingebaut, garantiert der Varicis eine wirtschaftliche und lückenlose Qualitätssicherung des Druckbildes. Selbst bei höchsten Prozessgeschwindigkeiten von mehreren hundert Metern pro Minute erreicht die optische In-Line-Druckinspektion objektive, reproduzierbare Prüfergebnisse.
Der CIS verfügt über eine umschaltbare Auflösung (1.200, 600 und 300 dpi), die on-the-flight gewechselt werden kann. Durch seine schlanke und sehr kompakte Bauweise lassen sich die Sensoren ohne großen Installationsaufwand innerhalb weniger Minuten in ihre Druckmaschinen einbauen. Die schnelle Montage ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber Zeilenkamerasystemen, deren Inbetriebnahme aufgrund der komplexen Konfiguration Stunden oder sogar Tage dauern kann.
Von Vorteil sind auch die vollständige Abdeckung des gesamten Druckbildes und der konstante Blickwinkel über die gesamte Lesebreite durch die 1:1-Optik. Durch den geringen Arbeitsabstand von etwa 10 mm zum inspizierenden Druckobjekt erzeugt der CIS eine verzerrungsfreie und deutlich schärfere Abbildung im Gegensatz zu konventionellen Zeilenkameras. Bei Zeilenkameras verschwindet die Schärfe mit zunehmendem Winkel. Der CIS-Scanner scannt mit hoher Geschwindigkeit verschiedenartig bedruckte Oberflächen - glänzende, matte und sogar feuchte.

Schnell, kompakt, skalierbar
Bei einer Auflösung von 1.200 dpi arbeitet der Sensor in der 8-Farben-Variante (8 LED Colors) mit einer Zeilenrate von 20 kHz. In der Monochrome-Version kommt er bei 1.200 dpi Auflösung auf 61 kHz. Mit einer Abtastgeschwindigkeit von bis zu 20 m/s eignet sich der Multicolor CIS für sehr schnell laufende Druckprozesse. Der Sensor ist optional mit einer Lesebreite von 260 bis 2.080 ml verfügbar. Durch die integrierte Flüssigkeitskühlung garantiert er Farbstabilität und Gleichmäßigkeit über den gesamten Druckprozess hinweg und schließt Farbabweichungen aus.
Vor jedem Druckvorgang überprüft der CIS im Kalibrierungsprozess, ob die Düsen vollständig und in der richtigen Position sind. Über fehlende oder falsch ausgerichtete Düsen wird der Anwender informiert. Effiziente Algorithmen und eine neuartige Technologie ermöglichen die zuverlässige Erkennung aller qualitätsmindernden Defekte Eine integrierte Datenbank speichert die Inspektionsergebnisse und stellt umfassende Informationen für eine objektive und vollständige Dokumentation der Qualität zur Verfügung.

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Burgwallstr. 14
86316 Friedberg
Telefon: 0821/455553-0
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