Faltenfreie Klebebänder

Vision Optronix hat ein Bildverarbeitungssystem entwickelt, das während der Herstellung von selbsthaftendem kohäsivem Material dessen Qualität prüft. Zeilenkameras von Teledyne Dalsa sorgen für deutlich weniger Ausschuss. 

Selbsthaftende kohäsive Materialien und Klebebänder (PSA) werden häufig bei der Herstellung von medizinischen Produkten wie Wundpflastern verwendet und basieren auf nicht reaktiven Klebstoffen, die eine Verbindung eingehen, wenn Druck ausgeübt wird, um das Material auf einer Oberfläche zu befestigen. Die Qualität des Materials ist von größter Bedeutung. PSAs bieten Vorteile wie eine einfache Anwendung und die Vielseitigkeit der Bindungsstärke. 

Ein Hersteller von PSAs für medizinische Anwendungen hatte auf seiner Fertigungslinie Ertragseinbußen aufgrund von Faltendefekten, die in der mullartigen Vliesschicht des Produkts auftraten. Diese Vlies-PSAs werden auf leichten PET-Kunststoff- und Papierträgermaterialien produziert. Nach der Klebstoffbeschichtung des Trägermaterials wird ein dickes, weißes Vliesmaterial mit Geschwindigkeiten von bis zu 55 Metern in der Minute auf das Trägermaterial laminiert. 

Während des Laminiervorgangs kann das Vliesstoffmaterial periodisch Falten bilden, die das Produkt unbrauchbar und zu Ausschuss machen. Die bei der Herstellung entstehenden Falten sind mit dem menschlichen Auge nur schwer zu erkennen. Diese Falten können sie sich über viele hundert Meter erstrecken, was zu einem Verlust an Rohstoffen und Arbeitskraft sowie erhöhten Allgemeinkosten für den Auftrag führt. Noch kritischer ist, dass die Kunden das Produkt nicht akzeptieren und Hersteller und Endanwender einen Ruf- und Markenschaden erleiden könnten. 

Da der Hersteller keine handelsübliche Bildverarbeitungslösung für diese Anwendung finden konnte, wandte er sich an den US-amerikanischen Systemintegrator Vision Optronix, um ein Bildverarbeitungssystem zu entwickeln, das bei der Erkennung, Lokalisierung und Meldung von Faltendefekten während der PSA-Fertigung hilft. Es sollte das Bedienpersonal warnen, um auftretende Falten sofort zu beseitigen und die Position der Faltenfehler automatisch zu markieren. Anhand einer Datei mit erkannten Faltendefekten und gespeicherten Defektbildern können Techniker und Bediener im weiteren Produktionsprozess die vom Bildverarbeitungssystem markierten Faltenfehler vor dem Versand des Produkts entfernen. 

Die Lösung  

Vison Optronix untersuchte das Problem in seinem Labor, um die beste Methode zu finden. Während die Größe der Defekte und die Prozessgeschwindigkeit die Designanforderungen für die Kamera und das Bildverarbeitungssystem bestimmten, wurde deutlich, dass die Beleuchtungsanforderungen ein technisch anspruchsvoller Aspekt waren, der zu berücksichtigen war. 

Bei einer Untersuchung vor Ort überprüfte Vision Optronix zunächst die Faltendefekte und die Bahnbeschichtungsanlage, die die speziellen Beschichtungen aufträgt. Wichtig war dabei zu verstehen, wie die verschiedenen Komponenten des Bildverarbeitungssystems optomechanisch gestaltet sein müssen, um in den verfügbaren Raum eingepasst werden zu können. Auf dieser Basis entwickelte, realisierte, programmierte und testete der Systemintegrator ein vorläufiges Design des Bildverarbeitungssystems inklusive der nötigen Elektronik, der Bildverarbeitungsalgorithmen sowie der grafischen Benutzeroberfläche für den Kunden.  

Die Umsetzung 

Die Entwicklung des Kontrasts war bei dieser Kundenanwendung besonders anspruchsvoll, vor allem für das hauchdünne, gazeartige, weiße Vliesmaterial, das auf weißes PET laminiert ist. Mit Hilfe des Partners CPU Automation wählte Vision Optronix handelsübliche CCS-Linienbeleuchtungen für diese Aufgabe aus. Sie ermöglichten es dem Bildverarbeitungssystem, genügend Kontrast zu entwickeln, um die Faltendefekte zu finden. Um sicherzustellen, dass das System so viele Falten­defekte wie möglich, dabei aber auch so wenig falsche Defekte wie möglich detektiert, setzte Vision Optronix eine Reihe von Bildverarbeitungsalgorithmen ein. 

Bei den Kameras entschied sich Vision Optronix für Zeilenkameras von Teledyne Dalsa. Die Modelle Linea 2K- und 4K verfügen über integrierte Encoder und eine Zeilenbeleuchtung und sind daher für diese Anwendung besonders geeignet, da die Vlies-PSAs im Bahnverfahren hergestellt werden und sich das Material während des Herstellungsprozesses über Rollen bewegt. Um die Abbildungsleistung zu optimieren und gleichzeitig in den verfügbaren Raum der Bahnbeschichtungsanlage zu passen, wählte Vision Optronix ein spezielles Objektiv aus. Die optomechanischen Vorrichtungen wurden so konzipiert und implementiert, dass sie die Kamera und das Linienlicht zuverlässig ausrichten und ihre Ausrichtung beibehalten.  

Verschiedene Bildverarbeitungsalgorithmen laufen auf dem Vision Controller bei den erforderlichen Bahnbeschichtungsgeschwindigkeiten. Dadurch wurde sichergestellt, dass der gesamte Bahnprozess während der Herstellung mit ausreichendem Kontrast abgebildet und Bild für Bild analysiert werden kann, um die Faltendefekte zu erkennen, zu lokalisieren und zu melden. Das System von Vision Optronix verfügt über digitale Ein- und Ausgänge für die Prozesssteuerung und -überwachung sowie Optionen zur Speicherung von Fehlerbildern und zur Berichterstellung. 

Eine grafische Benutzeroberfläche ermöglicht es den Bedienern und Ingenieuren, das Bildverarbeitungs­system für jedes Produkt mit Hilfe von Rezepturen ­einzustellen, die bei jeder Herstellung des Produkts verwendet werden.  

Nachdem Vision Optronix im Labor Rezepturen für drei Produkte des Kunden entwickelt hatte, wurden diese vor Ort weiter optimiert, während die Ingenieure des Kunden im Rezepturentwicklungsprozess für die weitere Verwendung mit allen Produkten des Kunden geschult wurden. Die Benutzeroberfläche ermöglicht den Bedienern auch die Eingabe von Auftragsdaten, die Auswahl von Rezepturen und die Steuerung anderer Parameter, wie das Bild-Handling, Speicheroptionen, Fehlerklassifizierungseinstellungen oder Einstellungen der Ein- und Ausgangssteuerungen. 

Vision Optronix nutzte die Konfigurationsanwendung Cam­Expert von Teledyne Sapera, um die Linea-Kameras einzurichten und zu testen. Darüber hinaus war das Team in der Lage, die Zeilentriggerung über einen Encoder zu aktivieren, um die Zeilenerfassung an die optische Auflösung mit dem integrierten Multiplikator anzupassen. Das Design des Inspektionssystems erforderte die Integration verschiedener Komponenten, einschließlich der Anbindung digitaler IO-Elektronik, der Zeilentriggerung und der Einrichtung einer Bildpuffergröße, um die Wahrscheinlichkeit von verlorenen Bildern zu begrenzen. 

Letztendlich waren die Kosten für die Konstruktion und Entwicklung des Systems und die geringfügigen Änderungen an der Produktionslinie zur Anpassung an das neue Bildverarbeitungssystem deutlich geringer als die Verluste einer einzigen Materialcharge und andere damit verbundene direkte Kosten. Darüber hinaus bietet das System Sicherheit und entlastet die Bediener, die früher viel Zeit in der Nähe der Laminiermaschine verbringen mussten, um sie auf mögliche Faltenbildung zu überprüfen. Mit dem System erfüllte Vision Optronix zudem den Wunsch des Anwenders, die erfassten Bilder auf einem großen Bildschirm darzustellen, so dass die Bahn nach der Laminiermaschine für jedermann auf einfache Weise sichtbar ist. Das System speichert erkannte Fehler auch auf einer Festplatte ab und verweist in einem Bericht auf sie. 

Autor: David Dozor, Gründer von Vision Optronix 

Bilder: Teledyne Dalsa, Visipon Optronix