Optische Inspektion glänzender Prägungen

Prägendes Gold und Silber

Gastbeitrag
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Kosmetische Verpackungen sind in der Regel recht exklusiv – aber anspruchsvoll zu inspizieren Foto: Signum-vision
Kosmetische Verpackungen sind in der Regel recht exklusiv – aber anspruchsvoll zu inspizieren
Foto: Signum-vision

Die Kosmetikindustrie setzt häufig Gold- und Silberprägungen zur optischen Aufwertung Ihrer Produkte ein. Damit diese Aufwertung 100-prozentig gelingt, muss sie vor der Auslieferung optisch kontrolliert werden. Die Qualitätskontrolle dieser Prägungen ist aus mehreren Gründen äußerst diffizil: Einerseits glänzen diese Aufdrucke, was für optische Kontrollen immer schwierig ist. Andererseits müssen hier Strukturen mit letztendlich mathematischen Methoden bewertet werden, die später dem sensiblen Eindruck und Empfinden der Kunden standhalten müssen.
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Viele Verpackungsarten
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Alle Kosmetikprodukte werden in Verpackungen und manchmal auch in Umverpackungen geliefert. Dabei kann es sich um Tuben, Flaschen, Dosen, Schachteln, etc. handeln. Die Aufdrucke und Prägungen auf diesen Verpackungen sollen möglichst ansprechend und exklusiv sein. Besonders Gold- und Silberprägungen erfüllen diesen Zweck ausgesprochen gut. Um die Qualität dieser Prägungen gewährleisten zu können, werden strenge Anforderungen an die Qualitätskontrolle gestellt.
Die Fa. Signum Computer GmbH aus München hat sich auf die optische Kontrolle solcher extrem anspruchsvoller Aufgaben spezialisiert. Der Spezialist für industrielle Bildverarbeitung (IBV) entwickelt kunden- und anwendungsspezifische Inspektionssysteme. Ein Großteil der Kunden von Signum findet sich in der Druck- und Verpackungsindustrie.
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Mögliche Fehler
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Mehrere Kameras ermittlen anhand des vorhandenen Druckbildes die exakte radiale und axiale Position Foto: Signum-vision
Mehrere Kameras ermittlen anhand des vorhandenen Druckbildes die exakte radiale und axiale Position
Foto: SIGNUM Computer GmbH

Die Qualitätssicherung (QS) kennt im Allgemeinen nur ein positives Messergebnis, und das heißt „sehr gut“, aber sehr viele Möglichkeiten und Abstufungen für Ausschußkriterien. Folgende Qualitätsmerkmale müssen bewertet werden:
– Richtige Positionierung der Folie vor dem Druck
– Löcher in der Folie
– Abrisse
– Matte Stellen
Im weiteren Verlauf werden die Gold- und Silbermuster mittels Heißfolienprägeverfahren auf die Verpacking aufgebracht. Das Ergebnis muss dann nochmal inspiziert werden, und zwar auf die richtige Positionierung von Druck relativ zur Verpackung sowie die Qualität des Druckes.

Systemintegration
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Tagescreme Foto: Signum-vision
Tagescreme
Foto: SIGNUM Computer GmbH
Nachtcreme Foto: Signum-vision
Nachtcreme
Foto: Signum-vision

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In enger Zusammenarbeit mit der Fa. Madag Printing Systems AG, einem führenden Hersteller von Stanzen und Heissprägemaschinen aus der Schweiz, hat Signum ein 100%-Inspektionssystem für die Qualitätskontrolle von Gold- und Silberprägungen auf kosmetischen Röhrchen entwickelt.

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Nachtcremeinspektion Inspektionsergebnis einer fehlerhaften Prägung  Foto: Signum-vision
Nachtcremeinspektion
Inspektionsergebnis einer fehlerhaften Prägung
Foto: Signum-vision

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Auf einem Rundschalttisch mit fünf Stationen werden die bereits teilbedruckten Röhrchen in der ersten Station auf Dorne aufgesetzt. In diesem Automaten werden die zusätzlichen Gold- und Silberprägungen aufgebracht. Mit einem Passermarkensensor wird der richtige Sitz der Röhrchen grob kontrolliert. Danach vermisst eine Flächenkamera die radiale und axiale Position des Röhrchens anhand des schon aufgebrachten Aufdruckes mit einer Genauigkeit von 10 µm. Die Steuerung der Gesamtmaschine korrigiert nun die Position des Röhrchens, so dass in der nachfolgenden Heißprägestation die Gold- und Silberprägung exakt in den bisherigen Druck integriert werden kann. Die Taktrate des Automatens beträgt 90 Zyklen pro Minute.

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Am Ende jeder Produktionsmaschine ist ein Inspektionsssystem installiert Foto: Signum-vision
Am Ende jeder Produktionsmaschine ist ein Inspektionsssystem installiert
Foto: SIGNUM Computer GmbH

Nach der Prägung wird das Gesamtergebnis in der letzten Station nochmal kontrolliert. Die Röhrchen werden gedreht und eine Zeilenkamera scannt den Gesamtdruck. Bei einer Objektlänge von 200 mm wird so eine Auflösung von 0,1 mm pro Pixel erreicht. Das so gewonnene Bild des Gesamtdruckes wird mit einem hinterlegten Masterbild verglichen. Alle Abweichungen zum Masterbild werden hier entdeckt. Ein parametrierbarer Schwellwert trennt die „Spreu vom Weizen“.

Die richtige Beleuchtung

Besonders wichtig für die Kontrolle mit Kamerasystemen ist die Beleuchtung. Mit ihr wird der nötige Kontrast geschaffen, so dass die Bildanalysetools wirken können. Je nach Aufdruckkombination wird auch eine spezielle Kombination von Auflicht- und seitlicher Dunkelfeldbeleuchtung gewählt. Mit der Auflichtbeleuchtung treten die reflektierenden Anteile besonders hervor, während die umgebenden Aufdrucke im Hintergrund bleiben. Die Dunkelfeldbeleuchtung hat genau die umgekehrte Wirkung. Die optimale Kombination muss allerdings mit viel Erfahrung empirisch am aktuellen Objekt ermittelt werden.

Besonders schwierig: Die Deckel der Kosmetikdosen

Im vorliegenden Fall sind die zu prüfenden Deckel kugelförmig abgerundet. Deckel sind noch dazu besonders für ästhetische und informative Logos geeignet und werden somit besonders vom Endkunden wahrgenommen. Beispielsweise werden für Tag- und Nachtcremes goldglänzende Symbole wie Sonne und Mond aufgebracht. Um diese für eine optische Inspektion gleichmäßig zu beleuchten, wurden hierfür sogenannte koaxiale Auflichtbeleuchtungen ausgewählt. Über einen halbdurchlässigen Spiegel wird das Licht einer LED-Flächenbeleuchtung auf das Objekt gespiegelt. Die Kamera schaut durch den Spiegel, parallel zum Licht, auf die Deckel. Auf diese Weise sieht die Kamera sich nicht selbst in den spiegenden Logos, die nun so optimal beleuchtet sind.

Zur Inspektion wird nun zunächst Position und Drehlage der geprägten Symbole gemessen und dann mit einem hinterlegtem Masterbild verglichen. Abweichungen werden je nach ihrer Größe markiert: kleine Fehler blau und große rot. Was „klein“ und was „groß“ bedeuten, legt der Benutzer über einen Mehrlevelpasswortzugang fest. Der muss sich aber im Klaren sein, dass das Inspektionssystem von Signum bei zu strengen Kriterien auch tolerierbare Fehler findet, so dass auch diese mittels Luftdüse in den Müll aussortiert werden. Dieser Spagat zwischen hohem Qualitätsanspruch und hoher Ausschußrate muss immer wieder neu gefunden werden und kann nur dem Produzenten überlassen werden.

Fazit

Nur durch den innovativen Einsatz eines Bildverarbeitungssystems zur Inspektion von Aufdrucken mit aber auch ohne Gold- und Silberprägungen konnte der gesamte Produktionsprozess komplett automatisiert werden – bis hin zur robotergestützen Verpackung der Produkte. Bisher wurden knapp 50 Maschinen mit dem Inspektionssystem von Signum ausgerüstet, mit denen der Hersteller Madag zum führenden Anbieter von Heissprägemaschinen wurde.

Dr. Helge Moritz

SIGNUM Computer GmbH

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