Perfekte Falzqualität durch Bildverarbeitung

Schon heute produzieren Falzmaschinen autonom, und das körperlich anstrengende Abstapeln der gefalzten Bogen übernimmt ein Roboter. Was bisher jedoch für einen komplett durchgängig automatisierten Weiterverarbeitungsprozess fehlte, war eine autarke Falzqualitätskontrolle, denn Papier ist schwierig in der Handhabung, und die beste Falzmaschine kann nicht verhindern, dass einzelne Bogen nicht präzise gefalzt sind. Ein ungenau gefalzter Bogen führt jedoch dazu, dass einzelne Seiten schräg ausgeschnitten werden, was vom Kunden nicht akzeptiert wird.

Wie können diese Prozesse künftig automatisiert werden und wie können die Mitarbeiter entlastet werden, war die Fragestellung, mit der sich die MBO Postpress Solutions GmbH, ein führender Hersteller von Falzmaschinen, konfrontiert sah. Da im Unternehmen keine Bildverarbeitungsspezialisten tätig sind, wurde mit der phil-vision GmbH ein erfahrener Systemintegrator ins Boot geholt. Nach einem ersten Austausch über die Aufgabenstellung begann eine intensive Planungsphase und in enger Zusammenarbeit entwickelten die MBO Postpress Solutions GmbH und phil-vision mit der optischen Falzqualitätskontrolle VT50 ein System, das wohl einzigartig am Markt ist.

Qualitativ hochwertig und fehlerfrei falzen
Große bedruckte Papierbogen werden von der Falzmaschine verarbeitet und dabei so gefalzt, dass die Seiten des späteren Produkts präzise und in der richtigen Reihenfolge übereinander liegen. Das System stellt sicher, dass die mehrfach gefalzten Druckbogen, die von der vorgelagerten Falzmaschine produziert werden, eine objektiv gleichbleibend gute Falzgenauigkeit aufweisen. Dazu werden die Abstände zwischen den Schneidmarken und den hinteren und seitlichen Bogenrändern auf beiden Seiten der gefalzten Bogen gemessen. Bereits ein einzelner fehlerhafter Falz im Bogen hat Auswirkungen auf die gemessenen Abstände und wird erkannt.

Liegt ein Bogen nicht innerhalb der voreingestellten Toleranz, wird er bei laufender Produktion ausgeschleust. Die akzeptierten Toleranzen können dabei in fünf verschiedenen, einstellbaren Qualitätsstufen festgelegt werden. Sind mehrere Bogen in Folge nicht in Ordnung, schaltet sich die Produktionsanlage aus, und der Bediener nimmt entsprechende Einstellungskorrekturen an der Falzmaschine vor. Er muss der Falzmaschine aber nur dann seine Aufmerksamkeit schenken, wenn der VT50 ein andauerndes Problem mit der Falzqualität festgestellt hat und gewinnt Zeit für andere Aufgaben.

Intensive Zusammenarbeit als Schlüssel zum Erfolg
Bis das System zufriedenstellend arbeitete, war es ein ziemlich langer Weg, der eine Vielzahl von Änderungen und Anpassungen mit sich brachte. Da es bei MBO keine Bildverarbeitungsspezialisten im Haus gab, übernahm phil-vision die komplette Projektierung. Angefangen von Machbarkeitsuntersuchungen über die Komponentenauswahl, Unterstützung bei der Programmierung bis zur Hilfe bei der Integration mit der SPS.

Eine wesentliche Herausforderung an das Bildverarbeitungssystem war die hohe Geschwindigkeit, mit der gemessen werden muss. Die Papierbogen bewegen sich mit Geschwindigkeiten von bis zu 180 m/min und können zur Messung nicht angehalten werden. Hinzu kommt eine Zykluszeit von ca. 0,1 Sekunden. Gleichzeitig musste die Wirtschaftlichkeit gewahrt werden. Das finale System basiert auf zwei hochsensiblen Farbkameras, die unter kontrollierten Lichtverhältnissen mit speziell aufeinander abgestimmten Auflicht- und Gegenlichtbeleuchtungen die Qualität der fertig gefalzten Bogen überprüfen.

Das System wurde im Rahmen der Thementage „Schneiden und Falzen“ der Postpress Alliance erstmalig im Juni 2021 vorgestellt und bewährt sich seither im praktischen Einsatz.

Peter Steinbrück, verantwortlicher Projekt Manager bei phil-vision zu den Herausforderungen des Projektes: „Während des Projektes gab es eine Vielzahl an Veränderungen wie unterschiedliche Formen und Anordnungen der Markierungen, Vergrößerung des Bildfelds, oder störende Elemente im Bild. In der ursprünglichen Planung des Projekts waren Farb-Kontrollmarken auf den Rändern, verschmierte Schneidmarken und zum Teil sichtbare Seiteninhalte nicht berücksichtigt, jedoch durften diese die Auswertung letztlich nicht beeinflussen. Die enge und zielgerichtete Zusammenarbeit des Entwicklungs-Teams bei phil-vision und MBO war der Schlüssel zur optimalen Lösung. Von Anfang an wurde sehr offen miteinander gesprochen. Deshalb wurde die Software so geplant, dass die Auswertestrategie schnell und mit wenig Aufwand angepasst werden konnte. Wegen der hohen Taktrate der Anlage ist die gesamte Prozesszeit je Bogen auf 40 ms begrenzt. Durch die Wahl sehr einfacher aber hochperformanter Bildverarbeitungswerkzeuge wurde auch diese Vorgabe locker erfüllt."

Sebastian König, Entwicklungsleiter bei MBO fasst die Zusammenarbeit mit phil-vision zusammen: „Die Zusammenarbeit war sehr professionell. Es wurde in jeder Projektphase sehr viel Wert auf Präzision und Details gelegt. Positiv waren auch die schnellen Reaktionszeiten, das Projektmanagement und generell die hohe Kompetenz.“