Beim Bedrucken von Münzen verging bisher viel Zeit für das exakte Positionieren der Münzen. Ein Bildverarbeitungssystem erkennt nun lageunabhängig die zu colorierenden Motivdetails eines Münzreliefs und sendet diese Daten an einen Digitaldrucker, der die Münzen dann entsprechend bedruckt. Dadurch verdoppelte sich der Durchsatz beim Bedrucken nahezu.

Die Hamburgische Münze, eine der ältesten Münzprägestätten Deutschlands, setzt bereits seit Anfang der 2000er Jahre Bildverarbeitung ein, um verschiedene Produktionsschritte zu automatisieren, zum Beispiel das Ausrichten von Münzen bei der Verpackung und die Qualitätskontrolle. Im Rahmen eines anderen Projektes wurde Phil-Vision mit der Problematik konfrontiert, dass beim Bedrucken von Münzen bisher viel Zeit für die exakte Positionierung der Münzen benötigt wird. In enger Zusammenarbeit mit dem Anwender wurde in den letzten zehn Monaten ein Bildverarbeitungssystem entwickelt, mit dem dieser Prozess nun automatisiert abläuft. Seit Mai 2023 ist es im täglichen Einsatz.

Hochwertiger und präziser Druck

Das System erkennt zu colorierende Motivdetails eines Münzreliefs und sendet diese Daten an Digitaldrucker, die diese Details dann entsprechend bedrucken. Dies führt zu einer effizienteren Produktion, einer erheblichen Zeitersparnis und bis zu einer Verdoppelung des Durchsatzes, da bis zu 250 Münzen gleichzeitig auf einem Tablett platziert werden können, ohne dass eine aufwendige manuelle Ausrichtung erforderlich ist.

Ziel des Systems ist es, die Druckgenauigkeit sicherzustellen, wobei die zulässige Abweichung beim Druck 50 µm nicht überschreiten durfte. Erfolgt der Druck nicht deckungsgleich mit dem geprägten Relief der Münze, entsteht Ausschuss, den es zu vermeiden gilt.

Systemarchitektur und Funktionsweise

Das Gesamtsystem besteht aus mehreren integrierten Komponenten:

• Münzprägeeinheit: Hier werden die Münzen mit den Prägemotiven versehen (nicht Teil der Phil-Vision-Lösung)
   
• Bildverarbeitungssystem: Die Münzen werden händisch auf ein Tablar aufgelegt, zunächst erfassen dann vier hochauflösende Kameras die Position und Drehlage, um anschließend aus den Messdaten (Position und Rotation) die colorier­baren Motivdetails auf dem Münzrelief zu bestimmen und die für den Druck relevanten Informationen zu extrahieren.
   
• Bildverarbeitungsalgorithmus: Ein Algorithmus analysiert die erfassten Bilddaten, um die genauen Positionen und Ausdehnungen der zu bedruckenden Motiv­details zu identifizieren. Dieser Algorithmus ermöglicht ein präzises Erkennen auch bei variierender Ausrichtung der Münzen auf dem Tablett.
   
• Kommunikationseinheit: Aus den ermittelten Druckinformationen wird eine individuelle Druckvorlage aufgebaut und in Echtzeit an den Drucker übertragen, um die erforderliche Genauigkeit zu gewährleisten.
   
• Digitaldrucker: Die ausgewählten Motivdetails werden präzise auf das Münz­relief gedruckt. Der Druckprozess ist dabei auf Genauigkeit und Farbtreue ausgelegt. In dieser Anwendung kommt ein Drucker von Roland zum Einsatz, Software-Anpassungen für andere Fabrikate sind möglich.
   
• Verpackungseinheit: Nach dem Druck­prozess werden die Münzen automatisch verpackt und für die Auslieferung vorbereitet.

Das eingesetzte Bildverarbeitungssystem für die Münzbedruckung, PV-Photobox, steigert die Effizienz und ermöglicht das gleichzeitige Bedrucken von bis zu 250 Münzen, die genutzte Technologie gewährleistet ein präzises Erkennen der zu bedruckenden Motivdetails und stellt einen deckungs­gleichen Druck mit einer Genauigkeit von 50 µm sicher, wodurch der Ausschuss sinkt. Das System kann verschiedene Münzmotive verarbeiten und lässt sich leicht an neue Designs anpassen.

Intensive Zusammenarbeit als Schlüssel zum Erfolg

Damit das System reibungslos funktioniert, waren umfangreiche Vorarbeiten und Abstimmungen notwendig. Der Erfolg: Der Durchsatz beim Bedrucken der Münzen hat sich durch den Einsatz des Systems nahezu verdoppelt. Die geforderte Genauigkeit einer Druckbildabweichung von nur 50 µm ist sichergestellt.

Die hohe Akzeptanz der PV-Photobox bei den Anwendern führt Phil-Vision vor allem darauf zurück, dass das Bedienpersonal von Anfang an mit in die Entwicklung einbezogen wurde. Angefangen mit der Formulierung der Anforderungen bis hin zu Details der Bedienung und Handhabung betreffend, wurden alle Details nicht nur mit dem Management, sondern auch mit den Anwendern intensiv diskutiert.
Peter Steinbrück, verantwortlicher Projektleiter bei Phil-Vision, zu den Herausforderungen des Projekts: „Da ich bereits in verschiedenen Projekten mit der Hamburgischen Münze zusammengearbeitet habe, waren mir mögliche Probleme und Fehlerquellen bereits bekannt. Die angestrebte Druckgenauigkeit von 50 µm wollten wir auf jeden Fall erreichen. Für unseren Kunden bezog sich dieses Ziel natürlich auf das fertige Produkt und nicht auf unsere Messergebnisse.“

Leider können die eingesetzten Drucker diese Toleranz für ein absolutes Maß bei weitem nicht einhalten. Die Drucker arbeiten zwar im Absolutmaß zu ungenau, aber mit sehr reproduzierbaren Ergebnissen. Eine Tatsache, die sich Phil-Vision zunutze gemacht hat, um eine akzeptable Lösung zu finden, indem die Druckertoleranzen in die Kalibrierung einbezogen wurden.

In diesem Projekt kam zwar nur ein Drucker zum Einsatz. An das System lassen sich allerdings beliebig viele Drucker anschließen – sinnvoll sind maximal acht. Die Grenzen sind hier nur durch den Zeitaufwand für die manuelle Bestückung der Tablare gesetzt. Die benötigte Auswertezeit liegt bei 2 Sekunden pro Münze, das heißt, für ein volles Tablar mit 250 Münzen werden circa 5 Minuten benötigt.

Autorin
Astrid Sommerkamp, Marketingleiterin bei Phil-Vision