Ist einem Medikament der falsche Beipackzettel zugeordnet, so kann dies schwerwiegende Folgen haben. Um solche Situationen zu vermeiden, werden die bedruckten Bögen bereits in der Buchbinderei mit Vision Sensoren geprüft. Das Bildverarbeitungs-System kontrolliert dabei, ob das aktuelle Kamerabild mit einem zuvor eingelernten Referenzbild übereinstimmt. Auf diese Weise werden falsche Bögen erkannt und aussortiert.

Eine unbedruckte Seite in einem Roman ist ärgerlich. Fehlen dem Leser gar wichtige Informationen, wird er das Buch zur Seite legen. Auch eine verdrehte Seite in einem Bildband wertet das Exemplar ab. Solche Vorkommnisse sind bedauerlich, aber nicht so schwerwiegend, wie es das Vertauschen von Beipackzetteln bei Medikamenten sein kann. Bei all diesen Fällen hat die Buchbinderei den falschen Bogen gefalzt, zusammengetragen oder gebunden. Falschbögen sollen deshalb bereits frühzeitig sicher erkannt und aussortiert werden, um die Weiterverarbeitung von ausschließlich korrekten Bögen zu gewährleisten.

Texte und Graphiken erfassen
Vision Sensoren erkennen Falschbögen anhand ihres Druckbilds. Dazu müssen die unterschiedlichen Bildarten (Text, Foto und Graphik) schnell erfasst werden. Für diese Aufgabe entwickelte das Unternehmen Pepperl+Fuchs einen Bogen-Identifikationssensor. Dieser überwacht die korrekte Bogenfolge in Zusammentrag- und Falzmaschinen und prüft, ob das aktuelle Kamerabild mit einem zuvor eingelernten Referenzbild bzw. -code übereinstimmt. Der Vision Sensor, speziell für die grafische Industrie entwickelt, detektiert die signifikanten Unterschiede. Im Extremfall muss er dabei auch einen holländischen Text von der englischsprachigen Ausführung unterscheiden können. Leichte Schwankungen der Druckqualität wiederum soll er tolerieren, denn das ist an dieser Stelle im Verarbeitungsprozess nicht mehr von Belang.

Das Bildverarbeitungs-System besteht aus einer Kamera, einer Beleuchtungseinheit und einem Auswerterechner. Die Kamera befindet sich in einem stabilen Zinkdruck-Gehäuse, wobei eine antistatische Glas-Frontscheibe den Einsatz des Systems in staubiger Umgebung ermöglicht. Das Gehäuse ist mit seitlicher und frontaler Blickrichtung der Kamera erhältlich, die Fokussierung der Kamera ist von außen nicht manipulierbar. Die interne Beleuchtung ist leistungsstark und sichert die zuverlässige Erkennung auch bei schwachen Kontrasten. Zusammen mit dem Progressive-Scan-CCD-Chip lassen sich kurze Belichtungszeiten erreichen, so dass auch schnell bewegte Bögen sicher erfasst werden können. Neben schnellen und kontrastarmen Bögen überprüft der Vision Sensor auch detailreiche Druck-Erzeugnisse zuverlässig. Dafür sorgt die Auflösung von 752x480 Pixeln in einem Bildfeld von etwa 5x5cm² bei einem Arbeitsabstand von 6cm. Über eine Ethernet-Schnittstelle, sowie M12-Industriestecker werden die digitale Ein- und Ausgangssignale übertragen.

Inspektion erfolgt im Takt
Der Teach-Vorgang findet automatisch statt: Das Bildverarbeitungs-System bestimmt dazu die Position hinreichend markanter Bildbereiche, die sich für den Vergleich eignen, und ermittelt die zugehörigen Bildaufnahme-Parameter. Die Inspektion selbst erfolgt synchron zum Maschinentakt bei Bogen-Geschwindigkeiten von bis zu 6m/s und 12 Bögen/s. Der Sensor erhält ein Triggersignal, beispielsweise von einem Lichttaster, und liefert als Schaltsignal zurück, ob der aktuelle Bogen dem eingelernten Muster entspricht. Mit einem integrierten Drehgeber-Interface kann das Triggersignal durch Auswertung der Pulsfolge eines Encoders wegsynchron verzögert werden. Der Vision Sensor lässt sich sowohl lokal (stand alone) als auch im Verbund mit mehreren Sensoren über ein Netzwerk einsetzen. Dabei ermöglicht das Ethernet-Interface die Bildübertragung und steuert die Sensoren über entsprechende Telegramme.

Bisherige Lösung im Vergleich
Bisher wurden die Bögen mit Barcodes oder Datamatrix-Codes gekennzeichnet. Neben dem zusätzlichen Koordinationsaufwand für das Aufbringen hat dieses Verfahren auch den Nachteil, dass bei vielen Druckerzeugnissen der Barcode frühzeitig im Verarbeitungsprozess abgeschnitten wird und so nicht mehr zur Verfügung steht. Zusätzlich haben reine Barcodeleser aufgrund ihrer zeilenförmigen Empfänger den Nachteil, nur Codes quer zum Bogenlauf erfassen zu können. Neben Code-Readern gibt es erste separate Lösungen für den Druckbild-Vergleich, was einen Mehr-Aufwand bei der Einrichtung der beiden unterschiedlichen Systeme bedeutet.
Der Vision Sensor VOS410-BIS von Pepperl+Fuchs vereint die Verfahren Codevergleich und Bildvergleich in einem Gerät. Im Prinzip stellt ein Bar- oder Datamatrix-Code nichts anderes dar als ein spezielles Bild, nur mit mehr Freiheitsgraden. Denn jetzt hat der Anwender die Möglichkeit, Barcodes sowohl in Bogenlaufrichtung als auch quer dazu auszuwerten. Das Bildverarbeitungs-System für den Bildvergleich wird bereits als reiner Datamatrix-Leser eingesetzt und hat damit seine Praxistauglichkeit unter Beweis gestellt.

In der Praxis eingesetzt
Das Unternehmen Wohlenberg Buchbindesysteme verwendet für die Falschbogen-Erkennung in Zusammentrag- und Klebebindemaschinen die Vision Sensoren von Pepperl+Fuchs. Kamera, Beleuchtungs- und Verarbeitungseinheit wurde bei dem Unternehmen als Komplettsystem installiert. Externe Signalverarbeitungs-Einheiten waren nicht notwendig. Der Integrations-Aufwand war überschaubar, da die beiden Auswerte-Methoden Barcode- und Bildvergleich bereits in einem Gerät vorliegen.
Mit der maximalen Bogengeschwindigkeit von 6m/s und einer Taktzeit von unter 80ms ist der Vision Sensor auch für hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten geeignet und bietet Reserven für zukünftige schnellere Prozesse. Ein Fehlerbildspeicher, der die Ergebnisse der Auswerte-Einheit speichert, ermöglicht das Nachvollziehen falscher Erkennungen. Dieser unterstützt damit den Anwender beim Einrichtprozess und der Problemanalyse. Aber auch im normalen Betrieb erlaubt die schnelle Bildübertragung eine visuelle Nachkontrolle und Plausibilitätsprüfung.
Die Kaufentscheidung bei Wohlenberg fiel aufgrund der Tatsache, dass der Vision Sensor komplett von Pepperl+Fuchs gefertigt wird und dadurch eine langfristige Verfügbarkeit gesichert ist.

Vision Sensoren im Druck
Der Einsatz industrieller Bildverarbeitung in der grafischen Industrie beschränkte sich bislang auf kundenspezifische Insellösungen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Druckereien hohe Anforderungen an Sensorlösungen stellen: Sie müssen unabhängig vom Bedruckstoff und Druckbild zuverlässig funktionieren. Zudem soll die Sensorlösung so einfach zu montieren und in Betrieb zu nehmen sein, wie ein konventioneller Sensor, z. B. eine Lichtschranke. Diesem Anspruch wird man seit der Einführung der Vision Sensoren gerecht. Diese Bildverarbeitungs-Systeme sind auf eine Anwendung oder einen Anwendungsbereich zugeschnitten, die einfach gehaltenen Hardware- und Software-Komponenten aufeinander abgestimmt. Sie sind damit kompakter und preiswerter als klassische Bildverarbeitungssysteme und können jetzt auch in der Grafischen Industrie Verbreitung finden.

Zwei starke Partner
Das Unternehmen Wohlenberg Buchbindesysteme ist Komplettanbieter im Bereich Klebebindeanlagen für Buchbindereien und Druckereien mit angeschlossener Weiterverarbeitung. Dabei werden den Kunden nicht nur Standardmaschinen, sondern auch Individuallösungen angeboten. Technologische Innovationen, wie das Vakuumsystem „Winjector" oder die grafisch interaktive Anlagensteuerung „Navigator" konnten die Rüstzeiten senken und die Maschinenverfügbarkeit erhöhen.
Pepperl + Fuchs ist in den Bereichen Druck und Finishing mit seinen optischen Sensoren der Marke Visolux seit über 30Jahren im Einsatz. Die Sensoren erkennen zuverlässig schwierige Bedruckstoffe auch unter harten Betriebsbedingungen. Der Sensor-Hersteller hat sich an die Lebenszyklen der Druckereimaschinen angepasst und sichert über Jahrzehnte die Verfügbarkeit seiner Produkte. Bei der Weiterentwicklung wird auf Kompatibilität und leichte Austauschbarkeit Wert gelegt, so dass der Anwender ohne Nachteile auf die nächste Sensorgeneration umsteigen kann.