DE102011101252A1

DE102011101252A1 - Verfahren zur Prüfung der Faltung einer Faltkiste

Info

Publication number: DE102011101252A1
Application number: DE102011101252A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Baumer HHS GmbH
Current assignee: Baumer HHS GmbH
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2012-11-15

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Qualitätsbestimmung einer Faltung einer Faltkiste, bei dem die Breite der Schlitze von Rand zu Rand der Boden- (2b) und Deckelklappen (2a) einer Faltkiste als Qualitätskriterium für die Faltung bestimmt wird, und die Breite des jeweils zu vermessenden Schlitzes (2a, 2b) durch die Bestimmung der Breite des Versatzes mehrere Laserlinie bestimmt wird, die auf die Faltkiste in diesem Bereich projiziert wird, wobei die Laserlinie unter dem Beobachtungswinkel einer CCD-Kamera einer Versatz erkennen lässt zwischen dem Abschnitt innerhalb des Schlitzes (2a, 2b) und den Abschnitten außerhalb des Schlitzes (2, 2b), und das von der CCD-Kamera aufgenommene Bild der Laserlinie einer nachgeschalteten Bildverarbeitung zugeführt und mittels mathematischer und/oder bildanalytischer Methoden die Breite des Versatzes der Laserlinie bestimmt wird und die und ermittelten Werte für die Breite des Versatz oder daraus abgeleitete Maße pro Schlitz mindestens einem mathematischen, statistischen oder aus einem Regelwerk abgeleitetem Berechnungs- oder Bewertungsverfahren unterzogen werden.

Description

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Prüfen einer Faltung einer Faltkiste, welche aus einem Pappenzuschnitt hergestellt wird.
Faltkisten dieser Art werden in sogenannten Inlinern in der Wellpappen- oder Schwerkartonherstellung hergestellt. Diese entstand durch die Aneinanderreihung der Einzelaggregate Druckaggregat, Rill- und Schlitzmaschine, Faltstation und Leimstation. Nicht jede dieser Einzelaggregate muss zwingend Bestandteil einer erfindungsgemäßen Inliner-Maschine sein. Beliebige Kombinationen der Einzelaggregate sind denkbar,
Die Maschine kann auch nur eine Falt-/Klebemaschine sein, der ein zugeschnittener und ausgeschlitzter Faltkistenzuschnitt zugeführt wird. Die Maschine faltet dann den Zuschnitt und verklebt diesen.
Die Zeichnung 1 zeigt hierbei einen flach liegenden Faltkistenzuschnitt.
Die Zeichnung 2 zeigt eine seitlich an der Klebelasche zusammengeklebte Faltkiste,
In der Rillstation werden meist mit rotierenden Rillkörpern jene Rillen (3) eingeprägt, die das Seitenverhältnis der Faltkiste bestimmen (Länge und Breite). Die Rillkörper haben gewöhnlich als Präge- bzw. Rillform einfache V-Profile. Sie arbeiten gegen einen Gegenkörper aus Stahl, Gummi oder Kunststoff.
In dem Schlitzaggregat werden schmale Vertiefungen (>>Schlitze<<) (2a, 2b) herausgeschnitten oder herausgestanzt, die in der Verlängerung der Rilllinien (3) liegen. Auf diese Weise werden die Boden- und Deckelklappen der späteren Faltkiste freigeschnitten.
Sind die einzelnen Rilllinien (3) nicht parallel, ist der Abstand zwischen den benachbarten Rändern (2a, 2b) der Schlitze zwischen einer Lasche des Bodendeckels abweichend gegenüber der gegenüberliegende Lasche der Deckelklappe. Die Parallelität der Schlitze (2a, 2b) und die Weite der Schlitze (2a, 2b) ist daher ein Qualitätskriterium für die Faltung einer Faltkiste.
Auch kann das Schließen der Faltkiste später erschwert sein, wenn die gegenüberliegenden Schlitze (2a, 2b) des Deckels und des Bodens zueinander zwar parallel, aber die auf jeder Seite der Faltkiste befindlichen Schlitze (2a, 2b) unterschiedliche Weiten aufweisen. Faltkisten werden heutzutage bei der sogenannten >>End-off-Line<< Applikation meist von automatischen Abpackanlagen gefüllt und verschlossen, die nur gewisse Toleranzabweichungen der Faltkiste ausgleichen können.
In Faltkisten werden mehrere Endverpackungen für den Versand abgepackt, so dass Veränderungen des Breiten- oder Längenmaße der Faltkiste durch eine unsaubere Faltung die Gefahr besteht, dass nicht die vorgesehene Anzahl von Endverpackungen abgepackt werden können.
Aus diesem Grund definieren die Endabnehmer Toleranzmaße für die Dimensionen der Faltkiste, die sich auf die Schlitztoleranzen beziehen, Es werden zum Beispiel Schlitztoleranzmaße angegeben. Typischer Werte sind zum Beispiel 8 mm +/– 2 mm. Die Kontrolle der Schlitzweiten und Schlitzparallelität ist daher ein wichtiges Qualitätskriterium für Faltkisten. Traditionell wird dieses Kriterium überprüft, indem stichprobenartig von dem Maschinenbediener Faltkisten aus der Produktion entnommen und begutachtet werden. In den letzten Jahren kam aber immer mehr der Wunsch auf die Faltgüte anhand der Vermessung des Spaltes der Schlitze einer Faltkiste mit einer in das Produktionsmittel integrierte Qualitätskontrollen zu überprüfen. Dies erleichtert dem Maschinenbediener das frühzeitige Erkennen von Faltfehlern.
Die EP 0 937 573 B1 offenbart eine solche Qualitätssicherungsvorrichtung zur Qualitätsbestimmung der Genauigkeit der Faltung einer Faltkiste und ein Verfahren zur Verwendung dieser Qualitätssicherungsvorrichtung. Diese Qualitätssicherungsvorrichtung umfasst eine Lichtquelle, deren Strahlungsachse schräg zur Fläche der Zuschnitte (1) verläuft, dass man auf der Oberfläche der Zuschnitte in dem Maße, indem diese Zuschnitte (1) die Strahlungsachse schneiden, einen zur Bewegungsrichtung quer angeordneten Lichtstreifen bildet, dass der Abschnitt des Lichtstreifens, welcher dem Abstand der Ränder der Schlitze (2a, 2b) entspricht, in Bezug auf die anderen Abschnitte des Lichtstreifens seitlich versetzt wird und dass man die Größe des versetzten Abschnitts misst.
Vorzugsweise werden die Schlitze der Faltkisten nach der Verklebung vermessen. Wie in Zeichnung 2 gezeigt, werden dann die Faltkisten zusammengelegt geführt.
In Abweichung zu dem in der EP 0 937 573 B1 offenbarten Verfahren kann die Messung der Schlitze auch vorgenommen werden, in dem der Lichtstreifen senkrecht auf die Oberfläche projiziert und dieser unter einem schrägen Winkel beobachtet wird. Beide Verfahren und Vorrichtungen eignen sich gleichermaßen zur Vermessung der Schlitzbreiten, sofern die Außenkontur der Schlitze gleichmäßig und weitgehenden fehlerfrei ist.
Die Vermessung des Versatzes des Lichtstreifens erfolgt in der Regel mit Mitteln der Bildverarbeitung. Mit einer Matrixkamera wird der Lichtstreifen aufgenommen und der Versatz des Lichtstreifens mit bildanalytischen Mitteln ausgewertet. Die Kamera wird dabei entweder senkrecht über der Ebene des Faltkistenzuschnitts angeordnet, wenn die Lichtquelle schräg zur Ebene angeordnet ist. Im Falle, dass die Lichtquelle senkrecht über der Ebene des Faltschachtelzuschnitts angeordnet ist, muss entsprechend die Kamera schräg zur Zuschnittsebene angeordnet werden.
Kameras haben den Vorteil, dass sie es erlauben zusätzlich ein Bild der aktuellen Situation während der Messung auf den Bedienstand wieder zu geben. Dies kann dem Maschinenbediener zusätzliche Hinweise auf die Fehlerursache geben, ohne dass er Muster zur Begutachtung aus der Produktion entnehmen muss.
Als Lichtquellen zum Erzeugen der Lichtlinien werden typischerweise Laserlinien eingesetzt, die eine scharfe Kontur ergeben.
Die praktische Erfahrung mit derartigen Messeinrichtungen hat aber gezeigt, dass diese Art der Messung oftmals fehlerbehaftet ist. Fehlerhafte Messungen können zum Beispiel bei einem automatischen Auswerfer zum unerwünschten Ausschleusen korrekt gefalteter Faltkisten aus der Produktion führen. Die Ursache der Fehlmessungen liegt unter anderem in der Qualität der Schlitzung der Schlitze. Meist entstehen Faltkisten aus Wellpappenzuschnitten, die einen für Wellpappe typischen mehrlagigen Aufbau haben. Bei dem Schlitzen können daher Unebenheiten der seitlichen Kanten der Schlitze, Ausrisse und andere Defekte entstehen.
Eine Messung an einer solchen irregulären Stelle des Schlitzes würde zu Fehlinterpretationen führen. Dies kann einen unnötigen, eventuell die Situation verschlechternden Benutzereingriff führen, indem vermeintliche Fehler korrigiert werden. Bei einem automatischen Auswurf des vermeintlich fehlerhaften Produktes aus der Produktion führt dies zu unnötigen Makulaturen und damit verbundene Kosten.
Diese Problematik könnte umgangen werden, indem mehrere Aufnahmen der Laserlinie während des Durchlaufs des Schlitzes an verschiedenen Orten des Schlitzes mit der Kamera aufgenommen werden und die plausibelsten Werte (z. B. durch eine Ausreißeranalyse) für eine Bewertung der Faltqualität herangezogen werden.
Gegen diese Vorgehensweise spricht, dass die vorderen und hinteren Schlitze der Faltkiste während des Durchlaufs durch die Maschine vermessen werden müssen. Bei einer Leistung von 5 Faltkistenzuschnitte pro Sekunde bedeutet dies 10 Messungen. Zusätzlich wird Rechenzeit benötigt das Bild einzulesen, zu analysieren und anhand der Messergebnisse gegebenenfalls den Auswerfer anzusteuern. Bei der heutigen Kameratechnik sind jedoch die Zykluszeiten noch so beschränkt, dass mehrere Bildaufnahmen pro Schlitz nur mit sehr hochwertigen und somit sehr teuren Matrixkameras zu realisieren ist. Dies würde aber den Kostenrahmen der Endkunden, die in eine solche Qualitätssicherungseinrichtung investieren, in der Regel sprengen.
Ziel der Erfindung ist es daher ein Verfahren zu etablieren, das die oben erwähnten Nachteile vermeidet und eine sehr zuverlässige und fehlertolerante Messung der Schlitzweite einer Faltkiste ermöglicht. Die Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die fehlertolerante Messung wird erzielt, in dem mehrere Lichtlinien auf den aktuell zu vermessenden Schlitz in Laufrichtung der Faltkiste hintereinander produziert werden, diese dann mit einer Matrixkamera mit einer Aufnahme (>>one-shot<<) oder durch mehrere Aufnahmen mit einer Kamera erfasst werden. Diese aufgenommenen Laserlinien erlauben die Vermessung mehrere Versätze der Laserlinien zwischen den Absätzen der Laserlinien, die in dem Schlitz verlaufen zu denen Abschnitten der Laserlinie, die außerhalb des Schlitzes verlaufen.
Die Breitenangaben für die Schlitz- bzw. Versatzbreite kann in einem beliebigen Maß angegeben werden. Denkbar wären zum Beispiel Angaben in mm oder in Anzahl Pixel über die Breite.
Die Projektion mehrere Lichtlinien auf die Ebene des Faltkistenzuschnitts kann durch mehrere Laser erfolgen, die jeweils eine Laserlinie auf dem Faltkistenzuschnitt erzeugen. Es kann aber auch ein Laser eines oder mehrere Laser mittels eines Strahlteilers jeweils mehrere Laserlinien erzeugt werden.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass der geschwindigkeitslimitierende Part der Messung, die Bildaufnahme mit der Matrixkamera nur einmalig pro Schlitz erfolgen muss. Die Qualität und die Fehlertoleranz der Messung wird dennoch gesteigert, da mehrere Messwerte pro Schlitz aufgrund der mehrfachen Lichtlinien berechnet werden können.
Diese Messwerte können dann in beliebiger Weise analysiert werden, indem zum Beispiel Ausreißeranalysen vorgenommen werden. Ausreißer, die zum Beispiel durch am Schlitzrand überstehende Papierfetzen entstehen, können verworfen werden und beeinflussen somit das Ergebnis nicht und die Qualität der Aussage über die Schlitzgüte steigt.
Eine mehrfache Messung erleichtert die Bewertung des Fehlers. Prinzipiell kann zwischen einzeln auftretenden Fehlern und eine fortlaufende Folge von Fehlern unterschieden werden.
Einzelne Fehler können zum Beispiel auftreten, wenn ein Faltkistenzuschnitt zum Beispiel falsch zugeschnitten wurde. Einzelne Fehler bedingen jedoch nicht einen Anwendereingriff in die Maschine, sondern die einzelne fehlerhafte Faltkiste wird ausgeworfen oder durch eine Markierungseinrichtung markiert. Stellt sich jedoch ein Trend ein (z. B. die Schlitze werden über einen längeren Zeitraum breiter oder es zeigt sich eine fortlaufende schleichende Verbreiterung) so muss der Anwender in die Maschine eingreifen und qualitätsbeeinflussende Maschinenelemente, z. B. in der Faltpartie, nachjustieren. Eine Trendanalyse ist aber eindeutiger und zuverlässiger zu ermitteln je weniger die Messwerte für die einzelnen Schlitze der Faltkiste durch Ausreißer beeinflusst werden. Der einzelne Fehler kann abhängig davon, ob er Bestandteil eines Trends ist oder ein einzelner Ausreißer darstellt unterschiedlich behandelt werden. Idealerweise gehen in die Trendanalyse nur die um die Ausreißer bereinigten Werte ein. Die Werte in die Trendanalyse eingehen sind dann vorzugsweise der Mittelwert oder der Median der Messwerte pro Schlitz oder eine davon abgeleitete Größe, die zum Beispiel die Ungleichmäßigkeit der Faltung beschreibt.
Eine robuste Trendanalyse ist ferner eine zwingende Voraussetzung, wenn Maschinenelemente, die die Faltungsqualität in der Rill-, Schlitz- und/oder Faltpartie der Maschine bestimmen, selbsttätig oder nach Benutzerfreigabe zur Verbesserung der Faltqualität verstellt werden sollen. Eine in welcher Art auch immer automatisierte Verstellung von Maschinenelementen würde durch bei einzelnen und ungenauen Messungen nur einer Laserlinie zu einer instabilen Situation führen. Verstellungen würden höchst wahrscheinlich unnötig durchgeführt und mit hoher Wahrscheinlichkeit würde Makulatur produziert. Die Verstellung kann zum Beispiel erfolgen, indem Maschinenelemente, die die Faltqualität beeinflussen, wie zum Beispiel Falträder, mit Stellmittel in eine vorgegebene Position gefahren werden. Stellmittel für die Verstellung der Maschinenelemente können zum Beispiel jede Art von Elektromotoren sein. Bei der erfindungsgemäß genaueren und robusteren Messung mehrere Laserlinien pro Schlitz der Faltschachtel kann bei dauerhaften Abweichungen sogar ein Regelkreis aufgebaut werden. Die Maschinenelemente werden vorsichtig, in kleinen Schritten verfahren, die Reaktion mit dem Qualitätssicherungssystem ausgewertet und eventuell weitere Korrekturschritte ausgelöst. Durch diese Methode der Annäherung an den Idealzustand kann die schlecht zu kalkulierende Reaktion des Faltkistenmaterials berücksichtigt werden, ohne das die Gefahr besteht über das Ziel hinaus zuschießen. Wellpappe zeigt je nach Wellenteilung und/oder Wellenhöhe eine unterschiedliche Reaktion auf die verschiedenen die Qualität beeinflussenden Einstellungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren sichert daher eine höhere Messgenauigkeit und eine höhere Fehlertoleranz als die bisher bekannte Vorgehensweise. Diese Vorgehensweise ist in besondere Weise durch die hohen Toleranzen bei der Schlitzung und Faltung von Faltkisten bedingt.
Bezugszeichenliste

1: Faltkistenzuschnitt
2: Schlitze
3: Rillen
4: Klebelasche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0937573 B1 [0012, 0014]

Claims

Verfahren zur Qualitätsbestimmung einer Faltung einer Faltkiste, bei dem die Breite der Schlitze von Rand zu Rand der Boden- (2b) und Deckelklappen (2a) einer Faltkiste als Qualitätskriterium für die Faltung bestimmt wird, und die Messung während des Durchlaufs mehrerer Faltkisten durch eine Weiterverarbeitungsmaschine erfolgt, deren Weiterverarbeitungssektion ein oder mehrere Druckwerke vorgeschaltet sein können, und die Breite des jeweils zu vermessenden Schlitzes (2a, 2b) durch die Bestimmung der Breite des Versatzes einer Laserlinie bestimmt wird, die auf die Faltkiste in diesem Bereich projiziert wird, wobei die Laserlinie unter dem Beobachtungswinkel einer CCD-Kamera einer Versatz erkennen lässt zwischen dem Abschnitt innerhalb des Schlitzes (2a, 2b) und den Abschnitten außerhalb des Schlitzes (2, 2b), und das von der CCD-Kamera aufgenommene Bild der Laserlinie einer nachgeschalteten Bildverarbeitung zugeführt und mittels mathematischer und/oder bildanalytischer Methoden die Breite des Versatzes der Laserlinie bestimmt wird, gekennzeichnet dadurch, dass mehr als eine Laserlinie auf jeden einzelnen Schlitz (2a, 2b) der Faltkiste projiziert wird, diese Laserlinien mit einer oder mehreren Aufnahmen einer CCD Kamera bei dem Durchlauf durch die Maschine aufgenommen werden, und das aufgenommene Bild der Bildverarbeitung und Auswertung zur Bestimmung der Breite des Versatzes der Laserlinien pro Schlitz zugeführt wird, und ermittelten Werte für die Breite des Versatz oder daraus abgeleitete Maße pro Schlitz mindestens einem mathematischen, statistischen oder aus einem Regelwerk abgeleitetem Berechnungs- oder Bewertungsverfahren unterzogen werden,
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Laserlinien durch einen Strahlteiler erzeugt werden,
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Laserlinien durch mehrere in Produktionsflussrichtung der Maschine hintereinander angeordnete Laser erzeugt werden,
Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, dass offensichtliche Ausreißer der Messwerte innerhalb eines Schlitzes durch statistische oder andere Verfahren erkannt und verworfen werden,
Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, dass aus mehreren aufeinanderfolgenden Messungen der Schlitze unterschiedlicher Faltkisten eine Trendanalyse vorgenommen wird, die dem Maschinenbediener Abweichungstrends aufzeigt,
Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, dass aus mehreren aufeinanderfolgenden Messungen der Schlitze unterschiedlicher Faltkisten eine Trendanalyse vorgenommen wird, die selbsttätig oder nach Benutzerfreigabe die Korrektur falzqualitätsbeeinflussender Maschinenelemente, zum Beispiel im Faltaggregat der Maschine vornimmt,
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass die Verstellung der falzqualitätsbeeinflussenden Maschinen in einem Regelkreis in kleinen Schritten erfolgt, die Reaktion auf die Verstellung mit Verfahren zur Qualitätsbestimmung nach Anspruch 1 ausgewertet wird und gegebenenfalls weitere notwendige Korrekturschritte ausgelöst werden,
Verfahren nach Anspruch 6 und gegebenenfalls 7, gekennzeichnet dadurch, dass die falzqualitätsbeeinflussenden durch elektrisch angetriebene Stellmittel, z. B. Elektromotoren, Schrittmotoren und ähnliche Aggregate verstellt werden,
Verfahren nach Anspruch 5 und gegebenenfalls weiteren Ansprüchen aus 6–8, gekennzeichnet dadurch, dass bei der Trendanalyse der Mittelwert oder der Median der Messwerte pro Schlitz in die Berechnung einfließt.