Kamerasensoren So lassen sich auf Spezialglas 2D-Codes sicher erkennen

Von Sariana Kunze

Glasmaterialien in einer Fertigung zuverlässig nachzuverfolgen und die angebrachten Codierungen zu identifizieren ist eine Herausforderung. Auch Produktionsstopps gehen damit einher. Kamerasensoren und Beleuchtungstechnik lösen dieses Problem.

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Durch ein Sol-Gel-Verfahren mit diversen Beschichtungsmaterialien entstehen Farbeffektglas, optische Filter und Nanobeschichtungen.
Durch ein Sol-Gel-Verfahren mit diversen Beschichtungsmaterialien entstehen Farbeffektglas, optische Filter und Nanobeschichtungen.
(Bild: Prinz Optics)

Glas ist nicht gleich Glas. So gibt es beispielsweise Spezialglas, das mit einer nur wenigen Nanometer dicken Beschichtung veränderte Materialeigenschaften und -funktionen aufweist. „Was wir machen, machen nicht viele“, erklärt Peter Röhlen, Geschäftsführer von Prinz Optic: „Das liegt schon allein an den Tauchbeschichtungen mit dem sehr seltenen Sol-Gel-Verfahren.“ Mit diesem Prozess stellt das Unternehmen aus Stromberg ohne großes Umrüsten vielfältige Produkte durch unterschiedliche Beschichtungsmaterialien her. Prinz Optics fertigt Farbeffektglas, optische Filter und auch Beschichtungen von Glas-, Kunststoff- und Metalloberflächen mit Nanopartikeln.

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Sol-Gel-Verfahren

Beschichtungen für Spezialglas

Prinz Optics beschichtet seit 2008 Glas mit verschiedenen Materialien und in unterschiedlichen Stärken. Durch das Sol-Gel-Verfahren mit diversen Beschichtungsmaterialien entstehen Farbeffektglas, optische Filter und Nanobeschichtungen. Farbeffektglas wird unter anderem aufgrund seines Farb-Licht-Spiels in der Architektur, der Kunst und im Lichtdesign eingesetzt. Optische Filter sind hingegen in der Industrie, der Medizintechnik, der Forschung und Entwicklung oder in der Beleuchtungstechnik gefragt. So lässt sich mit solchen Filtern und bestimmten Lichtquellen zum Beispiel Sonnenlicht über den gesamten Wellenlängenbereich simulieren, um etwa spezifische Materialeigenschaften zu prüfen. Neu bei Prinz Optics ist die Beschichtung von Glas-, Kunststoff- und Metalloberflächen mit Nanopartikeln. Die Beschichtungen mit antibakteriellem Effekt ermöglichen eine langanhaltende Desinfektion, zum Beispiel von Touchscreens im öffentlichen Raum oder bei in Kühlschränken eingesetzten Gläsern.

Ein Glas mit vielen Schichten

Wie alle Produkte, werden auch die optischen Filter in einer Anlage zur Tauchbeschichtung gefertigt. Die hierfür verwendeten Glasscheiben, im Fachjargon Substra genannt, werden nach einer Grundreinigung und einem mehrstufigen Reinigungs- sowie Trocknungsverfahren auf einer Einzelförderstrecke in einen Reinraum transportiert und dort in einen codierten Werkstückträger positioniert. Mit einem Roboter gelangen die Scheiben in eine von vier Beschichtungskammern. Danach platziert der Roboter die Scheiben erneut in einen Werkstückträger. In einem Rollenherdofen erfolgt anschließend die Aushärtung der Beschichtung bei ca. 480° C. Danach wird das Substrat erneut dem Prozess für die Folgebeschichtungen zugeführt. Hierzu sagt Röhlen: „Das ist eine chaotische Fertigung, wobei bestimmte Substrate für spezielle UV-Filter den Prozess bis zu 22 Mal durchlaufen. Da sich durch die vielen Ofenfahrten die Schichtdicke zwangsläufig verändert, werden die Substrate zwischendurch immer wieder geprüft.“

Drei Kamerasysteme überprüfen 2D-Codes

Eine sichere Nachverfolgung ist unerlässlich. Zum Beispiel muss ein Roboter im Reinraum wissen, welche Scheibe zu welcher Beschichtungskammer transportiert werden muss. Daher wird jedes Substrat vor dem ersten Einschleusen in die Anlage mit einem 2D-Code gekennzeichnet und über ein Kamerasystem verifiziert. Eine weitere Kamera ist vor der Wiedereinschleusung für bereits beschichtete Produkte installiert. Das dritte Kamerasystem befindet sich im Reinraum vor dem Einlauf in den Werkstückträger. Sämtliche Geräte sind per Feldbusknoten in die Profibus DP-Installation eingebunden.

Probleme mit fehleranfälligem System

Die Kameras mit integrierter Auflichtbeleuchtung sind seit dem Gründungsjahr 2008 im Einsatz. In den letzten Jahren kam es immer wieder zu Problemen, wie Röhlen berichtet: „Die unterschiedlich dicken Substrate mit voneinander abweichenden optischen Eigenschaften stehen nicht immer rechtwinklig zum Kamerasystem auf der Förderstrecke. Dies konnte zu unerwünschten Reflexionen führen. Die Folge: Die Kameras erfassten den 2D-Code nicht. Außerdem haben wir in den letzten Jahren neue Glasmaterialien aufgenommen. Auch damit hatten die Kameras Probleme.“

Ein fehlerhaft erfasster Code führte zum Produktionsstopp. War die Kamera im Reinraum die Ursache, wurde es nach Aussage des Geschäftsführers besonders problematisch: „Ein Mitarbeiter musste im Reinraum den 22-stelligen Code notieren und ihn anschließend manuell in die Prozessvisualisierung übertragen.“ Als dann der Kamerahersteller auch noch die Systeme abkündigte und die Pflege der Parametriersoftware einstellte, musste ein adäquater Ersatz gefunden werden.

Kamerasensoren mit Durchlichtverfahren kombiniert

Prinz Optics entschied sich für die Kamerasensoren OC53 von IPF Electronic in Kombination mit einer homogenen Flächenleuchte, die im Durchlichtverfahren arbeitet. Die Serie besteht aus variablen Kamerasensoren in verschiedenen Ausführungen, vom Kompaktgerät mit Objektiv, Bildaufnehmer und Beleuchtung, bis hin zu Geräten mit C-Mount-Objektivanschluss und integriertem Blitzcontroller zur Beleuchtungsteuerung. Die zugehörige Parametriersoftware bietet abgestufte Prüfmerkmale und ermöglicht den Einsatz der Geräte in verschiedenen Applikationen mit diversen Aufgabenstellungen.

Das erste System wurde 2019 bei Prinz Optics im Reinraum installiert. Schon durch die Beleuchtungstechnik mit Durchlicht konnten die 2D-Codes zuverlässig erfasst werden, da eine leichte Schrägstellung der Scheiben sowie die Qualität der Kennzeichnung keine Rolle mehr spielten. Hinzu kommt das große Bildfeld mit verbesserter Lagenachführung. Durch die Lagenachführung lässt sich die Position und Drehlage eines Produktes, Textes oder Codes anhand von Konturen, Kanten, Kreisen oder Zeilen ermitteln.

„Seit das System von IPF Electronic in Betrieb ist, musste niemand mehr wegen einer Fehlerkennung in den Reinraum. Die Probleme mit der Kennzeichnung und die Produktionsstillstände konnten wir beseitigen“, resümiert Röhlen. Aufgrund des positiven Fazits hat das Unternehmen auch die Kameras an der Erst- sowie Wiedereinschleusung durch die neuen Kamerasensoren ersetzt.

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