Fallstudie: Erfüllung der Anforderungen an eine hochgenaue Qualitätskontrolle bei der Herstellung von Tiefdruckzylindern von Think Laboratory

Die Herstellung von Tiefdruckzylindern muss mit einer Genauigkeit von 1 μm oder besser erfolgen

Systeme zur Herstellung von Tiefdruckzylindern werden hauptsächlich zur Gravur von Zylindern für den Druck von Etiketten und Verpackungen für Lebensmittel, Süßwaren und andere Erzeugnisse im Handel verwendet. Think Laboratory hält seit der Einführung der Tiefdruckplattenmaschine System 77 im Jahr 1977 mehr als 90 % des Marktanteils der Herstellung von Tiefdruckplatten und -zylindern in Japan. Früher wurden die für den Druck verwendeten Zylinder von Hand graviert. Der weit verbreitete Einsatz von Systemen zur Herstellung von Tiefdruckzylindern von Think Laboratory ermöglichte eine hochgenaue und vollautomatisierte Produktion zu niedrigen Kosten.

Abbildung eines an einem Kundenstandort installierten automatisierten FX3-Systems zur Herstellung von Tiefdruckzylindern von Think Laboratory. Bildquelle: Think Laboratory

Die Systeme von Think Laboratory zur Herstellung von Tiefdruckzylindern verwenden Fotolithografie zur Herstellung von Druckzylindern. Die zylinderförmigen Druckplatten ermöglichen die maskenlose Licht- oder Laser-Belichtung. Der Laser bietet eine Auflösung von 3200 dpi × 12800 dpi, wobei jeder Strahl auf einen sehr kleinen Bereich von 2 μm × 8 μm fokussiert wird. Die benötigte Genauigkeit ist sehr hoch (1 μm oder höher). Zur Unterstützung der Kontrolle dieser Genauigkeit wurde das DSX1000 Digitalmikroskop von Olympus ausgewählt. Shintaro Sugawara, Leiter der Entwicklungsabteilung von Think Laboratory, erklärt, was bei einer Qualitätskontrolle geprüft wird: „Die kleinste Vertiefung, in der sich Tinte ansammeln kann, ist z. B. etwa 100 × 100 μm groß. Selbst geringste Unterschiede verursachen Abweichungen in der Farbkonzentration. Die Kosmetik- und die Automobilindustrie benötigen eine leistungsstarke Drucktechnik, die den jeweiligen Produkten eine erstklassige Haptik verleiht. Daher werden selbst kleinste Farbabweichungen, die durch eine Tiefendifferenz von lediglich 1 % verursacht werden, streng kontrolliert.“

Über Think Laboratory Think Laboratory Co., Ltd. (mit Sitz in Kashiwa, Japan) ist preisgekrönter Entwickler und Hersteller eines vollautomatisierten Systems zur Herstellung von Tiefdruckzylindern, das zu den wichtigsten Produkten des Unternehmens zählt. Das 1966 gegründete Unternehmen ist in Japan wie auch weltweit führend auf dem Gebiet des Digitaldrucks. Es bietet flexible Verpackungslösungen für mehr als 250 Unternehmen in 38 Ländern. Zu den Kunden gehören Anbieter von Tiefdruckzylindern und Druckereien. Mit Blick auf die eigenen hohen Genauigkeitsanforderungen integrierten Think Laboratory 2016 das DSX1000 Digitalmikroskop in ihre Qualitätskontrolle. Das Unternehmen ist bestrebt, die Präzision weiter zu erhöhen, um die Kundenanforderungen an eine hohe Druckqualität zu erfüllen.

Think Laboratory Co., Ltd., Kashiwa, Japan

Probenanalyse mit dem DSX1000 Mikroskop sorgt für Qualität und Zuverlässigkeit

Sollte in einer der Proben, die mit einem mit den Systemen des Unternehmens hergestellten Tiefdruckzylinder bedruckt worden sind, ein Defekt festgestellt werden, holt das Unternehmen den Tiefdruckzylinder und das Druckobjekt beim Kunden ab, um die Ursache des Fehlers zu analysieren. Mit seiner garantierten Genauigkeit und einer z-Achsen-Wiederholgenauigkeit* von 1 μm spielt das digitale DSX1000 Mikroskop eine wichtige Rolle beim ersten Schritt der Analyse. Für die Voranalyse und die vorläufige Ursachenbestimmung wird der erkannte Fehler mit dem DSX1000 Mikroskop betrachtet. Anschließend folgt die Nachanalyse mit einem Objektiv mit hoher Vergrößerung und eine Elementanalyse mit dem Elektronenmikroskop. Die identifizierte Fehlerursache wird in einem Bericht festgehalten, der dem Kunden zugestellt wird.

Takashi Yoshioka bei der Analyse eines gedruckten Objekts mit dem DSX1000 Mikroskop während des ersten Schritts der Qualitätskontrolle bei Think Laboratory

Ein Unterschied von nur wenigen Mikrometern bei der Gravur auf dem Zylinder kann zu unscharfen Wörtern oder Farbfehlern führen, sodass für die Analyse strenge Vorgaben gelten. Takashi Yoshioka aus der Entwicklungsabteilung von Think Laboratory sagt: „In letzter Zeit verzeichnen wir eine zunehmende Nachfrage nach hoher Druckqualität, was dazu führte, dass wir bei unseren Analysen auf noch höhere Genauigkeit achten und höhere Effizienz erwarten. Genau aus diesem Grund verwenden wir das DSX1000 Mikroskop.“

Funktionen des DSX1000 Digitalmikroskops zur Optimierung der Qualitätskontrolle

Das DSX1000 Digitalmikroskop verfügt über Funktionen, die herkömmliche digitale Mikroskope nicht besitzen. Takashi Yoshioka, einer der Hauptanwender des DSX1000 Mikroskops bei Think Laboratory, nannte zwei Funktionen, die ihn beeindruckt haben: 1. die Möglichkeit, mit einem Klick zwischen mehreren Betrachtungsmethoden umschalten zu können, ohne das zu analysierende Objekt aus den Augen zu verlieren, und 2. die Funktion zur Anzeige mehrerer Previews, mit der Bilder der Betrachtungsmethoden verglichen werden können, um die jeweils beste Methode auszuwählen.

Funktion zum Umschalten zwischen mehreren Betrachtungsmethoden mit einem Klick

Auch einige herkömmliche Mikroskope bieten verschiedene Betrachtungsmethoden, aber das DSX1000 Digitalmikroskop unterstützt bis zu sechs Betrachtungsmethoden zur Untersuchung verschiedener Proben: Hellfeld (HF), Schrägfeld, Dunkelfeld (DF), MIX, Polarisation und differenzieller Interferenzkontrast.

Selbst wenn die gleiche Probe mit dem gleichen Mikroskop beobachtet wird, kann die Darstellung je nach Betrachtungs- oder Beleuchtungsmethode variieren. HF eignet sich z. B. für die Betrachtung flacher Proben, während bei der DF-Methode Licht, das schräg auf die Probe gestrahlt wird, reflektiert oder gestreut wird. Dadurch wird jeder Kratzer im dunklen Sichtfeld erkennbar. Der Benutzer kann aus den sechs Betrachtungsmethoden des DSX1000 Mikroskops die jeweils am besten geeignete auswählen. Die Methode kann an der Konsole durch einfachen Tastendruck geändert werden.

Funktion zur Anzeige mehrerer Previews

Mehrere Bilder, die unter verschiedenen Bedingungen aufgenommen wurden, können auf Tastendruck nebeneinander auf dem Bildschirm verglichen werden. „Anhand der verschiedenen Bilder kann die für die Probe am besten geeignete Methode ausgewählt werden. Diese Funktion ist ausgesprochen nützlich. Bei herkömmlichen Mikroskopen müssen die Betrachtungsbedingungen jedes Mal genau eingestellt werden, um zwei Arten von Bildern aufzunehmen: ein Bild mit Augenmerk auf die visuelle Darstellung für die Berichterstellung und ein geeignetes Bild für die Durchführung einer Fehleranalyse. Das DSX1000 Mikroskop hat diese sehr präzise durchzuführenden Einstellungen überflüssig gemacht. Damit sparen wir bei dem gesamten Prozess von der Durchführung der Analysen bis zur Berichterstellung viel Zeit ein. Der Arbeitsvorgang wurde verbessert, ohne Kompromisse in Bezug auf die Präzision der Einstellungen eingehen zu müssen.“

Auswahl der Betrachtungsmethode für Proben und Steigerung der Effizienz bei der Durchführung von Betrachtungen und Analysen.

Hochleistungsobjektive von einem Hersteller optischer Geräte

Der Objektivtyp variiert je nach der Probe. Shintaro Sugawara und Takashi Yoshioka waren mit Objektiven von Olympus zufrieden und stellten fest, dass das Unternehmen als Hersteller von optischen Geräten über ein umfangreiches Angebot an Objektiven mit sehr hoher Qualität und ausgezeichnetem Preis-Leistungs-Verhältnis verfügt.

Bei einigen herkömmlichen digitalen Mikroskopen muss das Objektiv zum Wechseln entfernt werden, was umständlich und zeitaufwändig sein kann. Das DSX1000 Digitalmikroskop verfügt hingegen über einen verschiebbaren Objektivrevolver und exklusive Objektivvorrichtungen, die ein schnelles Umschalten zum geeigneten Objektiv ermöglichen und die Vergrößerung vom Makro- zum Mikrobereich ändern.

Takashi Yoshioka schätzt die Benutzerfreundlichkeit dieser Funktion im Vergleich zu herkömmlichen digitalen Mikroskopen: „Das Objektiv sofort wechseln zu können, ist praktisch zur Anpassung der Vergrößerung nach einem Probenwechsel. Es ist besonders effektiv bei der Betrachtung und Analyse verschiedener Proben, denn eine Übersichtsbetrachtung bei niedriger Vergrößerung kann nützlich sein, um einen Fehler schnell zu erkennen. Bei herkömmlichen Digitalmikroskopen ist der Objektivwechsel umständlich und zeitaufwändig, da das Objektiv in eine Bohrung geschraubt werden muss. Das verschiebbare Design des DSX1000 Mikroskops macht den Objektivwechsel hingegen einfach und verringert das Risiko, dass das Objektiv fallen gelassen werden könnte.“

Auswahl aus 17 Objektiven

Verschiebbarer Objektivrevolver: Das Objektiv bewegt sich vor und zurück Austausch der Objektivvorrichtung

Zeiteinsparung durch Speicherung von Betrachtungsparametern

Think Laboratory hatten hohe Erwartungen an eine bestimmte Funktion des DSX1000 Mikroskops, nämlich die zum Abrufen der Betrachtungsbedingungen. Verschiedene Proben anhand früherer Betrachtungsbedingungen analysieren zu können, kann sehr nützlich sein. Jede mit dem DSX1000 Mikroskop aufgezeichnete Bilddatei enthält Daten zu den verwendeten Betrachtungsparametern, wie Vergrößerung, Beleuchtungsmethode und Kameraeinstellungen. Diese Bedingungen können mit einem einfachen Klick auf das Bild abgerufen werden. Dank dieser Funktion muss nicht jedes Mal nach den optimalen Bildgebungsbedingungen gesucht werden. Sie verhindert auch Abweichungen in den Bildern im Falle mehrere Bediener und das Übersehen von Fehlern, was eine bessere Analyse ermöglicht.

Zusammenfassung

Insgesamt hat die Integration des DSX1000 Digitalmikroskops in die Qualitätskontrolle von Tiefdruckzylindern Think Laboratory geholfen, den eigenen Anforderungen an die Genauigkeit gerecht werden zu können und die Effizienz zu verbessern. Trotz anfänglichem Zögern, den Hersteller von Digitalmikroskopen zu wechseln, sind Think Laboratory aufgrund der guten Erfahrungen mit Produkten von Olympus, beispielsweise mit industriellen Videoskopen und Röntgenfluoreszenzanalysatoren, die Umstellung angegangen. Das Unternehmen ist auch sehr zufrieden mit dem Kundenservice von Olympus, der auch Schulungen für Mitarbeiter von Think Laboratory nach der Installation umfasst.

* Für garantierte Genauigkeit ist eine Kalibrierung durch einen Techniker von Olympus oder eines Händlers erforderlich. Um die xy-Genauigkeit zu gewährleisten, ist eine Kalibrierung mit einem DSX-CALS-HR (Kalibrierungsmuster) erforderlich. Zur Ausstellung eines Zertifikats bedarf es der Kalibrierung durch einen Kalibrierungsspezialisten von Olympus.
Die 1 μm z-Achsen-Wiederholbarkeit ist bei Verwendung eines 20X-Objektivs oder höher gegeben.