Ziel der Entwicklung

Das Ziel des Forschungsprojektes war die Weiterentwicklung und Validierung von Algorithmen zur umfassenden Erkennung von visuell störenden Verunreinigungen in faserbasierten Stoffen und deren Integration als eigenständiges Modul „Visual Impurities“ in die Analysesoftware DOMASmultispec. Die Erweiterung von vorhanden Algorithmen zur Schmutzpunkterkennung in den dreidimensionalen Farbraum ermöglicht eine signifikante Verbesserung bei der Erkennung von visuellen Verunreinigungen. Damit wird eine zusätzliche Klassifizierung der papierfremden Bestandteile nach ihrer Farbe und aufbauend darauf der Rückschluss auf die verursachenden Beschichtungen möglich. Diese Quantifizierung schafft die notwendige Grundlage für eine objektive Bewertung der optischen Inhomogenität, die eine hohe Relevanz für eine datenbasierte Rezyklierbarkeitsbewertung hat. Die praktische Anwendbarkeit der entwickelten Methode für die Rezyklierbarkeitsbewertung wurde im Rahmen des Projekts demonstriert. Weiterhin wurde die Übertragbarkeit der Methode für die Bewertung technologischer Prozesse, z. B. Abtrennprozesse, untersucht und bewertet. Ein weiteres Ziel war die Entwicklung einer systematischen Datenablagestruktur als Grundlage für eine effiziente und widerspruchsfreie Speicherung der Analyseergebnisse.

Vorteile und Lösungen

Im Rahmen des durchgeführten Forschungsprojektes wurden für die Entwicklung des Algorithmus und die Demonstration der Anwendbarkeit der daraus abgeleiteten Messmethode folgende wissenschaftliche Ergebnisse erarbeitet:
– Systematische Untersuchung praxisrelevanter Beschichtungen in Abhängigkeit der verwendeten Materialien,
– Analyse des Einflusses der Probenpräparation auf die Erkennbarkeit der visuell störenden Verunreinigungen,
– Charakterisierung der entwickelten Methode in Bezug auf Reproduzierbarkeit und statistische Sicherheit,
– Evaluierung der Übertragbarkeit der entwickelten Messmethode auf weitere Anwendungsgebiete, z.B. zur Bewertung technologischer Prozesse,
– Validierung des Einflusses des Schwellwertverfahrens in dreidimensionalen Farbräumen auf die Objekterkennung und Klassifizierung von visuell störenden Verunreinigungen und
– Definition von Qualitätskriterien für die Bewertung der optischen Inhomogenität auf Basis der Analyse- und Klassifizierungsergebnisse.

Die im Rahmen des Projektes weiterentwickelten Algorithmen wurden zur Verbesserung der Erkennung visueller Verunreinigungen in das Bildanalyse-Modul „Visual Impurities“ des Digitalen Optischen Multispektralen Analysesystems (DOMASmultispec) implementiert. Mit diesem Modul wird ein Flachbettscanner EPSON Perfection V850Pro des DOMAS-Basissystems angesprochen, der dann im kombinierten Auf-/Durchlichtverfahren Bilddaten des zu untersuchenden Papierproduktes erstellt. Das Modul analysiert anschließend die Bilddaten und wertet diese automatisiert aus. Bilddateien und Analyseergebnisse werden in eine angebundene Datenbank zuverlässig abgelegt. Durch die verbesserte Charakterisierung der visuell störenden Verunreinigungen und der damit ermöglichten farbabhängigen Klassifizierung können quantitative Rückschlüsse auf deren Ursachen, wie Beschichtungsbestandteile, Druckfarben oder Lacke, erzielt werden.

Zielgruppe und Zielmarkt

Das Analysemodul „Visual Impurities“ stellt eine Weiterentwicklung der Analysesoftware „DOMASmultispec“ dar. Damit verbunden ist eine Objektivierung der Bewertung optischer Inhomogenitäten im Rahmen der Qualitätssicherung und Recyclingfähigkeit, sowie eine datengestützte Optimierung von Materialien und Prozessen.
Zielgruppen sind:
– Verarbeitendes Gewerbe – Papierfabriken, insbesondere für Verpackung: Reduzierung v. Reklamationen, Optimierung der Produktion (Senkung von Ausschuss und Vermeidung v. Maschinenstillstandzeiten durch erweiterte Qualitätssicherung der Fertigpapiere).
– Verarbeitendes Gewerbe-Hersteller chemischer Erzeugnisse u. Maschinenbau: Optimierung neuer Verarbeitungszusatzstoffe (Druckfarben, Lacke, Beschichtungen), Verarbeitungsverfahren u. -maschinen mit Bezug auf die Recyclingfähigkeit.
– Erbringung von wissenschaftlichen u. technischen Dienstleistungen – Forschungseinrichtungen u. Prüflabore: Einsatz des Messsystems u. Analysemoduls für Forschungsprojekte u. Materialprüfungen.

Sekundärer Endkundenmarkt: Die entwickelte Analysemethode ist auch für wirtschaftliche Dienstleistungen einsetzbar.
Zielgruppen sind:
– Verpackungsdesigner,
– Unternehmen der Papierherstellung und -verarbeitung,
– Hersteller von Zusatzstoffen sowie Druckereien und
– Inverkehrbringer und Markenartikler.

Die erarbeiteten, verbesserten Erkenntnisse zur Rezyklierbarkeitsbewertung sind zur Beratung von Entwicklern und Inverkehrbringern faserbasierter Verpackungen vorgesehen, die dadurch befähigt werden neue, faserbasierte Verpackungen so zu gestalten, dass deren Veredelungen keine negativen Auswirkungen bei der Rezyklierung auf die optische Qualität des Altpapiers und der daraus resultierenden Produkte haben. Ermöglichung einer datengetriebene Entwicklung und Optimierung der Verpackungsprodukte, wobei Ziel eine Maximierung der Verede-lungsbeschichtungen (z.B. für Werbe- oder Funktionszwecke) bei gleichzeitiger Minimierung der Lizenzkosten sein kann. Indirekt profitieren auch Entsorger und Verwerter von Altpapier.
Ergebnistransfer: Transfer der Projektergebnisse durch vielfältige Weiterbildungsangebote, Publikationen sowie Werbemaßnahmen über elektronische Medien, Veröffentlichungen in der Fachpresse u. aktive Gremienarbeit. Konkret geplant u. zum Großteil umgesetzt wurden hierbei folgende Transfermaßnahmen:
– Veröffentlichungen über die Online-Präsenz der PTS im Rahmen von Kurzberichten während der Projektlaufzeit und nach Projektabschluss,
– Symposien u. Fachseminare im Rahmen der PTS-Weiterbildungsveranstaltungen, wie das PTS-Seminar zum Thema „Auswahl und Bewertung von Altpapier“,
– Vorstellung der neuen Methodik in einem kundenorientierten Webinar der PTS (PTS Insight) in deutscher und englischer Sprache,
– Veröffentlichungen im Kundenmagazin der PTS „PTS-News“,
– Einbringung der entwickelten Messmethodik in Normungsgremien zur Standardisierung
– Kontinuierlicher Erfahrungsaustausch mit der Industrie über die projektrelevanten PTS-FuE-Foren.

Interne Effekte: Seit 2017 wurden ca. 60 DOMASmultispec Basissysteme, sowie ca. 60 „Schmutzpunkt“-Module verkauft. Stetiger Anstieg der verk. Module von 7 (2017) auf ca. 20 (2024). Das neu entwickelte Modul wird zusätzlich folgende qualitative Effekte bringen:
– Durch das Analysemodul „Visual Impurities“ wird der steigen-de Bedarf an Messsystemen für die Qualitätskontrolle abgedeckt, wobei die zusätzlichen Informationen bezüglich der Farbe der visuell störenden Verunreinigungen neue Möglichkeiten bei der Bewertung und Entwicklung von faserbasierten Produkten eröffnet.
– Das Modul „Visual Impurities“ erlaubt die Entwicklung v. datenbasierten Kriterien für die Bewertung der optischen Inhomogenität bei der Rezyklierbarkeitsbewertung. Damit wird Objekti-vierung der Bewertung u. eine Vergleichbarkeit der Ergebnisse unterschiedlicher Prüflabore möglich.
– Das Exportmodul „DESD“ bietet eine moderne Schnittstelle zur effizienten, dauerhaften u. widerspruchsfreien Speicherung anfallender Messdaten. Die entw. Systematik erlaubt einfache Zugriffe und standardisierte Reports.

Davon ausgehend wird angestrebt:
– Exportmodul „DESD“ wird an 50% der bereits verkauften DOMASmultispec Basissysteme als Upgrade verkauft (gleichmäßig verteilt über 5 Jahre).
– Analysemodul „Visual Impurities“ wird an 40% der Kunden, die bereits das „Schmutzpunkt“-Modul im Einsatz haben, zusätzlich verkauft (gleichmäßig verteilt über 5 Jahre).
– Neukunden für das DOMAS-Analysemodul „Visual Impurities“ müssen auch ein DOMAS-Basissystem mit Installation und Kalibrierung der Messtechnik erwerben. Die Verkaufszahlen werden nach den Bestrebungen zur Standardisierung der Methode an-steigen u. mit dem jetzigen Wachstum des „Schmutzpunkt“-Moduls vergleichbar sein.
– Erwerb 55% der Neukunden das Modulpaket II („Visual Impurities + DESD“) und 25% der Neukunden das Modulpaket I („Visual Impurities + Schmutzpunkte“). 20% seperater Erwerb beider Module.