AT412513B - Qualtitätskontrollsystem und authentizitätsnachweissystem für bedruckte und/oder geprägte bahnförmige materialien - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Qualitätskontrollsystem für bedruckte und/oder geprägte bahnförmige Materialien, das aus mehreren Komponenten besteht und das es ermöglicht, verschiedene unter- schiedliche Parameter, Strukturen bzw. Eigenschaften der bedruckten und/oder geprägten Materi- albahn zu erfassen und auszuwerten. 



   Insbesondere bei der Herstellung bedruckter und/oder strukturierter bahnförmiger Materialien, die beispielsweise als Sicherheitselemente oder in der Elektro- und Elektronikindustrie Verwen- dung finden sollen, ist eine hohe Präzision der aufgedruckten Merkmale erforderlich. Das erfordert eine exakte Kontrolle der einzelnen Merkmale um auch bei mehrschichtigen Aufbauten, die einzel- nen Merkmale mit verschiedenen Eigenschaften exakt zu kontrollieren. Ferner sollte eine Kontrolle möglichst während des Produktionsprozesses erfolgen um etwaige Abweichungen oder Über- schreitungen der vorgegebenen Toleranzen sofort zu erkennen und gegebenenfalls Anpassungen im Produktionsprozess vornehmen zu können und so fehlerhaft produziertes Material zu minimie- ren und zu kennzeichnen. Ferner sollen Fehler im Rohmaterial, d. h. beispielsweise im Trägersub- strat erkannt werden. 



   In der DE 29 45 651 ist ein Verfahren zur Prüfung von blattähnlichen Gegenständen, das auch bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Transportbandes auf dem die blattähnlichen Gegenstände abgelegt sind, durchführbar ist. Insbesondere kann durch dieses Verfahren erkannt werden, ob tatsächlich ein zu prüfender Gegenstand an der Prüfstation vorbeigeführt wird oder nicht, wodurch Falschmeldungen über fehlerhafte blattähnliche Gegenstände vermeiden werden, die vor allem dadurch verursacht werden, dass die Geschwindigkeit des Transportbandes nicht mit dem Zeitpunkt des Prüfvorgangs übereinstimmt. 



   Aus der WO 00/46758 ist ein Verfahrung zur Trennung von alten und neuen Banknoten, zur Bestimmung ihres Wertes, wobei von jeder Seite der Banknote vollständige Bilder detektiert und erzeugt werden. 



   Auch hier wird nur blattförmiges Gut, nicht aber eine kontinuierliche Materialbahn während des Produktionsprozesses geprüft. 



   Aus der WO 01/14235 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Wertpapie- ren bekannt, wobei ein Bogen, der mit einer Vielzahl von Nutzen (vermutlich Banknoten oder anderweitig teilbaren Wertdokumenten) bedruckt ist, vorerst in entsprechende Streifen geschnitten wird und anschliessend die einzelnen Streifen einer Qualitätskontrolle zugeführt werden, wobei hier nicht einmal die jeweiligen Merkmale, die kontrolliert werden sollen, angeführt sind. 



   Aus der US 5,255,907 ist eine Vorrichtung zur Prüfung von Banknoten beschrieben, wobei wie- derum   blattförmige   Prüfobjekte in eine für die Prüfung geeignete Position gebracht werden. 



   Aufgrund der hohen Geschwindigkeiten der Produktionsprozesse, der erforderlichen hohen Messgenauigkeiten und der oft nur geringfügigen erlaubten Toleranzen sind solche Qualitätskon- trollsysteme bisher nicht mit der geforderten Präzision realisiert worden. Die Prüfung des Materials erfolgt nach der Produktion, was oft zu hohen Anteilen an fehlerhafter Ware führt, da die Erken- nung der Abweichungen erst sehr spät und ausserdem nur unvollständig erfolgt, da bei den übli- chen Verfahren nur stichprobenartig kontrolliert wird und die Kontrollen im Vergleich zur Gesamt- druckmenge nur einen sehr geringen Teil des gedruckten Materials überprüfen können. Zudem ist es bisher nicht möglich gewesen, während des Produktionsprozesses verschiedene Merkmale und Eigenschaften neben oder hintereinander zu prüfen. 



   Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Qualitätskontrollsystem bereitzustellen, dass es er- laubt während des Produktionsprozesses unterschiedliche Merkmale geprägte und/oder struktu- rierte Merkmale oder Dimensionen zu erkennen und auszuwerten um rechtzeitig entsprechende Korrekturen und/oder Anpassungen im Fertigungsprozess durchführen zu können. 



   Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Inline -Qualitätsprüfung und zum Authentizitätsnachweis von geprägten und/oder bedruckten Materialbahnen, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Prüfung von strukturierten bzw. geprägten Merkmalen mittels Laserbeugung erfolgt, wobei, das geprägte Merkmal der Materialbahn mittels eines Laserstrahls in einem definier- ten Winkel durchstrahlt wird, das dabei transmittierte oder reflektierte Beugungsbild digitalisiert wird und mittels einer geeigneten Bildverarbeitungssoftware ausgewertet wird. 



   Die dazu benötigte Vorrichtung wird unmittelbar nach dem entsprechenden Verfahrensschritt, dessen Ergebnis zu überprüfen ist, montiert. 



   Die Vorrichtung zur Qualitätsprüfung strukturierter bzw. geprägter Merkmale, dient insbesonde- 

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 re zur Prüfung von Beugungsstrukturen wie Hologrammen und dergleichen. 



   Dabei basiert das Messprinzip auf der Beugung von Licht an einem Gitter. Dazu werden Test- felder, die aus einer grossen Anzahl dicht aneinander geprägter Linien bestehen, auf eine Material- bahn aufgebracht. Diese Felder werden von einem Laserstrahl beleuchtet und je nach Substrat das entstehende reflektierte oder transmittierte Beugungsbild auf einen Schirm projeziert und mit einer Kamera aufgezeichnet. Aus dem Verhältnis zwischen der Helligkeit des Hauptmaximums und der Helligkeit der Nebenmaxima 1.Ordnung wird die Qualität der Prägung bzw. Strukturierung beurteilt. 



  Die Testfelder bestehen je nach eingesetztem Laser aus Linienmustern mit 900 - 1800 parallelen Linien/mm. Bei Verwendung eines roten Lasers werden beispielsweise 1200 - 1400 parallele Linien/mm, vorzugsweise 1300 etwa parallele Linien/mm verwendet. 



   Zur   Durchführung   des Verfahrens wird beispielsweise die geprägte Folie mitteis eines Laser- strahls, beispielsweise eine Halbleiterlasers durchstrahlt. Das transmittierte Licht fällt auf eine Milchglasscheibe, auf der das Beugungsbild sichtbar wird. Hinter dieser Milchglasscheibe befindet sich eine CCD Kamera, vorzugsweise mit einem Rotfilter. die dieses Beugungsbild   aufzeichnet   und digitalisiert. Das aufgezeichnete digitalisierte Bild wird zu einer Framegrabberkarte weitergeleitet. 



  Ein Computersystem wertet anschliessend das Bild mittels einer geeigneten Bildverarbeitungssoft- ware aus. 



   Bei der Auswertung des transmittierten Beugungsbildes kann der Winkel in dem der Laser- strahl auf das strukturierte bzw. geprägte Material auftrifft bzw. das geprägte Material durchdringt, variiert werden. 



   Geeignet sind Winkel von 60 bis 120  relativ zur Ebene der Folie. Die Detektionseinrichtung muss jeweils in einem entsprechenden Winkel angeordnet sein um das Beugungsbild präzise und vollständig erfassen zu können. Bei einem Auftrittswinkel von 90  ist die Detektionseinrichtung daher vorzugsweise unter der Folie in einem 90  +/- 15  Winkelbereich zur Durchlaufrichtung der Folie angeordnet. 



   Bei der Detektion und Auswertung eines reflektierten Beugungsbildes trifft der Laserstrahl vor- zugsweise in einem Winkel von 60 bis 120  auf das Material auf, die Detektionseinrichtung ist dann die Richtung des reflektierten Strahls mit einem kegelförmigen Raumwinkelbereich von +/- 15 . 



   Der Laserstrahl ist vorzugsweise ein Halbleiterlaser. Die Wellenlänge des Laserstrahls kann variabel sein. Vorzugsweise beträgt die Wellenlänge des Laserstrahls 670 nm. 



   Wellenlänge und Leistung des Laserstrahls werden so gewählt, dass das zu untersuchende Trägersubstrat durch die Einwirkung des Laserstrahls nicht beschädigt oder zerstört wird. Der Laserstrahl kann vorzugsweise eine Leistung von 1 uW - 10 mW, vorzugsweise 2 uW - 1 mW, besonders bevorzugt 3 - 20  W aufweisen. 



   Der Laser und die Kamera sind auf einer Linearachse montiert, die quer zur Materialbahn be- wegt werden kann. Um den richtigen Aufnahmezeitpunkt zu bestimmen, werden Triggerfelder verwendet, wobei durch schrittweises Verzögern der Bildaufnahme das Druckbild in Längsrichtung gescannt wird und jene Position gesucht wird, auf der sich ein Testbild befindet. Damit ist der Start des Druckbildes festgelegt und ausgehend von dieser Position können alle anderen Testfelder lokalisiert werden. 



   Zur Sicherstellung einer exakten Aufzeichnung und Auswertung des Beugungsbildes weist die CCD-Kamera eine Auflösung auf die in Relation zum Testfeld variabel ist, vorzugsweise von min- destens 640 x 480 Pixel, vorzugsweise beispielsweise mindestens 768 x 582 Pixel, wobei auch höhere Auflösungen verwendet werden können. Allgemein sind höhere Auflösungen insbesondere bei geforderter höherer Präzision der Auswertung vorteilhaft. 



   Die Shutterzeit beträgt in Abhängigkeit von der Bahngeschwindigkeit des zu prüfenden Materi- als maximal etwa 5 ms, vorzugsweise etwa 1 ms oder bei hohen Bahngeschwindigkeiten auch weniger. 



   Die Seitenlänge der Testfelder kann vorzugsweise 1 - 10 mm betragen, vorzugsweise 4 - 6 mm. Vorzugsweise sind die Testfelder viereckig, besonders bevorzugt quadratisch. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können geprägte Strukturen bei einer Materialbahndurchlaufge- schwindigkeit in Abhängigkeit von der einstellbaren Shutterzeit von bis zu 100 m/min und höher vermessen werden. 



   In Fig. 1 ist eine entsprechende Vorrichtung zur Prüfung geprägter bzw. strukturierter Merkma- le für ein transmittiertes Beugungsbild dargestellt, in Fig. 2 eine entsprechende Vorrichtung für ein 

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 transmittiertes oder reflektiertes Beugungsbild. In den Figuren bedeuten 1 den Laser, 2 den Laser- strahl, 3 das zu prüfende Material, 4 das transmittierte Beugungsbild, 4a das reflektierte Beu- gungsbild, 5 die Kamera zur Aufnahme des Beugungsbildes und 6 die Auswerteeinheit. 



   PATENTANSPRÜCHE: 
1. Verfahren zur Inline -Qualitätsprüfung und zum Authentizitätsnachweis von geprägten und/oder bedruckten Materialbahnen, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung von strukturierten bzw. geprägten Merkmalen mittels Laserbeugung erfolgt, wobei, das gepräg- te Merkmal der Materialbahn mittels eines Laserstrahls in einem definierten Winkel durch- strahlt wird, das dabei transmittierte oder reflektierte Beugungsbild digitalisiert wird und mittels einer geeigneten Bildverarbeitungssoftware ausgewertet wird.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel, mit dem der La- serstrahl auf das Merkmal auftrifft bei Auswertung des transmittierten oder reflektierten Beugungsbildes 60 -1200 relativ zur Ebene der Folie beträgt.

   3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser- strahl eine Leistung von 1 W bis 10 mW aufweist.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die exakte Aufzeichnung und Auswertung des Beugungsbildes mittels einer CCD Kamera erfolgt.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Quali- tätskontrolle bzw. der Authentizitätsnachweis der geprüften Parameter bei Bahngeschwin- digkeiten von bis zu 100m/min und mehr erfolgt.