DE102005007993B4

DE102005007993B4 - Verfahren zum Steuern eines Betriebsvorganges an einer drucktechnischen Maschine

Info

Publication number: DE102005007993B4
Application number: DE102005007993.8A
Authority: DE
Inventors: Dr. Müller Tobias
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2025-02-23
Also published as: DE102005007993A1

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Betriebvorganges an einer drucktechnischen Maschine, bei dem mit einer Bildaufnahmeeinrichtung (9) Positionssignale eines beweglichen Objektes (1) gewonnen werden, bei dem die Positionssignale verarbeitet werden, um den Betriebsvorgang wie gewünscht zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass in einer vorausgehenden Lernphase (10) das Objekt (1) im nicht bewegten Zustand und dessen Umgebung nacheinander von verschiedenen ortsfesten Lichtquellen (4, 5) aus verschiedenen Richtungen beleuchtet werden, wobei je Beleuchtungsszene mit der Bildaufnahmeeinrichtung (9) das Objekt (1) und dessen Umgebung wiedergebende Bildsignale gewonnen werden, wobei die Bildsignale verarbeitet werden und eine eindeutige Zuordnung zwischen Objektkanten (14, 15) und Objektschatten (13, 17) zu jeweils einer Lichtquelle (4, 5) bestimmt und abgespeichert wird, dass in einer Betriebsphase (11) das bewegte Objekt (1) und dessen Umgebung mit mehreren Lichtquellen (4, 5) gleichzeitig beleuchtet werden, wobei mit der Bildaufnahmeeinrichtung (9) das Objekt (1) und dessen Umgebung wiedergebende Bildsignale gewonnen werden, und dass aus den in der Lernphase (10) gespeicherten Daten und den in der Betriebphase laufend gewonnenen Bildsignalen die Position des Objektes (1) im Raum bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Betriebsvorganges an einer drucktechnischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung ermöglicht die Automatisierung einer papierverarbeitenden Maschine, wobei bestimmte Zustandsparameter, die in einer 3D-Szene vorliegen, mittels einer Kamera und Bildverarbeitung erfasst werden. Die Erfassung des Zustandsparameter kann visuell durch einen Maschinenbediener ausgeführt werden. Dabei hilft das visuelle System des Menschen mit seiner Fähigkeit einer räumlichen Wahrnehmung, insbesondere durch Stereosehen. Der Maschinenbediener kann mit seinem Kopf nacheinander verschiedene Positionen einnehmen, um sich einen umfassenden 3D-Eindruck zu verschaffen.
Zum Überwachen des Papierlaufs an einer Druckmaschine ist es aus DE 43 21 179 A1 bekannt, Kameras zu verwenden, die zweidimensional Bilddaten vom Druckbild und vom Bedruckstoff erzeugen. Anhand der Bilddaten kann die relative Lage von Teilbildern zueinander, die Lage eines Druckbildes zu den Bedruckstoffrändern und die Lage des Bedruckstoffes relativ zu Elementen einer Fördervorrichtung bestimmt werden.
Bei dem Verfahren zur Einstellung einer Druckmaschine nach DE 42 02 723 A1 wird die Ausführung von Verstellfunktionen in Abhängigkeit von Kamerasignalen vorgenommen. Die Kamerasignale beinhalten Informationen zum Vorhandensein und der Lage eines Maschinenelements.
In DE 103 01 636 A1 ist eine Anordnung zum Erkennen von Merkmalen eines Bogenstapels oder Bogens beschrieben, bei der mit einer Kamera und mit einer Bilddatenverarbeitungseinheit zwei Kanten eines Bogenstapels gleichzeitig erfasst werden.
Bei allen vorher genannten Verfahren wird stets eine Lichtquelle und eine Kamera verwendet, um zweidimensional Lage und Größe von Objekten zu bestimmen. Die Verarbeitung von 2D-Bildern ist wegen des geringen Informationsgehalts nur unzureichend.
Es ist weiterhin bekannt, unter Zuhilfenahme von Messkameras ein Objekt, wie ein Gebäude oder eine Landschaft, von mindestens zwei Standorten aufzunehmen. Aus den Bildkoordinaten können Punkt für Punkt 3D-Objektkoordinaten bestimmt werden. Bei fotogrammetrischer Aufnahme mit den Kameras können Informationen aus dem Schattenwurf des Objektes gewonnen und verarbeitet werden.
Bei dem Verfahren nach der DE 196 36 354 A1 wird durch die Verwendung stellbarer optischer Mittel für die Beleuchtung eines Objektes eine 3D-Vermessung ermöglicht. Mit einer ersten Strahlungsquelle wird ein Muster auf die zu vermessende Oberfläche projiziert. Wenn der Projektionswinkel unterschiedlich vom Aufnahmewinkel einer Kamera ist, dann kann aus der Abbildung des Musters auf einem Bildwandler eine 3D-Information errechnet werden. Mit der zweiten Strahlenquelle wird die Oberfläche alternierend vollständig ausgeleuchtet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Steuern eines Betriebsvorganges an einer drucktechnischen Maschine anzugeben, welches es mit geringem Aufwand und Kosten gestattet, mit nur einer Kamera Parameter einer 3D-Szene zu gewinnen, anhand deren die Betriebsvorgänge gesteuert werden.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, welches die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung wird zuerst eine 3D-Szene der Maschine im statischen Zustand nacheinander von verschiedenen Lichtquellen beleuchtet und das jeweils dazugehörige Bild mit einer Kamera aufgenommen. Die Lichtquellen werden vorteilhaft so gewählt, dass sie sich spektral und/oder in ihrer Richtcharakteristik deutlich unterscheiden und an verschiedenen Orten angeordnet sind. Die im Bild sichtbaren Kanten und Schatten eines zur 3D-Szene gehörenden Objektes werden eindeutig einer Lichtquelle und deren Position zugeordnet. In dieser Phase wird diese Zuordnung einem Bildverarbeitungssystem eingelernt.
Im nachfolgenden Betrieb der Maschine erfolgt bei bewegtem Objekt eine gleichzeitige Beleuchtung der Szene mit mehreren Lichtquellen und eine laufende Bildaufnahme mit der Kamera. Ein jetzt aufgenommenes Bild enthält die Überlagerung der zuvor eingelernten Parameter. Aufgrund der verschiedenen Schattenwürfe des Objektes in der Szene kann der reale Ort des Objektes errechnet werden.
Es können Lichtquellen mit farbigem Licht, mit nicht sichtbarem IR- oder UV-Licht und/oder Lichtquellen mit polarisiertem Licht verwendet werden. Weiterhin können aus der Art des Lichteinfalls zusätzliche selektive Informationen gewonnen werden. Insbesondere kann der Lichteinfall diffus, gerichtet, parallel oder strukturiert vorgesehen werden. Als Kamera wird eine mehrkanalige Kamera, wie eine RGB-Farbkamera, eine Farbkamera mit Sonderkanälen, insbesondere IR-Kanälen, und/oder eine Kamera mit Polarisationsfilter verwendet. Die Anordnung aus Lichtquellen und Kamera wird entsprechend der Szene und dem zu erkennenden Objekt vorgenommen.
Die Verfahrensschritte in der Lernphase können einmalig zur Installation des Systems durchgeführt werden oder auch zyklisch im laufenden Betrieb wiederholt werden, indem Referenzobjekte bekannter Größe und Anordnung verwendet werden.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, dass in nur einem Bild die gewünschte Information enthalten ist. Es wird nur eine Kamera benötigt, um 3D-Informationen zu einem Objekt zu gewinnen. Bei nur einer Bildaufnahme ist der Einsatz bei schnell bewegten Prozessen möglich.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
Es zeigen:
1: ein Schema einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens beim Bogentransport in einer Druckmaschine, und
2: ein Flussschema zur Durchführung des Verfahrens.
1 zeigt eine Szene beim Fördern eines Bogens 1 in einer Druckmaschine. Der Bogen 1 wird beim Drucken mit einer Fördervorrichtung berührungsfrei über einem Bogenleitblech 2 in Richtung 3 bewegt. Entlang des Förderweges sind über dem Bogen 1 zwei Lichtquellen 4, 5 angeordnet, deren Licht eine Bogenecke 6 und deren Umgebung ausleuchten. Die Lichtquellen 4, 5 sind fest an verschiedenen Orten angeordnet und erzeugen Lichtstrahlen 7, 8 verschiedener Wellenlänge. Zur Bildaufnahme der Szene ist eine Farbkamera 9 an einem Ort verschieden von den Lichtquellen 4, 5 fest angeordnet.
Anhand 2 soll nachstehend die Durchführung des Verfahrens beschrieben werden. Die Verfahrensschritte gliedern sich in eine Lernphase 10 und in eine Betriebsphase 11, welche in 2 jeweils gestrichelt umrandet sind.
In der Lernphase 10 wird ein Bogen 1 zum Einlernen über das Bogenleitblech 2 in eine Position gebracht, die einer im Betrieb der Druckmaschine gewünschten Position entspricht. Der unbewegte Bogen 1 wird in einem Schritt 12 an der Bogenecke 6 den Lichtstrahlen 7 der Lichtquelle 4 ausgesetzt. Auf dem unter dem Bogen 1 liegenden Bogenleitblech 2 entsteht ein Schatten 13 mit den Konturen der Bogenkanten 14, 15. In einem weiteren Schritt 16 wird mit der Farbkamera 9 ein Bild aufgenommen und in einem Schritt 17 das Bild des Schattens 13 als Referenz gespeichert. Danach wird in einem Schritt 18 die Lichtquelle 4 ausgeschaltet und die Lichtquelle 5 eingeschaltet. Die Lichtstrahlen 8 verursachen einen weiteren Schatten 19 der Bogenecke 6 auf dem Bogenleitblech 2. In einem nächsten Schritt 20 wird wieder mit der Farbkamera 9 ein Bild aufgenommen und in einem Schritt 21 das Bild des Schattens 19 als Referenz gespeichert. Damit ist die Lernphase 10 abgeschlossen.
In der Betriebsphase 11 werden Bogen 1 einzeln nacheinander über das Bogenleitblech 2 gefördert. In einem Schritt 22 wird jeweils während der Bewegung eines Bogens 1 die Bogenecke 6 mit beiden Lichtquellen 4, 5 ausgeleuchtet. Durch die Lichtstrahlen 7, 8 entstehen gleichzeitig die Schatten 13, 19. Zu einem vom Förderweg des Bogens 1 abgeleiteten Zeitpunkt wird mit der Farbkamera 9 in einem Schritt 23 eine Bildaufnahme vorgenommen. Anschließend wird in einem Schritt 24 aus dem Bild eine 3D-Information zur Lage des Bogens im Raum gewonnen und ausgewertet. Dabei werden die in den Schritten 17, 21 gespeicherten Schattenbilder als apriori Wissen verarbeitet. In einem nächsten Schritt 25 werden die 3D-Informationen auf Plausibilität überprüft. Wenn die Plausibilität gegeben ist, werden die 3D-Informationen benutzt, um einen Schritt 26 die Lage des Bogens 1 wie gewünscht zu beeinflussen. Das Fördern von Bogen 1 und die sugzessive Beleuchtung mit den Lichtquellen 4, 5 kann fortgesetzt werden, was im Flussschema durch die Rückführung 26 zum Schritt 22 symbolisiert ist. Wenn die 3D-Informationen nicht plausibel sind, dann werden sie nicht zur Steuerung eines Betriebsvorganges der Druckmaschine verwendet, sondern die 3D-Information muss von neuem über eine Lernphase 10 erzeugt werden, was durch die Rückführung 27 zum Schritt 12 symbolisiert ist.
Die Verwendung des Verfahrens beim Fördern von Bogen in einer Druckmaschine ist nur beispielhaft ausgeführt. Das Verfahren dient zum Steuern jeglicher Betriebsvorgänge anhand von 3D-Informationen, wie z. B. bei einer Bogenvereinzelung, Bogenzufuhr und Abfuhr oder einer Registersteuerung. Die Erfindung ist ebenso bei Bahn verarbeitenden Maschinen anwendbar.
Bezugszeichenliste

1: Bogen
2: Bogenleitblech
3: Richtung
4, 5: Lichtquelle
6: Bogenecke
7, 8: Lichtstrahl
9: Farbkamera
10: Lernphase
11: Betriebsphase
12: Schritt
13: Schatten
14, 15: Bogenkante
16–18: Schritt
19: Schatten
20–25: Schritt
26, 27: Rückführung

Claims

Verfahren zum Steuern eines Betriebvorganges an einer drucktechnischen Maschine, bei dem mit einer Bildaufnahmeeinrichtung (9) Positionssignale eines beweglichen Objektes (1) gewonnen werden, bei dem die Positionssignale verarbeitet werden, um den Betriebsvorgang wie gewünscht zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass in einer vorausgehenden Lernphase (10) das Objekt (1) im nicht bewegten Zustand und dessen Umgebung nacheinander von verschiedenen ortsfesten Lichtquellen (4, 5) aus verschiedenen Richtungen beleuchtet werden, wobei je Beleuchtungsszene mit der Bildaufnahmeeinrichtung (9) das Objekt (1) und dessen Umgebung wiedergebende Bildsignale gewonnen werden, wobei die Bildsignale verarbeitet werden und eine eindeutige Zuordnung zwischen Objektkanten (14, 15) und Objektschatten (13, 17) zu jeweils einer Lichtquelle (4, 5) bestimmt und abgespeichert wird, dass in einer Betriebsphase (11) das bewegte Objekt (1) und dessen Umgebung mit mehreren Lichtquellen (4, 5) gleichzeitig beleuchtet werden, wobei mit der Bildaufnahmeeinrichtung (9) das Objekt (1) und dessen Umgebung wiedergebende Bildsignale gewonnen werden, und dass aus den in der Lernphase (10) gespeicherten Daten und den in der Betriebphase laufend gewonnenen Bildsignalen die Position des Objektes (1) im Raum bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtquellen (4, 5) verwendet werden, die sich in der spektralen Ausstrahlung (7, 8) unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtquellen (4, 5) verwendet werden, die sich in den Eigenschaften der räumlichen Lichtausbreitung (7, 8) unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtquellen (4, 5) verwendet werden, die sich in der Polarisationsrichtung des ausgesendeten Lichts (7, 8) unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bildaufnahmeeinrichtung (9) mit spektraler Empfindlichkeit verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bildaufnahmeeinrichtung (9) mit Empfindlichkeit für Licht (7, 8) einer definierten Polarisationsrichtung verwendet wird.