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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erkennung
von Rakelstreifen an farbigen Druckbildern während des Rotationsdrucks.
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Bei
Druckverfahren, für
die beim Farbauftrag auf den Druckzylinder Rakel verwendet werden,
z.B. beim Tiefdruckverfahren, können
auf dem Druckbild unerwünschte
sehr feine Streifen entstehen, wenn das Rakelmesser beschädigt wurde
oder sich Farbrückstände, z.B.
kleine Farbklumpen o.ä.,
auf dem Rakelmesser festgesetzt haben. Wenn die Dicke und Intensität dieser
Rakelstreifen so groß wird,
dass sie als störend
empfunden werden, wird das gedruckte Produkt zur Makulatur. Das
Druckpersonal ist deshalb bemüht,
bereits beim Auftreten sehr feiner Rakelstreifen, die beim Betrachten
des gedruckten Produkts ohne optische Vergrößerungen kaum zu erkennen sind,
die Ursache für
die Entstehung der Rakelstreifen zu beheben, um Makulatur zu vermeiden.
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Aus
der
DE 195 28 519
A1 ist eine Vorrichtung bekannt, die kontrastarme streifenförmige Oberflächenfehler
mit großer
Genauigkeit erkennt. Allerdings wird dabei eine unbedruckter Bahn
vorausgesetzt, wie sie z.B. bei der Papierherstellung vorhanden
ist. In der
DE 40 27
002 A1 und in der
DE
103 61 936 werden Verfahren und Anordnungen angegeben,
die Druckbildabweichungen, deren Kontrast ausreichend groß gegenüber dem
fehlerfreien Druck sind und ausreichende Abmessungen aufweisen, während des
Rotationsdrucks erkennen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Rakelstreifen während des
Rotationsdrucks bereits mit geringen Breiten und bei geringem Kontrastunterschied
gegenüber
dem fehlerfreien Druck zu erkennen.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass eine Kamera mit einer Beleuchtungseinheit auf einer Traverse
verwendet wird und gemäß dem Hauptanspruch
1 des erfindungsgemäßen Verfahrens
die Kamera bewegt und die Bildinformation verarbeitet wird.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass Rakelstreifen bereits während
ihres Entstehens erkannt werden können, wenn ihre Intensität und ihre
Breite noch so gering sind, dass die Streifen kaum vom menschlichen Auge
auf dem Druckbild wahrgenommen werden, so dass der Druck noch nicht
als Makulatur ausgesondert werden muss. Das Druckpersonal kann die
Ursache der Streifenbildung dann beseitigen bevor die Streifen breiter
und in der Intensität
stärker
werden.
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Die
Erfindung verwendet eine Kamera (1), eine Beleuchtungseinheit
(2) und eine Traverse (3), auf der die Kamera
befestigt ist und zweckmäßigerweise
mit Hilfe eines Motors (5) über die Bahnbreite verfahren
werden kann. Weiterhin ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
eine Elektronikeinheit (4) notwendig, die mit Hilfe eines
Drehgebers (7), der Impulse liefert, die winkelsynchron zum
Druckzylinder sind, eine zum Druckzylinder winkelsynchrone digitale
Bilderfassung sowie eine Steuerung der Kameraposition und eine digitale
Bildverarbeitung ermöglicht.
Die Elektronikeinheit (4) steuert über die motorisierte Traverse
die Kamera auf vorgegebene Bildpositionen, bei denen eine repetierende Bilderfassung
durchgeführt
wird, wobei in einem ersten Verfahrensteil
- • Bildpositionen
(B1, B2, B3, ...) innerhalb von Bildspuren festgelegt werden, die
sich entlang der Bahnlaufrichtung ausdehnen,
- • eine
Bilderfassung an den Bildpositionen (B1, B2, B3, ...) erfolgt,
- • Bereiche
im erfassten Bild ermittelt werden, in denen die Farbe möglichst
homogen ist und keine Farbverläufe
und keine Kanten vorhanden sind,
- • Bereiche
jeweils ein Merkmal zugeordnet bekommen, das die Nichtverwendbarkeit
des Bereiches zur Erkennung von Rakelstreifen kennzeichnet, wenn
in diesem Bereich Kanten oder Farbverläufe auftreten oder wenn der
Intensitätsunterschied
in den Farbkanälen
zwischen der Druckfarbe vom Druckwerk, das den Rakelstreifen druckt und
der Farbe über
die ein Rakelstreifen gedruckt werden kann, unterhalb einer vorgegebenen Nachweisgrenze
liegt,
- • für jede Spalte
k des erfassten Bildes (Bi) die Intensitätswerte, die nicht in einem
Bereich liegen, der als nicht verwendbar für die Rakelstreifenerkennung
gekennzeichnet wurde, für
jeden Farbkanal in Bahnlaufrichtung aufsummiert werden und die Summe
SR(k) bilden,
- • für jede Bildposition
(Bi, i = 1, 2, 3, ...) jeweils ein Referenz-Merkmalsatz (RMi, i
= 1, 2, 3, ...) ermittelt wird, in dem die Bereiche mit dem Merkmal der
Verwendbarkeit zur Rakelstreifenerkennung und für jede Spalte die Summe SR(k)
zusammen mit der zugehörigen
Spaltennummer gespeichert werden,
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Die
Ermittlung der Bereiche, in denen die Farbe möglichst homogen ist, kann z.B.
mit Hilfe der Vorrichtung aus der
DE
103 61 936 erfolgen.
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Es
ist zweckmäßig, die
Bildspuren, die sich entlang der Bahnlaufrichtung ausdehnen, so
festzulegen, dass deren Breite etwas geringer als die Breite der
Kamerabilder ist, die an Positionen innerhalb der Bildspur erfasst
werden, und dass die Bildspuren sich lückenlos aneinander anschließen und
die gesamte Bahnbreite ausfüllen.
Der Mittelpunkt des erfassten Bildes wird in Bezug auf die Traversenrichtung
in die Mitte der Bildspur gelegt. Die Bildposition bezüglich der
Bahnlaufrichtung wird durch einen zum Druckzylinder winkelsynchron
arbeitenden Drehgeber in bekannter Weise bestimmt. Dieser Winkelwert
kann für jede
Bildposition gleich oder verschieden sein und wird durch die Elektronikeinheit
vorgegeben. Es ist weiterhin zweckmäßig, in der Elektronikeinheit
Bildpositionen festzulegen, die längs der Bildspur über den
Umfang des Druckzylinders für
die Erkennung von Rakelstreifen die besten Kontrastunterschiede ermöglichen.
Dies ist der Fall, wenn über
die gesamte erfasste Bildbreite in Bahnlaufrichtung Abschnitte ausreichender
Länge vorhanden
sind, die sich dadurch auszeichnen, dass ein ausreichender Kontrastunterschied
zwischen dem Hintergrund ohne Rakelstreifen und dem Rakelstreifen,
der dem Hintergrund überlagert
ist, gemessen werden kann. Bei einem weißen Hintergrund verursachen
alle farbigen und schwarzen bis grauen Rakelstreifen einen Kontrastunterschied.
Bei einem roten Hintergrund werden rote Rakelstreifen keinen Kontrastunterschied
zum Hintergrund aufweisen, wenn der Rakelstreifen und der Hintergrund
vom gleichen Druckwerk gedruckt werden. Das gleiche gilt für alle anderen
Farben, die dem Farbdruckwerk zugeführt werden. Bei Mischfarben,
die sich infolge des Rasterdrucks ergeben, sind die Intensitäten der
von der Kamera selektierten Farbkanäle, z.B. R, G, B, der gedruckten
Mischfarben mit den möglichen
Farben der Rakelstreifen, d.h. mit den Farben die den Druckwerken
zugeführt
werden, an den Orten zu vergleichen, an denen sich Rakelstreifen
mit dem Druckbild überlagern
können.
Die Empfindlichkeit der Kamera, d.h. das Signal/Rausch-Verhältnis, bestimmt
zusammen mit dem Messverfahren die Unterscheidbarkeit der Intensitäten in den
Farbkanälen
zwischen der Farbe des Druckwerks, das den Rakelstreifen verursacht
und der gedruckten Mischfarbe an der Stelle an der ein Rakelstreifen überwacht
werden soll.
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Um
eine hohe Empfindlichkeit in der späteren Rakelstreifenerkennung
ohne Fehlalarme (falsche Erkennung von Rakelfehlern) zu erreichen,
ist es zweckmäßig, eine
Belichtungseinheit mit hoher zeitlicher Konstanz der ausgestrahlten
Lichtintensität einzusetzen.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird eine weitere Erhöhung
der Empfindlichkeit bei gleichzeitiger Sicherung der Störsicherheit
noch dadurch erreicht, dass nach der Bilderfassung eine digitale
Korrektur der Helligkeit des erfassten Bildes erfolgt, indem während des
ersten Verfahrensteils für
jedes erfasste Bild aus dem gesamten Bildinhalt oder aus Teilen
daraus ein integraler Helligkeitswert berechnet und dem Referenz-Merkmalsatz
dieses Bildes hinzugefügt
wird. Bei der Bildaufnahme im zweiten Verfahrensteil wird für jedes
erfasste Bild ebenfalls ein integraler Helligkeitswert nach dem
gleichen Verfahren wie im ersten Verfahrensteil berechnet und an
jeder Bildposition (Bi, i = 1, 2, 3 ...) der Helligkeitswert des
im zweiten Verfahrensteil erfassten Bildes durch den Helligkeitswert
des im ersten Verfahrensteil erfassten Bildes dividiert.
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Anschließend werden
alle Pixel-Intensitäten in
jedem Farbkanal des im zweiten Verfahrensteil erfassten Bild mit
dem Ergebnis dieser Division multipliziert.
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Der
Farbvergleich ist zweckmäßigerweise über einen
Intensitätsvergleich
der von der Kamera erfassten RGB-Kanäle für jeden Kanal separat durchzuführen, er
kann jedoch auch in jedem anderen Farbraum, z.B. u, v, l, erfolgen.
Die Druckfarbe des Rakelstreifens wird dabei mit einem vorgegebenen
Prozentsatz entsprechend der zu erwartenden Deckung des Rakelstreifens
zum zuvor gedruckten Hintergrund berücksichtigt. Rakelstreifen,
die gemäß der Aufgabenstellung
gerade erst für
das menschliche Auge ohne optischen Hilfsmittel sichtbar werden, besitzen
eine Deckung von ca. 10 %. Wenn der Rakelstreifen über die
bereits gedruckte Information gedruckt wird, entsteht gegenüber der
zuvor gedruckten Information ein Kontrastunterschied, der sich pro Farbkanal
aus der Differenz zwischen der Intensität der zuvor gedruckten Information
und der Intensität der
den Rakelstreifen bildenden Druckfarbe ergibt, wobei diese Differenz
noch mit dem Faktor der Deckung zu multiplizieren ist. Bei 10 %
Deckung beträgt der
Faktor 0,1. Für
jeden Farbbereich, der im ersten Verfahrensteil ermittelt wurde,
wird ein möglicher Kontrastunterschied
für alle
Druckfarben nach der zuvor beschriebenen Vorschrift berechnet. Wenn
dieser Kontrastunterschied unterhalb einer vorgegebenen Nachweisempfindlichkeit
liegt, erhält
der Farbbereich ein Merkmal, das diesen Bereich als „nicht
geeignet für
die Rakelstreifenerkennung" kennzeichnet. Weiterhin
wird entlang jeder Spalte des digitalisierten Bildes die Intensität pro Farbkanal
unter der Bedingung aufsummiert, dass sich der Intensitätswert nicht in
einem Farbbereich mit dem Merkmal „nicht geeignet für die Rakelstreifenerkennung" befindet. Damit werden
die entlang einer Spalte und pro Kanal auftretenden Intensitäten von
der Summenbildung ausgeschlossen, wenn diese Intensitäten in Farbbereichen liegen,
die Kanten aufweisen oder deren Farbe der Farbe eines möglichen
Rakelstreifen zu ähnlich
ist. Die Positionen der Farbbereiche werden zusammen mit ihren Merkmalen
und den Summen der pro Spalte und Farbkanal addierten Intensitäten als
Referenz-Merkmalsatz gespeichert und den Kamerabildern zugeordnet,
die nach dem ersten Verfahrensschritt ermittelt wurden.
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Nachdem
für alle
Kamerabilder im ersten Verfahrensteil für jede Bildposition (Bi, i
= 1, 2, 3, ...) ein Referenz-Merkmalsatz (RMi, i = 1, 2, 3, ...)
erstellt wurde, erfolgt in einem zweiten Verfahrensteil die Überwachung
auf Rakelstreifen, wobei
- • nach Ermittlung der Referenz-Merkmalsätze für alle Bildpositionen
Bilderfassungen durchgeführt werden,
- • für jede Spalte
(k) des erfassten Bildes (Bi, i = 1, 2, 3, ...) die Intensitätswerte,
die nicht in einem Bereich liegen, der im zugehörigen Referenz-Merkmalsatz
(RMi, i = 1, 2, 3, ...) als nicht verwendbar für die Rakelstreifenerkennung
gekennzeichnet wurde, für
jeden Farbkanal in Bahnlaufrichtung aufsummiert werden und ein Vergleich
der so entstehenden Summe SM(k) mit der Summe SR(k) aus dem zugehörigen Referenz-Merkmalsatz (RMi,
i = 1, 2, 3 ...) durchgeführt
wird und beim Auftreten einer Abweichung oberhalb einer vorgegebenen
Toleranz ein Signal generiert wird, das für die Anzeige von erkannten
Rakelstreifen verwendet werden kann.
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Zweckmäßigerweise
wird der Vergleich durch eine Differenzbildung beider Summen pro Spalte
und Farbkanal durchgeführt.
Wenn der Betrag der Differenz einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet,
der durch die Nachweisempfindlichkeit bzw. durch das Signal/Rausch-Verhältnis bestimmt wird,
ist ein Rakelstreifen erkannt worden, der bei der Erfassung der
Bilder während
des ersten Verfahrensschritt noch nicht vorhanden war.
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Um
die Empfindlichkeit der Rakelstreifenerkennung maximal auszunutzen
und dennoch keinen Fehlalarm auszulösen, ist es zweckmäßig, an
der gleichen Bildposition zwei Bilderfassungen hintereinander durchzuführen und
die Ergebnisse der Rakelstreifenerkennung zu vergleichen. Wenn in
beiden Bildern ein Rakelstreifen an der gleichen Position erkannt
wurde, ist ein Rakelstreifen bereits bei der Referenzaufnahme vorhanden
gewesen. Da sich während
des Druckprozesses das Rakelmesser senkrecht zur Bahnlaufrichtung
kontinuierlich bewegt, muss der Rakelstreifen in zwei aufeinander
folgenden Bildern an unterschiedlichen Spaltenpositionen auftreten.
Wenn während
der Bilderfassung im ersten Verfahrensschritt bereits ein Rakelstreifen
vorhanden ist, entsteht beim späteren
Vergleich des Referenz-Merkmalsatzes mit dem Merkmalsatz des im zweiten
Verfahrensteil erfassten Bildes eine Abweichung mit umgekehrten
Vorzeichen gegenüber
dem Fall, dass im Referenz-Merkmalsatz kein Rakelstreifen vorhanden
war aber im aktuell erfassten Bild. Diese Abweichung wird jedoch
immer an der gleichen Spaltenposition stehen, da der Rakelstreifen
im Referenz-Merkmalsatz quasi eingefroren wurde, während der
aktuell gedruckte Rakelstreifen seine Spaltenposition auf Grund
seiner quer zur Bahn durchgeführten
Bewegung wechselt. Da zwischen den Bildaufnahmen auf Grund der Synchronisierung
zum Druckzylinder mindestens die Zeit für ein Druckzylinderumlauf vergeht,
hat sich das Rakelmesser weiter bewegt und der Rakelsteifen entsteht
bei der nächsten
Bildaufnahme etwas versetzt in der Spaltenposition. Innerhalb eines
Bildes entsteht durch die Bewegung des Rakelmessers ggf. ein etwas
schräg
verlaufender Streifen. Die Neigung dieses Streifens ist jedoch im
praktischen Einsatz so gering, das sie innerhalb der Spaltenauflösung des
erfassten Bildes liegt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Vorzeichen und
die Spaltenpositionen der im zweiten Verfahrensteil ermittelten
Abweichungen für
die Aussage ausgewertet, inwieweit der erkannte Rakelstreifen bereits während des
ersten Verfahrensteils vorhanden war. Wenn während des zweiten Verfahrensteils nach
der zweiten Rakelstreifenerkennung an der gleichen Bildposition
innerhalb einer vorgegebenen Toleranz die gleiche Abweichung an
der gleichen Spaltenposition im Bild auftritt, wird das Signal „Rakelstreifen
bereits während
der Referenzaufnahme vorhanden" ausgegeben.
Das Vorzeichen dieser Abweichung ist dann auch entgegengesetzt zum
Vorzeichen der Abweichung, die auftritt, wenn Rakelstreifen erst
während
des zweiten Verfahrensteils entstehen. Dies kann zusätzlich ausgenutzt
werden, um im Referenz-Merkmalsatz „eingefrorene" Rakelstreifen von
aktuell gedruckten zu unterscheiden.
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Um
zu vermeiden, dass neben den Rakelstreifen auch andere Druckbildabweichungen
zur Anzeige von Rakelstreifen führen,
ist es weiterhin vorteilhaft, vor dem Vergleich des Referenz-Merkmalsatzes
mit dem Merkmalsatz des aktuell erfassten Kamerabildes eine Fehlererkennung
auf allgemeine Druckbildabweichungen ohne Rakelstreifen, wie z.B. Fehlstellen,
Farbspritzer, Verschmierungen, Farbabweichungen, Registerfehler,
Papierverunreinigungen u.a., durchzuführen. Dazu kann z.B. die Vorrichtung nach
der
DE 103 61 936 verwendet
werden. Die Bereiche in den erfassten Bildern, die Druckbildabweichungen
ohne Rakelstreifen aufweisen, werden dann von der erfindungsgemäßen Rakelstreifenerkennung ausgeschlossen.
Damit das Druckpersonal den vom erfindungsgemäßen Verfahren erkannten Rakelstreifen
auf dem gedruckten Produkt ohne manuelles Suchen schnell findet,
wird in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens die Bildposition,
bei der ein Rakelstreifen erkannt wurde, und das erfasste Bild mit dem
Rakelsteifen auf einem Monitor zur Anzeige gebracht. Zur Parametereingabe,
wie z.B. für
die Eingabe der Nachweisempfindlichkeit oder für die Vorauswahl der Bildpositionen
(Bi, i = 1, 2, 3, ...), können Eingabegeräte verwendet
werden, wie sie in der Automatisierungstechnik bekannt sind. Als
vorteilhaft erweist sich z.B. die Verwendung eines Touchscreens.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen (1 und 2)
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
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1 zeigt
eine Anordnung der Erfindung.
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2 zeigt
mögliche
Bildpositionen.
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Wie
in 1 dargestellt, sind eine Kamera (1) und
eine Beleuchtungseinheit (2) auf einer Traverse (3)
mit Motor (5) montiert. Eine Elektronikeinheit (4)
ist mit der Kamera (1), dem Motor (5) und dem Drehgeber
(7) verbunden und steuert den Motor (5) und den
Belichtungszeitpunkt der Kamera (1) so, dass die Kamera über die
Bahn (6) bewegt wird und dabei Bilder an den Positionen
(Bi i = 1, 2, 3, ...) erfasst. In 2 sind 8
Bildpositionen (i = 8) eingezeichnet. Zur winkelsynchronen Bilderfassung
wird ein Drehgeber (7) verwendet, der pro Umlauf des Druckzylinders
eine konstante Zahl von Impulsen, z.B. 1000, generiert, wobei nach
jedem Umlauf des Druckzylinders der erste Drehgeberimpuls wieder
zur gleichen Winkelstellung des Druckzylinders wie beim vorherigen
Umlauf erzeugt wird. Dazu ist der Signalausgang des Drehgebers (7)
mit der Elektronikeinheit (4) verbunden.
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In
2 sind
mögliche
Positionen der Bilder (B1 bis B8) auf einem Abschnitt (
8)
der Bahn (
6) dargestellt. Dieser Abschnitt wiederholt sich
bei jedem Umlauf des Druckzylinders. Entsprechend wiederholen sich
beim Rotationsruck auch die Bildpositionen, an denen die Bilderfassung
und die Rakelstreifenerkennung erfolgt, mit jedem Umlauf des Druckzylinders.
Gemäß des ersten
Verfahrensteils werden mit Hilfe der Elektronikeinheit (
4)
in den Bildern (B1 bis B8) homogene Farbflächen z.B. nach dem Verfahren aus
der
DE 103 61 936 bestimmt
und für
jedes Bild (B1 bis B8) ein Merkmalsatz angelegt. Dieser Merkmalsatz
dient als Referenz für
die anschließende
Erkennung der Rakelstreifen gemäß des zweiten
Verfahrensteils. Die Kamera wird dabei zu den Bildpositionen (B1)
bis (B8) bewegt und an jeder Position erfolgt ein Vergleich des
Referenz-Merkmalsatzes mit dem aktuell bestimmten Merkmalsatz. Nach
Erreichen der Bildposition (B8) beginnt der Ablauf wieder mit der
Position (B1) Auf diese Weise führt
die Kamera (
1) einen repetierenden Scan von 8 Bildern (B1) bis
(B8) durch, wobei an jeder Bildposition die Rakelstreifenerkennung
erfolgt.