DE102017220361B4 - Verfahren und Testmuster zur Detektion und Kompensation ausgefallener Druckdüsen in einer Inkjet-Druckmaschine - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Detektion und Kompensation von ausgefallenen Druckdüsen in einer Inkjet-Druckmaschine (7) durch einen Rechner (6), die folgenden Schritte umfassend:• Drucken eines aktuellen Druckbildes (8, 15)• Aufnahme des gedruckten Druckbildes (8, 15) durch einen Bildsensor und Digitalisierung des aufgenommenen Druckbildes (8, 15) durch den Rechner (6)• Addieren von digitalisierten Farbwerten des aufgenommenen Druckbildes (8) jeder Spalte über die gesamte Druckbildhöhe und dividieren der aufsummierten Farbwerte durch die Anzahl der Spaltenpixel zum Erhalt eines Spaltenprofils (10, 10')• Subtrahieren eines optimierten Spaltenprofils ohne ausgefallene Druckdüsen vom Original-Spaltenprofil (10, 10') zu einem Differenz-Spaltenprofil (12, 12`)• Setzen einer Schwelle für Maximalwerte, deren Überschreiten eine ausgefallene Druckdüse definiert• Anwenden dieser Schwelle für Maximalwerte auf das Differenz-Spaltenprofil (12, 12`), wodurch im resultierenden Spaltenprofil (13) jedes Maximum eine ausgefallene Druckdüse markiert• Kompensation der markierten Druckdüsen im anschließenden Druckprozess dadurch gekennzeichnet• dass das optimierte Spaltenprofil ohne ausgefallene Druckdüsen durch ein vorab erzeugtes Spaltenprofil (14) eines fehlerfreien Referenzbildes desselben Druckbildes (8, 15) erzeugt wird, und• dass vom Rechner das Vorstufenbild analysiert wird um Bildbereiche (15) zu ermitteln, die optimal mit jeweils zu untersuchenden Prozessfarben bedeckt sind und das Spaltenprofil (10, 10') nur für diesen Bereich erstellt wird und die Subtraktion des vorab erzeugten Spaltenprofils des fehlerfreien Referenzbildes nur in den ermittelten Bildbereichen (15) geschieht.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion und Kompensation von ausgefallenen Druckdüsen in einer Inkjet-Druckmaschine mittels eines Rechners.
• Die Erfindung liegt im technischen Bereich des Digitaldrucks.
• Im Bereich des Digitaldrucks gibt es verschiedene technische Ansätze zur Realisierung. Einer der verbreitetsten Ansätze ist der sogenannte Inkjetdruck. Die entsprechenden Inkjet-Druckmaschinen besitzen einen oder mehrere Druckköpfe, welche wiederum über eine Vielzahl einzelner Druckdüsen verfügen, über welche die eingesetzte Tinte auf das verwendete Drucksubstrat aufgebracht wird. Jeder Druckkopf verwendet dabei üblicherweise Tinten einer bestimmten Druckfarbe. Ein verbreitetes Problem bei dieser Art von Technik ist es, dass einzelne Druckdüsen ausfallen können oder nur noch teilweise funktionieren. Dies kann zum Beispiel durch eine Verstopfung der einzelnen Druckdüsen passieren, wodurch dann diese Druckdüse nur noch einen Teil der eigentlich vorgesehenen Tinte abgeben kann, diesen Teil zudem in einer unerwünschten Richtung oder im Extremfall gar keine Tinte mehr abgibt. Da eine Reinigung dieser Verstopfungen extrem aufwändig ist und zudem ein Ausfall einer einzelnen Druckdüse auch nicht immer durch eine Verstopfung verursacht werden muss, ist es zwangsläufig erforderlich, ausgefallene Druckdüsen, sogenannte missing nozzles, zum einen zu erkennen und zum anderen mit möglichst geringem Aufwand derart zu kompensieren, dass die zu erreichende Druckqualität möglichst wenig beeinflusst wird.
• Zum Erkennen von missing nozzles gibt es im Stand der Technik wiederum verschiedenste Ansätze. Der gebräuchlichste Ansatz ist sicherlich das Drucken sogenannter Düsentestmuster, durch deren möglichst automatisierte Auswertung missing nozzles zielsicher erkannt und hinsichtlich ihrer Position im Druckkopf lokalisiert werden können.
• Dies geschieht in der Regel mit Inline-Digitalkameras, die direkt hinter den Druckköpfen das gedruckte Bild in der Maschine als RGB-Bild aufnehmen und dieses analysieren, um die Fehlstellen zu finden. Hierbei ergeben sich hauptsächlich 3 Schwierigkeiten für die Erkennung der missing nozzles:
1. 1. Die hohe Auflösung im hochwertigen Digitaldruck mit 1200 dpi und größer kann mit Inline-Kameras nicht, bzw. nur mit immensen Kosten, nachgebildet werden
2. 2. Die abbildende Kameraoptik hat sowohl globale als auch lokale Abweichungen von der exakten Abbildungsgeometrie und deren Maßstab
3. 3. Die (4 - 7) Farben werden im reellen Bild übereinander gedruckt
• Dies führt zu 2 Problemen:
• Alle 3 Punkte führen dazu, dass die missing nozzles im RGB-Bild der Kamera mit deutlich reduziertem Kontrast dargestellt werden und somit im Bild- und Kamerarauschen untergehen können. Die eindeutige Zuordnung zwischen Kamera-Pixel und Druck-Nozzle ist zudem sehr schwierig.
• Aus diesen beiden Gründen wird heute im Stand der Technik auf spezielle Düsentestmuster zurückgegriffen, bei denen in einer horizontalen Zeile periodisch vertikal gedruckte gleichabständige Linien gedruckt werden. Dabei wird in dieser horizontalen Zeile nur jede x-te, zum Beispiel jede zehnte Druckdüse, für den Druck einer solchen vertikalen Linie eingesetzt. Druckt nun zum Beispiel in einer horizontalen Zeile jede zehnte Druckdüse, beginnend mit der ersten Druckdüse, weiter mit der Elften usw., so muss das gesamte Düsentestmuster logischerweise zehn horizontale Zeilen umfassen, um sämtliche vorhandenen Druckdüsen des Druckkopfes zu erfassen. In jeder folgenden horizontalen Zeile wird dann jeweils die nächstliegende Druckdüse, in diesem Fall die Zweite, Zwölfte usw, die vertikale Linie abbilden. Man erhält so ein Druckdüsentestmuster bestehend aus zum Beispiel zehn horizontalen Zeilen, in welchen jede Druckdüse des Druckkopfes mindestens eine vertikale Linie gedruckt hat. Durch Aufnahme dieses Druckdüsentestmusters mittels einer Kamera und Auswertung der einzelnen vertikalen Linien lassen sich dann ausgefallene oder nur teilweise ausgefallene, beziehungsweise schräg spritzende, Druckdüsen zielsicher auch mit geringerer Kameraauflösung erkennen und lokalisieren.
• Die Nachteile sind allerdings, dass bereits kleine Abweichungen der Druckdüsenpositionierung, im Mikrometer-Bereich, in Volltönen zu Fehlern führen können, die unter der Auswertungsgrenze dieser Methode liegen. Außerdem führt eine Auswertung mit geringen Toleranzen - die wiederrum notwendig ist um die erwähnten geringen Abweichungen zu erfassen - zu Falsch-Positiv Meldungen korrekter Nozzle, was unnötige Korrekturen veranlasst, den Korrekturprozess deutlich erschwert und sich im Druckbild negativ auswirkt.
• Die US2012/0050377A1 offenbart bereits ein gattungsgemäßes Verfahren zur Detektion und Kompensation von ausgefallenen Druckdüsen in einer Inkjet-Druckmaschine durch einen Rechner.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine weitere Möglichkeit missing nozzles zu detektieren und mit diesem Wissen zu kompensieren vorzustellen, welche die bekannten Methoden ergänzen oder ersetzen kann und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht aufweist.
• Die Lösung dieser Aufgabe stellt ein Verfahren zur Detektion und Kompensation von ausgefallenen Druckdüsen in einer Inkjet-Druckmaschine durch einen Rechner dar, welches das Drucken eines aktuellen Druckbildes, die Aufnahme des gedruckten Druckbildes durch einen Bildsensor und Digitalisierung des aufgenommenen Druckbildes durch den Rechner, das Addieren von digitalisierten Farbwerten des aufgenommenen Druckbildes jeder Spalte über die gesamte Druckbildhöhe und dividieren der aufsummierten Farbwerte durch die Anzahl der Pixel zum Erhalt eines Spaltenprofils, das Subtrahieren eines vorab erzeugten Spaltenprofils eines fehlerfreien Referenzbildes desselben Druckbildes vom Original-Spaltenprofil zu einem Differenz-Spaltenprofil, das Setzen einer Schwelle für Maximalwerte deren Überschreiten eine ausgefallene Druckdüse definiert, das Anwenden dieser Schwelle für Maximalwerte auf das Differenz-Spaltenprofil, wodurch im resultierenden Spaltenprofil jedes Maximum eine ausgefallene Druckdüse markiert und die Kompensation der markierten Druckdüsen im anschließenden Druckprozess umfasst und sich dadurch auszeichnet, dass das optimierte Spaltenprofil ohne ausgefallene Druckdüsen durch ein vorab erzeugtes Spaltenprofil eines fehlerfreien Referenzbildes desselben Druckbildes erzeugt wird, und dass vom Rechner das Vorstufenbild analysiert wird um Bildbereiche zu ermitteln, die optimal mit jeweils zu untersuchenden Prozessfarben bedeckt sind und das Spaltenprofil nur für diesen Bereich erstellt wird und die Subtraktion des vorab erzeugten Spaltenprofils des fehlerfreien Referenzbildes nur in den ermittelten Bildbereichen geschieht. Für dieses Verfahren werden über die gesamte Druckbildbreite die Spaltendurchschnittswerte für die Farbwerte des redigitalisierten Bildes der Digitalkamera erzeugt. Dabei wird effektiv das gesamte Bild oder ein Teilbild auf eine einzige Bildzeile pro Farbkanal, das Spaltendurchschnittsprofil, reduziert. Dies führt dazu, dass sich an den Positionen der ausgefallenen Druckdüsen, wo ja die entsprechenden Farbwerte fehlen, im Spaltendurchschnittsprofil Spikes herausbilden, die sich deutlich von den benachbarten Farbwerten in der verbleibenden Bildzeile abheben. Auf diesen Farbwertverlauf im Spaltendurchschnittsprofil wird dann ein Medianfilter angewandt. Damit werden sämtlich Spikes und auch das sonstige Bildrauschen ausgefiltert. Diese median gefilterte Kurve ohne Spikes und Rauschen wird dann vom originalen Spaltendurchschnittsprofil subtrahiert. Dadurch erhält man ein resultierendes Profil, welches nur noch die Spikes und das Rauschen enthält. Die eigentlichen Farbwerte, die hinsichtlich der missing nozzles im Spaltendurchschnittsprofil nur einen unnötigen Offsetwert darstellen, werden somit entfernt. Als nächstes wird ein Schwellwert gesetzt, dessen Überschreiten eine missing nozzle definiert. Alle Werte unterhalb dieser Schwelle, welche üblicherweise das normale Bildrauschen verkörpern, werden dadurch ausgefiltert. Je höher diese Schwelle ist, desto unempfindlicher ist die missing nozzle-Detektion. Je niedriger sie ist, desto empfindlicher ist sie, desto höher ist jedoch auch das Risiko, einen Falsch-Positiv-Fehler zu erhalten und Bildrauschen für missing nozzles zu erklären. Im verbleibenden Spaltendurchschnittsprofil markiert nun jeder Spike über die vorhandene Druckbildbreite eine missing nozzle. Mit diesem Wissen kann nun die Kompensation der missing nozzles gemäß einem aus dem Stand der Technik bekannten Kompensationsverfahrens durchgeführt werden. Ein bevorzugtes Kompensationsverfahren ist dabei die Kompensation der missing nozzles durch noch funktionierende benachbarte Druckdüsen.
• Vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung mit den zugehörigen Zeichnungen.
• Eine bevorzugte Weiterbildung ist dabei, dass das aktuelle Druckbild nur mit einer der verwendeten Prozessfarben gedruckt wird und aus dem digitalisierten Druckbild ein farbmetrisch zur gedruckten Prozessfarbe passender Farbauszuges aus RGB oder ein Grauwertbild aus RGB ausgewählt wird und das Verfahren für jede Prozessfarbe einzeln durchgeführt wird. Für den Fall, dass das erfindungsgemäße Verfahren für einen Mehrfarbendruck eingesetzt wird, gibt es verschiedene Anwendungsansätze. Einer dieser Ansätze besteht darin, das Verfahren für jede Prozessfarbe einzeln durchzuführen. Dabei wird für jede verwendete Prozessfarbe ein Druckbild gedruckt und dann aus dem redigitalisierten Druckbild ein farbmetrisch zur bedruckten Prozessfarbe passender Farbauszug aus dem RGB-Bild oder das gesamte Grauwertbild aus RGB ausgewählt und die Detektion dann erfindungsgemäß für die gerade gedruckte Prozessfarbe durchgeführt. Für die anderen verwendeten Prozessfarben wird dann das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend genauso wiederholt.
• Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass das aktuelle Druckbild jedes im Rahmen eines Druckprozesses mit allen verwendeten Prozessfarben gedruckte und durch eine fortlaufende Bildinspektion überprüfte Druckbild ist und aus dem digitalisierten Druckbild ein Grauwertbild aus RGB ausgewählt wird, wobei die betroffene Farbe der ausgefallenen Druckdüse sich aus der Zusammensetzung der betroffenen RGB-Farbkanäle ergibt. Der zweite Ansatz ist es, das aktuelle Druckbild mit allen verwendeten Prozessfarben zu drucken. Hier muss dann logischerweise aus dem redigitalisierten Druckbild das komplette Grauwertbild ausgewählt werden und nicht ein einzelner Farbauszug. Die betroffene Farbe der ausgefallenen Druckdüse lässt sich dann aus der Zusammensetzung der betroffenen RGB-Farbkanäle ermitteln.
• Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dabei, dass nur diejenigen Druckdüsen korrigiert werden, die auch tatsächlich im Bild sichtbar sind. Die Methode ist zudem empfindlicher, da der Kontrastabstand sehr groß ist. Es können auch neben komplett ausgefallenen Druckdüsen nur unterbrochene Linien, das heißt zeitweise aussetzende Druckdüsen, erkannt werden. In diesem Fall ist der Spike im entsprechenden Bereich des Spaltendurchschnittsprofils zwar etwas geringer, aber solange er den Schwellwert übersteigt, kann er dennoch ermittelt werden.
• Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass vom Rechner das Vorstufenbild analysiert wird um Bildbereiche zu ermitteln, die optimal mit jeweils zu untersuchenden Prozessfarben bedeckt sind und das Spaltenprofil nur für diesen Bereich erstellt wird und die Subtraktion des vorab erzeugten Spaltenprofils des fehlerfreien Referenzbildes nur in den ermittelten Bildbereichen geschieht. Da sich logischerweise eine missing nozzle in einer bestimmten Prozessfarbe besonders in den Bildbereichen negativ auswirkt, welche vorwiegend mit der Prozessfarbe der missing nozzle bedeckt sind und eher weniger in Bereichen, wo die Prozessfarbe der missing nozzle nur teilweise oder gar nicht zum Druckbild beiträgt, ist es von Vorteil, das Spaltendurchschnittsprofil nur für die Bereiche zu erstellen, die entsprechend optimal mit der jeweils zu untersuchenden Prozessfarbe bedeckt sind. Dementsprechend wird die Subtraktion des vorher erzeugten Spaltendurchschnittsprofils des fehlerfreien Referenzbildes auch nur in den ermittelten Bildbereichen, die jeweils optimal mit der jeweils zu untersuchenden Prozessfarbe bedeckt sind, durchgeführt. Die Ermittlung dieser Bildbereiche geschieht dabei durch eine rechnergestützte Analyse des Vorstufen-Druckbildes.
• Eine weitere bevorzugte Weiterbildung ist dabei, dass vom Rechner das Vorstufenbild mittels einer Farbraum-Transformation in den Kamerafarbraum mit Hilfe eines ICC-Profils transformiert wird und dann das Spaltenprofil des transformierten Vorstufenbildes für die Subtraktion vom Original-Spaltenprofil verwendet wird. Da das rein digitale Vorstufenbild und das gedruckte und durch die Kamera redigitalisierte Druckbild unterschiedlichen Farbräumen angehören, ist es von Vorteil, das digitale Vorstufenbild mittels einer Farbraumtransformation in den Kamerafarbraum mit Hilfe eines ICC-Profils zu transformieren, bevor die Subtraktion durchgeführt wird. Es ist zwar auch umgekehrt möglich, das redigitalisierte Druckbild in den Vorstufenfarbraum zu transformieren, da jedoch jede Transformation vorhandenes Rauschen verstärkt und das rein digitale Vorstufenbild logischerweise weniger bzw. gar nicht rauschbehaftet ist, wird die Transformation des Vorstufenbildes in den Kamerafarbraum vorgezogen. Die Subtraktion der beiden Spaltendurchschnittsprofile der beiden Druckbilder ist dabei wesentlich effizienter, wenn sie im selben Farbraum durchgeführt wird.
• Eine weitere bevorzugte Weiterbildung ist dabei, dass derjenige Farbauszug R oder G oder B des transformierten Vorstufenbildes genutzt wird, in dem die auszuwertende Farbe den größten Kontrast zum gewählten Farbauszug hat. Dies ist zum Beispiel Cyan für den Rot-Kanal, Magenta für den Grün-Kanal und Yellow für den Blaukanal. Die Auswertung ist effizienter, wenn für die jeweils auszuwertende Farbe derjenige Farbauszug des durch die RGB-Kamera redigitalisierten Druckbildes verwendet wird, der zu der auszuwertenden Farbe den größten Kontrast hat. Für alle anderen Farben wird der zu verwendende Farbkanal durch den maximalen Grauwertabstand der Farbe zum Papierweiß bestimmt.
• Eine weitere bevorzugte Weiterbildung ist dabei, dass die Schwelle für Maximalwerte deren Überschreiten eine ausgefallene Druckdüse definiert eine fixe Schwelle ist oder dem multiplizierten Mittelwert oder der multiplizierten Standardabweichung entspricht. Der definierte Schwellwert, der eine missing nozzle bei den vorhandenen Spikes definiert, kann dabei sowohl fix sein, dem multiplizierten Mittelwert oder der multiplizierten Standardabweichung entsprechen. Multipliziert bedeutet dabei, dass der Mittelwert über die gesamte Spaltendurchschnittsprofilzeile ermittelt wird und n-mal, zum Beispiel zwei oder drei Mal, multipliziert wird und dann als Schwellwert gilt. Gleiches gilt für die Standardabweichung. Der Vorteil gegenüber einer rein fixen Schwelle ist dabei, dass sie sich jeweils an den auftretenden Farbwerten des aktuellen Druckbildes orientieren und damit wesentlich adaptiver wirken.
• Eine weitere bevorzugte Weiterbildung ist dabei, dass zu einer Ortsbestimmung der ermittelten ausgefallenen Druckdüsen vor oder nach jedem Detektionsverfahren gezielt einzelne Druckdüsen in definiertem Abstand deaktiviert werden und mit dem Detektionsverfahren deren Position ermittelt wird. Da nicht immer bekannt ist, zu genau welcher ausgefallenen Druckdüse ein entsprechender Spike im Spaltendurchschnittsprofil gehört und damit die genaue Zuordnung von erkannten missing nozzles zu einer bestimmten Druckdüse nicht immer möglich ist, wird erfindungsgemäß folgendes Vorgehen vorgeschlagen. Vor oder nach jedem Detektionsverfahren für ein bestimmtes Druckbild, aber noch vor der Kompensation, werden gezielt einzelne Druckdüsen in einem definierten Abstand zueinander deaktiviert. Mit diesen deaktivierten Druckdüsen wird dann das erfindungsgemäße Detektionsverfahren durchgeführt. Das so erzeugte Spaltendurchschnittsprofil muss dabei logischerweise in dem gleichen definierten Abstand der kontrolliert deaktivierten Druckdüsen Spikes für die so künstlich erzeugten missing nozzles beinhalten. Mit den bekannten Ortsinformationen der gezielt deaktivierten Druckdüsen und der aufgrund des fest definierten Abstandes leicht zuordenbaren Spikes im Spaltendurchschnittsprofil, lässt sich somit die genaue Lage und Ortsinformationen der anderen realen missing nozzles bestimmen.
• Die Erfindung als solche sowie konstruktiv und/oder funktionell vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen anhand wenigstens eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In den Zeichnungen sind einander entsprechende Elemente mit jeweils denselben Bezugszeichen versehen.
• Die Zeichnungen zeigen:
• 1: ein Beispiel des Aufbaus einer Bogen-Inkjet-Druckmaschine
• 2: ein schematisches Beispiel einer white line, verursacht durch eine missing nozzle
• 3: Beispiel eines Spaltenprofils mit zugehörigem Druckbild
• 4: erfindungsgemäße Bearbeitung eines Spaltenprofils zur missing nozzle Detektion
• 5: Ausgangsbild zur Ermittlung eines für Spaltenprofil für eine bestimmte Druckfarbe
• 6 Spaltendurchschnittsprofil eines ausgewählten Bereiches des Ausgangsbildes für eine bestimmte Druckfarbe
• 7: einen schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
• Das Anwendungsgebiet der bevorzugten Ausführungsvariante ist eine Inkjet-Druckmaschine 7. Ein Beispiel für den grundlegenden Aufbau einer solchen Maschine 7, bestehend aus Anleger 1 für die Zufuhr des Drucksubstrats 2 in das Druckwerk 4, wo es von den Druckköpfen 5 bedruckt wird, bis hin zum Ausleger 3, ist in 1 dargestellt. Dabei handelt es sich hier um eine Bogen-Inkjetdruckmaschine 7, welche von einem Steuerungsrechner 6 kontrolliert wird. Beim Betrieb dieser Druckmaschine 7 kann es, wie bereits beschrieben, zu Ausfällen einzelner Druckdüsen in den Druckköpfen 5 im Druckwerk 4 kommen. Folge sind dann white lines 9, bzw. im Falle eines mehrfarbigen Drucks, verzerrte Farbwerte. Ein Beispiel einer solchen white line 9 in einem Druckbild 8 ist in 2 dargestellt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird schematisch bzgl. seines Ablaufs in 7 dargestellt. Die in der Folge beschriebene Detektionsmethode für missing nozzles nutzt das Vorwissen, dass missing nozzles white lines 9, bzw. verzerrte Farbwerte verursachen und wird zunächst für den einfachsten Fall einer einzelnen Prozessfarbe beschrieben, bevor auf den allgemeinen Fall eines Mehrfarbendrucks eingegangen wird.
• Im Kamerabild der Druckvorlage 8, z.B. eines Volltonbalkens über die gesamte Druckbreite, wird eine Spaltensumme der Grauwerte in Druckrichtung gebildet, sodass im Extremfall das gesamte Bild oder Teilbild auf eine einzige Bild-Zeile pro Farbkanal 10 reduziert wird. In der Regel geschieht dies über die gesamte Druckbreite. Hierzu wird einfachheitshalber die Summe der Grauwerte normiert auf die Anzahl der Spaltenpixel, sodass wieder ein Grauwert zwischen 0 -255 entsteht. Dies führt dazu, dass sich an den Stellen der ausgefallenen Druckdüsen Spikes herausbilden, die sich deutlich von Ihrer Nachbarschaft abheben. Am eindrucksvollsten lässt sich dies am Beispiel des schwarzen Volltonbalkens im Grünkanal 8 zeigen, so wie dies in 3 dargestellt wird. Hier sieht man auch, dass durch das aufsummieren über viele Pixel das Rauschen von Kamera und Druck drastisch reduziert wird und dadurch das Signal der missing nozzles noch deutlicher heraussticht.
• Diese Methode hat mehrere Vorteile:
• Es werden nur diejenigen Druckdüsen korrigiert, die auch tatsächlich im Bild sichtbar sind. Die Methode ist empfindlicher als die aus dem Stand der Technik bekannten Methoden, da der Kontrastabstand sehr groß ist. Es können zudem neben komplett ausgefallenen Druckdüsen auch unterbrochene Linien, also zeitweise aussetzende Düsen und solche mit sehr geringer Sollpositionsabweichung sehr gut erfasst werden, da bei gleicher Drucklänge jede Druckdüse in einem viel größeren Bereich repräsentiert ist.
• Nachteil dieser Methode ist, dass sich die Position der missing nozzles auf max ein Pixel genau bestimmen lässt, was bei Fehlern in der optischen Abbildung auch deutlich mehr als ein Pixel sein kann. Da die Auflösung der Kamera in der Regel um den Faktor 2- 4 geringer als die des Druckers ist, muss durch eine weitere Methode eine exakte Ortsbestimmung der missing nozzles erfolgen. Dies kann durch eine Kombination der bereits aus dem Stand der Technik bekannten speziellen Druckdüsentestmuster mit den horizontalen Zeilen periodisch vertikal gedruckter gleichabständiger Linien mit dieser Methode erfolgen.
• Die erfindungsgemäß deutlich bessere Methode aber ist, die für die genaue Positionsermittlung notwendige Orts- Kalibrierung durch dasselbe erfindungsgemäße Verfahren zu erzeugen. Hierzu wird vor oder nach jeder Suche nach missing nozzles ein Muster mit künstlichen missing nozzles gedruckt - es muss allerdings vor der Kompensation der missing nozzles erfolgen. Dies geschieht indem gezielt einzelne Düsen in definiertem Abstand, wie z.B. jede hundertste oder tausendste Druckdüse, abgeschaltet werden. Dann werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Position der künstlichen missing nozzles ermittelt. Dadurch erhält man eine feste und eindeutige Ortszuordnung zwischen Pixel der Kamera und Druckdüse, sodass die eigentlichen missing nozzles exakt zugewiesen und korrigiert werden können.
• Die resultierende erfindungsgemäße Bestimmungsmethode für die missing nozzles umfasst dabei die folgenden Schritte:
• - Auswahl eines Farbauszuges aus (R/G/B) oder Bildung eines Grauwertbildes aus R+G+B, ggf. auch mit Gewichtung
• - Addition der Grauwerte in jeder Spalte des Druckbildes über die gesamte Strukturhöhe und Division durch die Anzahl der Pixel der Spalte zum Erhalt eines Spaltendurchschnittsprofils (sh. 4, erstes Bild, Kurve 10)
  • ◯ Hier ist bereits deutlich zu sehen, wie sich die missing nozzles als Spikes vom Hintergrund abheben
• - Anwenden eines Median-Filters auf dieses Grauwertverlauf um die Spikes und das Rauschen auszufiltern (sh. 4, erstes Bild, Kurve 11)
• - Subtraktion der entstandenen Kurve vom Original-Verlauf des Spaltendurchschnittsprofils (sh. 4, zweites Bild, Diagramm 12)
• - Setzen einer Schwelle (fix oder n*Mittelwert oder n* Standardabweichung) deren Überschreiten eine missing nozzle definiert → über diese Schwelle lässt sich die Empfindlichkeit steuern (sh. 4, drittes Bild, Diagramm 13)
• Die Anwendung des beschriebenen Verfahrens geschieht dabei während des Fortdrucks. Jedes aufgenommene Bild wird auf die beschriebene Weise auf eine Zeile zu reduziert und die Daten fortlaufend überwacht. Sobald sich Änderungen ergeben werden diese analysiert. Handelt es sich bei der Änderung um „Spikes“ die eine deutliche Amplitudenänderung in nur einem Pixel betrifft, so handelt es sich um eine ausgefallene missing nozzle. Die betroffene Farbe kann aus der Zusammensetzung der betroffenen RGB-Farbkanäle ermittelt werden.
• Da das beschriebene Verfahren jedoch nur missing nozzles erkennt, die ab einer vorab definierten Referenz während des nachfolgenden Drucks entstehen, wird eine weitere bevorzugte, erfindungsgemäße Vorgehensweise beschrieben.
• Das auf eine Zeile reduzierte aktuelle Ist-Bild wird mit einem auf eine Zeile reduzierten Referenzbild subtrahiert, das über ein zuvor definiertes OK-Bild ermittelt wird. Das OK-Bild wird entweder vom Anwender überprüft und als solches freigegeben oder basiert auf einem missing nozzle-korrigierten Bild, das mit der oben beschriebenen Methode der Musterauswertung jeder einzelnen Nozzle als fehlerfrei bekannt ist.
• Diese Methode hat den weiteren Vorteil, dass sie mathematisch deutlich einfacher umzusetzen ist, da eine einfache Subtraktion der solcherart erzeugten Ist-Zeile und Soll-Zeile zum Ergebnis führt.
• Die optimale Auswertung sollte zudem ohne künstlich gedruckte Strukturen oder gar eine Unterbrechung des Druckprozesses die missing nozzles erkennen und korrigieren. Dies kann durch die im Weiteren beschriebene, weitere bevorzugte, erfindungsgemäße Vorgehensweise erreicht werden. Die Ausprägung eines solchen Peaks in einem auf eine Zeile reduzierten Bild verursacht durch eine missing nozzle ist vor allem davon abhängig, wie groß der mit Farbe bedeckte Bereich der aufaddierten Bildspalte im Verhältnis zum unbedeckten Papieranteil ist. Daher ist eine weitere Verbesserung des Verfahrens dadurch zu erzielen, dass vorab durch Analyse des CMYK-Vorstufenbildes für jede Farbe derjenige Bereich ermittelt ist, der optimal mit der jeweiligen Druck-Farbe bedeckt ist und nur jeweils über die Höhe dieses Bereiches die jeweilige Spaltensumme im Prepress-Bild und Druckbild aufsummiert wird.
• Ein Beispiel ist das in 5 exemplarisch dargestellte ausgewählte Bildteil 15 in Form einer cyanfarbigen Struktur aus dem Druckbild 8, welches dem ersten Bild von 5 entnommen und im ersten Bild von 6 noch einmal einzeln dargestellt wird. In 6 ist der ausgewählte Bereich 15 dem daraus erstellten Spaltendurchschnittsprofil 10' gegenübergestellt. Bildet man nun entsprechend nur für diesen Bereich das Spaltendurchschnittsprofil 10`, so wird der entsprechende Peak hierdurch, in Relation zum Umgebungsrauschen, um ein Vielfaches größer - wie gut in den Bildern 2 bis 4 in 6 zu sehen ist. Bild 2 von 6 stellt dabei ein das Spaltendurchschnittsprofil 14 des fehlerfreien Referenzbildes dar, Bild 3 das Spaltendurchschnittsprofil 10` des ausgewählten Bildteils 15 und Bild 4 das resultierende, subtrahierte Spaltendurchschnittsprofil 12'.
• Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht dergestalt aus, dass in dem BCMY-Vorstufenbild, welches entsprechend auf 5- / 6-/7- oder 8-Farben erweitert wurde, für jeden einzelnen Farbauszug diejenigen Pixel ermittelt und gemerkt werden, in dem die auszuwertende Farbe enthalten ist. In die jeweilige Spaltensumme für das Referenz-Bild gehen nur diejenigen Pixel aus dem Vorstufen-Bild ein, die diese Farbe enthalten. Die gleichen Pixel werden im RGB-Bild der Kamera aufsummiert. Dadurch wird die Signaldynamik stark erhöht.
• Eine weitere bevorzugte, erfindungsgemäße Verbesserung der Ergebnisse wird dadurch erzielt, dass das Vorstufenbild, das normalerweise in den CMYK-Farbauszügen oder einem anderen normierten Farbraum wie z.B. dem eciRGB oder Lab dargestellt wird, zuvor einer Farbraum-Transformation in den Kamerafarbraum mit Hilfe eines ICC-Profils unterzogen wird. Hier wäre auch der umgekehrte Vorgang, also das Kamerabild nach eciRGB, möglich, da aber jede Transformation ein vorhandenes Rauschen vergrößert, ist diese Vorgehensweise die Bessere, da das Vorstufenbild im Gegensatz zum Kamerabild nicht rauschbehaftet ist.
• Vorzugsweise wird derjenige Farbauszug R oder G oder B genutzt, in dem die auszuwertende Farbe den größten Kontrast hat, also für Cyan der Rot-Kanal, Magenta der Grün- Kanal und Yellow der Blaukanal. Für alle anderen Farben wird dieser Kanal bestimmt durch den max. Grauwertabstand der Farbe zum Papierweiß. Alternativ kann auch ein gewichteter Grey-Color Farbraum genutzt werden, wodurch zwar die Signaldynamik etwas reduziert wird, aber die doch beträchtliche Datenmenge auf ein Drittel reduziert wird. $$\text{eciRGB}\to \text{ICC}\_\text{In}\left(\text{eciRGB}\right)\to \text{ICC}\_\text{Out}\left(\text{ProfilCamera}\right)\to \text{RGB}\_\text{Cam}$$

  
• Der große Vorteil des Zugriffes auf das Vorstufenbild ist, dass zum einen ein absolut fehlerfreies Bild als Referenz zur Verfügung steht und zum zweiten der ganze Rechenaufwand bereits vor Beginn des Druckes durchgeführt werden kann.
• Bezugszeichenliste

1

Anleger

2

Drucksubstrat

3

Ausleger

4

Inkjet-Druckwerk

5

Inkjet-Druckkopf

6

Rechner

7

Inkj et-Druckmaschine

8

Gesamt-Druckbild

9

white line

10, 10'

Spaltendurchschnittsprofil eines Bogens

11

mediangefiltertes Spaltendurchschnittsprofil

12, 12'

subtrahiertes Spaltendurchschnittsprofil

13

schwellwertgefiltertes Spaltendurchschnittsprofil

14

Spaltendurchschnittsprofil eines ausgewählten Referenzbildes

15

ausgewähltes Druckbild

Claims (8)

1. Verfahren zur Detektion und Kompensation von ausgefallenen Druckdüsen in einer Inkjet-Druckmaschine (7) durch einen Rechner (6), die folgenden Schritte umfassend: • Drucken eines aktuellen Druckbildes (8, 15) • Aufnahme des gedruckten Druckbildes (8, 15) durch einen Bildsensor und Digitalisierung des aufgenommenen Druckbildes (8, 15) durch den Rechner (6) • Addieren von digitalisierten Farbwerten des aufgenommenen Druckbildes (8) jeder Spalte über die gesamte Druckbildhöhe und dividieren der aufsummierten Farbwerte durch die Anzahl der Spaltenpixel zum Erhalt eines Spaltenprofils (10, 10') • Subtrahieren eines optimierten Spaltenprofils ohne ausgefallene Druckdüsen vom Original-Spaltenprofil (10, 10') zu einem Differenz-Spaltenprofil (12, 12`) • Setzen einer Schwelle für Maximalwerte, deren Überschreiten eine ausgefallene Druckdüse definiert • Anwenden dieser Schwelle für Maximalwerte auf das Differenz-Spaltenprofil (12, 12`), wodurch im resultierenden Spaltenprofil (13) jedes Maximum eine ausgefallene Druckdüse markiert • Kompensation der markierten Druckdüsen im anschließenden Druckprozess dadurch gekennzeichnet • dass das optimierte Spaltenprofil ohne ausgefallene Druckdüsen durch ein vorab erzeugtes Spaltenprofil (14) eines fehlerfreien Referenzbildes desselben Druckbildes (8, 15) erzeugt wird, und • dass vom Rechner das Vorstufenbild analysiert wird um Bildbereiche (15) zu ermitteln, die optimal mit jeweils zu untersuchenden Prozessfarben bedeckt sind und das Spaltenprofil (10, 10') nur für diesen Bereich erstellt wird und die Subtraktion des vorab erzeugten Spaltenprofils des fehlerfreien Referenzbildes nur in den ermittelten Bildbereichen (15) geschieht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optimierte Spaltenprofil ohne ausgefallene Druckdüsen durch Anwenden eines Median-Filters auf das Spaltenprofil erzeugt wird, wodurch auftretende Wertemaxima sowie ein Rauschen im Spaltenprofil ausgefiltert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vom Rechner das Vorstufenbild mittels einer Farbraum-Transformation in den Kamerafarbraum mit Hilfe eines ICC-Profils transformiert wird und dann das Spaltenprofil des transformierten Vorstufenbildes für die Subtraktion vom Original-Spaltenprofil verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass derjenige Farbauszug R oder G oder B des Vorstufenbildes genutzt wird, in dem die auszuwertende Farbe den größten Kontrast zum gewählten Farbauszug hat.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aktuelle Druckbild nur mit einer der verwendeten Prozessfarben gedruckt wird und aus dem digitalisierten Druckbild ein farbmetrisch zur gedruckten Prozessfarbe passender Farbauszuges aus RGB oder ein Grauwertbild aus RGB ausgewählt wird und das Verfahren für jede Prozessfarbe einzeln durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aktuelle Druckbild jedes im Rahmen eines Druckprozesses mit allen verwendeten Prozessfarben gedruckte und durch eine fortlaufende Bildinspektion überprüfte Druckbild ist und aus dem digitalisierten Druckbild ein Grauwertbild aus RGB ausgewählt wird, wobei die betroffene Farbe der ausgefallenen Druckdüse sich aus der Zusammensetzung der betroffenen RGB-Farbkanäle ergibt.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwelle für Maximalwerte, deren Überschreiten eine ausgefallene Druckdüse definiert, eine fixe Schwelle ist oder dem multiplizierten Mittelwert oder der multiplizierten Standardabweichung entspricht.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu einer Ortsbestimmung der ermittelten ausgefallenen Druckdüsen vor oder nach jedem Detektionsverfahren gezielt einzelne Druckdüsen in definiertem Abstand deaktiviert werden und mit dem Detektionsverfahren deren Position ermittelt wird.

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