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Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Verfahren zur Detektion und Kompensation defekter Druckdüsen in einer Inkjet-Druckmaschine.
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Die Erfindung liegt im technischen Gebiet des Digitaldrucks.
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Die Qualität eines Druckerzeugnisses wird letztendlich immer von einem menschlichen Betrachter bewertet. Dieser menschliche Betrachter kann der Endkunde des Druckerzeugnisses, zum Beispiel der Käufer einer Haar-Koloration und deren Verpackung im Regal eines Supermarktes, der Auftraggeber des Druckerzeugnisses oder der Drucker/Inhaber einer Druckerei, welche dieses Druckerzeugnis auf einer Druckmaschine hergestellt hat, sein. Genauso kann es eine Person aus dem Produktmanagement, der Qualifizierungsingenieur, der Qualitätsverantwortliche in der Montage oder ein Servicemitarbeiter der Firma sein, welche die Druckmaschine baut, auf der das Druckerzeugnis produziert wird. Die Qualität, und die daraus resultierende „Verkaufbarkeit“ eines Druckerzeugnisses, definiert sich daher stets subjektiv aus den Abweichungen subjektiver Erwartungen, bzw. Anforderungen an das Druckerzeugnis und seinem real vorliegenden Gegenstück. Dieses kann bezogen auf eben diese Erwartungen, bzw. Anforderungen grobe Abweichungen annehmen. Diese bewegen sich im Spektrum: perfekt - gut - befriedigend - ausreichend, also noch zu verkaufen - nicht zu verkaufen.
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Speziell im Digitaldruck auf Basis der Inkjet-Technologie wird die Druckqualität über die Performance, bzw. Qualität des Jettings-Prozesses jeder einzelnen Druckdüse bestimmt. Bei Inkjet-Druckmaschinen führen fehlerhafte Druckdüsen, z.B. ausgefallene, also nicht jettende, Druckdüsen, schief jettende Druckdüsen, nicht durchgängig jettende Druckdüsen, über der Zeit instabil jettende Druckdüsen, zu Abweichungen der subjektiven Erwartungen und Anforderungen an das Druckerzeugnis, vom real vorliegenden Druckerzeugnis. Diese Abweichungen können unterschiedlich gravierend ausfallen. Eine ausgefallene Druckdüse z.B. erzeugt in der entsprechenden Farbe eine sogenannte „white line“, was bedeutet, dass an der Stelle der defekten Druckdüse das Substrat durchscheint. „White line“ führen fast immer dazu, dass das Druckerzeugnis in einem nicht zu verkaufenden Zustand ist. „White lines“ können aber auch durch extrem schief jettende Düsen erzeugt werden. Auch diese führen zu nicht verkaufbaren Druckerzeugnissen. Weniger stark schief jettende Düsen erzeugen möglicherweise keine „white line“, führen aber zu Inhomogenitäten z.B. im Flächenausdruck. Diese Druckerzeugnisse fallen oft in die Kategorie befriedigend oder noch zu verkaufend.
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Derartige defekte Düsen oder extrem schief jettende Düsen, die dann nach bestimmten Regeln inaktiviert werden, lassen sich kompensieren indem benachbarte Druckdüsen größere Tropfen jetten, die das durchscheinende Drucksubstrat im Bereich der defekten Druckdüse bedecken und damit die „white line“ kompensieren. Diese Kompensationsverfahren vermeiden also „white lines“, und damit nicht zu verkaufende Druckprodukte, führen aber zu größeren Inhomogenitäten, z.B. im Flächenausdruck, und damit zu gerade noch akzeptierten und damit zu verkaufenden Druckprodukten. Die Performance des Kompensationsverfahrens entscheidet also, in welche Kategorie das Druckprodukt bzgl. seiner Qualität eingeordnet wird.
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Diese Abweichungen können messtechnisch mittels lokaler Abweichungen der Lab-Werte, z.B. delta-E-Werte, oder alternativ durch Messung von Dichteabweichungen bestimmt werden. Das Hauptproblem der subjektiven, also menschlichen, Bewertung besteht darin, dass eine hundertprozentige Prüfung aller Druckerzeugnisse nur mit großem, zeitlichen Aufwand durchgeführt werden kann und damit im industriellen Umfeld praktisch niemals erfolgt. Die Alternative in Form von Stichproben mit subjektiver Bewertung hat das Problem, dass sich die Qualität der Druckergebnisse durchaus hochfrequent ändern kann und mittels Stichproben unmöglich alle nicht zu verkaufenden Druckergebnisse entdeckt werden können.
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Da wie zuvor beschrieben im industriellen Umfeld eine menschliche 100% Bewertung der Druckerzeugnisse kaum sinnvoll möglich ist, wird die Qualität jeder einzelnen Druckdüse über spezifische Kennwerte beschrieben. Diese Kennwerte, z.B. Stärke, Schiefheit, Grauwert, werden durch geeignete Bildverarbeitung von Aufnahmen des Druckjobs selbst oder von bzgl. der Kennwerte geeigneten, also sehr empfindlichen Druckmustern, gewonnen. Sie werden im laufenden Druckbetrieb, d.h. online, in vorgegebenen Intervallen wiederholt ermittelt. Es kann jedoch auch eine Strategie ausreichend sein, die vor jedem neuen Druckjob oder in einem bestimmten zeitlichen Abstand diese Kennwerte ermittelt.
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Aus der europäischen Patentanmeldung
EP 2505364 A2 ist eine Schwellwertbestimmung für die Detektion defekter Druckdüsen bekannt. Diese offenbart jedoch lediglich die Detektion von Druckdüsen mit abweichendem Druckpunkt. Die Kennwerte zur Bewertung des aktuellen Zustandes der Druckdüsen für welche die Schwellwerte bestimmt werden unterscheiden sich jedoch von den genannten Kennwerten. Auch offenbart diese Schwellwertbestimmung gerade eben keine subjektive Bewertung der Druckfehler und damit der diese Druckfehler verursachenden defekten Druckdüsen, sondern orientiert sich streng an objektiven Kriterien, bzw. Kennwerten.
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Dies stimmt mit dem aktuellsten, bekannten Ansatz im Stand der Technik überein, welcher vorsieht eine Klassifikation der Druckdüsen, in der Form: Druckdüse aktiv oder angeschaltet; Druckdüse inaktiv oder abgeschaltet, über die Ausprägung der Kennwerte mit Schwellwertüberschreitung ja / nein durchzuführen. Diese Schwellwerte werden auf Basis von Erfahrungswerten festgelegt. Ein Wiedereinschalten, also Aktivieren der Druckdüsen erfolgt, wenn eine gewisse Anzahl Detektionen, bzw. Kennwertermittlungen in Folge, Ergebnisse unterhalb des Schwellwertes liefern. Ein Wert von vier Detektionen mit Ergebnissen unterhalb des Schwellwertes ist ein gebräuchlicher Ansatz.
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Ein Abgleich dieser Schwellwerte mit der subjektiven Bewertung eines menschlichen Betrachters wird im bekannten Stand der Technik aber nicht oder nur rudimentär, quasi „aus dem Bauch heraus“, durchgeführt.
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Der Nachteil dieses Vorgehens besteht darin, dass das aktuelle Vorgehen immer die gleichen, empirisch grob eingestellten Schwellwerte zur Aktivierung, bzw. Deaktivierung der Druckdüsen benutzt. Die Schwellwerte berücksichtigen daher nicht, dass das Verhalten der Tinte von den Eigenschaften des Substrates abhängig sein kann. Außerdem berücksichtigen sie nicht, dass jede Tintenfarbe aus unterschiedlichen Tintendesigns zusammengestellt wird und diese zu unterschiedlichen Ausprägungen ihrer Merkmale führen kann. Damit sind die Schwellwerte mal zu großzügig, mal zu eng ausgelegt. Dies führt entweder dazu, dass durch eine zu großzügige Schwellwertgrenze Ausschuss produziert wird oder dass im Fall zu enger Schwellwerte Druckdüsen ggf. vorschnell abgeschaltet werden. Zudem wird das bekannte Vorgehen sehr niederfrequent, d.h. üblicherweise nur einmal pro Tag, angewandt. Dies führt bei dem volatilen Inkjet-Druckprozess zu vielen Fehlern, da Änderungen der Druckdüsenqualität nicht erfasst werden. Beides wirkt sich negativ auf die Qualität und/oder die Produktivität aus.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit, ein effizientes Verfahren zur Detektion und Kompensation defekter Druckdüsen in einer Inkjet-Druckmaschine zu offenbaren.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Detektion und Kompensation defekter Druckdüsen in einer Inkjet-Druckmaschine mit einem Rechner, wobei zur Detektion mindestens ein mehrzeiliges Druckdüsentestmuster gedruckt wird, welches aus einer bestimmten Anzahl horizontaler Zeilen periodisch vertikal gedruckter, gleichabständiger Linien besteht, die untereinander angeordnet sind, wobei in jeder Zeile des Düsentestmusters jeweils nur periodisch die Druckdüsen des Druckkopfes der Inkjet-Druckmaschine zum Düsentestmuster beitragen, die der bestimmten Anzahl der horizontalen Zeilen entsprechen, sowie mindestens ein Flächendeckungselement geometrisch zugeordnet zum mindestens einen mehrzeiligen Druckdüsentestmuster gedruckt wird, beide Elemente von mindestens einem Bildsensor erfasst und vom Rechner ausgewertet werden, wobei vom Rechner durch Auswertung des erfassten Flächendeckungselementes Druckfehler ermittelt und defekten Druckdüsen zugeordnet werden, weiterhin durch eine Auswertung des mehrzeiligen Druckdüsentestmusters anhand von Schwellwerten der Rechner defekte Druckdüsen detektiert und die so detektierten, defekten Druckdüsen dann kompensiert werden, und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der Rechner die detektierten, defekten Druckdüsen aus dem erfassten Flächendeckungselement und aus dem Druckdüsentestmuster abgleicht und ermittelt welche detektierten, defekten Druckdüsen nur in einem der beiden Elemente Abweichungen verursachen und dann aus diesen Daten die Schwellwerte so berechnet, dass die Anzahl dieser detektierten, defekten Druckdüsen minimal wird. Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, die Schwellwerte, welche bei der Auswertung des mehrzeiligen Druckdüsentestmusters entscheiden, ob eine Druckdüse defekt ist oder nicht, möglichst genau zu bestimmen. Das Problem hierbei ist, dass oft Druckdüsen, welche laut ihrer Performance beim Druck des Druckdüsentestmusters eigentlich defekt sein müssten, im eigentlich produzierten Druckbild keine Druckfehler verursachen. Dies führt dann dazu, dass die betreffende Druckdüse abgeschaltet und kompensiert wird. Da die Kompensation einer Druckdüse im zu erzeugenden Druckbild oft zu einer Qualitätsverschlechterung führt, sind solche Falsch-positiv-Fehler möglichst zu vermeiden. Die Schwellwerte müssen also so angepasst werden, dass sie nur solche Druckdüsen als defekt kennzeichnen, welche auch wirklich im realen Druckbild, welches durch das Flächendeckungselement repräsentiert wird, Fehler verursachen. Auch der umgekehrte Fall, nämlich, dass Druckdüsen, welche gemäß verwendeter Schwellwerte korrekt funktionieren, Druckfehler im Flächendeckungselement verursachen, ist natürlich zu vermeiden. Dieser Zustand ist sogar meist problematischer als eine zu Unrecht als defekt deklarierte Druckdüse. Anhand dieser Punkte ergibt sich logisch, dass zu niedrige Schwellwerte in einer zu häufigen falschen Detektion defekter Druckdüsen resultieren, während zu hohe Schwellwerte die korrekte Detektion defekter Druckdüsen erschweren. Es gibt natürlich auch weitere Gründe, warum Druckfehler bzw. Abweichungen, die in einem der beiden Elemente auftauchen, im jeweils anderen Element nicht auftauchen; auch diese Faktoren sollten in die Berechnung optimaler Schwellwerte mit einbezogen werden. Damit kann die Einstellung der Schwellwerte so berechnet werden, dass derartige nicht eindeutige, defekte Druckdüsen möglichst wenig auftauchen und die Inkjet-Druckmaschine mit bestmöglichster Effizienz arbeitet.
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Vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung mit den zugehörigen Zeichnungen.
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Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass detektierten, defekten Druckdüsen aus dem erfassten Flächendeckungselement, welche nicht im Druckdüsentestmuster detektiert werden, einem Betafehler entsprechen, detektierte, defekte Druckdüsen aus dem erfassten Druckdüsentestmuster, welche nicht im Flächendeckungselement detektiert werden, einem alpha-Fehler entsprechen und der Rechner diesen alpha- und beta-Fehlern Faktoren zuweist, welche eine Gewichtung dieser Alpha- und Betafehler ermöglicht und somit eine anhand von Alpha- und Betafehler gewichtete Berechnung der Schwellwerte. Wie bereits erläutert, führen Druckdüsen, welche nur im Flächendeckungselement oder im Druckdüsentestmuster Abweichungen bzw. Fehler verursachen, zu einer nicht optimalen Kompensation defekter Druckdüsen. Die Auswirkungen auf die Druckqualität von anhand des Druckdüsentestmusters ermittelten defekten Druckdüsen, welche aber nicht im Flächendeckungselement einen Fehler verursachen, im Folgenden Alphafehler genannt, und detektierten defekten Druckdüsen, welche im Flächendeckungselement Fehler verursachen, aber nicht im Druckdüsentestmuster, Abweichungen, im Folgenden Betafehler genannt, führen zu unterschiedlichen Auswirkungen auf die erreichte Druckqualität. Eine Druckdüse, welche im späteren Druckbild, repräsentiert durch das Flächendeckungselement, sichtbare Druckfehler verursacht, aber im Druckdüsentestmuster keine detektierbaren Abweichungen verursacht, führt zu einer nicht kompensierten defekten Druckdüse. Dies ist meist wesentlich schlimmer für den Anwender, bzw. die zu erreichende Druckqualität, als wenn Druckdüsen anhand von auffälligen Abweichungen im Druckdüsentestmuster abgeschaltet und kompensiert werden, welche aber im eigentlichen Druckbild bzw. dem Flächendeckungselement gar keine sichtbaren Fehler verursachen. Daher bietet es sich an, im Rahmen der Berechnung der korrekten Schwellwerte den Alpha- und Betafehlern, welche Bestandteil der Berechnung sind, Faktoren zuzuweisen, welche eine Gewichtung von Alpha- und Betafehler ermöglichen. Diese Faktoren beeinflussen natürlich die resultierenden berechneten Schwellwerte. Werden dementsprechend die Faktoren für den Betafehler deutlich höher gewichtet als der Faktor für den Alphafehler, werden die resultierenden Schwellwerte niedriger angesetzt und demnach strenger, als bei einer gleichgewichteten Verteilung oder gar einer Höhergewichtung des Alphafehlers.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass die gewichtete Berechnung der Schwellwerte durch Anwendung einer mathematischen Funktion geschieht, welche Alpha- und Beta-Fehler mit ihren jeweiligen Faktoren beinhaltet und die Summe dieser Werte minimal werden lässt. Die Verwendung einer mathematischen Funktion, welche jeweils Alpha- und Betafehler mit den entsprechend zugeordneten Gewichtungsfaktoren beinhaltet, ist zur Berechnung der Schwellwerte in gewichteter Form zwangsläufig. Die Funktion sollte so aufgebaut sein, dass sich mit ihrer Hilfe ein Schwellwert berechnen lässt, für den die Summe von Alpha- und Betafehlern, inklusive Gewichtungsfaktor, entsprechend minimal wird.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass die Schwellwerte sich jeweils auf bestimmte Kennwerte des Inkjetdruckprozesses beziehen, wie die Ablenkung des Druckpunktes einer Druckdüse, die Stärke des Tintenausstoßes, die Homogenität der resultierenden Farbdichte, die Ausprägung der Tintenmerkmale oder der Substratmerkmale, welche anhand der Auswertung des erfassten Druckdüsentestmusters vom Rechner bestimmt werden. Die Schwellwerte, welche bei der Auswertung des Druckdüsentestmusters herangezogen werden, müssen sich natürlich auf entsprechende Kennwerte beziehen, welche bei der Auswertung des gedruckten und erfassten Druckdüsentestmusters bestimmt werden. Die wichtigsten Kennwerte sind natürlich die sogenannte Phase, d.h. die Schiefheit einer spritzenden Druckdüse oder auch Ablenkung des Druckpunktes dieser Druckdüse und die sogenannte Amplitude, d.h. wie stark die entsprechende Druckdüse druckt bzw. wieviel Tinte sie ausstoßen kann. Weitere Kennwerte betreffen die Homogenität der Farbdichte sowie die Ausprägung der Tintenmerkmale oder der Substratmerkmale sowie viele weitere Kennwerte, welche hier nicht alle im Einzelnen aufgeführt werden. Je mehr dieser Kennwerte bei der Auswertung des erfassten Druckdüsentestmusters bestimmt werden, desto genauer kann beurteilt werden, ob eine Druckdüse defekt ist oder nicht. Die entsprechenden Schwellwerte für diese Kennwerte müssen natürlich für jeden Kennwert berechnet und dann auch bei der Auswertung des erfassten Druckdüsentestmusters angewandt werden.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass die mathematische Funktion ebenfalls von den Kennwerten des Inkjetdruckprozesses abhängig ist. Aufgrund der Abhängigkeit der Schwellwerte von den entsprechenden Kennwerten des Inkjet-Druckprozesses, welche bei der Auswertung des erfassten Druckdüsentestmusters bestimmt werden, ist es folgerichtig, dass die mathematische Funktion neben den Parametern der Gewichtungsfaktoren und den Variablen des Alpha- und Betafehlers auch die Kennwerte des Inkjet-Druckprozesses als Funktionswerte aufweist. Dies resultiert in einer entsprechend mehrdimensionalen Funktion, bzw. da wir von verschiedenen Schwellwerten mehrerer Kennwerte sprechen, von einem mehrdimensionalen Gleichungssystem.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass die Lösung der mathematischen Funktion zur Berechnung der Schwellwerte durch Anwendung einer logistische Regression, einer Diskriminanzanalyse, eines Bayes-Klassifikators, eines Perzeptronen, bzw. eines neuronalen Netzes durchgeführt wird. Welcher Ansatz zur Lösung der mehrdimensionalen mathematischen Funktion bzw. des mehrdimensionalen Gleichungssystems verwandt wird, ist für das erfindungsgemäße Verfahren nicht vorrangig von Bedeutung. Wichtig ist, dass die mathematische Funktion bzw. das Gleichungssystem gelöst wird, um damit die entsprechenden Schwellwerte für die Kennwerte zu berechnen.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass das Verfahren zur Einrichtung der Inkjet-Druckmaschine durchgeführt wird, und im Fortdruck nur noch das Druckdüsentestmuster in regelmäßigen Abständen gedruckt und mit Hilfe der berechneten Schwellwerte ausgewertet wird, wobei detektierte, defekte Druckdüsen deaktiviert und durch geeignete Kompensationsverfahren kompensiert werden. Wichtig ist zu verstehen, dass das erfindungsgemäße Verfahren mit gleichzeitiger Auswertung von Flächendeckungselement und Druckdüsentestmuster bevorzugt für die Einrichtung der Inkjet-Druckmaschine verwandt wird. Sind die Schwellwerte einmal korrekt ermittelt und eingestellt, reicht es aus, im Fortdruck der Druckmaschine das Druckdüsentestmuster zu drucken und es anhand der erfindungsgemäß berechneten Schwellwerte auszuwerten, um somit in regelmäßigen Abständen zu überprüfen, wie sich der Zustand der Druckdüsen verändert und ob neue defekte Druckdüsen hinzukommen und entsprechend abgeschaltet und kompensiert werden müssen. Auch die umgekehrte Entwicklung, nämlich dass sich als defekt deklarierte Druckdüsen „erholen“ und somit wieder zum Druck verwendet werden können, ist möglich und sollte daher überwacht werden. Daher sind beim Druck des Druckdüsentestmusters bevorzugt stets alle Druckdüsen, auch die eigentlich abgeschaltet und als defekt deklarierten Druckdüsen, beteiligt. Die Abschaltung und Kompensation dieser defekten Druckdüsen betrifft nur den Druck des eigentlichen Druckbildes.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass die geeigneten Kompensationsverfahren die Kompensation durch der jeweils detektierten defekten Druckdüse benachbarte Druckdüsen vorsieht, wobei die Kompensation durch Erhöhung des Tintenausstoßes der benachbarten Druckdüsen nach der Rasterung eines Druckbildes oder durch Anpassung der Grauwerte vor der Rasterung eines Druckbildes geschieht. Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens detektierten defekten Druckdüsen müssen natürlich entsprechend abgeschaltet und kompensiert werden. Für die Kompensation sind verschiedenste Verfahren möglich. Prinzipiell können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sämtliche bekannten Kompensationsverfahren eingesetzt werden. Am gebräuchlichsten ist jedoch die Kompensation einer defekten Druckdüse durch ihre direkt benachbarten Druckdüsen. Auch für diesen Ansatz gibt es verschiedene Möglichkeiten, z. B. kann bei einer Detektion einer defekten Druckdüse während des Fortdrucks die betreffende Druckdüse einfach abgeschaltet werden und direkt im Fortdruck werden die benachbarten Druckdüsen angesteuert, mittels eines erhöhten Tintenausstosses, die von der defekten Druckdüse verursachte „white line“ zulaufen zu lassen. Es gibt jedoch auch die Möglichkeit, bei Bekanntwerden einer defekten Druckdüse, das Druckbild vor der Rasterung so anzupassen, dass die Grauwerte, welche im Bereich der zu erwartenden white line liegen, entsprechend so angepasst werden, dass direkt benachbarte Grauwerte erhöht werden, um somit nach der Rasterung des Druckbildes im eigentlichen Fortdruck die entstehende white line zu kompensieren. Nachteil dieses Ansatzes ist natürlich, dass das Druckbild neu gerastert werden muss, was beim ersten Ansatz einer Kompensation mit direkter Ansteuerung der benachbarten Druckdüse nach der Rasterung nicht erforderlich ist.
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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.
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Die Zeichnungen zeigen:
- 1: ein Beispiel des Aufbaus einer Bogen-Inkjet-Druckmaschine
- 2: ein schematisches Beispiel einer „white line“, verursacht durch eine defekte Druckdüse
- 3: ein Beispiel eines Druckdüsentestmusters mit einem zugeordneten Flächendeckungselement
- 4: die Definition von Alpha- und Betafehler
- 5: den schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
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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.
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5 zeigt den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsvariante. Zuerst wird ein kombiniertes Druckdüsentestmuster 11 mit jeweils einem Flächendeckungselement 10 mit mehreren Flächendeckungsdichten in Form verschiedener Grauwertkeile 14 und einem Druckdüsentestmuster 16 gedruckt. Beide Elemente 16, 10 sind in 3 beispielhaft abgebildet. Wie sehr gut zu sehen ist, sind das Druckdüsentestmuster 16 und das Flächendeckungselement 10 übereinander angeordnet. Die Richtung X gibt dabei die Substratbreite an, während die Richtung Y die Druckrichtung markiert. Im oberen Teil von 3 ist das Druckdüsentestmuster 16 dargestellt. Es besteht in diesem Fall aus vier horizontalen Zeilen der vertikal gedruckten gleichabständigen Linien 12. Vier Zeilen bedeutet in dem Fall, dass jede vierte Druckdüse in jeder Zeile am Druck der vertikalen Linien 12 beteiligt ist. Dies ist in 3 sehr gut durch die Bezifferung der jeweiligen vertikalen Linien 12 als A, E und I zu erkennen. In der zweiten Zeile sind entsprechend die Druckdüsen B sowie F und J vorhanden. Entsprechend geht es für die Zeilen 3 und 4 weiter. Direkt darunter angeordnet in der gleichen horizontalen Breite wie das Druckdüsentestmuster 16 ist das Flächendeckungselement 10. Es besteht aus mehreren, in Druckrichtung untereinander angeordneten Streifen mit jeweils unterschiedlichen Grauwertkeilen 14. In 3 sind es vier verschiedene Grauwertkeile 14, beginnend mit einer hundertprozentigen Flächendeckung und danach abwärts mit jeweils nachlassender Flächendeckung in Form von 100 - X, Y oder Z. Gemäß der Anordnung mit nachlassender Flächendeckung ist dabei X < Y < Z. Es können jedoch beliebig viele unterschiedlichen Grauwertkeile 14 verwendet werden.
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Im nächsten Schritt werden die beiden Elemente 10, 16 auf mögliche Druckfehler, verursacht durch defekte Druckdüsen, untersucht. Das Flächendeckungselement 10 wird dabei zur Identifikation von „white lines“ 9 verwendet, das Druckdüsentestmuster 16 dagegen zur Bestimmung des aktuellen Zustandes der verwendeten Druckdüsen. Dieser wird anhand der Kennwerte, wie z.B. Schiefspritzwerte einer Druckdüse, auch Phase genannt, und der „Weakness“, also der Stärke des Tintenausstoßes, auch Amplitude genannt. Zuerst wird dabei das Flächendeckungselement 10 ausgewertet. Dies kann z.B. geschehen indem überprüft wird, ob die bekannten Grauwerte des Flächendeckungselementes 10 auch gedruckt durchgängig vorhanden sind. Im Grunde wird dabei dessen aktueller Zustand mit einem bekannten Gutbild 17 des Flächendeckungselementes 10, also einer Referenz 17, verglichen. Findet sich dabei eine „white line“ 9, wie z.B. in 3 im Flächendeckungselement 10 angedeutet, gilt diese als „subjektiv“ erkannte „white line“ 9. Danach wird das Druckdüsentestmuster 16 im Hinblick auf die genannten Kennwerte der Druckdüsen ausgewertet. So werden mittels Bildverarbeitung die Ausprägungen der Kennwerte: Schiefspritzwert, bzw. Phase, in Form der seitlichen, mittleren Abweichung von ihrer Sollposition in [µm] und die „Weakness“, bzw. Amplitude in Form der Durchgängigkeit und Kurzzeitstabilität der gedruckten Linie der Druckdüse erfasst. Diese realen Messwerte 18 werden dann entsprechend bewertet. Die „Amplitude lässt sich in einem Wertebereich [0-1]; 0= Linie nicht vorhanden; 1= perfekte Ausbildung / Durchgängigkeit der Linie) für jede einzelne Druckdüse ermitteln. Im vorliegenden Beispiel in 3 ist hier nun die vertikale Linie 13 der Düse G, welche sich in der dritten Zeile in der Mitte befindet, leicht nach rechts schief spritzend. Es handelt sich also um eine defekte Druckdüse, aufgrund einer abweichenden Phase. Diese verursacht die im Flächendeckungselement 10 sichtbare „white line“ 9, sowie durch das abweichende Drucken der Düse in den Bereich der Düse H hinein eine „dark line“ 15.
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Die aus dem Flächendeckungselement 10 ermittelten, subjektiven Druckfehler 9, 15, sowie die aus dem Druckdüsentestmuster 16 ermittelten, diesen Druckfehlern 9, 15 zugeordneten Kennwerte aller Druckdüsen, werden dann in eine Tabelle eingetragen. Diese Tabelle zeigt dann die Ausprägungen der Kennwerte für Phase und Amplitude für die beispielhafte subjektiv ermittelte „white line“ 9 mit einem Bild dieser „white line“ 9. So lässt sich eine Übersicht über alle subjektiv ermittelten Druckfehler und ihre zugehörigen Kennwerte schaffen.
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Auf Basis der kompletten Tabelle lassen sich dann die optimalen Schwellwerte 22' der Kennwerte ermitteln. Dafür müssen die sogenannten Alpha- und Betafehler 19, 21 bestimmt werden. 4 zeigt eine Übersicht über die Definition dieser Größen. Wird z.B. bei der Auswertung des Flächendeckungselementes 10 subjektiv eine „white line“ 9 entdeckt und die zugehörige Druckdüse zeigt entsprechend über die verwendeten Schwellwerte 22 hinaus abweichende Kennwerte bzgl. Amplitude und Phase an, so war die Detektion erfolgreich. Problematisch wird es, wenn der subjektiv entdeckten „white line“ 9 keine entsprechenden, die Schwellwerte 22 verletzenden Kennwerte gegenüberstehen. Dann handelt es sich um einen sogenannten Betafehler 19. Es wurde ein Druckfehler ermittelt, die (vermutlich) verantwortliche Druckdüse hat jedoch keine abweichenden Kennwerte und wird daher beim späteren Detektionsverfahren im Fortdruck, welches bevorzugt nur die Druckdüsentestmuster 16 verwendet nicht entdeckt, und damit nicht kompensiert. Ergebnis ist eine nicht kompensierte „white line“ 9.
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Umgekehrt - wenn bei der Auswertung des Druckdüsentestmusters 16 die Schwellwerte 22 verletzende Kennwerte ermittelt werden, diesen aber keine sichtbare „white line“ 9 im Flächendeckungselementes 10 zugeordnet werden kann, handelt es sich um einen sogenannten Alphafehler 21. Dieser führt beim späteren Detektionsverfahren im Fortdruck dazu, dass die betreffende Druckdüse deaktiviert und kompensiert wird. Da sich die Kompensation einer Druckdüse, z.B. durch die benachbarten Druckdüsen, negativ auf die Druckqualität auswirkt, ist ein solcher Alphafehler 21 natürlich ärgerlich. Ergebnis eines Alphafehlers 21 ist somit die Abschaltung und Kompensation einer eigentlich funktionierenden Druckdüse.
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Daher ist das Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Schwellwerte
22 für alle ermittelten Kennwerte so berechnen, dass die Anzahl, bzw. der Anteil der Summe von Alphafehler
21 und Betafehler
19 minimal wird. Dies wird mittels einer Berechnungsformel erreicht, welche z.B. folgendes, vereinfachtes Grundmuster annehmen kann:
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Zudem ist es sinnvoll, Alphafehler
21 und Betafehler
19 eine unterschiedliche Gewichtung zuzuordnen. Meist wird z.B. eine nicht kompensierte „white line“ 9 als größeres Problem eingestuft als die Abschaltung und Kompensation einer eigentlich funktionierenden Druckdüse. Dafür werden Alphafehler
21 und Betafehler
19 in der Berechnungsformel für die entsprechend mit Gewichtungsfaktoren a, b 20 versehen:
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Die Gewichtungsfaktoren 20 lassen sich vom Anwender beliebig an seine Erfordernisse anpassen. Je nachdem, wie wichtig er Alphafehler 21 und Betafehler 19 für den aktuellen Druckauftrag bewertet, kann diese über die Gewichtungsfaktoren 20 beeinflussen und mittels der gewichteten Alphafehler 21' und Betafehler 19' damit das angewandte Detektions- und Kompensationsverfahren, was im Endeffekt entscheidend für die resultierende Druckqualität ist.
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Da die Schwellwerte für mehrere Kennwerte, wie z.B. Amplitude und Phase, berechnet werden müssen, ergibt sich daraus ein mehrdimensionales Gleichungssystem in der Grundform:
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Dieses Gleichungssystem lässt sich dann zur Berechnung der optimalen, d.h. gewichteten Schwellwerte 22´, durch verschiedene Ansätze auflösen. Diese können die Verwendung von Logistischer Regression, einer Diskriminanzanalyse, Bayes-Klassifikatoren, Perzeptron, bzw. neuronalen Netzen umfassen.
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Der letzte Verfahrensschritt umfasst dann die Anwendung der berechneten, gewichteten Schwellwerte 22' im eigentlichen Inkjet-Druckprozess. Mit diesen Schwellwerten 22' lassen sich Detektion und Kompensation der detektierten „white lines“ 9 vom Anwender folgenden Fortdruck im Hinblick auf die subjektive Bewertung aufgetretener Druckfehler entsprechend beeinflussen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beschreibt also das Vorgehen und die Strategie zur Ermittlung gewichteter, optimaler Schwellwerte 22', welche die menschliche Bewertung des Druckerzeugnisses bestmöglich abbildet. Diese Schwellwerte 22' können für ein statistisches Prädiktionsmodell, das für jede Düse die Wahrscheinlichkeit für das Überschreiten einer Toleranzgrenze der Druckqualität, auf Basis vergangener Messwerte vorhersagt, benutzt werden. Durch die Verwendung optimal auf die menschliche Bewertung des Druckerzeugnisses abgestimmter Schwellwerte 22' wird das Produzentenrisiko, also Kennwert überschreitet Schwellwert/Toleranzgrenze 22, obwohl dem menschlichen Betrachter kein Fehler in der Druckqualität aufgefallen ist, sowie das Konsumentenrisiko, also es liegt keine Schwellwertüberschreitung der Kennwerte vor, obwohl dem menschlichen Betrachter ein Fehler in der Druckqualität aufgefallen ist, auf das kleinstmögliche Risiko für eine Fehlentscheidung reduziert. Dies kann auch gewichtet erfolgen. Wenn z.B. das Konsumentenrisiko zehnmal wichtiger ist als das Produzentenrisiko, kann auch das entsprechend gewichtete Gesamtrisiko dementsprechend minimiert werden.
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Gegenüber dem Stand der Technik liefert das erfindungsgemäße Verfahren deutliche Vorteile im Hinblick auf die korrekte Detektion defekter Druckdüsen im Hinblick auf die Aktivierung und Deaktivierung von Druckdüsen im Rahmen des verwendeten Kompensationsverfahrens.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anleger
- 2
- aktuelles Drucksubstrat / aktueller Druckbogen
- 3
- Ausleger
- 4
- Inkjet-Druckwerk
- 5
- Inkjet-Druckkopf
- 6
- Rechner
- 7
- Inkjet-Druckmaschine
- 8
- Druckbild auf aktuellem Druckbogen
- 9
- „white line“
- 10
- Flächendeckungselement
- 11
- kombiniertes Druckdüsentestmuster
- 12
- vertikale, gleichabständige Linie
- 13
- durch „missing nozzle“ abweichende vertikale, gleichabständige Linie
- 14
- verschiedene Grauwertkeile
- 15
- „dark line“
- 16
- Druckdüsentestmuster mit vertikalen, gleichabständigen Linien
- 17
- Gutbild/Referenz
- 18
- reales Messergebnis
- 19
- Beta-Fehler
- 19'
- gewichteter Beta-Fehler
- 20
- Gewichtungsfaktoren
- 21
- Alpha-Fehler
- 21'
- gewichteter Alpha-Fehler
- 22
- vorgegebene Schwellwerte
- 22'
- gewichtete Schwellwerte
