DE102019211758A1 - Passer-Registermessung mit kreisförmigen Messmarken - Google Patents

Abstract

Verfahren zur automatisierten Passer- und Registermessung in einer Druckmaschine (4) durch einen Rechner (2, 7), wobei Testmuster (12, 19) mit mehreren Farbauszügen von der Druckmaschine (4) auf ein Drucksubstrat gedruckt, mittels mindestens eines Bildsensors (5) eines Bilderfassungssystems (1) in Form eines digitalen Gesamtbildes aufgenommen, vom Rechner (2, 7) hinsichtlich eines Passer-/Registerversatzes ausgewertet werden und dieser den Passer-/Registerversatz dann korrigiert, wobei kreisförmige Messmarken (9, 11) mit bekanntem Durchmesser für jeden Farbauszug in die Testmuster (12, 19) integriert werden und der Rechner (4) die Zentrumsposition jeder kreisförmigen Messmarke (9, 11) subpixel-genau ermittelt und damit den Passer-/Registerversatz berechnet, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass für die Ermittlung der Zentrumsposition jeder kreisförmigen Messmarke (9, 11) der Rechner (4) eine Bildregion mit mindestens einer kreisförmigen Messmarke (9, 11) aus dem digitalen Gesamtbild ausschneidet und Parameter eines Modells des Druckpunktes der kreisförmigen Messmarke (9, 11) aus dem digitalen Gesamtbild bestimmt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Passer- und Registermessung in einer Druckmaschine mittels eines Rechners.
• Die Erfindung liegt im technischen Gebiet der Druckqualitätskontrolle.
• Bei der Durchführung von Druckprozessen ist die anschließende Qualitätskontrolle der erzeugten Druckprodukte ein sehr wichtiger Bestandteil. Ein bedeutender Bestandteil dieser Druckqualitätskontrollen ist die Überprüfung des so genannten Registers - je nach Begriffsdeutung auch als Passer bekannt. Der Register bezeichnet in der klassischen Sichtweise dabei allgemein die Lage des Sujets auf dem Drucksubstrat, während Passer den Übereinanderdruck einzelner Farbauszüge im Mehrfarbendruck meint. Insbesondere bei einem solchen Mehrfarbendruck mit verschiedenen Farbauszügen, bei denen die einzelnen Farbauszüge genau übereinander gedruckt werden müssen, kann eine Verschiebung des Sujets bzw. einzelner Druckobjekte im Druckbild einzelner Farbauszüge dazu führen, dass es zu den sogenannten Passerfehlern kommt. Diese Art der Verschiebungen, welche man auch als Passer- oder Registerversatz bezeichnen kann, lässt sich dabei in Umfangs- und Seitenregister unterteilen. Der Umfangsregisterversatz bezeichnet dabei eine Verschiebung eines bestimmten Farbauszuges nach oben oder unten, relativ zu den anderen Farbauszügen gesehen. Das Seitenregister bezeichnet dagegen eine entsprechende Verschiebung nach links oder rechts relativ zu den anderen Farbauszügen. Ein weiterer Registerversatz betrifft das so genannte Diagonalregister.
• Zur Ermittlung dieser Registerversätze werden üblicherweise Testmuster / -marken neben das eigentliche Druckbild als Teil des Sujets gedruckt. Diese Registermarken bestehen z. B. aus Objekten der einzelnen Farbauszüge in einer bestimmten geometrischen Anordnung. Damit lässt sich im Falle eines Registerversatzes eines oder mehrerer Farbauszüge sofort ermitteln, welcher Farbauszug den Versatz aufweist und welche Art die Abweichung genau ist. Die Auswertung der gedruckten Registermarke kann manuell durch einen Anwender erfolgen. Wesentlich üblicher ist heutzutage jedoch die automatisierte Auswertung; z.B. durch einen eigenen spezifischen Registersensor welcher die Registermarken erfasst und einem Rechner zuleitet, der sie hinsichtlich eines möglichen Registerversatzes auswertet. Auch die Verwendung eines Bilderfassungssystems, welches eigentlich für die Qualitätskontrolle des Drucksujets verwendet wird und meist innerhalb der Druckmaschine nach dem letzten Druckwerk inline angebracht ist, ist bekannt. Wurde der Registerversatz ermittelt, kann entweder manuell der Anwender bzw. Drucker oder automatisiert die Steuerung der Druckmaschine den Registerversatz ausgleichen. Dies geschieht z.B. indem die Druckbilddaten der einzelnen Farbauszüge entsprechend gegenläufig angepasst werden. Auch mechanische Anpassungen mittels Korrektur der Umfangs-, Seiten- und Diagonalregister durch den Anwender sind bis zu einem gewissen Grad möglich.
• Nachteilig an diesen Lösungen zur Ermittlung des Registerversatzes ist jedoch, dass meist ein komplett eigenes Auswertungssystem mit Registersensor und eigenen Registermarken, welche vom Registersensor ausgelesen werden, notwendig ist. Um diesen Aufwand zu reduzieren, werden oft, wie bereits erwähnt, andere Bildsensoren oder Kameras deren Aufgabe z.B. die Überprüfung der Druckqualität hinsichtlich des Bildinhaltes oder die Farbkontrolle darstellt, zur Auswertung der Registermarken verwendet. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn diese Kameras über eine genügend hohe Bildauflösung verfügen, so dass sie auch die Registermarken zielgenau erfassen und auswerten können.
• Weiterhin ist aus dem Stand der Technik das deutsche Patent DE 10 2004 021 597 B4 bekannt, welches eine Registermarke offenbart, welche durch einen Registersensor ausgelesen wird, wobei die Registermarke jedoch zusätzlich ein weiteres Feld zur Farbmessung der zu regelnden Registerfarbe enthält. In diesem Fall ist also die Auswertung des Registerversatzes mit der Farbkontrolle bzw. Farbsteuerung des Druckprozesses verbunden. Hier wird der Registersensor verwendet, um nicht nur den Registerversatz aus der Registermarke auszulesen, sondern ebenfalls den Farbwert des entsprechenden Farbauszuges. Die hier vorgestellte Registermarke ist also quasi ein Hybrid aus Registermarke und Farbmessfeld, bzw. Farbkontrollstreifen. Mit dieser Lösung wird somit der Aufwand der Farbkontrolle reduziert, nicht jedoch jener für die Ermittlung des Registerversatzes. Zudem ist es oft auch nicht gewünscht, Registerversatz und Farbsteuerung derart zu verbinden, da dieser Ansatz insbesondere bei sehr hohen Qualitätsanforderungen an die Farbsteuerung keine optimalen Ergebnisse liefert.
• Aus der aktuell noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2018 211 922 A1 ist zudem zu dieser Problematik ein Verfahren bekannt, welches Testmuster, bestehend aus Kreisscheiben, verwendet und durch eine Zentrumsbestimmung der Kreisscheiben die Kameraausrichtung des Bilderfassungssystems, die Druckkopfausrichtung einer Inkjet-Druckmaschine sowie mögliche Passer- und Registerversätze im Druckprozess dieser Inkjet-Druckmaschine zu ermitteln und entsprechend zu korrigieren. Dieses Verfahren ist jedoch für die Inkjet-Druckmaschine entwickelt und verwendet sehr spezifische Testmuster. Diese Testmuster erfordern einen gesamten Bogen, der mit entsprechenden Kreisscheiben gefüllt ist, um daraus mittels des Verfahrens Passerfehler berechnen zu können. Dies ist für die Standardpasser- und Registermessung in einer Druckmaschine, besonders natürlich in einer Offset-Druckmaschine, aber auch in einer Inkjet-Druckmaschine, weniger gut geeignet, da hierdurch die Makulatur steigt und die Produktivität des Druckprozesses entsprechend sinkt. Man müsste also eine Möglichkeit finden, dieses Verfahren bzw. die daraus bekannten kreisförmigen Testfelder auch für ein Standardverfahren zur automatisierten Passer- und Registermessung zu verwenden, in welchem die hieraus bekannten Testmuster mit den kreisförmigen Testfeldern sowie dem entsprechenden Verfahren zur Zentrumsbestimmung so angepasst werden, dass sie mittels normaler Testmuster, welche eben nicht einen ganzen Bogen ausfüllen, verwendet werden können.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zur automatisierten Passer- und Registermessung in einer Druckmaschine zu offenbaren, welches sich das bekannte Verfahren zur Zentrumsbestimmung kreisförmiger Testfälle zunutze macht, aber effizienter als dieses bisher aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur automatisierten Passer- und Registermessung in einer Druckmaschine durch einen Rechner, wobei Testmuster mit mehreren Farbauszügen von der Druckmaschine auf ein Drucksubstrat gedruckt, mittels mindestens eines Bildsensors eines Bilderfassungssystems in Form eines digitalen Gesamtbildes aufgenommen, vom Rechner hinsichtlich eines Passer-/Registerversatzes ausgewertet werden und dieser den Passer-/Registerversatz dann korrigiert, wobei kreisförmige Messmarken mit bekanntem Durchmesser für jeden Farbauszug in die Testmuster integriert werden und der Rechner die Zentrumsposition jeder kreisförmigen Messmarke subpixel-genau ermittelt und damit den Passer-/Registerversatz berechnet, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass für die Ermittlung der Zentrumsposition jeder kreisförmigen Messmarke der Rechner eine Bildregion mit mindestens einer kreisförmige Messmarke aus dem digitalen Gesamtbild ausschneidet und Parameter eines Modells des Druckpunktes der kreisförmigen Messmarke aus dem digitalen Gesamtbild bestimmt. Der Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass bekannte Verfahren zur Zentrumsermittlung von kreisförmigen Messmarken, bzw. Testfeldern ermittelt werden und diese in ein Verfahren zur automatisierten Passer- und Registermessung zu integrieren. In diesem erfindungsgemäßen Verfahren werden Testmuster, welche eigentlich zur Farbkontrolle eingesetzt werden und neben das eigentliche Druckbild in Form von Farbkontrollstreifen platziert werden, gedruckt, mittels eines Bilderfassungssystems digitalisiert und dann von einem Rechner hinsichtlich eines Passer- und Registerversatzes ausgewertet. Damit ist es nicht mehr notwendig, einen eigenen Registersensor und eigene Registermarken zu verwenden. Um in diesen Testmustern das bekannte Verfahren zur Zentrumsbestimmung von kreisförmigen Messmarken einzusetzen, müssen in die entsprechenden Testmuster daher ebensolche kreisförmigen Messmarken mit einem bekannten Durchmesser für jeden Farbauszug integriert werden. Damit vermeidet man einerseits, dass wie im ursprünglichen Verfahren Testmuster, welche sich über den gesamten Bogen erstrecken, verwendet werden müssen. Es reicht völlig aus, die kreisförmigen Messmarken in die Farbkontrollstreifen zu integrieren, welche sich außerhalb des eigentlichen Druckbildes befinden und somit eben nicht zu erhöhter Makulatur und verringerter Produktivität führen. Im ursprünglichen Verfahren zur Zentrumsbestimmung der kreisförmigen Messmarken sind solche Testmuster, welche sich über den gesamten Bogen erstrecken, notwendig, da der eigentliche Hintergrund dieses Verfahrens ja in der Positionsermittlung des Bildsensors, bzw. der Kamera liegt, sowie in der Positionserfassung der Druckköpfe einer Inkjet-Druckmaschine. Hierfür sind solche Bogen ausfüllenden Testmuster notwendig; für ein Verfahren zur automatisierten Passer- und Registermessung reichen jedoch viel kleinere Testmuster völlig aus. Durch die Integration in die Farbkontrollstreifen, welche ja eigentlich zur Farbmessung gedacht sind, vermeidet man mit einem Schlag nicht nur die Verwendung von den kompletten Bogen ausfüllenden Testmustern, sondern kann zusätzlich auf eigene Registermarken, welche von einem eigenen Registersensor ausgewertet werden müssen, verzichten. Das erfindungsgemäße Verfahren bringt hier zudem einen deutlichen Effizienzschub, verglichen mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren. Das notwendige Modell wird dabei definiert durch einen radialen Intensitätsverlauf vom Mittelpunkt der Kreisscheibe nach außen. Der radiale Intensitätsverlauf wiederum ist im Wesentlichen einen Sprung vom zentralen Farbwert auf den Hintergrundwert beim Radius R0 definiert, der noch auf eine Breite aufgeweitet wird, um die begrenzte Abbildungsleistung des Objektivs zu berücksichtigen.
• Vorteilhafte, daher bevorzugte Weiterbildungen dieser Erfindung ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen.
• Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass die kreisförmigen Messmarken auf dem Drucksubstrat so angeordnet werden, dass sie von einem einzelnen Bildsensor komplett erfasst und in einem einzigen digitalen Gesamtbild abgebildet werden. Das Bilderfassungssystem kann über mehrere Bildsensoren bzw. Kameras verfügen. Um die Durchführung des Verfahrens zur Ermittlung der Zentrumsposition jeder kreisförmigen Messmarke zu gewährleisten, ist es jedoch notwendig, dass jede kreisförmige Messmarke im Testmuster von mindestens einem einzelnen Bildsensor komplett erfasst wird und dementsprechend in einem einzigen digitalen Gesamtbild abgebildet wird. Würde eine kreisförmige Messmarke nur teilweise von einem Bildsensor erfasst werden und der andere Teil von einem weiteren Bildsensor, so müssten die resultierenden beiden Bilder vom Rechner danach wieder zusammengesetzt werden, um eine weitere Auswertung zu ermöglichen. Durch diese Zusammensetzung der beiden Bilder kann es jedoch zu Fehlern im zusammengesetzten Bild kommen, z.B. durch eine unwesentliche Verschiebung beider Bildhälften. Dies wäre jedoch für die Verwendbarkeit der entsprechenden kreisförmigen Messmarke extrem negativ.
• Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass als kreisförmige Messmarken geschlossene Kreisscheiben oder offene Kreisringe mit bekanntem Durchmesser für jeden Farbauszug verwendet werden. Offene Kreisringe haben gegenüber geschlossenen Kreisscheiben theoretisch den Vorteil, dass sie weniger anfällig für drucktechnische Artefakte sind. Die geschlossenen Kreisscheiben wiederum haben sich im Einsatz bereits bewährt. Man weiß also, dass es praktisch funktioniert, währenddessen für den Einsatz von offenen Kreisringen noch nicht annähernd so viele Erfahrungswerte vorliegen.
• Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass das Verfahren für die Ermittlung des Passerversatzes zwischen Druckbalken aus nebeneinander angeordneten Druckköpfen einer Inkjet-Druckmaschine durchgeführt wird und die kreisförmigen Messmarken zeilenförmig horizontal oder vertikal auf dem Drucksubstrat angeordnet werden. Das grundlegende Verfahren der Verwendung des Verfahrens zur Zentrumsbestimmung von kreisförmigen Messmarken zur Passer- und Registermessung mittels Auswertung von im Farbkontrollstreifen platzierter kreisförmiger Messmarken lässt sich in der Hauptsache in zwei Hauptanwendungsbereiche gliedern. Der erste ist die Ermittlung des Passerversatzes zwischen den Druckbalken in einer Inkjet-Druckmaschine. Hier bedeutet Passer- bzw. Registermessung also nichts anderes als die Ermittlung des Passerversatzes zwischen diesen jeweiligen Druckbalken. Es ist also nicht der klassische Passer der Farbauszüge, welche sich über das gesamte Druckbild erstrecken gemeint, sondern der Passer, welcher von den einzelnen, nebeneinander angeordneten Druckbalken verursacht wird. Um diesen Passerversatz zwischen den Druckbalken entsprechend zu ermitteln, sollten die kreisförmigen Messmarken im Testmuster bzw. im Farbkontrollstreifen zeilenförmig horizontal oder vertikal auf dem Drucksubstrat angeordnet werden. Wichtig ist, dass sich die entsprechende Zeile über mehr als einen der nebeneinander angeordneten Druckköpfe erstreckt, da so der entsprechende Passerversatz zwischen diesen nebeneinander angeordneten Druckköpfen ermittelt werden kann.
• Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass für die Ermittlung des Passerversatzes zwischen den Druckbalken durch den Rechner die Abweichungen der Zentrumsposition der kreisförmigen Messmarke von ihren bekannten Idealpositionen bestimmt werden, zur Mittelung dieser Abweichungen über das Drucksubstrat ein ausreißer-robustes Regressionsverfahren angewendet wird, daraus der Passerversatz ermittelt und vom Rechner durch entgegengesetzte Ansteuerung der Druckbalken kompensiert wird. Voraussetzung hierfür ist natürlich, dass zum einen die Ideal-Position bzw. Soll-Position des Zentrums der kreisförmigen Messmarken bekannt sind und zum andern, dass die realen Ist-Positionen des Zentrums der kreisförmigen Messmarke durch das entsprechende Verfahren zur Zentrumsermittlung korrekt ermittelt wurden. Ist dies der Fall, lässt sich eine Gerade durch alle Punktabweichungen eines Farbauszuges belegen bzw. alle Punktabweichungen mitteln. Diese Gerade ist dann ein Modell für die Ausrichtung des Druckbalkens im Rahmen und erlaubt somit die Bestimmung der mittleren Abweichung von der idealen Waagerechten an beliebiger Stelle. Optional kann auch zur weiteren Verbesserung der ermittelten und gemittelten Punktabweichungen eine oder mehrere erneute Messungen von weiteren gleichartigen Testmustern durchgeführt werden. Ist somit die Ausrichtung des Druckbalkens im Raum ermittelt, lässt sich daraus der Passerversatz zwischen den Druckbalken ermitteln und vom Rechner durch entgegengesetzte Ansteuerung der Druckbalken kompensieren.
• Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass die kreisförmigen Messmarken nicht im Überlappbereich zwischen zwei Druckköpfen gedruckt werden dürfen. Da die einzelnen kreisförmigen Messmarken aufgrund der Tatsache, dass die nebeneinander angeordneten Druckköpfe einen Passerversatz aufweisen können, jeweils nur von einem Druckkopf gedruckt werden dürfen, dürfen sie somit nicht im Überlappbereich, dem sogenannten Stitching, zwischen zwei Druckköpfen gedruckt werden.
• Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass das Verfahren für die Ermittlung des Passer-/Registerversatzes in einer Offset-Druckmaschine durchgeführt wird und die kreisförmigen Messmarken in bestehende Druckkontrollstreifen integriert werden, wobei die kreisförmigen Messmarken bisherige geeignete Farbmessfelder ersetzen. Die zweite Anwendungsmöglichkeit des grundlegenden Verfahrens des Einsatzes des Verfahrens zur Zentrumsermittlung kreisförmiger Messmarken in einem integrierten Verfahren zur automatisierten Passer- und Registermessung mittels Verwendung von Farbkontrollstreifen mit diesen kreisförmigen Messmarken liegt im Einsatz der Passer/-Registermessung für Offset-Druckmaschinen. Hier werden die kreisförmigen Messmarken in bestehende Druckkontrollstreifen bzw. Farbkontrollstreifen integriert und ersetzen nur die bisherigen Farbmessfelder. Da die kreisförmigen Messmarken ebenfalls jeweils einen Farbauszug repräsentieren, lässt sich mit ihnen sowohl die eigentliche Farbmessung in diesem Druckkontrollstreifen durchführen als auch mittels Anwendung des Verfahrens zur Zentrumsermittlung der kreisförmigen Messmarken gleichzeitig die Ermittlung des Passer/-Registerversatzes durchführen. Das Verfahren hier wird ebenso wie im Verfahren zur Ermittlung des Passerversatzes zwischen den Druckbalken aus nebeneinander angeordneten Druckköpfen der Inkjet-Druckmaschine durch Rechner gestützt durchgeführt, wobei der Rechner bevorzugt der Bildverarbeitungsrechner des Bilderfassungssystems ist. Jedoch ist auch jeder andere Rechner, welcher Zugriff auf die Daten, welche vom Bilderfassungssystem erzeugt werden, besitzt, möglich. Auch eine Aufteilung der Aufgaben zwischen verschiedenen Rechnern ist eine Option. So können z.B. die Auswertung und Ermittlung des Passer/-Registerversatzes durch den Rechner des Bilderfassungssystems geschehen, während die Korrektur des ermittelten Passer/-Registerversatzes vom Steuerungsrechner der Druckmaschine durchgeführt wird. Welcher Rechner für welche Zwecke genau verwendet wird, hängt dabei in der Regel von der Struktur des Druckmaschinensystems ab.
• Die Erfindung als solche sowie konstruktiv und funktionell vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen anhand wenigstens eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In den Zeichnungen sind aneinander entsprechende Elemente mit jeweils denselben Bezugszeichen versehen.
• Die Zeichnungen zeigen:
• 1: schematischer Aufbau des Bilderfassungssystems
• 2: ein Beispiel eines verwendeten Testmusterbogens für einen Farbauszug
• 3: ein Beispiel für in Offset-Farbkontrollstreifen integrierte Kreisscheiben
• 4: ein Beispiel für Passer-/Registermarken mit Kreisscheiben für Inkjet-Druckmaschinen
• 5: ein Beispiel für Passerfehler jeweils ohne und mit korrigierter Schiefstellung von Druckbalken
• Verfügt die verwendete Druckmaschine 4 über ein eingebautes Bilderfassungssystem 1 mit üblicherweise mehreren Kameras 5 sowie einem eigenen Bildverarbeitungsrechner 7 als Messsystem 1, wie bei Inkjet- und Offsetdruckmaschinen 4 der höheren Preis-/Performancekategorie mittlerweile der Fall, so können die Bilder von dessen Kameras 5 zu einer Registermessung herangezogen werden. Dies hat den Vorteil, dass der Anwender 6 nicht mehr manuell die Registermarken, Farbkontrollstreifen 19 etc auslesen und bewerten muss. 1 zeigt schematisch den strukturellen Aufbau eines solchen Bilderfassungssystems 1, welches das erfindungsgemäße Verfahren einsetzt. Es besteht aus mindestens einem Bildsensor 5, üblicherweise einer Kamera 5, welche in die Druckmaschine 4 integriert ist. Die mindestens eine Kamera 5 nimmt die von der Druckmaschine 4 erzeugten Druckbilder auf und sendet die Daten an einen Rechner 2, 4 zur Auswertung. Dieser Rechner 2, 4 ist bevorzugt ein eigener separater Rechner 4, z.B. ein oder mehrere spezialisierte Bildverarbeitungsrechner 4, kann aber auch mit dem Steuerungsrechner 2 der Druckmaschine 4 identisch sein. Mindestens der Steuerungsrechner 2 der Druckmaschine 4 besitzt ein Display 3, auf welchem die Ergebnisse der Bildinspektion angezeigt werden.
• 2 zeigt ein Beispiel für ein aus dem Stand der Technik bekanntes Testdruckmuster 10 zu verwenden, welches nur für einen Farbauszug enthält. In diesem Fall muss dann natürlich das Testdruckmuster 10 für jeden Farbauszug gedruckt und ausgewertet werden. Die Standard-Auswertung eines solchen Testdruckmusters 10 läuft dabei wie folgt ab:
• Auf einem Druckbogen werden Zeilen von gefüllten Kreisscheiben 9 angeordnet, sodass jeder Druckkopf Kreisscheiben 9 erzeugt. Pro Druckkopf sind dabei mindestens drei Kreisscheiben 9 so verteilt, dass sie nicht im Stitching-Bereich gedruckt werden. Jeder Druckkopf sollte mindestens zwei vollständige Sätze von nebeneinanderliegenden Kreisscheiben 9 drucken. Die Kreisscheiben 9 sind dabei so über den Bogen zu verteilen, dass ein möglichst großer Bereich in y-Richtung aufgespannt wird. Dies garantiert eine hohe Auflösung in Beiden Koordinatenrichtungen (x: Druckbalkenrichtung, y: Papiertransportrichtung). Die Kreisscheiben 9 müssen groß genug sein, dass sie für das erfindungsgemäße Verfahren gute Ergebnisse auch beim Vorliegen von White Lines oder schräg spritzenden Düsen bringen. Die Scheibengröße lässt sich experimentell mit Hilfe einer Simulation bestimmen. Für Bilder von hoher Qualität aus dem oben beschriebenen Kamerasystem 5 genügt eine Zielgröße von 60 Kamerapixeln oder bei 670dpi Kamerauflösung >2.2mm Durchmesser. Mit etwas Abstand zu den großen Zeilen und möglichst nahe am Beginn des Druckmusters wird pro Kamera 5 ein zusätzlicher, abgesetzter Punkt 8 angeordnet, der eine Referenzierung („Aufpunkt“ 8) für die Punktsuche ermöglicht. Die Anforderungen sind die gleichen, wie bereits beschrieben.
• Für die folgenden Verfahren ist ein Teilverfahren nötig, das den Mittelpunkt einer Kreisscheibe 9 sub-pixel genau bestimmt. Das hierfür verwendete Verfahren läuft folgendermaßen ab:
• Da die Druckfarbe für die zu untersuchende Kreisscheibe 9 bekannt ist, kann das Bild mit Hilfe dieser Information, z.B. durch Auswahl des Kanals R,G oder B mit höchstem Kontrast zum Bedruckstoff, ideal in ein kontrastreiches Graustufenbild gewandelt werden. Eine Region (ROI) etwa 2x größer als die eigentliche Kreisscheibe 9 wird aus dem in Graustufen gewandelten Gesamtbild ausgeschnitten. In der ROI mit der Kreisscheibe 9 wird eine Kantendetektion durchgeführt, sodass der Rand der Kreisscheibe 9 als 1-Pixel breite Linie in einem Binärbild 10 stehen bleibt. Um nun Linienartefakte in den Kreisscheiben 9 herauszufiltern, die sich jetzt als Doppellinien abzeichnen wird ein weiterer Filter angewendet, der zunächst vertikale Linien im Binärbild findet, die aus einem Pixel bestehen und mind. neun Pixel hoch sind und diese dann von der Maske abzieht, was in einer fehlerfreien Kreisscheibe 9 nach der Kantendetektion resultiert. Die Grenze von mind. neun Pixeln ist zur Anpassbarkeit des Verfahrens an andere Kameraauflösungen konfigurierbar ausgelegt. Das Binärbild wird um ein Kreuz durch den approximativ als Massenschwerpunkt bestimmten Mittelpunkt der Kreisscheibe 9 erweitert. Das Ergebnis wird als MASKE bezeichnet. Die MASKE wird schließlich durch Dilatation auf drei bis fünf Pixel verbreitert. Um wieviel Pixel genau erweitert wird, ist abhängig von der Abbildungsleistung, bzw. der Sprungantwort des verwendeten Kamerasystems. Nun wird ein nicht-linearer Least-Squares-Fit an die maskierten ROI-Daten durchgeführt, wobei die Parameter eines Modells des Druckpunktes bestimmt werden. Das Modell wird definiert durch einen radialen Intensitätsverlauf f(r) vom Mittelpunkt (x0,y0) der Kreisscheibe nach außen. Der radiale Intensitätsverlauf f(r) ist im Wesentlichen ein Sprung vom zentralen Farbwert (A0+A1) auf den Hintergrundwert A0 beim Radius r0 definiert, der noch auf eine Breite w aufgeweitet wird, um die begrenzte Abbildungsleistung des Objektivs zu berücksichtigen. Außerdem kann ein Asymmetriefaktor a berücksichtigt werden, um z.B. ungleiche Auflösungen in x- und y-Richtung zu berücksichtigen. Dies betrifft auch z.B. eine Reduktion der Auflösung in einer Richtung, um höhere Druckgeschwindigkeiten auszugleichen.
• Für all diese Parameter werden zunächst sinnvolle Startparameter gewählt. Solche Parameter sind z.B. der Massenschwerpunkt des Bildes für x₀, y₀, der aus dem Druckbild erwartete Radius für r₀, Maschinen-Erfahrungswerte für w, etc. Dann wird der Fit mit einem Standard-Verfahren der Numerik, wie z.B. einem Levenberg-Marquardt-Verfahren ausgeführt.
• Die Ergebnisse werden auf Sinnhaftigkeit überprüft. So muss z.B. der Radius, bzw. das Zentrum im erwarteten Bereich liegen. Ist dies nicht der Fall, so wird die entsprechende Kreisscheibe 9 im Zweifel verworfen und nicht für die weitere Auswertung herangezogen. Dieser Algorithmus funktioniert auch noch, wenn die Kreisscheibe 9 nicht komplett im ROI liegt, sondern nur ein Anteil >50-60% sichtbar ist. Allerdings leidet dann evtl. die Genauigkeit. Die kann aber über eine Gewichtung oder ein Scoring der Ergebnisse berücksichtig werden.
• Dieses Standard-Verfahren für die Auswertung der Testmuster 10 mit Kreisscheiben 9 soll nun zur Inline-Messung und Regelung der Passer-/Registerabweichung für eine Bogenoffsetmaschine 4 eingesetzt werden. Hierfür sind verschiedene Anpassungen der bisher verwendeten Passer-/Registermarken notwendig. Daher werden die Kalibrierpunkte/Kreisscheiben 9 nun in den bisherigen Farbkontrollstreifen 19 integriert.
• 3 zeigt das Ergebnis eines solchen Offset-Farbkontrollstreifen 19 mit integrierten Kalibrierpunkten/Kreisscheiben 11. Die Auflösung des eingesetzten Bilderfassungssystems 1 kann dabei auch geringer als die zu erfassende Passer/Registerverstellungen (Subpixel). Die Anordnung der einzelnen Messmarken, bzw. Kreisscheiben 11 für die jeweiligen Farbauszüge berücksichtigt dabei die maximale Verstellbarkeit ohne Überlapp der Messmarken.
• Ein Beispiel für den Einsatz eines Farbkontrollstreifens 19 mit integrierten Kreisscheiben 11 ist im Folgenden näher beschrieben:
• Verwendet werden eine horizontale Zeile mit Kreisscheiben 11, mindestens je ein Kreis pro Druckwerk, Integration in die bekannten Druckkontrollstreifen ist möglich.
• Die Länge der Zeile beträgt: L = 2*xa+4*d+3*xi und der Durchmesser einer Kreisscheibe 11 ist d = (L-2*xa-3*xi)*1/4, mit xi = 0,8 mm als Abstand zwischen den Kreisscheiben 11 und xa = 0,5 mm für den Abstand der Zeile zum nächsten Objekt des Farbkontrollstreifens 19 ergibt sich dann eine Länge der Zeile L = 13 mm mit d = 2,275 mm für den maximal möglichen Durchmesser d einer Kreisscheibe 11. Allgemein liegt der mögliche Durchmesser im Bereich von 0,2 bis 5 mm.
• Mit diesen angepassten Farbkontrollstreifen 19 kann dann das beschriebene Verfahren zur Auswertung der Kreisscheiben 11 durchgeführt werden und somit Passer-/Registerabweichungen berechnet werden, ohne eigene Registermarken einsetzen zu müssen. Die Integration der Kreisscheiben 11 in den Farbkontrollstreifen 19 behindert dabei nicht dessen eigentliche Aufgabe der Farbmessung, bzw. -kontrolle, da auch die Kreisscheiben 11 verschiedene Farbauszüge abbilden und für die Farbmessung geeignet sind.
• Für den Einsatz in Inkjet-Druckmaschinen 4 sieht der Anwendungsfall etwas anders aus. Gemessen werden soll hier der Passer zwischen zwei Druckbalken 15, die jeweils aus nebeneinander angeordneten Druckköpfen bestehen. Es ist also nicht der Passer-/Registerversatz zwischen den Druckköpfen einer Farbe, sondern zwischen den ganzen Druckbalken 15 unterschiedlicher Farben gemeint; dies entspricht grob dem Passer zwischen den Farbauszügen.
• Die hierfür benötigten Registermarken, also die angepassten Inkjet-Testdruckmuster 12 verschiedener Farbauszüge, bestehen aus Kreisscheiben 11 mit einem Mindestdurchmesser, so dass auch das Vorhandensein von defekten Druckdüsen im Druckkopf keinen Einfluss auf die Passermessung hat. 4 zeigt ein Beispiel für den Aufbau und die Anordnung des angepassten Inkjet-Testdruckmusters 12 im Druckbild. In der Figur oben ist ein erfindungsgemäßes angepasstes Standard-Muster gezeigt. Pro Farbe werden dabei zwei Kreisscheiben 11 im Druckkopf gedruckt und zur Referenzierung eine Kreisscheibe 11 der Referenzfarbe, gegen welche gemessen wird, dazwischen. Die darunter gezeigte Anordnung in 4 ist dann eine Erweiterung des erfindungsgemäßes Standard-Musters, die auch die Messung verschiedener Farben in einem Streifen erlaubt, während im angepassten Standard-Muster nur der exakt eine Passer gemessen werden konnte. Die Zeile im angepassten Inkjet-Testdruckmuster 12 von 4 wird dabei ähnlich einem Farbkontrollstreifen 19 vertikal oder horizontal, je nach Platz auf dem Sujet, neben dem eigentlichen Druckbild platziert. Hierbei wird die vertikale Anordnung bevorzugt. Wichtig ist, dass die Kreisscheiben 11 nicht im Überlappbereich zwischen zwei Druckköpfen (Stitching-Bereich) gedruckt werden, um Fehler durch falsch justierte Druckköpfe zu vermeiden. Zudem muss eine Gruppe von Kreisscheiben 11, die eine vollständige Messung an einer Kreisscheibe 11 ermöglicht, immer von einer Kamera 5 komplett erfasst werden, um Fehler durch die ungenaue Justage/Ausrichtung zweier Kameras 5 zueinander zu vermeiden.
• Das Regelungsverfahren für den Passer der Druckbalken 15 zueinander läuft dabei folgendermaßen ab und ist hinsichtlich der Ergebnisse in 5 noch einmal schematisch dargestellt. Der obere Teil von 5 zeigt dabei den Passerfehler 13 der auftritt wenn der Passer ohne Berücksichtigung des Passers zwischen den Druckbalken 15 geregelt wird. Sehr schön ist zu sehen, wie die linken Kreisscheiben 11 zwar gut ausgeregelt sind und eine minimale Passerabweichung 16 zeigen, während jedoch die mittlere und rechte Kreisscheibe 11 durch den Druckbalken-Versatz jeweils einen mittleren 17, bzw. eine große Passerabweichung 18 aufweisen. Besser ist dies im unteren Teil von 5 geregelt, wo der Passerfehler 14 unter Berücksichtigung des Passers zwischen den Druckbalken 15 ausgeregelt wird. Hier treten im worst case mittlere Passerabweichungen 17 auf. Das Verfahren zur Ausregelung unter Berücksichtigung des Passers zwischen den Druckbalken 15 läuft dabei folgendermaßen ab:
1. 1. Passerabweichungen einer/jeder Farbe zu einer Referenzfarbe (typisch: SCHWARZ) bestimmen.
   1. a. Alle Kreisscheiben 11 grob finden und ausschneiden, optional kann dies auch über eine Kreis-Featuredetektion (z.B. Hough-Transformation) erfolgen.
   2. b. Zentrumsposition jeder Kreisscheibe 11 subpixel-genau bestimmen
   3. c. Zentrumspositionen mit Hilfe einer Koordinatentransformation in Realkoordinaten (z.B. Millimeter oder Druckpixel) umrechnen
   4. d. Für Abweichungen quer zur Ausrichtung des Teststreifens, kann eine Gerade durch die gefundenen Positionen der Kreisscheiben 11 gelegt werden. Dazu wird ein Ausreißer-robustes Regressionsverfahren, wie Iteratively-Reweightes-Least-Squares (IRLS), oder ein normaler Least-Squares-Fit eingesetzt. Dies geschieht für Mess- und Referenzfarbe und der Abstand der Geraden kann dann an beliebiger Stelle berechnet werden, um den Passer quer zur Ausrichtung des Teststreifens zu bestimmen. Evtl. kann hier berücksichtigt werden, dass Mess- und Referenzpunkte nicht auf einer Linie gedruckt wurden. Die zwei Geraden erlauben es auch den Winkel zwischen den Druckbalken 15 zu messen. Alternativ kann auch ein Verfahren, wie in e. beschrieben verwendet werden.
   5. e. Für Abweichungen entlang des Teststreifens wird die erwartete Idealposition der Kreisscheiben 11 bestimmt (z.B. durch eine vorher bestimmte Kalibrierung der Kameras 5, oder eine lokal aus umliegenden Referenzpunkten berechnete Kalibrierung/Koordinatentransformation zwischen Druck- und Kamerabild). Die Abweichung der gefunden von der erwarteten Position ist dann der Passerfehler an der Messmarke.
   6. f. Optional: Mittelung der Messungen aus verschiedenen Bogen und/oder verschiedenen Messmustern auf einem Bogen
   7. g. X/Y-Versatz bestimmen, sodass die Passerabweichungen über den ganzen Bogen minimiert werden - also nicht z.B. links auf null stellen, aber rechts dafür zu groß, siehe 5 untere Abbildung
2. 2. Bestimmten X/Y-Versatz in Maschinensteuerung in entgegengesetzter Richtung verstellen, um die gemessene Abweichung auszugleichen
3. 3. Erneute Messung:
   1. a. Abweichung kleiner als Grenze 1 FERTIG
   2. b. Abweichung größer Grenze → zurück zu Schritt 1
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante können zudem für beide Anwendungsfälle auch anstatt der Kreisscheiben 9, 11 offene Kreisringe mit geeigneten Durchmessern verwendet werden, sofern sie ebenfalls in bereits bekannte Druckkontrollstreifen 19 oder Registermarken integriert werden können. Diese sind theoretisch weniger anfällig gegenüber drucktechnischen Artefakten.
• Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens für beide Anwendungsfälle, also Offset und Inkjet, liegen darin, dass kein separates Messgerät zur Register/Passerregelung mehr erforderlich ist, da die ohnehin vorhandene Kamera 5 des Bilderfassungssystems 1 genutzt wird. Zudem ist eine Mittelung über mehrere Bögen möglich und es können spezielle Marken auch an beliebiger Stelle auf dem Bogen verwendet werden.
• Bezugszeichenliste

1

Bilderfassungssystem

2

Steuerungsrechner der Druckmaschine

3

Display

4

Druckmaschine (Inkjet oder Offset)

5

Bildsensor/Kamerasystem

6

Anwender

7

Bildverarbeitungsrechner

8

Aufpunkt zur Referenzierung für einen Farbauszug

9

Kalibrierpunkte/Kreisscheiben eines Farbauszuges

10

Standard-Inkjet-Testdruckmuster für einen Farbauszug

11

Kalibrierpunkte/Kreisscheiben verschiedener Farbauszüge im angepassten Testmuster

12

angepasstes Inkjet-Testdruckmuster verschiedener Farbauszüge

13

Passer-Registerfehler in Druckbalken ohne korrigierte Schiefstellung

14

Passer-Registerfehler in Druckbalken mit korrigierter Schiefstellung

15

Druckbalken eines Druckkopfes

16

gut ausgeregelter Passer

17

mittlere Passerabweichung

18

große Passerabweichung

19

Offset-Farbkontrollstreifen mit integrierten Kalibrierpunkten/Kreisscheiben

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102004021597 B4 [0006]
• DE 102018211922 A1 [0007]

Claims (7)

1. Verfahren zur automatisierten Passer- und Registermessung in einer Druckmaschine (4) durch einen Rechner (2, 7), wobei Testmuster (12, 19) mit mehreren Farbauszügen von der Druckmaschine (4) auf ein Drucksubstrat gedruckt, mittels mindestens eines Bildsensors (5) eines Bilderfassungssystems (1) in Form eines digitalen Gesamtbildes aufgenommen, vom Rechner (2, 7) hinsichtlich eines Passer-/Registerversatzes ausgewertet werden und dieser den Passer-/Registerversatz dann korrigiert, wobei kreisförmige Messmarken (9, 11) mit bekanntem Durchmesser für jeden Farbauszug in die Testmuster (12, 19) integriert werden und der Rechner (4) die Zentrumsposition jeder kreisförmigen Messmarke (9, 11) subpixel-genau ermittelt und damit den Passer-/Registerversatz berechnet, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der Zentrumsposition jeder kreisförmigen Messmarke (9, 11) der Rechner (4) eine Bildregion mit mindestens einer kreisförmigen Messmarke (9, 11) aus dem digitalen Gesamtbild ausschneidet und Parameter eines Modells des Druckpunktes der kreisförmigen Messmarke (9, 11) aus dem digitalen Gesamtbild bestimmt.
2. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisförmigen Messmarken (9, 11) auf dem Drucksubstrat so angeordnet werden, dass sie von einem einzelnen Bildsensor (5) komplett erfasst und in einem einzigen digitalen Gesamtbild abgebildet werden.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als kreisförmige Messmarken (9, 11) geschlossene Kreisscheiben (9, 11) oder offene Kreisringe mit bekanntem Durchmesser für jeden Farbauszug verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für die Ermittlung des Passerversatzes zwischen Druckbalken (15) aus nebeneinander angeordneten Druckköpfen einer Inkjet-Druckmaschine (4) durchgeführt wird und die kreisförmigen Messmarken (9) zeilenförmig horizontal oder vertikal auf dem Drucksubstrat angeordnet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung des Passerversatzes zwischen den Druckbalken (15) durch den Rechner (4) die Abweichungen der Zentrumsposition der kreisförmigen Messmarke (9) von ihren bekannten Idealpositionen bestimmt werden, zur Mittelung dieser Abweichungen über das Drucksubstrat ein ausreißer-robustes Regressionsverfahren angewendet wird, daraus der Passerversatz ermittelt und vom Rechner (4) durch entgegengesetzte Ansteuerung der Druckbalken (15) kompensiert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisförmigen Messmarken (9) nicht im Überlappbereich zwischen zwei Druckköpfen gedruckt werden dürfen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für die Ermittlung des Passer-/Registerversatzes in einer Offset-Druckmaschine (4) durchgeführt wird und die kreisförmigen Messmarken (11) in bestehende Druckkontrollstreifen (19) integriert werden, wobei die kreisförmigen Messmarken (11) bisherige Farbmessfelder ersetzen.

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