DE102012021725A1

DE102012021725A1 - Qualitätsprüfung eines Kippbildes einer Linsenstruktur

Info

Publication number: DE102012021725A1
Application number: DE102012021725.0A
Authority: DE
Inventors: Dr. Kruse Georg
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient Mobile Security GmbH
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2014-05-08
Also published as: WO2014072021A1; EP2917897B1; EP2917897A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Prüfen der Qualität eines Kippbildes einer Linsenstruktur 4, welche auf einem Träger 2 angeordnet ist, welche sich dadurch auszeichnet, dass der Träger 2 auf einer Halterung 6 befestigt wird, wobei die Halterung 6 von einem Motor 8 gedreht wird. Eine Lichtquelle 10 beleuchtet die Linsenstruktur 4 während eine optische Aufnahmevorrichtung 12 mindestens ein Bild von der Linsenstruktur 4 während der Drehung der Halterung 6 aufnimmt. Eine Datenverarbeitungseinrichtung 14 wertet das mindestens eine aufgenommene Bild der Linsenstruktur 4 hinsichtlich seiner Farbwerte aus und steuert den Motor 8.

Description

Die Erfindung offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Prüfen der Qualität eines Kippbildes einer Linsenstruktur, welche sich auf einem Träger, z. B. ein tragbarer Datenträger, befindet.
Zur Beschriftung eines Trägers mittels Laser nutzt man über eine elektrische Ansteuerung bewegliche Ablenkspiegel. Der Abstand zwischen Träger und Laser ist in der Regel relativ groß. Folglich ist solch ein Verfahren sehr empfindlich gegenüber Störungen.
Während einer Laserbeschriftung zur Darstellung von Bildern wird üblicherweise im Rastermodus gearbeitet, d. h. das Bild wird mittels eines gepulst betriebenen Lasers in serieller Abarbeitung Punkt für Punkt zeilen- oder spaltenweise in wohldefinierten und gleichförmigen Abstand zueinander geschrieben.
Das Auge des Betrachters sieht auf der fertig beschrifteten Karte dann nicht mehr die einzelnen Rasterpunkte, sondern je nach Punktgröße und Abstand zu einander und je nach Verhältnis von schwarzen Punkten zu hellem Hintergrund ein mehr oder weniger kräftiges Grau.
Wird nun während einer Laserbeschriftung entweder der Laser oder der Spiegel oder der Träger, z. B. eine Karte, irregulär bewegt, z. B. durch Einkopplung von mechanischen Schwingungen oder Erschütterungen, so verändert sich der Abstand der Rasterpunkte entsprechend. Je nach Art und Dauer der Störung ergeben sich dann dunkle, d. h. ein kleinerer Punktabstand, oder helle, d. h. ein größerer Punktabstand, Streifen im gelaserten Bild.
Entsprechend können sich Streifenstrukturen ergeben, wenn eine elektrische Einkopplung, z. B. ein 50-Hz-Brumm, die Ansteuer- bzw. Positionierlogik der Ablenkspiegel stört.
Weitere Effekte, die zu Streifenstrukturen im Laserbild führen können, sind z. B. Laserleistungsschwankungen, d. h. Punktgrößenänderungen, während der Laserbeschriftung.
Zusätzlich zu Streifen gibt es Qualitätsmängel in Form von mehr oder weniger punktförmigen bzw. fleckenhaften dunklen oder hellen Strukturen im Bereich gelaserter Bilder bzw., in schweren Fällen, auch im Bereich von gelaserten Buchstaben. Die Ursachen dafür sind in der Regel eher komplex und können zum Einen durch lokal begrenzte Einschlüsse in der Karte, z. B. Fusseln erklärt werden, gehen über Abhängigkeit von der/den verwendeten Druckfarbe(n) incl. UV-Druck bis hin zu Kurzzeit-Effekten im Bereich des Lasers wie z. B. fehlerhaft eingestellte Erstpuls-Unterdrückung etc..
Entsprechende qualitätsmindernde Effekte, die zur Streifenbildung oder Fleckenbildung führen, gibt es auch bei Personalisierungsverfahren die mit Drucktechnik arbeiten (z. B. ink jet Druck).
Innerhalb einer laufenden Kartenpersonalisierung unter Produktionsbedingungen besteht nun die Herausforderung festzustellen, ob eine personalisierte Karte bzw. ein Paß ein Gut- oder ein Schlecht-(”Reject-”)Dokument ist. Als Kriterium dafür kann man z. B. Anzahl und jeweilige Größe der Störungen bestimmen. Übersteigt nun Anzahl oder Größe der Störungen ein vorher festgelegtes Maß, so wird das entsprechende Dokument (Karte, Paß) als Reject ausgesteuert.
Die Prüfung der Qualität von darzustellenden Informationen in einem Datenträger, welche in Form eines Kippbildes einer Linsenstruktur in einem tragbaren Datenträger ausgeführt sind, erfolgt durch eine subjektive visuelle Prüfung und Bewertung z. B. des Kontrastes, des Kippverhaltens oder der Gesamtintensität.
Für einen Träger kommen alle geeigneten Träger in Frage. Insbesondere werden tragbare Datenträger als Träger verwendet. Linsenstrukturen werden auf tragbare Datenträger, wie z. B. Kreditkarten, Gesundheitskarten, Passen, Personalausweisen, Visum, Geldscheinen, Eintrittskarten, SIM-Karten etc. aufgebracht.
Nachteilig an der subjektiven Prüfung ist, dass weder überhaupt eine objektive Bewertung der Qualität der darzustellenden Information möglich ist noch ein objektiver Vergleich zwischen zwei Linsenstrukturen, welche jeweils ein Kippbild darstellen, möglich ist.
WO 2010/043443 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Überprüfung von Linsenstrukturen. Hier werden die von einer Linsenstruktur dargestellten Helligkeitswerte bzw. Farbwerte unter zwei verschiedenen Winkeln ohne eine eingebrachte Beschriftung geprüft. Damit können beispielsweise Defekte in oder nahe der Linsenoberfläche festgestellt werden. Prinzipiell ist es so möglich, vor einer Beschriftung von Karten mit Linsenstrukturen, die Karten auszusortieren, welche schlechte Linsen aufweisen. Die Kosten zur Herstellung der Karten sind dann allerdings bereits entstanden. Ein Rückschluss auf das die Qualitätsminderung verursachende Problem ist in den meisten Fällen in diesem Stadium nicht mehr möglich. Eine Prüfung der Darstellungsqualität von in die Linsenstruktur eingebrachter Information unter Berücksichtigung des Kippverhaltens ist hier nicht möglich.
Um die Ausformung und Ausführung von Linsenstrukturen zu prüfen und zu bewerten werden die Linsenparameter mittels geometrischer Vermessung der Linsenparameter, z. B. mittels eines Höhentasters vermessen. Dieses Prüfverfahren prüft allerdings nur die geometrischen bzw. optischen Eigenschaften der Linsenstrukturen und liefert keine Aussage über das Kippverhalten und die Qualität der Darstellung von eingeschriebenen Informationen. Kippverhalten, Darstellungsqualität, Schärfe und Kontrast werden allerdings über ein komplexes Zusammenspiel zwischen Linsenparametern, Ausführung der Beschriftung, z. B. Auflösung, Farbe, und Kartenaufbau bestimmt. Ein abschließende Beurteilung der Qualität des Kippverhaltens der Linsenstrukturen bzw. die Qualität der durch das Kippverhalten der Linsenstruktur dargestellten Information ist deshalb erst am Endprodukt, d. h. am bereits hergestellten Träger mit aufgebrachter Linsenstruktur möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Lösung zur Überwindung der Nachteile des Stands der Technik zu finden.
Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung eine Lösung zu finden, um eine objektive Beurteilung der Darstellungsqualität des Kippeffekts einer Linsenstruktur zu ermöglichen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch den unabhängigen Anspruch und den nebengeordneten Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Erfindung offenbart zur Lösung der Aufgabe eine Vorrichtung zum Prüfen der Qualität eines Kippbildes einer Linsenstruktur, welche auf einem Träger angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung umfasst

– eine Halterung, zur Befestigung des Trägers,
– einen Motor, um die Halterung zu drehen,
– einer Lichtquelle, um die Linsenstruktur zu beleuchten,
– eine optische Aufnahmevorrichtung, um mindestens ein Bild von der Linsenstruktur während der Drehung der Halterung aufzunehmen,
– eine Datenverarbeitungseinrichtung, um das mindestens eine von der optischen Aufnahmevorrichtung aufgenommene Bild hinsichtlich seiner Farbwerte auszuwerten und um den Motor zu steuern.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass der Motor ein Schrittmotor ist, um die Halterung schrittweise um einen definierten Winkel zu drehen.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die optische Aufnahmevorrichtung eine Kamera ist.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung eine Abschirmung gegen Fremdlicht aufweist.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens die Halterung und/oder die Lichtquelle und/oder die optische Erfassungseinrichtung so eingerichtet sind, dass ein Abstand und/oder ein Winkel zur Linsenstruktur variabel einstellbar sind.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die optische Erfassungseinrichtung ein Mikroskop ist.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtquelle ein weißes oder ein farbiges Licht erzeugt.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass der Träger ein tragbarer Datenträger ist.
Die Erfindung offenbart ferner zur Lösung der Aufgabe ein Verfahren zum Prüfen der Qualität eines Kippbildes einer Linsenstruktur, welche auf einem Träger angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mindestens die folgenden Schritte umfasst

– befestigen des Trägers auf einer Halterung,
– drehen der Halterung mittels eines Motors,
– beleuchten der Linsenstruktur mit einer Lichtquelle,
– aufnehmen mindestens eines Bildes von der Linsenstruktur während der Drehung der Halterung mittels einer optischen Aufnahmevorrichtung,
– auswerten des mindestens einen von der optischen Aufnahmevorrichtung aufgenommenen Bilds hinsichtlich seiner Farbwerte und steuern des Motors mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein zu vermessendes Feld in der zu prüfenden Linsenstruktur definiert wird.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass bei mindestens zwei zu vermessenden Feldern, die Felder gleich oder unterschiedlich groß sind.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein Testmuster in die Linsenstruktur eingebracht wird.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass das Testmuster mindestens zwei Flächen umfasst, welche gleiche oder unterschiedliche Farbwerte haben.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass das Testmuster mindestens zwei Flächen umfasst, welche gleich oder unterschiedlich groß sind.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass das Testmuster mittels Laser in die Linsenstruktur eingebracht wird.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass über alle Bilder, welche während einer Drehung der Halterung von der Linsenstruktur aufgenommen werden, für mindestens eine zu messende Fläche und/oder Testmuster die Farbwerte ausgewertet werden.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein Bild von der Linsenstruktur pro einer zu bestimmenden Winkelstellung während der Drehung aufgenommen wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein objektives Messverfahren zur Verfügung, das es ermöglicht die Qualität der Darstellung von Information mittels Kippeffekt einer Linsenstruktur objektiv zu beurteilen.
Das Messverfahren kann beispielsweise mittels entsprechend vorbereiteter zu prüfender Träger mit Linsenstruktur durchgeführt werden, mit dem die Beurteilung einer zu erwartenden Qualität eines Produktionsloses durchgeführt werden kann.
Ferner ermöglicht die Erfindung zum einen die Prüfung der Qualität von linsenerzeugenden Produktionsmitteln, wie z. B. Kaschierblechen. Im Umkehrschluss ermöglicht die Erfindung ein Aussortieren von ungeeigneten Produktionsmitteln.
Zum anderen können Kartenaufbauten, wie z. B. Foliendicken, Folienschichtungen, etc., auf ihre prinzipielle Eignung zur Darstellung von Kippeffekten geprüft werden.
Bisher wurden Träger mit Linsenstrukturen mit Kippeffekt geprüft, indem ein Träger mit Linsenstruktur mit der Hand relativ zu einer feststehenden Lichtquelle positioniert wurde. Der Träger wurde um die Querachse gekippt und mit dem bloßen Auge das Kippbild der Linsenstruktur auf ein Wegkippen hin geprüft.
Zum Prüfen wird erfindungsgemäß eine zu prüfende Linsenstruktur auf einen Träger, wie z. B. eine Kreditkarte oder eine Passseite, aufgebracht. Optional kann in die Linsenstruktur ein Testmuster z. B. mittels Laser eingebracht werden. Anschließend wird die zu prüfende Linsenstruktur mit oben beschriebener Vorrichtung und oben beschriebenen Verfahren vermessen und geprüft. Der ermittelte Farbwert wird dann in Abhängigkeit vom Winkel, in welchem die optische Erfassungseinrichtung von der Linsenstruktur Bilder aufgenommen hat, dargestellt. Eine Messkurve, welche den Verlauf der Farbwerte in Abhängigkeit vom Winkel, welcher zwischen der gedrehten Halterung und der optischen Erfassungseinrichtung liegt, zeigt, wird anhand festgelegter Kriterien beurteilt. In der Regel hat die Messkurve eine sogenannte Gauss-Form. Eine breite und flache Kurve bedeutet eine schlechte Qualität. Eine schmale und hohe Kurve bedeutet eine gute Qualität.
Das erfindungsgemäße Testmuster besteht aus unterschiedlich hell- bis dunkelgrauen Flächen. Alternativ können die Flächen auch schwarz oder weiss oder jede andere geeignete Farbe aufweisen. Ferner können auch sogenannte Graukeile im Testmuster enthalten sein. Ein Graukeil weist einen stufenlosen Verlauf vom Hellen ins Dunkel auf, z. B. von Schwarz nach Weiß. Das erfindungsgemäße Testmuster wird mittels Laser in die Linsenstruktur eingebracht. Beim Einbringen wird eine sogenannte kalibrierte Laseranlage verwendet, welche eine definierte Laserleistung bzw. einen definierten Farbwert, z. B. einen Grauwert, aufweist. Beispielsweise ist auch ein sogenannter Dot-per-Inch-Wert (dpi-Wert) definiert. Das Testmuster liegt beispielsweise mittig innerhalb der Linsenstruktur. Das Testmuster hat eine Skalierung von beispielsweis 1:1. Das bedeutet, dass ein Raster aus beispielsweise viereckigen Flächen eine Fläche von 0,64 × 0,64 Quadratmillimeter groß ist. Dies kann beispielsweise zur Vermessung oder zur Kontrolle der Linsenbreite verwendet werden.
Zur Prüfung des Trägers mit einer Linsenstruktur mit Kippeffekt wird der Träger auf einer Halterung befestigt. Die Halterung wird über einen Motor gedreht. Vorteilhafterweise wird ein Schrittmotor verwendet. Ein Schrittmotor hat den Vorteil, dass die Halterung schrittweise gedreht wird, wobei jeder Schritt einem bestimmten Winkel entspricht. Der Winkel kann eingestellt werden. Je kleiner der Winkel ist, desto besser ist die Genauigkeit der auszuwertenden Daten. Eine optische Aufnahmeeinrichtung nimmt mindestens ein Bild von der Linsenstruktur während der Drehung auf. Vorteilhafterweise wird für jeden Winkelschritt, um den die Halterung gedreht wird, mindestens ein Bild aufgenommen. Nach der Aufnahme der Bilder für zumindest eine teilweise Drehung wird zumindest eine in den Bildern zu messende Fläche, sogenannte „Regions of interest (ROI)” definiert. Vorteilhafterweise werden mehrere ROI's definiert. Hier empfiehlt es sich zumindest eine ROI für eine helle, z. B. weiße, und eine dunkle, z. B. schwarze, Fläche im Bild zu definieren. Die ROIs haben vorteilhafterweise gleiche Flächengröße. Vor Auswertung der aufgenommen Bilder wird kontrolliert, ob die ROIs für jeden gemessenen Winkel bzw. eines jeden Bilds richtig positioniert sind.
Für jede ROI wird dann der Farbwert, z. B. Grauwert, Schwarzwert, Weißwert, etc., für jeden Winkel der Drehung des Halters mit der Linsenstruktur bestimmt. Aus diesen Werten wird dann vorteilhafterweise ein Mittelwert über alle Bilder für die jeweilige ROI bestimmt, z. B. einen mittleren Grauwert oder einen mittleren Weißwert für das jeweilige ROI. Die ermittelten Farbwerte werden über den Winkel in ein Diagramm eingetragen und ausgewertet, wie dies oben beschrieben wurde.
Somit ist eine objektive Qualitätsprüfung eines Kippbildes einer Linenstruktur mit der vorliegenden Erfindung möglich.
Ein großer Vorteil der Erfindung ist, dass eventuelle qualitätsmindernde Effekte frühzeitig beispielsweise bereits vor einer Massenproduktion erkannt werden, da die Qualitätsprüfung anhand von entsprechend vorbereiteten sogenannten Prüflingen durchgeführt wird, welche entsprechende Träger mit Linsenstruktur mit Kippeffekt sind.
Das Verfahren kann dazu benutzt werden, um die Ursache von qualitätsmindernden Effekten im Zusammenhang mit Kippbildern festzustellen. So lassen sich beispielsweise kritische Kaschierbleche überprüfen und gegebenenfalls ersetzen.
Nach Behebung der Ursache für eine Qualitätsminderung wird die Ausschussrate gesenkt und entsprechende Kosten werden vermieden.
Die Vorrichtung und das Verfahren sind erweiterbar. So können z. B. die Positionen von Linsen, ihre Radien oder die Winkeltreue von in die Linsenstruktur eingeschriebenen beispielsweise rechteckigen Strukturen geprüft und vermessen werden. Weitere Erweiterungen sind beispielsweise die Prüfung der Darstellungsqualität von metallischen Strukturen im Datenträger wie beispielsweise eines Hologramms oder eines Kinegramms oder eines Sicherheitsfadens.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
Es zeigen
1 den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 beispielhafte Messkurven für erfindungsgemäß bestimmte Farbwerte, hier Grauwerte, von zwei Mustern, welche über den Winkel bei der Aufnahme des Bildes aufgetragen sind,
3 ein erfindungsgemäßes Testmuster,
4 zeigt ein erfindungsgemäßes Bild einer Linsenstruktur mit einer erfindungsgemäßen zu messenden Fläche, sogenannte Region of Interest (ROI).
1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Prüfen der Qualität eines Kippbildes einer Linsenstruktur 4, welche auf einem Träger 2 angeordnet ist, umfasst eine Halterung 6, zur Befestigung des Trägers 2. Die Halterung 6 wird durch einen Motor 8 gedreht. Eine Lichtquelle 10 beleuchtet die Linsenstruktur 4. Eine optische Aufnahmevorrichtung 12 nimmt mindestens ein Bild von der Linsenstruktur 4 während der Drehung der Halterung 6 auf. Eine Datenverarbeitungseinrichtung 14 wertet das mindestens eine von der optischen Aufnahmevorrichtung 12 aufgenommene Bild hinsichtlich seiner Farbwerte aus und steuert den Motor 8. Die Datenverarbeitungseinrichtung 14 ist über geeignete kontaktgebundene und/oder kontaktlose Kommunikationsverbindungen mit dem Motor 8, der Lichtquelle 10 und der optischen Aufnahmevorrichtung 12 verbunden.
Der Motor 8 ist vorteilhafterweise ein Schrittmotor, um die Halterung 6 schrittweise um einen definierten Winkel zu drehen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Abschirmung gegen Fremdlicht auf. Die Abschirmung ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Abschirmung besteht dazu aus einem lichtundurchlässigen Material. Vorteilhafterweise kann die Abschirmung geöffnet und geschlossen werden, um einen zu prüfenden Träger 2 mit Linsenstruktur 4 in die Halterung 6 einzusetzen bzw. aus dieser zu entnehmen.
Mindestens die Halterung 6 und/oder die Lichtquelle 10 und/oder die optische Erfassungseinrichtung 12 sind so eingerichtet, dass ein Abstand und/oder ein Winkel zur Linsenstruktur 4 variabel einstellbar sind.
Die optische Aufnahmevorrichtung 12 ist vorteilhafterweise ein Mikroskop oder eine Kamera. Vorteilhafterweise umfasst die optische Aufnahmevorrichtung 12 eine Kombination aus einem Mikroskop und einer Kamera. Die optische Aufnahmevorrichtung 12 ist in der Lage Einzelbilder und/oder eine Aufnahme von kontinuierlichen Bildern in Form eines Films aufzunehmen.
In der optischen Aufnahmevorrichtung 12 befinden sich vorteilhafterweise Positionierungshilfen, um z. B. ein Zielkreuz, einen Rahmen, ein Gitter oder ähnliches in das aufzunehmende Bild einzublenden.
In einem der Aufnahme eines Bildes vorgeschalteten Schritt kann eine Eichung der optischen Aufnahmevorrichtung 12 durchführt werden, mit dem Ziel statt einer Skala von einer Anzahl von Pixeln eine mm-Skala zu erhalten. Dazu bringt man beispielsweise an Stelle eines zu prüfenden Trägers 2 eine mm-Skala an und nimmt diese mit der optischen Aufnahmevorrichtung 12 auf, sogenanntes ”Teachen/Anlernen” der optischen Aufnahmevorrichtung 12. Zur mm-Skala gelangt man dann über einfache Umrechnung. Die so ermittelte Skala kann dann in das aufgenommene Bild eingeblendet werden und bleibt solange gültig, wie sich an der Fokussierung und dem Arbeitsabstand der optischen Aufnahmevorrichtung 12 zum zu prüfenden Träger 2 nichts ändert.
Prinzipiell kann man auch ein Referenzbild wie z. B. einen Graukeil dem aufgenommenen Bild überlagern.
Mittels Bildverarbeitung können insbesondere bestimmte Farbwerte, Helligkeit, etc. unterdrückt oder verstärkt werden.
Weiterhin kann man über eine Bildfilterung, z. B. mittels Sobel-Filter, etc., z. B. Kanten hervorheben, um z. B. ein maschinell auswertbares Kriterium zu erhalten. Damit lässt sich die vollautomatische Vermessung beispielsweise eines auf einem Träger 2 aufgebrachten Testmusters 16 oder die Detektion/Vermessung von Druckmarken realisieren.
Die Lichtquelle 10 erzeugt ein weißes oder ein farbiges Licht oder ein Licht einer geeigneten Wellenlänge, wie z. B. infrarot oder ultraviolett. Ferner ist das erzeugte Licht gleichmäßig und diffus.
Der Träger 2 ist ein tragbarer Datenträger, wie z. B. eine Chipkarte, ein Reisepass, ein Personalausweis, ein Führerschein, eine Kreditkarte, eine Gesundheitskarte, ein Visum, ein Wertdokument, ein Geldschein etc..
Die vorliegende Erfindung offenbart ferner ein Verfahren zum Prüfen der Qualität eines Kippbildes einer Linsenstruktur 4, welche auf einem Träger 2 angeordnet ist. Dafür wird mindestens eine zu vermessende Fläche 26, sogenannte „Region of Interest”, abgekürzt mit ROI, in der zu prüfenden Linsenstruktur 4 definiert. Bei mindestens zwei zu vermessenden Flächen 26, sind die Flächen 26 gleich oder unterschiedlich groß. Ferner kann optional mindestens ein Testmuster 16 in die Linsenstruktur 4 eingebracht wird. Das Testmuster 16 umfasst mindestens zwei Flächen, welche gleiche oder unterschiedliche Farbwerte haben. Darüber hinaus umfasst das Testmuster 16 mindestens zwei Flächen, welche gleich oder unterschiedlich groß sind. Das Testmuster 16 wird vorteilhafterweise mittels Laser in die Linsenstruktur 4 eingebracht wird.
Während oder im Anschluss an eine Drehung der Halterung 6 werden über alle Bilder, welche von der Linsenstruktur 4 aufgenommen wurden, für das gesamte und/oder mindestens eine zu messende Fläche 26 und/oder Testmuster 16 die Farbwerte ausgewertet. Die Farbwerte können hinsichtlich der Helligkeit und/oder der Farbinformation ausgewertet werden. Vorteilhafterweise wird mindestens ein Bild von der Linsenstruktur 4 pro einer zu bestimmenden Winkelstellung während der Drehung aufgenommen. Wenn der Motor 8 ein Schrittmotor ist und die Halterung 6 beispielsweise in Schritten von drei Grad dreht, dann wird für jeden Schritt von drei Grad mindestens ein Bild von der Linsenstruktur 4 von der optischen Aufnahmevorrichtung 12 aufgenommen.
Nach der Aufnahme der Bilder durch die optische Aufnahmevorrichtung 12, werden die Bilder ausgewertet.
In der einfachsten Ausführungsform wird nur eine zu vermessende Fläche 26 oder ein Teilbereich jedes Bildes einer Folge von aufgenommenen Bildern ausgewertet. Die zu vermessende Fläche 26 (ROI) wird für alle Bilder der Folge gleich positioniert, so daß die zu vermessende Fläche 26 für jede zu vermessende Winkelstellung komplett innerhalb dem Testmuster 16 liegt. In Abhängigkeit vom Winkel ergeben sich für die Bilder einer Folge unterschiedliche Farbwerte.
Alternativ können mehrere Teilbereiche jedes Bildes einer Folge ausgewertet werden. Wertet man für jedes Bild mehrere unterschiedlich positionierte zu vermessende Flächen 26 aus und vergleicht die Ergebnisse jedes Bildes untereinander, so kann man z. B. Aussagen bzgl. der Gleichmäßigkeit der zu prüfenden Linsenstruktur 4 gewinnen.
Mittels jeweils einer zu vermessenden Fläche 26 im weißen und im schwarzen Bereich des in die Linsenstruktur 4 eingeschriebenen Testmusters 16 eines jeden Bildes einer Folge kann, beispielsweise durch Differenzbildung der ermittelten Grau- bzw. Farbwerte, ein sogenannter Weißabgleich für die optische Aufnahmevorrichtung 12 erzielt werden. Dies ist dann sinnvoll, wenn die verwendete optische Aufnahmevorrichtung 12 über keinen manuellen Weißabgleich verfügt.
Mit dem hier beschriebenen Verfahren ist es außerdem möglich, Effekte herauszurechnen, die sich z. B. durch eine ungleichmäßige Ausleuchtung der zu prüfenden Linsenstruktur 4 während der Bildaufnahme bzw. der Bildfolge ergeben.
Beispielsweise kann die Erfindung verwendet werden, um Personalisierungsanlagen für tragbare Datenträger, wie z. B. Kreditkarten, Personalausweise, etc., zu qualifizieren. Dies kann einerseits bei der Erstabnahme solcher Anlagen geschehen, kann aber andererseits auch in der laufenden Produktion eingesetzt werden, um eventuelle Qualitätsmängel bei der Personalisierung festzustellen. Entsprechende Tests werden außerdem nach Instandsetzung einer Anlage durchgeführt, um vor Wiederaufnahme der Produktion den Nachweis einer erfolgreichen Reparatur bzw. Justage führen zu können.
Dazu wird ein vorbereitetes und geometrisch definiertes Testmuster 16, z. B. ein Testgitter, und eine wohldefinierte Karte, z. B. aus Referenzmaterial, welche Maße und Eigenschaften entsprechend ISO 7810 aufweist, benutzt.
Die zu qualifizierende Anlage schreibt das Testmuster 16 auf einen Träger 2, z. B. eine Kreditkarte. Dieses Testmuster 16 wird dann auf korrekte Größe, Verkippung, Verzerrung etc. kontrolliert.
Ein weiterer Prüfschritt bei der Qualifizierung bzw. Abnahme von Personalisierungsanlagen ist die Kontrolle der Grauwertkalibrierung, insbesondere bei Laseranlagen, bzw. der Farbkalibrierung, insbesondere bei Personalisierungsanlagen mit Drucktechnik.
Dabei wird überprüft, ob die Personalisierungsanlage den vollen Umfang aller Grauwerte zwischen schwarz und weiß, bzw. bei Farbwerten den vollen Farbumfang, darstellen kann und ob die Darstellung der Grauwerte, insbesondere der Farbwerte, stabil, d. h. ohne Drift, z. B. über einen ganzen Produktionstag möglich ist.
Außerdem können damit mehrere Anlagen gleichen Typs auf gleiche Qualität justiert werden.
Die Überprüfung einer Grauwertkalibrierung kann z. B. durchgeführt werden, indem ein mit einem sogenannten Graukeil 20 beschriebener Träger 2 mit Linsenstruktur 4 gegen eine Referenzkarte, welche aus dem gleichen Kartenmaterial besteht, wobei hier ein Referenzmaterial nötig ist, verglichen wird. Ein Graukeil 20 ist ein stufenloser Verlauf von einer hellen zu einer dunklen Farbe, z. B. ein stufenloser Verlauf von Schwarz nach Weiß. Ein Vergleich mittels visueller Überprüfung ist üblich, aber ungenau. Ein Vergleich mittels Densitometer ist demgegenüber zwar genau, aber sehr aufwendig und wird nur in Ausnahmefällen durchgeführt. Mit der hier beschriebenen Erfindung ist es möglich, einen solchen Vergleich schnell, einfach und objektiv durchzuführen.
2 zeigt beispielhafte Messkurven von zwei Mustern für erfindungsgemäß bestimmte Farbwerte, hier Grauwerte, welche über den Winkel bei der Aufnahme des Bildes aufgetragen sind. Die Messkurve von Muster 1, deren Messpunkte mit Vierecken gekennzeichnet sind, ist schmal und hoch und gibt eine gute Qualität an. Entsprechend zeigt die Messkurve von Muster 2, deren Messpunkte mit Kreisen gekennzeichnet sind, einen breiten und niedrigen Verlauf und somit eine schlechtere Qualität als die Messkurve von Muster 1.
Zur Darstellung und Interpretation der Messpunkte trägt man die jeweils gemessenen Farbwerte, z. B. Helligkeit, über dem jeweiligen Winkel auf, bei dem die optische Aufnahmevorrichtung 12 die Linsenstruktur 4 aufgenommen hat. Es ergibt sich eine Kurve, die für eine typische Linsenstruktur 4 in etwa einer Gauss'schen Glockenkurve mit einer, bei mehrstufigen Kippbildern entsprechend mehreren, ausgeprägten Spitze/n entspricht. Bereiche weit außerhalb des Winkels, unter dem das Testmuster 16, d. h. eine ”schwarze” Fläche, eingeschrieben wurde, haben üblicherweise eine große Helligkeit, d. h. kleine Grauwerte, Bereiche innerhalb des Winkels, unter dem das Testmuster 16 eingeschrieben wurde, haben eine geringe Helligkeit, also große Grauwerte.
Die Bewertung des zu prüfenden Trägers 2 mit Linsenstruktur 4 erfolgt relativ zu vorher festzulegenden Schwellenwerten für den Kontrast, d. h. den Unterschied zwischen den hellen und dunklen Bereichen, entsprechend der Höhe der Spitze, sowie den Kontrastverlauf, d. h. die Breite der Spitze. Messwerte unterhalb dieser Schwelle ergeben schlechte, oberhalb dieser Schwelle gute Qualität. Genauer gesagt bedeutet eine hohe Spitze eine gute Qualität und eine flache Spitze eine schlechte Qualität.
Bei einer schmalen Spitze findet eine große Änderung des Kontrasts bei geringer Änderung des Betrachtungswinkels statt. Bei einer breiten Spitze ändert sich der Kontrast auch bei größerer Änderung des Betrachtungswinkels nur wenig, die Linsenstruktur 4 zeigt nur eine geringe Reaktion. Entsprechend bedeutet eine schmale Spitze eine gute, eine breite Spitze eine schlechte Qualität.
Bei mehrstufigen Kippbildern kann man außerdem durch Auswertung der Maxima und Minima der Kurve eine Trennschärfe zwischen den einzelnen Kippbildern bestimmen.
Testergebnisse zeigen, daß für deutlich unterschiedliche Linsenradien auch die Form der gemessenen Kurve unterschiedlich ist. Demnach ist das Qualitätskriterium für eine gute bzw. eine schlechte Linsenstruktur 4 für unterschiedliche Linsenradien verschieden.
Weitere Qualitätskriterien können eine Gleichförmigkeit bzw. Stetigkeit der Messkurve sowie eine jeweilige Standardabweichung der Grauwerte sein. Unstetige bzw. verrauschte Kurven deuten dabei auf Störungen innerhalb der zu messenden Fläche 26 hin, die nur unter bestimmten Winkeln sichtbar sind, also z. B. Linseneinschlüsse, Luftblasen oder unvollständig ausgeformte Linsen, z. B. Kaschierflecken. Eine große Standardabweichung, also eine geringe Messgenauigkeit weist auf stark verrauschte Grauwerte hin, hervorgerufen z. B. durch eine ungleichmäßige Linsenoberfläche.
Im Folgenden sollen weitere Möglichkeiten zur Auswertung von aufgenommenen Bildern beschrieben werden. Nimmt man pro Winkelstellung mehr als ein Bild auf, eine sogenannte Subsequenz von Bildern, so kann man innerhalb einer Subsequenz z. B. die Position der zu messenden Fläche 26 variieren und/oder auch Blende, Fokus, Verschlusszeit etc. der Kamera verändern und folglich mit Methoden, die aus der digitalen Bildverarbeitung bekannt sind, die jeweilige zu vermessende Fläche 26 erweitern, z. B. um höhere Schärfentiefe oder größere Helligkeitsdynamik zu erzielen, sogenannte Focus Stacking-Technik oder High Dynamic Range-Technik.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zunächst als eigenständige Vorrichtung zu verwenden. Prinzipiell kann die erfindungsgemäße Vorrichtung aber auch in Form eines Modules in Personalisierungsanlagen eingebaut und dann zur Prozesskontrolle bzw. Qualitätssicherung verwendet werden.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Testmuster 16.
Das Testmuster 16 umfasst vier Bereiche 18, welche jeweils schwarze und weiße Quadrate umfassen. Horizontal verläuft jeweils ein Graukeil 20, wobei der Graukeil 20 außen dunkel ist und zur Mitte des Testmusters 16 heller wird. In der Mitte des Testmusters 16 befinden sich ein schwarzer Streifen 22 und ein weißer Streifen 24, wobei beide Streifen 22 und 24 senkrecht angeordnet sind.
Das Testmuster 16 besteht im einfachsten Fall aus einer schwarzen Fläche mit einer gewissen Größe, z. B. 5 × 5 Quadratmillimeter. Prinzipiell gilt, dass je größer die zu vermessende Fläche 26 des Testmusters 16 ist, desto geringer ist der Messfehler. Das Testmuster 16 liegt beispielsweise in Form einer Datei z. B. als JPG- oder TIF-codiertes Bild vor.
Ein zu prüfender Träger 2 mit Linsenstruktur 4 wird in einem der eigentlichen Messung vorausgehenden Schritt unter definierten Bedingungen, wie z. B. festgelegte Druckfarbe bzw. definierte Laserleistung, dpi-Wert etc., mit einem Testmuster 16 beschrieben, bedruckt oder belasert. Das Testmuster 16 wird dabei z. B. mittels Laserstrahl unter einem Winkel in einen Bereich des zu prüfenden Trägers 2 in die Linsenstruktur 4 eingeschrieben. Dadurch wird im einfachsten Fall ein einstufiges Kippbild erzeugt, welches für das hier beschriebene Messverfahren ausreicht.
In einer erweiterten Ausführungsform kann das Testmuster 16 mit weißen oder grauen Flächen ergänzt werden. Damit wird z. B. die Einstellung der Laserleistung für den Beschriftungsvorgang erleichtert.
Enthält das Testmuster 16 geometrisch definierte Elemente, wie z. B. quadratische oder kreisrunde Flächen oder auch schachbrettartige Muster, so kann damit auch auf Verzeichnung, Winkeltreue der Personalisierung oder Absolutmaß der Linsenstruktur 4 geprüft werden.
In einer weiteren Ausführungsform werden mehrere, ggf. unterschiedliche Testmuster 16 definiert, die unter unterschiedlichen Winkeln in den zu prüfenden Träger 2 eingeschrieben werden und ganz oder teilweise überlappen. Dadurch ergibt sich ein Mehrfach-Kippeffekt, der mit dem hier beschriebenen Verfahren ebenfalls geprüft werden kann.
Prinzipiell kann ein entsprechendes Testmuster 16 auch vor einer Kaschierung eines zu prüfenden Trägers 2 in Form eines Kartennutzens per Drucktechnik während eines Aufbringen eines Designdrucks aufgebracht werden. Auf diese Weise werden auch andersartige Kippbilder erzeugt.
4 zeigt ein Foto eines Ausschnitts einer Linsenstruktur 4 mit einer erfindungsgemäß zu messenden Fläche 26, einer sogenannten Region of Interest (ROI).
Die zu vermessende Fläche 26 kann jede geeignete Form annehmen. Hier wurde eine viereckige Form gewählt. Eine runde oder mehreckige oder asymmetrische Form kann für die zu vermessende Fläche 26 ebenfalls gewählt werden, wenn dies den Anforderungen an eine durchzuführende Messung entspricht.
Bezugszeichenliste

2: Träger
4: Linsenstruktur
6: Halterung
8: Motor
10: Lichtquelle
12: optische Aufnahmevorrichtung
14: Datenverarbeitungseinrichtung
16: Testmuster
18: Bereich mit schwarzen und weißen Quadraten
20: Graukeil
22: schwarzer Streifen
24: weißer Streifen
26: zu vermessende Fläche, Region of Interest (ROI)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/043443 A1 [0014]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 7810 [0076]

Claims

Vorrichtung zum Prüfen der Qualität eines Kippbildes einer Linsenstruktur (4), welche auf einem Träger (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung umfasst – eine Halterung (6), zur Befestigung des Trägers (2), – einen Motor (8), um die Halterung (6) zu drehen, – einer Lichtquelle (10), um die Linsenstruktur (10) zu beleuchten, – eine optische Aufnahmevorrichtung (12), um mindestens ein Bild von der Linsenstruktur (4) während der Drehung der Halterung (6) aufzunehmen, – eine Datenverarbeitungseinrichtung (14), um das mindestens eine von der optischen Aufnahmevorrichtung (12) aufgenommene Bild hinsichtlich seiner Farbwerte auszuwerten und um den Motor (8) zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (8) ein Schrittmotor ist, um die Halterung (6) schrittweise um einen definierten Winkel zu drehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Abschirmung gegen Fremdlicht aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Halterung (6) und/oder die Lichtquelle (10) und/oder die optische Aufnahmevorrichtung (12) so eingerichtet sind, dass ein Abstand und/oder ein Winkel zur Linsenstruktur (4) variabel einstellbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Aufnahmevorrichtung (12) ein Mikroskop ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (10) ein weißes oder ein farbiges Licht erzeugt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) ein tragbarer Datenträger ist.
Verfahren zum Prüfen der Qualität eines Kippbildes einer Linsenstruktur (4), welche auf einem Träger (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mindestens die folgenden Schritte umfasst – befestigen des Trägers (2) auf einer Halterung (6), – drehen der Halterung mittels eines Motors (8), – beleuchten der Linsenstruktur (4) mit einer Lichtquelle (10), – aufnehmen mindestens eines Bildes von der Linsenstruktur (4) während der Drehung der Halterung (6) mittels einer optischen Aufnahmevorrichtung (12), – auswerten des mindestens einen von der optischen Aufnahmevorrichtung (12) aufgenommenen Bilds hinsichtlich seiner Farbwerte und steuern des Motors (8) mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung (14).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zu vermessendes Feld (26) in der zu prüfenden Linsenstruktur (4) definiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens zwei zu vermessenden Feldern (26), die Felder (26) gleich oder unterschiedlich groß sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Testmuster (16) in die Linsenstruktur (4) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Testmuster (16) mindestens zwei Flächen umfasst, welche gleiche oder unterschiedliche Farbwerte haben.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Testmuster (16) mindestens zwei Flächen umfasst, welche gleich oder unterschiedlich groß sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Testmuster (16) mittels Laser in die Linsenstruktur (4) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass über alle Bilder, welche während einer Drehung der Halterung (6) von der Linsenstruktur (4) aufgenommen werden, für mindestens eine zu vermessende Fläche (26) und/oder Testmuster (16) die Farbwerte ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bild der Linsenstruktur (4) pro einer zu bestimmenden Winkelstellung während der Drehung aufgenommen wird.