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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Detektion defekter Druckdüsen von Druckköpfen, welche sich mit der der Problematik des Pixel-Lockings bei der Qualitätssicherung mittels digitaler Bildverarbeitung beschäftigt.
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Die Erfindung liegt im technischen Gebiet der Qualitätskontrolle.
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Bei Ink-Jet-Druckmaschinen kann es dazu kommen, dass einzelne Druckdüsen ausfallen oder, aufgrund des Überschreitens festgelegter Toleranzgrenzen durch spezifische Kennwerte, abgeschaltet werden. In beiden Fällen kann dies zu Fehlern im Druckbild führen. Sehr häufig sind sogenannte „White-Lines“, also weiße Linie in einem einfarbigen Volltonfeld. Um diese einzelnen Druckdüsen klassifizieren zu können, müssen im Druckbetrieb in bestimmten Intervallen Detektionsmuster eingefügt werden. Diese werden dann düsenbezogen ausgewertet, um eine Entscheidung über das kommende Abschalten oder Wiederanschalten einer Druckdüse zu treffen.
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Ein im Stand der Technik verbreitetes Detektionsmuster, oder Düsentestmuster schaut wie folgt aus:
- Jede Düse druckt eine vertikale Linie, die im Detektionsmuster derart angeordnet sind, dass sie sich nicht überlappen und eine Auswertbarkeit gegeben ist, z.B. in Form eines sogenannten 11er-Musters oder einer „bigDotTestTreppe“. Da eine eindeutige Zuordnung zwischen Düsennummer und Linie besteht, ist eine Zuordnung möglich. Über Methoden der Bildverarbeitung werden für jede Düse die Kennwerte für Amplitude, bezeichnet die Druckstärke und Phase, bezeichnet die Ablenkung des Druckpunktes, ermittelt.
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Die einzelnen Linien im Detektionsmuster werden immer von jeweils einer einzigen Druckdüse erzeugt. Somit entspricht die Breite einer Linie in etwa dem Durchmesser eines Punktes, der von einem Tropfen auf dem Papier erzeugt wird. Diese Punktdurchmesser liegen bei etwa 40 µm.
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Ein verbreitetes Kamerasystem, welches zur Bilderzeugung dient, hat eine Auflösung von etwa 515 DPI und somit eine Pixelbreite von etwa 50 µm. Zur Bilderzeugung dient hier eine Zeilenkamera. Diese nimmt das Bild zeilenweise auf. Das Signal, welches die Aufnahme einer neuen Zeile initialisiert, wird von der Maschinensteuerung auf Basis eines Drehgebersignals geliefert.
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Jedes Kamerapixel weist nach der Aufnahme einen bestimmten Intensitätswert auf. Dieser sagt letztendlich aus, wie hoch die Belichtung des einzelnen Pixels war. Der Intensitätswert ist bei weißem Sujet hoch und bei dunklem Sujet gering. Näherungsweise entspricht der Intensitätswert dem flächengewichteten Mittelwert der Weiß- und Schwarzanteile des Teils des Sujets, der vom Pixel überdeckt wird. Die Eigenschaft dieser Mittelwertbildung erlaubt es ein sogenanntes Subpixeling durchzuführen. D.h. ist eine Linie z.B. 2.5 Pixel breit werden die Intensitätswerte von drei Pixeln von dieser Linie beeinflusst. Je nach Lage der Linie werden sich für die beiden äußeren Pixel unterschiedliche Intensitätswerte einstellen; d.h. das mittlere Pixel ist immer schwarz. Beim Subpixeling werden über diese Grauwerte mit geeigneten Funktionen, wie z.B. Spline-, Kubischer- oder Gauss-Funktion, interpoliert. Das Maximum dieser Interpolationsfunktionen liefert dann eine Schätzung für den Mittelwert der Linie. Ein Problem ist jedoch, dass durch keine der verwendeten Interpolationsfunktionen der wahre Ort des Linienmittelpunktes genau genug vorhergesagt werden kann.
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Die Linien des Druckmusters werden dabei üblicherweise in Druckrichtung gemittelt und anschließend wird per Interpolation das Subpixeling durchgeführt. Eine breitere Linie bietet hier bei gegebener Kameraauflösung nur geringe Vorteile. Durch eine Erhöhung der Linienbreite von 0.8 Pixeln auf 2.5 Pixel wird die Anzahl der nutzbaren Informationen lediglich verdoppelt; d.h. es ergeben sich Intensitätsverläufe an zwei Rändern, statt nur an einem Rand. Für alle weiteren Ausführungen wird eine kubische Interpolation verwendet. Dies stellt keine Einschränkung der Allgemeingültigkeit dar, da alle Interpolationsfunktionen deutliche Abweichungen zeigen und die später aufgezeigten Tendenzen allgemeine Gültigkeit haben.
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Ein weiteres spezielles Problem ist das sogenannte Pixellocking. Es ergibt sich für den Fall, dass die Line schmaler als das Pixel ist. Beim Pixellocking bildet die Kamera die Linie solange exakt gleich ab, wie sie sich direkt unterhalb eines einzigen Pixels befindet. Dieses Problem ist völlig unabhängig von der verwendeten Interpolationsfunktion, da jede Interpolationsfunktion, im Fall von Pixellocking, stets die Pixelmitte als geschätzten Ort liefert.
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Somit werden die Linien des Druckmusters in Druckrichtung gemittelt und anschließend wird per Interpolation das Subpixeling durchgeführt. Dadurch, dass sich die Linie exakt in Pixelrichtung erstreckt, ist die Anzahl der nutzbaren Informationen zur Verortung des Mittelpunktes stark begrenzt. Ist die Linie schmaler als ein Pixel, kann eine Linie maximal zwei Pixel anteilig überdecken. Es liegen dann auch nur zwei Informationen vor, anhand derer eine Verortung durchgeführt werden kann. Aufgrund des Pixellockings ist zudem eine Verortung auch mit dem besten Interpolationsmodell nicht exakt möglich, solange sich die Linie des Düsentestmusters innerhalb eines Pixels befindet. Somit wird die Möglichkeit der Auswertung des Düsentestmusters zum Zwecke der Detektion defekter Druckdüsen massiv eingeschränkt und ist nur bei entsprechend hoher Bildauflösung der verwendeten Kamera möglich, die jedoch nicht immer zur Verfügung stehen.
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Aus der
DE 698 34 016 T2 ist hierzu das Anordnen einer Lichtemissionsvorrichtung und einer dazu gehörigen Photoempfangsvorrichtung bekannt, die derart angeordnet sind, dass eine Lichtachse zwischen ihnen mit einem vorbestimmten Winkel zu der vorbestimmten Richtung der regelmäßigen Anordnung der Vielzahl von Düsen schräg gestellt ist. Die Schrägstellung betrifft jedoch nicht die Anordnung Kamera zu Testmuster, bzw. Drucksubstrat, sondern Kamera zu Druckkopf, da hier die Druckköpfe selbst überwacht werden sollen und nicht ein gedrucktes Testmuster.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Detektion defekter Druckdüsen in einer Inkjet-Druckmaschine mittels Bilderfassung zu verbessern, ohne auf Bildsensoren mit höherer Bildauflösung zurückgreifen zu müssen.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Detektion defekter Druckdüsen von Druckköpfen einer Inkjetdruckmaschine mit einem Rechner, wobei die Vorrichtung über mindestens einen Bildsensor verfügt, welcher den Druckköpfen nachgelagert in der Inkjetdruckmaschine angebracht ist und welche dadurch gekennzeichnet ist, dass der mindestens eine Bildsensor so aufgebaut ist, dass er periodisch gedruckte, gleichabständige Linien eines Düsentestelementes derartig erfasst, dass diese über ihre Länge in Druckrichtung mindestens zwei Pixel des mindestens einen Bildsensors überlappen. Dies bedeutet, dass der Bildsensor so ausgerichtet ist, dass er die Linien des Düsentestelementes, welche in Druckrichtung ausgerichtet sind, leicht schräg erfasst. Durch diese schräge Ausrichtung werden die entsprechenden Linien des Düsentestelementes nicht nur von einem Pixel bzw. einer Pixelreihe, sondern von mindestens zwei Pixel bzw. mindestens zwei Pixelreihen erfasst. Dies erhöht die Anzahl der nutzbaren Informationen für die Auswertung des Düsentestelementes deutlich. Wie stark die entsprechende Schrägstellung des Bildsensors gegenüber der in Druckrichtung verlaufenden Linien des Düsentestelementes sein muss, um diese entsprechende Abdeckung zu gewährleisten, hängt vom Aufbau des Bildsensors bzw. des gesamten Bilderfassungssystems ab.
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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 der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei, dass der mindestens eine Bildsensor eine Flächenkamera, eine Zeilenkamera, oder eine Kamera mit einem CMOS-Bildsensor ist. Welche Art von Kamera verwendet wird, ist dabei nachrangig. Wichtig ist lediglich, dass mit der ausgewählten Kamera eine entsprechende Schrägstellung gegenüber dem Verlauf der Linie des Düsentestelementes möglich ist, bzw. eine Erfassung von mindestens zwei Pixeln der ausgewählten Kamera erfolgt.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei, dass die Flächenkamera im Winkel gegenüber der Bogenlaufrichtung verdreht wird. Eine Flächenkamera lässt sich dabei sehr leicht so installieren, dass über den verdrehten Winkel gegenüber der Bogennachrüstung die erforderliche Schrägstellung gewährleistet wird. Es muss allerdings sichergestellt werden, dass auch mit schräggestellter verdrehter Flächenkamera der gesamte Druckbogen erfasst werden kann, da die Kamera des Bilderfassungssystems nicht nur für die Erfassung des Düsentestelementes verwendet wird, sondern auch für die allgemeine Bildinspektion der bedruckten Druckbogen.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei, dass die Zeilenkamera oder ihr Bildsensor synchron mit dem Pixeltakt seitlich verschoben wird. Alternativ zur Flächenkamera kann auch eine Zeilenkamera verwendet werden, welche dann synchron mit dem Pixeltakt seitlich verschoben wird. Dabei ist es egal, ob die Zeilenkamera selbst oder nur der Bildsensor entsprechend in der Lage verändert wird. Hier muss allerdings die Hardware der Zeilenkamera in der Lage sein, eine entsprechend synchrone Verschiebung durchführen zu können.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei, dass die Zeilenkamera und der Zeilenkameraaufbau ortsfest sind und zwischen Zeilenkamera und Druckobjekt ist eine planparallele Scheibe eingebracht ist, welche um die y-Achse der Inkjet-Druckmaschine hochfrequent rotiert wird und somit eine Lichtbrechung zur Zeilenkamera hin verursacht. Falls die Zeilenkamera der bevorzugte Bildsensortyp ist, jedoch nicht die Anforderung der synchronen, im Pixeltakt erfolgenden zeitlichen Verschiebungen erfüllt, kann die gewünschte schräge Bildaufnahme der Kamera auch durch das Hilfsmittel einer plan-parallelen Scheibe sichergestellt werden. Diese wird zwischen der Zeilenkamera und dem zu inspizierenden Druckbogen mit dem Düsenelement montiert. Sie muss dabei so geformt sein und aus einem solchen Material bestehen, dass sie eine Lichtbrechung hin zur Zeilenkamera verursacht. Dies wird dadurch erreicht, dass die plan-parallele Scheibe hochfrequent rotiert und zwar um eine hypothetische y-Achse der Inkjet-Druckmaschine.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei, dass der Bildsensor der CMOS-Kamera so aufgebaut ist, dass er aus mehreren in Längsrichtung gestaffelten Kamerazeilen besteht, welche in Querrichtung zueinander versetzt sind und somit die Bildauflösung der CMOS-Kamera erhöht. Als weitere Alternative zu den genannten Bildsensortypen kann somit auch eine CMOS-Kamera verwendet werden. Durch deren spezifischen Bildsensor mit den gestaffelten Kamerazeilen in Längsrichtung ergibt sich ebenfalls eine Erfassung der Linien des Düsentestelementes durch mindestens zwei Pixel des Bildsensors der Kamera.
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Eine weitere Lösung der gestellten Aufgabe besteht zudem in einem Verfahren zur Detektion defekter Druckdüsen in einer Inkjet-Druckmaschine mit einem Rechner mittels einer Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zur Detektion auf ein Drucksubstrat ein mehrzeiliges Düsentestelement gedruckt wird, in welchem eine bestimmte Anzahl horizontaler Zeilen periodisch gedruckter, gleichabständiger Linien gedruckt wird, die untereinander angeordnet sind, wobei in jeder Reihe des Druckdüsentestmusters jeweils nur periodisch die Druckdüsen Linien erzeugen, die der bestimmten Anzahl der horizontalen Reihen entsprechen, das Düsentestelement von mindestens einem Bildsensor erfasst und dieses erfasste, digitale Bild vom Rechner ausgewertet wird und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der mindestens eine Bildsensor so eingerichtet ist, dass die periodisch gedruckten, gleichabständigen Linien im erfassten, digitalen Bild über ihre Länge in Substratlaufrichtung von mindestens zwei Pixeln des jeweils mindestens einen Bildsensors erfasst werden. Im Ablauf dieses Verfahrens wird während der Abarbeitung eines Druckprogrammes in der Inkjet-Druckmaschine in regelmäßigen Abständen ein Düsentestelement gedruckt, an dem alle verwendeten Druckköpfe und somit Druckdüsen durch den Druck der gleichabständigen Linien beteiligt sind. Dabei wird durch die Erfassung des Düsentestelementes mittels eines Bilderfassungssystems und anschließender Auswertung durch einen Rechner der Status der verwendeten Druckdüsen festgestellt. Werden dabei defekte Druckdüsen entdeckt, so sind diese zu deaktivieren und anschließend zu kompensieren. Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass zur Erhöhung der resultierenden Bildauflösung und damit zur Erhöhung der Genauigkeit der Auswertung des Düsentestelementes dies so umgesetzt werden muss, dass die gleichabständigen Linien immer von mindestens zwei Pixeln des verwendeten Bildsensors erfasst werden. Nur damit kommen im Rechner, welcher die Auswertung des erfassten Düsentestelementes durchführt, genügend Informationen zusammen, um eine zuverlässige Detektion defekter Druckdüsen durchführen zu können.
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Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass der Rechner für alle sich über mindestens zwei Pixel überlappenden, erfassten, periodisch gedruckten, gleichabständigen Linien eine Mittelwertbildung durchführt, diese Werte dann interpoliert und mittels der so erhaltenen Linienmittelpunkte die Detektion defekter Druckdüsen durchführt. In der Auswertung des Düsentestelementes werden anhand der Beschaffenheit der einzelnen Linien also bestimmte Parameter für den Zustand der Druckdüsen genauer bewertet. Ist die entsprechende Linie zum Beispiel hinsichtlich ihrer Position links oder rechts verschoben gedruckt, lässt sich somit ein abweichender Druckpunkt der betreffenden Düse ermitteln. Ist die Linie nicht durchgängig oder zu schwach ausgeprägt, lassen sich Rückschlüsse auf einen zu geringen Tintenausstoß, verursacht zum Beispiel von einer verstopften Druckdüse, bilden. Hierfür ist es notwendig, den Mittelpunkt der entsprechenden Linien des Düsentestelementes genau bestimmen zu können. Da dies aufgrund der relativ geringen Bildauflösung der Kamera im Vergleich zur Druckauflösung schwierig ist, wird mit der durchgeführten Mittelwertbildung und der anschließenden Interpolation ein verbesserter Ansatz zur Ermittlung der entsprechenden Linienmittelpunkte durchgeführt. Diese derart schräggestellte Linien im erfassten Druckbild werden zeilenweise ausgewertet. Das Interpolationsmodell liefert für jede einzelne Zeile einen Wert.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass der Rechner zur Ermittlung der Linienmittelpunkte für jede Bildzeile des erfassten, digitalen Bildes eine Schätzung mit linearer Regression über die interpolierten Mittelwerte durchführt. Die Schätzung der Linienmittelpunkte geschieht dabei über eine lineare Regression über die interpolierten Mittelwerte. Es kann deshalb nur geschätzt werden, weil auch mit der erhöhten Information durch die Schrägstellung und Überlappung über mindestens zwei Pixel die für die Ermittlung der Linienmittelpunkte zur Verfügung stehenden Informationen des erfassten Bildes immer noch relativ lückenhaft sind.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass periodisch gedruckten, gleichabständigen Linien im erfassten, digitalen Bild eine Schrägheit über ihre gesamte Länge von der Breite mindestens zweier Pixel des jeweils mindestens einen Bildsensors aufweisen. Wie bereits erläutert wurde, muss die Bilderfassung gegenüber der Linie des Düsentestelementes in Druckrichtung so schräg sein, dass die Linie von mindestens zwei Pixeln erfasst wird. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Linie das jeweils zweite Pixel nur geringfügig streifen sollte. Über die gesamte Länge der gleichabständigen Linie muss die Schrägheit so stark sein, dass der Verlauf der Länge der gleichabständigen Linie eine Breite von mindestens zwei Pixeln aufweist. Anders formuliert muss der Grad der Schrägheit so groß sein, dass die Abweichung der Linie von der gedachten Druckrichtung eine Breite von insgesamt mindestens zwei Pixeln ausmacht.
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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 eines verwendeten Bilderfassungssystems
- 2: eine Darstellung des Problems der Linienmittelwertbildung
- 3: die interpolierte Abweichung des Linienschwerpunktes
- 4: ein Beispiel für Linienmittelwertbildung mit Linien-Schrägstellung
- 5: die interpolierte Abweichung des Linienschwerpunktes mit und ohne Linien-Schrägstellung
- 6: die Fehlerspanne mit Einfluss der Linien-Schrägstellung
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1 zeigt ein Beispiel für ein Bilderfassungssystem 2, welches das erfindungsgemäße Verfahren einsetzt. Es besteht aus mindestens einem Bildsensor 5, üblicherweise einer Kamera 5, welche in die Bogen-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 3, 6 zur Auswertung. Dieser Rechner 3, 6 kann ein eigener separater Rechner 6 sein, z.B. ein oder mehrere spezialisierte Bildverarbeitungsrechner 6, oder auch mit dem Steuerungsrechner 3 der Druckmaschine 4 identisch sein. Mindestens der Steuerungsrechner 3 der Druckmaschine 4 besitzt ein Display 7, auf welchem die Ergebnisse der Bildinspektion dem Anwender 1 angezeigt werden.
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2 zeigt noch einmal das eingangs geschilderte Problem der schwierigen Verortung des realen Linienmittelpunktes 10. Die reale Situation ist in der obersten Darstellung gezeigt; man sieht eine gedruckte Linie 8 mit 40µm Breite. Das mittlere Bild zeigt die entsprechende Abbildung durch die Kamera 5. Die Linie 8 überdeckt anteilig zwei Pixel 8a, 8b, die dargestellten Grauwerte entsprechen dem jeweiligen Anteil. Im unteren Bild ist die kubische Interpolation der Grauwerte zu sehen, welche den aus den beiden Kamerapixeln 8a, 8b ermittelten Linienmittelpunkt 9 und den realen Linienmittelpunkt 10 zeigt, wobei die Achsen des Diagramms die Linienintensität 13 und die X-Position 12 im Testmuster darstellen.
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3 zeigt dagegen das sich im gleichen Beispiel ergebende Problem des Pixellockings, indem sie die ortsabhängige Abhängigkeit 11 der Abweichung des ermittelten Linienmittelpunktes 14 aufzeigt. Liegt die Linie 8 im Bereich der Pixelmitte 9 bei 81 µm und 130 µm findet sich die geringste Abweichung zwischen realem und interpoliertem Wert; d.h. bei 80.5 µm und 130.5 µm ist die Abweichung null, da dort die exakten Mitten der Pixel sind. Die Güte der Bereiche von 81 µm bis 100 µm und von 111 µm bis 130 µm hängen vom verwendeten Interpolationsmodell ab. Der Bereich 101 µm bis 110 µm ist der Bereich des Pixellockings. Hier findet eine lineare Änderung des Fehlers statt, da dort die Linie 8 stets exakt in der Pixelmitte 9 durch die Interpolation verortet wird. Das bedeutet dieser Bereich ist auch unabhängig von der verwendeten Interpolation.
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Die Linien 8 des Düsentestmusters werden im erfindungsgemäßen Verfahren wie bisher aus dem Stand der Technik bekannt erzeugt. Jede Druckdüse druckt also ihre fortlaufende Linie 8, die im Detektionsmuster derart angeordnet sind, dass sie sich nicht überlappen und eine Auswertbarkeit gegeben ist, wie z.B. in den sogenannten 11er-Mustern. Durch eine Vorrichtung wird erreicht, dass die Kameraaufnahme der Linie 8 derart erfolgt, dass im erzeugten Bild eine schräge Linie 17 entsteht.
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Merkmale der Vorrichtung zur Aufnahme von schrägen Linien 17:
- 1. Es wird eine flächige Kamera 5 verwendet (keine Zeilenkamera), die im Winkel gegenüber der Bogenlaufrichtung verdreht ist. Die Kamera 5 hat mindestens so viele Zeilen, dass eine Zeile von Linien 17 des Detektionsmusters aufgenommen werden kann. Sind die Linien 17 etwa 50 Pixel lang (2500 µm) und es soll eine Schrägstellung der Linien 17 von fünf Pixeln erreicht werden, wäre eine Verdrehung von etwa einem Grad notwendig.
- 2. Es wird in einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung eine Zeilenkamera 5 verwendet, die synchron mit dem Pixeltakt seitlich verschoben werden kann. Dies könnte z.B. durch piezoelektrische Stellglieder geschehen. Sind die Linien 17 etwa 50 Pixel lang (2500 µm), und die Kamera würde 1/10 Pixel pro Takt verschoben, hätte die Linie 17 am Ende eine Schrägstellung von fünf Pixeln.
- 3. In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Vorrichtung wird ebenfalls eine Zeilenkamera 5 verwendet. Statt der gesamten Kamera 5 wird jedoch nur der Bildsensor der Kamera 5 synchron mit dem Pixeltakt seitlich verschoben. Damit wird die zu beschleunigende Masse minimiert.
- 4. Eine weitere alternative Ausführungsform der Vorrichtung verwendet eine Zeilenkamera 5, bei der Kamera 5 und der Kameraaufbau ortsfest sind. Zwischen Kamera 5 und Druckobjekt ist eine planparallele Scheibe eingebracht. Die Scheibe kann um die y-Achse der Maschine hochfrequent rotiert werden. Hierbei kommt es infolge der Lichtbrechung zu einem Querversatz der Bildstrahlen. Sie werden folglich auf einem anderen Ort in der Sensorebene abgebildet. Erfolgt die Rotation im Pixeltakt, ergibt sich in der Bilddatei eine schräge Linie 17.
- 5. Eine andere alternative Ausführungsform der Vorrichtung verwendet eine Kamera 5 mit einem speziellen Bildsensor, idealerweise nach dem CMOS-Prinzip. Der Sensor ist so aufgebaut, dass er aus mehreren in Längsrichtung gestaffelten Kamerazeilen besteht. Die einzelnen Kamerazeilen sind dabei in Querrichtung zueinander versetzt. Der Versatz entspricht 1Pixel/N, wobei N die Anzahl der Kamerazeilen ist. Hierdurch wird die Anzahl der verfügbaren Informationen zur Schätzung des Linienschwerpunktes 10 gegenüber dem Stand der Technik um N erhöht.
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Eine Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in seiner bevorzugten Ausführungsform für den Fall einer Linienbreite von 0.8 Pixeln, eines Linienmittelpunktes 10 bei 142 µm, Linienschrägstellung von 44 µm, mit kubischer Interpolation ist in 4 zu sehen. Dabei ist im linken Teilbild die reale Situation mit der schrägen Linie 17 von 0.8 Pixeln Breite zu sehen. In der Mitte ist die Abbildung der schrägen Linie 17 durch die Kamera 5 dargestellt. Die schräge Linie 17 überlappt dabei zwei Pixel 17a, 17b, welche die Linie 17 entsprechend erfassen. Für jede Zeile des mittleren Bildes wird, wie im 1D-Fall, eine Interpolation durchgeführt. Bei der Interpolation kann gezielt A-Priori-Wissen eingesetzt werden. Die Steigung der Linie 17 ist beispielsweise durch den Entwickler festgelegt, diese Information kann schon in der Regression berücksichtigt werden. Die resultierenden, mittel Regression geschätzten Linienmittelpunkte 15 sind im rechten Teilbild zu sehen. Die Schätzung für den Linienmittelpunkt 15 wird mit Hilfe einer linearen Regression über die zuvor ermittelten Interpolationswerte durchgeführt. Im vorliegenden Beispiel liegt der reale Mittelpunkt bei 142 µm, das Modell verortet den Punkt bei 141 µm. Die Abweichung beträgt also lediglich 1 µm. Im Stand der Technik mit ID-Interpolation 11 wären es 13 µm Abweichung.
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Es können zudem neben der Lage noch weitere Maße angegeben werden, die zur Qualitätsbeurteilung der einzelnen Linien 8, 17 dienen können:
- • Ein Ergebnis der Regression ist ein sogenanntes Konfidenzintervall. Dieses kann verwendet werden, um die „Varianz“ der Düse und damit ihre Stabilität zu beschreiben.
- • Aus jeder Einzelauswertung in Querrichtung kann eine sog. „Amplitude“ ermittelt werden, der Mittelwert all dieser Amplituden kann als Maß für die Stetigkeit der Düse verstanden werden.
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Statt für jede Zeile eine Interpolation wie im ID-Fall 11 durchzuführen, kann in einer weiteren Ausführungsvariant auch der Dichteverlauf der einzelnen Pixel 17a, 17b in Längsrichtung zur Verortung der Linien 17 verwendet werden. Auch diese Verläufe enthalten die Ortsinformation. Auch hier ist dann eine Interpolation notwendig, welche dann jedoch in Längsrichtung des Bildes vorgenommen wird.
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Verschiebt man nun eine Linie 17 mit 40 µm Breite und 47 µm Schrägstellung über 50µm, also über die Breite eines Pixels 17a, 17b ergibt sich folgende Verbesserung zum 1D-Verfahren 11, welche in 5 im Vergleich zu 3 deutlich zu erkennen ist. 5 zeigt die 2D-Interpolierte ortsabhängige Abhängigkeit der Abweichung des ermittelten Linienmittelpunktes 16. Dadurch, dass nun in jeder Bildzeile ein Interpolationswert ermittelt wird, der über die Regression zur Verortung des Linienmittelpunktes 10 verwendet wird, steht insgesamt eine Fülle mehr an Information zur Verfügung.
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Die Schrägstellung der Linie 17 spielt dabei die entscheidende Rolle. Auch hier ergeben sich Muster, wobei 6 den Einfluss 18 der Linienschrägheit entsprechend zeigt. Hier sieht man die Fehlerspanne 19, also die Differenz der maximalen zur minimalen Abweichung des Linienschwerpunktes vom Modell 9 zur Realität 10, die entsteht, wenn eine Linie 17 mit 47 µm über die Breite eines Pixels 17a, 17b von 50 µm verschoben wird, siehe 5. Bei einer Linienschrägheit von null µm geht das 2D-Modell 16 in das 1D-Modell 11 über, siehe ebenfalls 5. Mit zunehmender Linienschrägheit 20 verbessert sich das Verhalten deutlich. Besonders gut ist das 2D-Verfahren 16, wenn die Linienschrägheit 20 im Bereich ganzer Pixelbreiten, also 50 µm oder 100 µm usw. ist. Eine Gesamtschrägheit von ca. 100 µm, also etwa zwei Pixel 17a, 17b, über die Länge der Linie 17 ist erforderlich.
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Die Erfindung sieht somit vor, dass die von den Druckdüsen erzeugten Linien 17 der Düsentestmuster schräg aufgenommen werden, so dass sie über ihre Länge mehrere Pixel 17a, 17b überdecken. Diese schräggestellten Linien 17 können dann vom Rechner zeilenweise ausgewertet werden. Dabei kann es sich um den Steuerungsrechner 3 der Inkjet-Druckmaschine 7 handeln, oder um einen spezifisch zur Auswertung verwendeten Rechner, welcher üblicherweise der Bildverarbeitungsrechner 6 des Bilderfassungssystems 2 ist. Das verwendete Interpolationsmodell liefert dabei für jede einzelne Zeile einen Wert. Durch lineare Regression dieser Einzelwerte lässt sich eine sehr gute Schätzung für den Mittelwert 9 der Linien 17 erreichen und somit eine verbesserte Auswertung des Düsentestmusters auf defekte Druckdüsen durchführen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anwender
- 2
- Bilderfassungssystem
- 3
- Steuerungsrechner
- 4
- Druckmaschine
- 5
- Kamera(-system)
- 6
- Bildverarbeitungsrechner
- 7
- Display
- 8
- gedruckte Linie des Testmusters
- 8a, 8b
- Kamerapixel, welche die aufgelöste Linie darstellen
- 9
- aus Kamerapixel ermittelter Linienmittelpunkt
- 10
- realer Linienmittelpunkt
- 11
- ID-Interpolierte ortsabhängige Abhängigkeit der Abweichung des ermittelten Linienmittelpunktes
- 12
- X-Position im Testmuster
- 13
- Intensität der gedruckten Linie
- 14
- Abweichung des ermittelten Linienmittelpunktes vom realen Linienmittelpunkt
- 15
- mittels Regression geschätzter Linienmittelpunkt
- 16
- 2D-Interpolierte ortsabhängige Abhängigkeit der Abweichung des ermittelten Linienmittelpunktes
- 17
- schräge Linie des Testmusters
- 17a, 17b
- Kamerapixel, welche die aufgelöste, schräg gedruckte Linie darstellen
- 18
- Einfluss der Linienschrägheit
- 19
- Fehlerspanne
- 20
- Linienschrägheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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