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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Bildinspektion von Druckerzeugnissen in einer Druckmaschine mittels eines Roboterarms.
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Die Erfindung liegt im technischen Gebiet der Druckqualitätskontrolle.
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In der heutigen Druckindustrie wird insbesondere bei größeren Druckmaschinen die Qualitätskontrolle automatisiert über sogenannte Inline-Inspektionssysteme, im Weiteren als Bilderfassungssystem bezeichnet, durchgeführt. Inline bedeutet in diesem Fall, dass das Bilderfassungssystem, genauer gesagt die Kamera des Bilderfassungssystems, in der Druckmaschine angebracht ist. Sie wird dabei üblicherweise nach dem letzten Druckwerk oder, falls vorhanden, einer weiteren Nachbearbeitungsstation, wie zum Beispiel einem Lackwerk, angebracht und erfasst die von der Druckmaschine erzeugten Druckprodukte. Es kann sich dabei um eine Kamera oder auch um ein Kamerasystem mit mehreren Kameras handeln. Auch ist der Einsatz anderer Bildsensoren möglich. Vereinfachend wird im Folgenden jedoch von „Kamera“ gesprochen. Die derart mittels der Kamera erzeugten digitalen Druckbilder werden dann in einem Bildverarbeitungsrechner mit entsprechenden Gutbildern des Drucksujets abgeglichen. Diese Gutbilder können dabei entweder aus den Vorstufendaten erstellt werden oder sie werden eingelernt. Einlernen bedeutet in diesem Fall, dass eine Reihe von Druckprodukten mit dem zu erzeugenden Drucksujet gedruckt und von der Kamera des Bilderfassungssystems erfasst wird. Diese Musterdrucke sollten möglichst fehlerfrei sein und werden daher nach Erfassen durch das Bilderfassungssystem als digitale Referenz im Bildverarbeitungsrechner als Gutbild hinterlegt. Im Fortdruckprozess werden dann durch die Kamera des Bilderfassungssystems das erzeugte Druckbild oder Teile davon erfasst und mit der digital eingelernten oder der aus den Vorstufendaten erstellten Gutbildreferenz abgeglichen. Werden dabei Abweichungen zwischen den im Fortdruck produzierten Druckprodukten und der digitalen Referenz festgestellt, so werden diese Abweichungen dem Drucker angezeigt, welcher dann entscheiden kann, ob diese Abweichungen akzeptabel sind oder ob die derart erzeugten Druckprodukte als Makulatur zu entfernen sind. Die als Makulatur erkannten Druckbögen können über eine Makulaturweiche ausgeschleust werden. Dabei ist es von enormer Wichtigkeit, dass sowohl die Gutbildreferenz fehlerfrei ist, als auch, dass das real Gedruckte und vom Bilderfassungssystem erfasste Druckbild auch wirklich dem realen gedruckten Druckbild entspricht. Fehler, die durch die Bildaufnahme entstehen, z. B. durch eine mangelnde Beleuchtung, eine unsaubere Linse der Kamera oder sonstige Einflussquellen, dürfen nicht den Inspektionsprozess negativ beeinflussen.
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Was derart automatisierte Inspektionssysteme jedoch nicht berücksichtigen können, sind unterschiedliche Aspekte der menschlichen Betrachtung des erzeugten Druckproduktes durch den Endkunden. Entscheidend ist dabei die Frage, ob die Qualität eines erzeugten Druckproduktes für diesen Endkunden akzeptabel ist oder nicht. Dies hängt zum einen von der Art des Druckjobs ab. So wird eine Hochglanzbroschüre sicherlich weit höhere Qualitätsanforderungen zu erfüllen haben, als ein Handzettel oder Flyer. Zum anderen hängt es von den individuellen Erwartungen und Vorstellungen des jeweiligen Endkunden ab, die sich durchaus deutlich voneinander unterscheiden können. Der Endkunde betrachtet bei einer Überprüfung der Druckqualität das erzeugte Druckprodukt, indem er es in die Hand nimmt und aus verschiedenen Winkeln und Abständen zu seinem Auge betrachtet. Solche individuellen Qualitätsanforderungen lassen sich von einem automatisierten Inspektionssystem, so wie es bisher aus dem Stand der Technik bekannt ist, nur schwer umsetzen.
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Aus dem Digitaldruck, insbesondere dem Inkjet-Druck, sind Versuche zur Standardisierung der Druckqualitätsbeurteilung, besonders für die Beurteilung sogenannter white lines, bekannt, wodurch Modellbildung mit Hilfe von Daten aus der Grauwertanalyse und Beurteilungsnoten durch Experten und Laien versucht wird, individuelle Qualitätsanforderungen zumindest teilweise mit zu berücksichtigen. Dieser Ansatz ist jedoch nur für die spezifische Beurteilung von white lines im Inkjet-Druck sinnvoll. Die individuelle Qualitätsüberprüfung und Abnahme durch den Endkunden mittels Prüfung des erzeugten Druckproduktes mit unterschiedlichen Betrachtungswinkeln und Abständen sowie die unterschiedlichen Qualitätsanforderungen bezüglich des Druckjobs und seines Hintergrundes, lassen sich damit nicht abbilden.
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Aus dem Stand der Technik ist zwar bekannt, Verzerrungen im erfassten Druckbild, die durch einen abweichenden Betrachtungswinkel der aufnehmenden Kamera entstehen, entsprechend zu berücksichtigen, jedoch sollen hier diese unterschiedlichen Betrachtungswinkel kompensiert und eben nicht gezielt eingesetzt werden, um damit die erwähnte individuelle Qualitätsbeurteilung durch den Endkunden zu simulieren.
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Aus der europäischen Patentanmeldung
EP 27 52 638 A2 ist zudem ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, wo ein Inspektionssystem verschiedene Lichtquellen verwendet, welche mit unterschiedlichen Wellenlängen und aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln und Abständen ein zu inspizierendes Objekt belichten, welches dann von einer Kamera bzw. einem Bildsensor, welcher jedoch immer den gleichen Betrachtungswinkel und Abstand aufweist, zu begutachten. Bei dieser Offenbarung geht es jedoch darum, den Prüfling optimal und variabel zu beleuchten, um damit die Inspektionsqualität zu verbessern. Auch mit dieser Offenbarung kann die geschilderte subjektive Qualitätsbeurteilung durch den Endkunden nicht durchgeführt werden.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist somit, ein Inspektionssystem und ein Verfahren zur Benutzung desselben zu offenbaren, welches in der Lage ist, die individuelle Begutachtung eines erzeugten Druckproduktes durch einen Endkunden möglichst realistisch zu simulieren.
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Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Bildinspektion von Druckerzeugnissen in einer Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine, bestehend aus einem Rechner, einem Roboterarm und einem Bildsensor, wobei der Bildsensor am Roboterarm befestigt ist und welche dadurch gekennzeichnet ist, dass der Roboterarm mobil gestaltet ist und durch den Rechner dergestalt angesteuert werden kann, dass der Bildsensor die in der Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine produzierten Druckerzeugnisse im Rahmen der Bildinspektion aus verschiedensten Betrachtungswinkeln und Abständen erfasst und dass der Roboterarm so eingerichtet ist, dass er dem Bildsensor Betrachtungswinkel der Druckerzeugnisse von 0 bis 180° ermöglicht. Der Roboterarm ist dabei so entworfen und konstruiert, dass er den an ihm befestigten Bildsensor in mehrere verschiedene Positionen über den produzierten Druckerzeugnissen manövrieren kann, so dass der Bildsensor die produzierten Druckerzeugnisse aus verschiedenen Betrachtungswinkeln und Abständen erfassen kann. Der Roboterarm kann dabei sowohl im Rahmen eines Inline-Inspektionssystems in der Druckmaschine, üblicherweise nach dem letzten Druckwerk angebracht sein, als auch außerhalb der Druckmaschine, wenn es sich um eine externe Bildinspektion außerhalb der Druckmaschine handelt. Die genaue Konstruktion des Roboterarms, z.B. mittels verschiedener Gelenke, Kugellager etc., ist dabei von untergeordneter Bedeutung. Wichtig ist lediglich, dass er in der Lage ist, verschiedenste Betrachtungswinkel und Abstände einzunehmen. Da die produzierten Druckerzeugnisse im Falle einer Inline-Bildinspektion in der Druckmaschine mit einer sehr hohen Geschwindigkeit unter dem Bildsensor durchlaufen, ist es zudem möglich, dass verschiedene Betrachtungswinkel und Abstände nicht pro einzeln erzeugtem Druckprodukt eingenommen werden können, sondern nur aller x erzeugten Druckprodukte, wobei x abhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit des Roboterarms ist. In diesem Fall darf sich der Bildinhalt auf den erzeugten Druckprodukten natürlich nicht verändern. Bei externen Bildinspektionen außerhalb der Druckmaschine spielt dieses Problem keine Rolle. Da es sich um erzeugte Druckprodukte handelt und somit um zweidimensionale Abbildungen, sind entsprechende Betrachtungswinkel von 0 bis 180° sinnvoll und müssen somit vom Roboterarm zu erreichen sein. Natürlich sind die extremen Randwerte dieses Bereiches, sprich 0 und 180°, eher theoretische Werte, da bei diesen Werten der Bildsensor horizontal, d.h. parallel zum eigentlichen erzeugten Druckprodukt, mit seinem Druckbild erfasst. Kern dieser Aussage ist, dass auch Bilderfassung aus extrem flachen bzw. spitzen Winkeln möglich sein soll.
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Eine weitere Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich durch ein Verfahren zur Bildinspektion von Druckerzeugnissen in einer Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine mittels eines Rechners aus, wobei im Rahmen der Bildinspektion eines Druckjobs durch ein Bildinspektionssystem die produzierten Druckerzeugnissen mittels mindestens eines Bildsensors erfasst und digitalisiert werden, wobei die so entstandenen erfassten, digitalen Druckbilder durch den Rechner mit einem digitalen Referenzbild abgeglichen werden, wobei im Falle von Abweichungen der erfassten, digitalen Druckbilder vom digitalen Referenzbild die fehlerhaft erkannten Druckerzeugnisse ausgeschleust werden, und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der Bildsensor die produzierten Druckerzeugnisse aus mindestens zwei verschiedenen Betrachtungswinkeln und/oder - abständen erfasst und der Rechner die so erfassten, mindestens zwei digitalen Druckbilder in Abhängigkeit der mindestens zwei verschiedenen Betrachtungswinkel und/oder - abstände auswertet und bezüglich Abweichungen beurteilt. Um eine möglichst genaue Simulation eines individuellen Urteils durch einen Endbenutzer zu ermöglichen, ist die Erfassung aus mindestens zwei verschiedenen Betrachtungswinkeln und Abständen notwendig. Üblicherweise umfasst die Aufnahme aus zwei verschiedenen Betrachtungswinkeln auch die Aufnahme aus zwei verschiedenen Abständen, dies ist jedoch keine Grundvoraussetzung für das erfindungsgemäße Verfahren. Die so entsprechend erfassten digitalen Druckbilder werden dann mit dem digitalen Referenzbild abgeglichen, um damit die Druckqualität des erzeugten Druckproduktes zu bewerten. Dafür ist es notwendig, die beiden aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln und/oder Abständen erfassten digitalen Druckbilder erst einmal auszuwerten, um dann zu entscheiden, welches der beiden Druckbilder mit dem digitalen Referenzbild abgeglichen wird. Auch eine Kombination der beiden erfassten digitalen Druckbilder, z.B. in Form einer Überlagerung der beiden Druckbilder, ist eine mögliche Alternative.
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Vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung mit den zugehörigen Zeichnungen.
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Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass die mindestens zwei verschiedenen Betrachtungswinkel sowohl vertikal hinsichtlich Elevation, als auch horizontal hinsichtlich Azimuth von 0 bis 180° berücksichtigt werden. Für eine optimale Simulation einer individuellen Begutachtung durch einen Endkunden sollten dabei die Winkel sowohl hinsichtlich Horizontalwinkel, also Azimut, als auch hinsichtlich Höhenwinkel, also Elevation, berücksichtigt werden. Damit ist eine ideale dreidimensionale Beobachtung des erzeugten Druckproduktes möglich, wie sie auch in der Realität ein Endkunde bei seiner Begutachtung des erzeugten Druckproduktes durchführen würde.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass der Rechner zur Auswertung der erfassten, mindestens zwei digitalen Druckbilder jeweils Qualitätskennziffern ermittelt, welche eine Funktion von Elevation, Azimuth und Abstand darstellen und auf Basis dieser Qualitätskennziffern die mindestens zwei digitalen Druckbilder bezüglich Abweichungen beurteilt. Für die Auswertung der so erzeugten digitalen Druckbilder in Abhängigkeit von Betrachtungswinkel und Abstand ist es sinnvoll, sogenannte Qualitätskennziffern zu ermitteln, und zwar jeweils für jedes der erzeugten digitalen Druckbilder. Diese Qualitätskennziffern lassen sich dann untereinander abgleichen, so dass dann anhand dieses Abgleichs ermittelt werden kann, welche der erzeugten digitalen Druckbilder mit dem digitalen Referenzbild abgeglichen werden sollen. Die Qualitätskennziffern sind dabei direkt abhängig von den beiden verschiedenen Betrachtungswinkeln, Elevation und Azimut, sowie vom Betrachtungsabstand. Sie ergeben damit quasi eine vierdimensionale Funktion mit diesen drei verschiedenen Funktionswerten.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass die ermittelten Qualitätskennziffern mittels eines Bewertungskriteriums beurteilt werden, welches von den Qualitätsanforderungen des Druckjobs abhängig ist. Zur Bestimmung, welches digital erzeugte Druckbild mit dem digitalen Referenzbild abgeglichen werden soll, ist es dabei notwendig, die pro digital erfasstem Druckbild ermittelten Qualitätskennziffern nicht nur miteinander, sondern auch hinsichtlich eines Bewertungskriteriums abzugleichen. Dieser Bewertungskriterium definiert, welche der entsprechend ermittelten Qualitätskennziffern und damit welches der digitalen Druckbilder für den Abgleich mit dem digitalen Referenzbild ausgewertet wird.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass als Bewertungskriterium festgelegt wird, dass jeweils die schlechteste, beste oder eine von einem Anwender festgelegte Qualitätskennziffer verwendet wird. Als Bewertungskriterium können verschiedene Kriterien verwendet werden. Welches ausgewählt wird, ist entsprechend von den Qualitätsanforderungen des Druckjobs abhängig. Bei einer sehr hohen Qualitätsanforderung, z.B. bei einem Hochglanzprospekt, ist es am sinnvollsten, die schlechteste der verfügbaren Qualitätskennziffern und damit das entsprechend erfasste digitale Druckbild verwendet werden, um somit eine möglichst strenge Prüfung durchzuführen. Ist die Qualitätsanforderung des Druckjobs dagegen eher gering, z.B. bei einem Handzettel oder Flyer, wird die beste Qualitätskennziffer verwendet, was eine weniger strenge Prüfung nach sich zieht. Es sind jedoch auch weitere Kriterien, die z.B. vom Anwender festgelegt werden möglich.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass der Roboterarm mit dem Bildsensor vom Rechner so angesteuert wird, dass er sich während der Bilderfassung vor und zurück bewegt, um einen Schüttelvorgang des Druckerzeugnisses bei der Begutachtung zu simulieren. Bei der Begutachtung des erzeugten Druckproduktes durch einen Endkunden führt dieser sehr häufig sogenannte Schüttelbewegungen durch, wo er das erzeugte Druckprodukt in seiner Hand vor und zurück bewegt, um damit die Qualität des erzeugten Druckproduktes unter verschiedenen Betrachtungswinkeln und Abständen jeweils direkt miteinander vergleichen zu können. Ein solches Verhalten kann erfindungsgemäß simuliert werden, indem der Roboterarm mit dem Bildsensor so angesteuert wird, dass er sich während der Bilderfassung vor und zurück bewegt. Die dabei erzeugten digitalen Druckbilder können dann entweder direkt oder anhand ihrer ermittelten Qualitätskennziffern realitätsgetreu überprüft werden.
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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 Figuren zeigen:
- 1: ein Beispiel eines Bildinspektionssystems in einer Bogenoffset - Druckmaschine
- 2: eine schematische Darstellung der Anordnung des Bildsensors, ermöglicht durch den Roboterarm
- 3: eine schematische Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens
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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 angezeigt werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Bogenoffsetdruckmaschine 4 verwendet, jedoch kann das erfindungsgemäße Verfahren genauso gut in einer Inkjet-Druckmaschine verwendet werden.
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2 zeigt dabei schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsvariante dargestellt. Gut zu erkennen ist, wie die Kamera 5 durch den vom Rechner 3 angesteuerten Roboterarm 17 verschiedene Positionen über dem zu begutachtenden Druckprodukt 8, in diesem Fall einem Druckbogen 8, einnehmen kann. Die Positionen ermöglichen verschiedene Betrachtungswinkeln und -abständen, aus denen der Inspektionsbogen 8 inspiziert werden kann. Gut zu erkennen sind die beiden Betrachtungswinkel der Elevation 10, d.h. des Höhenwinkels, und des Azimuts 9, also des horizontalen Winkels, sowie des Abstandes d 16 zwischen Kamera 5 und Inspektionsbogen 8.
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Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 2 ist schematisch in 3 dargestellt. Der erste Verfahrensschritt besteht dabei darin, mittels der Kamera 5 und der erfindungsgemäßen Vorrichtung den Inspektionsbogen 8 mit den darauf erzeugten Druckbildern aus verschiedenen Betrachtungswinkeln hinsichtlich Azimut 9, Elevation 10 zwischen 0 und 180 Grad, sowie verschiedenen Betrachtungsabständen 16 zu erfassen und zu digitalisieren. Ein auf dem Rechner 3 mittels einer Software umgesetzter Algorithmus leitet dann aus den einzelnen Bilddaten 11 in Abhängigkeit von den Betrachtungswinkeln 9, 10 und dem Betrachtungsabstand d 16 Qualitätskennziffern 12 ab. Die Kennziffern sind eine Funktion von den Betrachtungswinkeln 9, 10 und dem -abstand 16: K(φ, θ, d). und kann zudem abhängig von der Qualitätsanforderung des Druckjobs, sowie eines potentiellen, individuellen Begutachters 1, z.B. hinsichtlich Alter, Geschlecht, etc, sein. Daraus ergibt sich die individuelle Anforderung eines typischen Endkunden für das zu druckende Sujet. Für die abschließende Beurteilung des Inspektionsbogens 8 wird dann als Bewertungskriterium 13 der Wert mit der schlechtesten Qualitätskennziffer 12 oder der besten Qualitätskennziffer 12 und mit einer vom Anwender vorgegebenen typischen Kennziffer 12 als Bewertungsgrundlage 14 ausgewählt und gegeben. Wird das erfindungsgemäße Verfahren im Druckprozess zur kontinuierlichen Überwachung im Rahmen der Bildinspektion eingesetzt, ist in diesem Rahmen natürlich ein definierter Grenzwert festzulegen ab dessen Überschreitung die zu überprüfenden Druckbogen je nach Beurteilungsergebnis 15 Makulatur sind.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wird durch eine vor- und zurück-, bzw. hin- und her-Bewegung der Kamera 5 mittels des Roboterarms 17 eine für den Druckexperten 1 übliche Untersuchungsmethode, praktisch ein Schüttelvorgang, simuliert.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung, bzw. das erfindungsgemäße Verfahren scannt somit Druckmuster aus verschiedenen Betrachtungswinkeln 9, 10 und Betrachtungsentfernungen 16. Die anschließende automatische Beurteilung der Druckqualität ist reproduzierbar, hilft bei der Standardisierung und spart, aufgrund der Unabhängigkeit von einer Beurteilung durch Experten, Zeit. Außerdem ermöglicht die vorgestellte Methode die Berücksichtigung von Beurteilungen durch den Endnutzer 1.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anwender
- 2
- Bilderfassungssystem
- 3
- Steuerungsrechner
- 4
- Druckmaschine
- 5
- Bildsensor / Kamera
- 6
- Bildverarbeitungsrechner
- 7
- Display
- 8
- Inspektionsbogen
- 9
- Azimuth
- 10
- Elevation
- 11
- aus verschiedenen Winkeln aufgenommene digitale Druckbilder
- 12
- ermittelte Kennziffern
- 13
- Auswahlkriterium
- 14
- ausgewählte Kennziffern
- 15
- Beurteilungsergebnis
- 16
- Abstand Kamera zu Inspektionsbogen
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- Roboterarm
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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