DE102020105481A1

DE102020105481A1 - Helligkeitsadaptierte Bogeninspektion

Info

Publication number: DE102020105481A1
Application number: DE102020105481.5A
Authority: DE
Inventors: Frank Schumann
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2019-04-01
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2020-10-01
Also published as: JP2020169980A; CN111806087A; US20200311897A1; CN111806087B

Abstract

Verfahren zur Bildinspektion von Druckerzeugnissen (8) einer Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine (4) mittels eines Rechners (3, 6), wobei im Rahmen der Bildinspektion durch ein Bilderfassungssystem (1) die produzierten Druckerzeugnisse (8) mittels mindestens eines Bildsensors (5) erfasst und digitalisiert werden, die so entstandenen erfassten, digitalen Druckbilder (13) durch den Rechner (3, 6) mit einem digitalen Referenzbild (12) abgeglichen werden und im Falle von Abweichungen der erfassten, digitalen Druckbilder (13) vom digitalen Referenzbild (12) die fehlerhaft erkannten Druckerzeugnisse ausgeschleust werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der Rechner (3, 6) die digitalen Druck- (13) und Referenzbilder (12) jeweils in Teilbilder (20) aufteilt und Helligkeitsunterschiede zwischen den Teilbildern (20) ausgleicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildinspektion von Druckerzeugnissen in einer Druckmaschine.
Die Erfindung liegt im technischen Gebiet der Qualitätskontrolle.
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. Eine Beleuchtung erfolgt üblicherweise in einem definierten Winkel zur Kameraachse. 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 Gut-/Referenzbild 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.
Ein sehr spezifisches Problem, welches die Inspektion eben in dieser Hinsicht negativ beeinflusst, stellen Unregelmäßigkeiten beim Drucksubstrattransport innerhalb der Druckmaschine dar. Das Bilderfassungssystem ist für eine gute Bildaufnahme darauf angewiesen, dass das transportierte Drucksubstrat an der Kamera des Bilderfassungssystems möglichst ruhig und gleichmäßig vorbeitransportiert wird. Besonders bei Bogendruckmaschinen ist dies sehr herausfordern. Es stellt hier ein bekanntes Problem dar, dass beim Transport von Druckbogen die Bogenhinterkante beim Transport über das Bogentransportleitblech in Schwingungen gerät, also hochschlägt -das Bogenende „flattert“ sozusagen. Während dies für die Bilderfassung des Anfangs- und Mittelbereichs des Bogens kein Problem darstellt, werden zu untersuchende Druckbilder, die am Bogenende auf dem Druckbogen platziert sind, von diesem „Flattern“ negativ beeinflusst. Denn liegt der Bogen nicht ideal am Druckzylinder an, so kann die, durch die Mechanik vorgegebene Beleuchtung, den Bogen nicht mehr optimal ausleuchten und es kommt typischerweise zu einer Verringerung der Helligkeit an diesen Stellen. Kurz gesagt: Schlägt die Bogenhinterkante hoch, so wird dieser Bereich im Bild dunkler abgebildet als die anderen Teile des Bildes. Dieser Effekt tritt im erfassten Druckbild immer auf; im Referenzbild allerdings nur, wenn dieses eingelernt wurde. Falls das Referenzbild aus digitalen Vorstufendaten erstellt wurde, tritt der Effekt nicht auf, und die Helligkeitsunterschiede zwischen erfasstem Druckbild und Referenzbild sind noch einmal deutlich größer als bei einem eingelernten Referenzbild.
Das Problem kann nun dadurch gelöst werden, dass die Beleuchtung idealer Weise aus exakt der Richtung der Kamera kommt. Eine Ausführung wäre hier Ringbeleuchtungen um eine Kamera. Aus mechanischen Gründen ist eine solche Beleuchtung heute in vielen Druckmaschine allerdings nicht realisierbar.
Eine weitere, im heutigen Stand der Technik verwendete, Möglichkeit um das Beleuchtungsproblem zu lösen besteht in der Verringerung der Inspektionsgüte an der Bogenhinterkante. Dabei wird unabhängig von der Ausleuchtung in einem bestimmten Bereich an der Hinterkante des Bogens die Inspektionsgüte verringert, um Pseudofehler, welche durch die unterschiedliche Helligkeit entstehen, zu verhindern. Dies ist mit den entsprechenden Nachteilen verbunden:

Es gibt zwei Hauptnachteile:
1. 1. Wird an der Hinterkante mit normaler Inspektionsgüte inspiziert, so kommt es häufiger als in anderen Bildbereichen zu Pseudofehlern. Pseudofehler sind aber ein generelles Ärgernis für den Bediener.
2. 2. Wird an der Hinterkante mit niedriger Inspektionsgüte inspiziert, so werden vorhandene Fehler im Druck evtl. nicht erkannt.

Man befindet sich damit gewissermaßen in einer Zwickmühle. Inspiziert man mit voller Inspektionsstärke, erhält man Pseudofehler, welche durch die unzureichende Ausleuchtung an der Bogenhinterkante verursacht werden. Versucht man dagegen, diese schlecht ausgeleuchteten Bereiche in der Bildinspektion zu kompensieren, indem man die Inspektionsgüte in diesen Bereichen heruntersetzt, besteht die Gefahr, dass man echte Druckfehler, die mittels der Bildinspektion erkannt werden sollen, übersieht.
Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2016 224 307 A1 offenbart ein Verfahren zur Überprüfung eines Bildinspektionssystems, bestehend aus einem Kamerasystem, bestehend aus mindestens einer Kamera, einer Beleuchtungsvorrichtung zur zielgerichteten Beleuchtung des Bedruckstoffes, einem Bildverarbeitungsrechner, sowie einem Hauptrechner, zur Qualitätskontrolle für Erzeugnisse einer Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine durch den Hauptrechner. Es wertet die vom Kamerasystem erfassten digitalen Druckbilder an nicht bedruckten Stellen auf dem Drucksubstrat aus, um daraus Rückschlüsse auf den Zustand des Bildinspektionssystems zu ziehen. Dies schließt auch den Zustand der Beleuchtungsvorrichtung mit ein. Es wird jedoch keine Bildinspektion an sich durchgeführt, d.h. dieses Verfahren offenbart keine Handlungsanweisung, wie fehlerhafte Resultate einer laufenden Bildinspektion, z.B. durch mangelnde Beleuchtung, korrigiert werden können.
Aus der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2018 220236.2 ist zudem für das Problem der hochschlagenden Bogenhinterkante ein Verfahren zur Bildinspektion von Druckerzeugnissen in einer Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine mittels eines Rechners, wobei im Rahmen der Bildinspektion durch ein Bilderfassungssystem die produzierten Druckerzeugnisse mittels mindestens eines Bildsensors erfasst und digitalisiert werden, die so entstandenen erfassten, digitalen Druckbilder durch den Rechner mit einem digitalen Referenzbild abgeglichen werden, der Rechner die erfassten, digitalen Druckbilder vorher einer digitalen Entzerrung unterzieht, und im Falle von Abweichungen der erfassten, digitalen und entzerrten Druckbilder vom digitalen Referenzbild die fehlerhaft erkannten Druckerzeugnisse ausgeschleust werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass für die digitale Entzerrung der Rechner Druck- und Referenzbilder jeweils in Teilbilder aufteilt und die Teil-Druckbilder bzgl. ihrer Position im Druckbild pixelweise so anpasst, dass sich eine minimale Differenz der Teil-Druckbilder zum jeweiligen Teil-Referenzbild ergibt. Dieses Verfahren beschäftigt sich jedoch mit den sich ergebenden optischen Verzerrungen im von der Kamera erfassten Bild, welche von der instabilen Bogenhinterkante verursacht werden und den daraus resultierenden Problemen. Zu den spezifischen Problemen hinsichtlich mangelnder Beleuchtung und deren Lösung offenbart die DE 10 2018 220236.2 nichts.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein verbessertes Verfahren zur Bildinspektion von Druckerzeugnissen zu offenbaren, welches die negativen Auswirkungen unzureichender Beleuchtung überwindet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Bildinspektion von Druckerzeugnissen einer Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine mittels eines Rechners, wobei im Rahmen der Bildinspektion durch ein Bilderfassungssystem die produzierten Druckerzeugnisse mittels mindestens eines Bildsensors erfasst und digitalisiert werden, die so entstandenen erfassten, digitalen Druckbilder durch den Rechner mit einem digitalen Referenzbild abgeglichen werden und im Falle von Abweichungen der erfassten, digitalen Druckbilder vom digitalen Referenzbild die fehlerhaft erkannten Druckerzeugnisse ausgeschleust werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der Rechner die digitalen Druck- und Referenzbilder jeweils in Teilbilder aufteilt und Helligkeitsunterschiede zwischen den Teilbildern ausgleicht. Da die Effekte der unzureichenden Beleuchtung nur in bestimmten Bereichen des erfassten digitalen Druckbildes auftreten, muss eine Art von Separation dieser Bereiche von den nicht beeinträchtigten Bereichen durchgeführt werden. Dies geschieht mittels der erfindungsgemäßen Aufteilung der digitalen erfassten Druckbilder in Teilbilder. Da die Bildinspektion auf dem Prinzip des Abgleichs zwischen erfassten Druckbildern und Referenzbild beruht, müssen entsprechend auch die Referenzbilder in solche Teilbilder aufgeteilt werden. Existieren dabei Helligkeitsunterschiede zwischen dem jeweiligen Teilbild von Druck- und von Referenzbild, welche offensichtlich durch unzureichende Beleuchtung verursacht wurden und somit nur im digital erfassten Druckbild und nicht im Referenzbild auftreten können, modifiziert der Rechner die betreffenden Teilbilder von Druck- und Referenzbild dergestalt, dass diese Helligkeitsunterschiede ausgeglichen werden. Damit wird sichergestellt, dass die Bildinspektion mittels Abgleich von Druck- und Referenzbild keine Pseudofehler findet, welche durch unzureichende Beleuchtung verursacht wurden. Der erfindungsgemäße Ausgleich der Helligkeitsunterschiede wird dabei vor dem Bildabgleich der Bildinspektion durchgeführt, so dass die entsprechende „Vorbearbeitung“ von digitalen Druck- und Referenzbilder vor der eigentlichen Bildinspektion geschieht, indem die behandelten Teilbilder vor der Bildinspektion wieder zu den eigentlichen digitalen Druck- und Referenzbildern zusammengesetzt werden. Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich, den Bildabgleich der Bildinspektion gleich zwischen den Teilbildern von jeweils Druck- und Referenzbild durchzuführen und den erfindungsgemäßen Helligkeitsausgleich und die Bildinspektion dann in einem Schritt durchzuführen.
Vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung mit den zugehörigen Zeichnungen.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass der Rechner den Ausgleich der Helligkeitsunterschiede zwischen den Teilbildern mittels eines Korrekturwerts realisiert, welcher vom jeweils helleren Druck- oder Referenzteilbild subtrahiert wird. Um für einen Ausgleich der Helligkeitsunterschiede zu sorgen, muss der Rechner erst einmal den Wert der Helligkeitsunterschiede beziffern. Hat er dies getan, kann er daraus dann den Korrekturwert berechnen, welcher diesen Helligkeitsunterschied beziffert und dann vom jeweils helleren Druck oder Referenzbild subtrahiert wird. Dies bedeutet, es wird also immer das jeweils hellere Druck- oder Referenzteilbild abgedunkelt. Prinzipiell wäre es auch möglich, das jeweils dunklere Bild aufzuhellen, jedoch ist ein Abgleich von jeweils dunkleren Bildern meist weniger fehleranfällig als eine künstliche Aufhellung.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass der Rechner den Korrekturwert berechnet, indem er einen mittleren Helligkeitswert für die Teilbilder ermittelt, diese mittleren Helligkeitswerte jeweils für ein Teilbild von digitalem Druck- und Referenzbild miteinander abgleicht und im Fall einer Abweichung den Korrekturwert durch Subtraktion der beiden mittleren Helligkeitswerte voneinander berechnet. Der Korrekturwert gibt wie bereits erwähnt den Helligkeitsunterschied zwischen dem Teilbild von erfasstem digitalen Druck- und digitalem Referenzbild wieder. Die einfachste Art und Weise, diesen zu berechnen ist, indem man jeweils den mittleren Helligkeitswert beider Teilbilder ermittelt und diese dann miteinander abgleicht. Der Korrekturwert ergibt sich dann durch die Subtraktion der beiden mittleren Helligkeitswerte beider Teilbilder voneinander. Da zudem auch bei ausreichender Beleuchtung der mittlere Helligkeitswert des erfassten digitalen Druckbildes praktisch nie komplett identisch zu dem des idealen digitalen Referenzbildes ist, empfiehlt es sich zudem, eine Toleranzschwelle einzubauen, ab der eine Abweichung der beiden mittleren Helligkeitswerte voneinander erkannt wird. Denn weichen diese beiden mittleren Helligkeitswerte nur sehr gering voneinander ab, wie z.B. im besagten Fall einer korrekt arbeitenden Beleuchtung, ist eine erfindungsgemäße Korrektur der entsprechenden Teilbilder nicht notwendig.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass für die Subtraktion der beiden mittleren Helligkeitswerte voneinander der Rechner stets den mittleren Helligkeitswert des erfassten, digitalen Druckbildes vom mittleren Helligkeitswert des digitalen Referenzbildes subtrahiert und im Falle eines numerisch negativen Resultats den berechneten Korrekturwert vom erfassten, digitalen Druckbild subtrahiert, während im Falle eines numerisch positiven Resultats den berechneten Korrekturwert vom digitalen Referenzbild subtrahiert. Da, wie bereits erwähnt, stets eine Abdunkelung des jeweils helleren Teilbildes angestrebt wird, muss erst einmal identifiziert werden, welches Teilbild überhaupt das hellere Bild ist. Dies geschieht, indem man den mittleren Helligkeitswert des erfassten digitalen Druckbildes vom mittleren Helligkeitswert des idealen digitalen Referenzbildes subtrahiert. Wenn das Ergebnis numerisch negativ ist, war offensichtlich das erfasste digitale Druckbild heller, da eine größere Helligkeit in einem numerisch höheren mittleren Helligkeitswert resultiert. In diesem Fall muss der berechnete Korrekturwert vom erfassten digitalen Druckbild subtrahiert werden. Ist dagegen das Resultat numerisch-positiv, war das digitale Referenzbild heller und dieses muss entsprechend mit dem Korrekturwert abgedunkelt werden.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass der Rechner die Teilbilder jeweils in ihre Farbauszüge zerlegt und den mittleren Helligkeitswert für die jeweiligen Farbauszüge ermittelt. Obwohl die Berechnung der mittleren Helligkeitswerte für die entsprechenden Teilbilder auch von den entsprechend digital vorliegenden Normalbildern berechnet werden kann, ist das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich genauer, wenn man die Teilbilder in ihre Farbauszüge zerlegt und den mittleren Helligkeitswert dann jeweils für alle Farbauszüge ermittelt. Dementsprechend wird die Berechnung und Anwendung des Korrekturwertes für sämtliche Farbauszüge meist im Format R, G und B vorgenommen, da es sich bei den vorliegenden Digitalbildern meist um Kamerabilder im RGB-Farbraum handelt. Die Farbauszüge werden nach Abschluss des erfindungsgemäßen Ausgleichs der Helligkeitsunterschiede wieder zusammengefügt und mit dem dann zusammengefügten Bild wird die Bildinspektion durchgeführt. Alternativ kann die Bildinspektion natürlich auch mittels der einzelnen Farbauszüge durchgeführt werden. In diesem Fall muss das digitale Referenzbild natürlich vorher ebenfalls in die Farbauszüge zerlegt werden und sich zudem im selben Farbraum, wie das digital erfasste Druckbild befinden.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass es sich bei der Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine um eine Bogendruckmaschine und bei den Bedruckstoffen um Druckbogen handelt. Das Problem der mangelnden Beleuchtung des Druckerzeugnisses tritt hauptsächlich bei Druckbogen in einer Bogendruckmaschine auf, da wie bereits eingangs erläutert, das Hochschlagen der Bogenhinterkante beim Bogentransport den Beleuchtungsvorgang erschwert. Dennoch ist das erfindungsgemäße Verfahren selbstverständlich auch für andere Arten von Druckmaschinen und Bedruckstoffen einzusetzen, für den Fall, dass dort aus anderen Gründen eine mangelhafte Beleuchtung vorliegt.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass der Rechner die Aufteilung in Teilbilder nur in Bereichen der Druck- und Referenzbildern vornimmt, die im Einflussbereich der Bogenhinterkante liegen. Wie bereits erläutert, liegen die betroffenen Bereiche mit mangelhafter Ausleuchtung meist an der Bogenhinterkante im Falle der Verwendung einer Bogendruckmaschine. Die Aufteilung von Druck- und Referenzbildern in die Teilbilder muss also nur im Einflussbereich der Bogenhinterkante erfindungsgemäß durchgeführt werden. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf den gesamten Bereich der Druck- und Referenzbilder schadet zwar nicht, da in diesen Bereichen meist ohnehin bei Einsatz vernünftiger Toleranzschwellen kein Korrekturwert berechnet und verwendet wird, ist aber nicht notwendig und verringert somit die Performance des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass die Teilbilder für Druck- und Referenzbilder jeweils von identischer Größe sind. Damit das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert, müssen die entsprechenden Teilbilderpaare für Druck- und Referenzbilder jeweils von identischer Größe sein. D.h., ein Teilbild des erfassten digitalen Druckbildes, welches bzgl. Helligkeitswerte mit einem Teilbild des digitalen Referenzbildes abgeglichen wird, muss genauso groß sein wie sein gegenüberliegendes Pendant aus dem Referenzbild. Andernfalls würden die mittleren Helligkeitswerte aufgrund des anderen Bildinhaltes und nicht aufgrund mangelnder Beleuchtung voneinander abweichen und das erfindungsgemäße Verfahren nicht sauber arbeiten. Darüber hinaus sollten jedoch auch die einzelnen Teilbilder innerhalb des erfassten digitalen Druckbildes bzw. entsprechenden Referenzbildes jeweils von gleicher Größe sein, da dies den Aufteilungsprozess erleichtert. Dies ist allerdings im Gegensatz zur identischen Größe des Teilbildpaares zwischen Druck- und Referenzbild keine absolute Notwendigkeit. Es ist durchaus möglich, das Druck- und Referenzbild jeweils in Teilbilder mit unterschiedlicher Größe aufzuteilen, solange das entsprechende, miteinander abzugleichende Paar von Teilbild aus Druckbild und Teilbild aus Referenzbild von identischer Größe ist.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass die Teilbilder die Form von dünnen, horizontalen Streifen aufweisen. Denn schmale horizontale Kacheln liefern für die Hinterkante bessere Ergebnisse als quadratische Kacheln.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass die Teilbilder eine vieleckige Form aufweisen, insbesondere die eines Rechteckes, bzw. Quadrates oder eines Dreieckes. Die Form der Teilbilder ist dabei sehr vielgestaltig. Am ehesten haben sich vieleckige Formen, insbesondere Rechtecke, als praktisch erwiesen. Jedoch sind auch andere Formen wie die eines anders geformten Rechteckes oder eines Dreieckes möglich. Denn dreieckige Kacheln können gekrümmte Oberflächen im 3-dimensionalen Raum besser annähern als viereckige. Sie sind allerdings programmiertechnisch schwieriger zu verarbeiten. Da das gesamte digitale Druckbild zerlegt werden soll, sind zudem runde Formen weniger geeignet.
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.
Die Figuren zeigen:

1: ein Beispiel eines Bilderfassungssystems in einer Bogenoffset-Druckmaschine
2: schematisch den Gutfall der Bildaufnahme mit Beleuchtung
3: schematisch den Fall der Bildaufnahme mit fehlerhafter Beleuchtung an der Bogenhinterkante
4: ein Beispiel für einen Bildausschnitt (Teilbild) eines idealen Referenzbildes
5: ein Beispiel für einen Bildausschnitt (Teilbild) eines erfassten Druckbildes mit dunklerem Bereich an Bogenhinterkante und Druckfehler
6: ein Beispiel für ein Differenzbild der Bildinspektion für den Bildausschnitt (Teilbild) aus erfasstem Druckbild und Referenzbild
7: ein Beispiel für einen helligkeitskorrigierten Bildausschnitt (Teilbild) des idealen Referenzbildes
8: ein Beispiel für einen helligkeitskorrigierten Bildausschnitt (Teilbild) des erfassten Druckbildes
9: ein Beispiel für ein Differenzbild der Bildinspektion für die helligkeitskorrigierten Bildausschnitte (Teilbild)
10: schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens

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.
2 zeigt eine mechanische Anordnung einer Bogeninspektion und die Physik für den Fall, dass der Druckbogen 8 den Druckspalt zwischen Gummituchzylinder 9 und Gegendruckzylinder 11 nicht verlassen hat. Beobachtungspunkt der Kamera 5 und Beleuchtungspunkt der Beleuchtungseinheit 10 fallen hier zusammen und die Bildinspektion kann mit optimaler Ausleuchtung durchgeführt werden. In 3 wird nun der eingangs bereits erwähnte Fall einer Bildinspektion an der Bogenhinterkante aufgezeigt. Auch hier wieder in der mechanischen Anordnung einer Bogeninspektion und mit der Physik für den Fall, dass der Druckbogen 8 den Druckspalt verlassen hat und hochschlägt. Wie deutlich zu sehen ist liegen Beobachtungspunkt der Kamera 5 und Beleuchtungspunkt hier nicht zusammen und die Ausleuchtung für die Bogeninspektion ist nicht optimal. Dies führt zu einer Verdunklung des erfassten Druckbildes 13 mit entsprechender Auswirkung für das Bildinspektionsverfahren.
Mit der Erfindung kann dies nun behoben werden und ohne Zusatzkosten auch an der Bogenhinterkante mit hoher Inspektionsgüte inspiziert werden ohne Pseudofehler 15, 15a zu erzeugen. Das Grundprinzip stellt eine lokale Angleichung der Helligkeitswerte in den aufgenommenen Kamerabildern 13 dar. Der Ablauf dieses erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführung wird schematisch in 10 offenbart.
Zuerst wird das Referenzbild 12 erstellt. Ob aus den Vorstufendaten oder durch einlernen ist für den Ablauf des Verfahrens nicht relevant. Dann werden im Rahmen der Bildinspektion erzeugte Druckprodukte 8, in Form von bedruckten Bogen 8, mittels des Bilderfassungssystems 2, bzw. seines Kamerasystems 5 erfasst und digitalisiert. Hier setzt nun das erfindungsgemäße Verfahren ein. Der Bildverarbeitungsrechner 6 unterteilt erfasste Druckbilder 13, sowie das abzugleichende Referenzbild 12 in Teilbilder 20. 4 zeigt einen Bildausschnitt des Referenzbildes 12 an der Bogenhinterkante. Es handelt sich in diesem Fall um ein eingelerntes Gutbild 12. Gut zu sehen sind die dunklen Bildbereiche 15 im oberen Bildbereich die durch das Hochschlagen der Bogenhinterkante auch im Referenzbild 12 entstehen.
5 zeigt den gleichen Bildausschnitt für das erfasste, digitale Druckbild 13 an der Bogenhinterkante. Hier schlägt der Druckbogen 8 nicht zu stark hoch wie im Referenzbild 12 und die Bildbereiche an der Hinterkante sind heller. Das zugelaufene „o“ im unteren rechten Bildfünftel ist ein realer, von der Bildinspektion zu detektierender Druckfehler 16.
6 zeigt nun den gleichen Bildausschnitt eines Differenzbildes 14 zwischen Referenzbild 12 und Druckbild 13, wie es im Rahmen der Bildinspektion erzeugt wird. Zu erkennen sind große Differenzen der beiden Bilder 12, 13. Die markierten Bildbereiche 15a in der oberen Bildhälfte sind störende Pseudofehler 15a. Das markierte zugelaufene „o“ im unteren rechten Bildfünftel ist dagegen ein erfasster, realer Druckfehler 16a. Die in 6 auftretenden, markierten Abweichungen 15a in der oberen Bildhälfte sind ausschließlich durch nicht optimale Beleuchtung beim Hochschlagen der Bogenhinterkante zu Stande kommen und entsprechend unerwünschte Pseudofehler 15a. Da die markierten Abweichungen 15a in Form der dunkleren Bereiche 15 (sh. 4) auf hellem Bildhintergrund 17 mehr stören, als auf dunklerem Bildhintergrund 18, sind sie im Differenzbild 14 entsprechend nur auf dem hellen Bildhintergrund 17 als Pseudofehler 15a markiert.
Die Lösung dieses Problems ist nun der Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens. Da der Druckbogen 8 an der Hinterkante ein komplexes und variables Hochschlagverhalten zeigt, ist eine Korrektur der Helligkeitswerte 22 mit festen Werten nicht möglich. Deshalb werden die Korrekturwerte 23 aus dem eingelernten Referenzbild 12 folgendermaßen abgeleitet:
Referenzbild (Gutbild) 12 und erfasstes, digitales Druckbild 13 des aktuellen Druckbogens 8 werden, wie bereits erwähnt, vom Bildverarbeitungsrechner 6 in rechteckige Teilbilder 20 aufgeteilt. Dann zerlegt der Bildverarbeitungsrechner 6 jedes digitale Teilbild 20 in seine drei Farbauszüge RGB 21. Da das Referenzbild 12 hier aus erfassten, digitalen Druckbildern 13 eingelernt wurde, liegt es ebenfalls im RGB-Format vor, womit die Zerlegung in die Farbauszüge 21 möglich wird. Wenn in einer alternativen Ausführungsvariante das Referenzbild 12 aus den digitalen Vorstufendaten erstellt wird, muss es entweder bereits im RGB-Format vorliegen, oder in dieses farbtransformiert werden. Für jeden der so erhaltenen Farbauszüge 21 eines Teilbildes 20 wird nun vom Bildverarbeitungsrechner 6 ein mittlerer Grauwert 22 im Referenzbild 12 und im Druckbild 13 bestimmt. Sind die Werte nicht gleich groß, so wird vom Bildverarbeitungsrechner 6 eine Korrektur der Grauwerte 22 in diesem Farbauszug 21 des Teilbildes 20 vorgenommen. Der Korrekturwert D 23 wird dabei wie folgt berechnet: $D = (mittlerer Grauwert im Referenzbild) - (mittlerer Grauwert im Druckbild)$
Ist D > 0 so wird vom Grauwert 22 eines jeden Pixels innerhalb des Referenzteilbildes der Wert D subtrahiert um das Referenzbild 12 entsprechend abzudunkeln. Ist D < 0 so wird vom Grauwert 22 eines jeden Pixels innerhalb des Druckteilbildes der Wert D subtrahiert um das Druckbild 13 abzudunkeln.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren auf die ursprünglichen Bilder 12, 13 nach 4 und 5 angewendet, so entstehen helligkeitskorrigierte Bilder 12a, 13a - beispielhaft dargestellt in 7 und 8, wobei in diesem Beispiel nur im erfassten Druckbild 13a in 8 eine Helligkeitskorrektur vorgenommen wurde. 7 zeigt dabei erneut den entsprechenden Bildausschnitt des Referenzbildes 12 an der Bogenhinterkante. 8 zeigt nun den gleichen Bildausschnitt des korrigierten, erfassten, digitalen Druckbildes 13a an der Bogenhinterkante. Deutlich zu sehen sind die Bereiche 19, 19a, gebildet von einzelnen, korrigierten Teilbildern 20, in denen die erfindungsgemäße Helligkeitskorrektur vorgenommen wurde. Im linken Bereich 19 wurde dabei eine geringere Verdunklung vorgenommen, als im rechten Bereich 19a. Ein Vergleich dieser korrigierten Bilder 12a, 13a in Form eines korrigierten Differenzbildes 14a in 9 zeigt, dass die Pseudofehler 15a verschwinden. 9 zeigt somit den gleichen Bildausschnitt des Differenzbildes 14a zwischen korrigiertem Referenz- 12a und Druckbild 13a. Wie man sieht, gibt es keine markierten Pseudofehler 15a in der oberen Bildhälfte mehr - anders als im nicht korrigierten Differenzbild 14 in 6. Das markierte zugelaufene „o“ im unteren rechten Bildfünftel ist der reale, zu detektierende Druckfehler 16a, welcher wunschgemäß erhalten bleibt.
Nach erfolgter Korrektur in allen Farbauszügen 21 wird dann wieder ein vollständiges RGB- Teilbild 20 erstellt und das korrigierte Teilbild wird an der ursprünglichen Position in das Referenzbild 12a bzw. das Druckbild 13a eingefügt. So entsteht für jedes Teilbild 20 eine lokale Angleichung der Helligkeitswerte. Mit diesen bearbeiteten Bildern 12a, 13a wird dann die eigentliche Bildinspektion durchgeführt.
Es hat sich zudem als vorteilhaft gezeigt, für die Geometrie der Teilbilder 20 im Offsetdruck dünne horizontale Streifen zu wählen. Grund hierfür ist eine hohe Helligkeitsänderungsrate in Druckrichtung und eine niedrige Änderungsrate quer zur Druckrichtung bei diesem Druckverfahren. Schmale horizontale Teilbilder liefern für die Hinterkante bessere Ergebnisse als quadratische Teilbilder. Die Form der Teilbilder 20 kann allerdings je nach Anwendungsfall auch variiert werden. Geeignet sind allgemein vor allem quadratische oder dreieckige Teilbilder. Dreieckige Teilbilder können dabei gekrümmte Oberflächen im 3-dimensionalen Raum besser annähern als viereckige Teilbilder, sind aber programmiertechnisch schwieriger zu verarbeiten.
Bezugszeichenliste

1: Anwender
2: Bilderfassungssystem
3: Steuerungsrechner
4: Druckmaschine
5: Bildsensor
6: Bildverarbeitungsrechner
7: Display
8: Druckbogen
9: Gummituchzylinder
10: Beleuchtungseinheit
11: Gegendruckzylinder
12: Gut-/Referenzbild
12a: helligkeitskorrigiertes Gut-/Referenzbild
13: erfasstes Druckbild
13a: helligkeitskorrigiertes, erfasstes Druckbild
14: Differenzbild mit Helligkeitsabweichungen
14a: helligkeitskorrigiertes, Differenzbild
15: dunkle Bildbereiche
15a: erfasste dunkle Bildbereiche (Pseudofehler) im Differenzbild
16: echter Druckfehler
16a: erfasster Druckfehler im Differenzbild
17: heller Bildhintergrund
18: dunkler Bildhintergrund
19, 19a: helligkeitskorrigierte Bildbereiche
20: Teilbilder
21: Farbauszüge für Teilbilder
22: mittlerer Grauwert / Helligkeitswert
23: Korrekturwert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016224307 A1 [0008]
DE 102018220236 [0009]

Claims

Verfahren zur Bildinspektion von Druckerzeugnissen (8) einer Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine (4) mittels eines Rechners (3, 6), wobei im Rahmen der Bildinspektion durch ein Bilderfassungssystem (1) die produzierten Druckerzeugnisse (8) mittels mindestens eines Bildsensors (5) erfasst und digitalisiert werden, die so entstandenen erfassten, digitalen Druckbilder (13) durch den Rechner (3, 6) mit einem digitalen Referenzbild (12) abgeglichen werden und im Falle von Abweichungen der erfassten, digitalen Druckbilder (13) vom digitalen Referenzbild (12) die fehlerhaft erkannten Druckerzeugnisse ausgeschleust werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (3, 6) die digitalen Druck- (13) und Referenzbilder (12) jeweils in Teilbilder (20) aufteilt und Helligkeitsunterschiede zwischen den Teilbildern (20) ausgleicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (3, 6) den Ausgleich der Helligkeitsunterschiede zwischen den Teilbildern (20) mittels eines Korrekturwerts (23) realisiert, welcher vom jeweils helleren Druck- (13) oder Referenzteilbild (12) subtrahiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (3, 6) den Korrekturwert (23) berechnet, indem er einen mittleren Helligkeitswert (22) für die Teilbilder (20) ermittelt, diese mittleren Helligkeitswerte (22) jeweils für ein Teilbild (20) von digitalem Druck- (13) und Referenzbild (12) miteinander abgleicht und im Fall einer Abweichung den Korrekturwert (23) durch Subtraktion der beiden mittleren Helligkeitswerte (22) voneinander berechnet.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Subtraktion der beiden mittleren Helligkeitswerte (22) voneinander der Rechner (3, 6) stets den mittleren Helligkeitswert des erfassten, digitalen Druckbildes (13) vom mittleren Helligkeitswert des digitalen Referenzbildes (12) subtrahiert und im Falle eines numerisch negativen Resultats den berechneten Korrekturwert (23) vom erfassten, digitalen Druckbild (13) subtrahiert, während der Rechner (3, 6) im Falle eines numerisch positiven Resultats den berechneten Korrekturwert (23) vom digitalen Referenzbild (12) subtrahiert.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (3, 6) die Teilbilder (20) jeweils in ihre Farbauszüge (21) zerlegt und den mittleren Helligkeitswert (22) für die jeweiligen Farbauszüge (21) ermittelt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine (4) um eine Bogendruckmaschine (4) und bei den Bedruckstoffen um Druckbogen (8) handelt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (3, 6) die Aufteilung in Teilbilder (20) nur in Bereichen der Druck-(13) und Referenzbilder (12) vornimmt, die im Einflussbereich der Bogenhinterkante liegen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbilder (20) für Druck- (13) und Referenzbilder (12) jeweils von identischer Größe sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbilder (20) die Form von dünnen, horizontalen Streifen aufweisen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbilder (20) eine vieleckige Form aufweisen, insbesondere die eines Rechteckes, bzw. Quadrates oder eines Dreieckes.