DE19613082C2 - Verfahren und Vorrichtung zur qualitativen Beurteilung von bearbeitetem Material - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur qualitativen Beurteilung von bearbeitetem MaterialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen
zur qualitativen Beurteilung von bearbeitetem Material
gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 5, 6, 8 und 9.
Die DE 40 33 588 A1 beschreibt ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur kontrastreichen Vermessung von
Werkstückoberflächen.
Dabei ist für jeden Punkt der Objektebene mindestens ein
Punkt der Lichtquelle im Totalreflexionswinkel zur
Kamera gerichtet.
Nachteilig ist hierbei, daß diese Vorrichtung groß baut,
da Sensor und Beleuchtungseinrichtung, zueinander
beabstandet, neben dem Objekt angeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und Vorrichtungen zur qualitativen Beurteilung von
bearbeiteten Material zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des kennzeichnenden Teiles der Ansprüche 1, 5, 6, 8 und
9 gelöst.
In vorteilhafter Weise können mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren bzw. der Vorrichtung reflektierende Bereiche
auf zu inspizierenden Material erkannt werden.
Die Beleuchtungseinrichtung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist durch ihren V-förmigen Querschnitt
platzsparend ausgebildet. Die Erstreckung der
Beleuchtungseinrichtung quer zur Transportrichtung des
zu inspizierenden Materials wird so minimiert.
Auch in Transportrichtung ist die Länge der
Beleuchtungseinrichtung gering, da äußerst vorteilhaft
das zu inspizierende Material entlang einer gekrümmten
Führungsfläche geführt wird. Zusätzlich wird infolge
dieser Krümmung ein zu inspizierender Bogen
stabilisiert.
Durch auf die Beleuchtungseinrichtung aufgesetzte
Shutter wirken nur vorzugsweise auf die reflektierenden
Bereiche gerichtete Lichtstrahlen, die von den
reflektierenden Bereichen des zu inspizierenden
Materials in die CCD-Flächenkamera annähernd
totalreflektiert werden.
Durch diese Ausführungsformen von
Beleuchtungseinrichtung und Führungsfläche werden
beispielsweise Streulichteinflüsse reduziert und ein
gerichteter Strahlengang der Beleuchtungseinrichtung
erzeugt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer
Vorrichtung zum qualitativen Beurteilen von
bedruckten Bogen;
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung
zum qualitativen Beurteilen in
Transportrichtung der bedruckten Bogen;
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf einen
Saugkasten der Vorrichtung zum qualitativen
Beurteilen von bedruckten Bogen;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung.
Eine Vorrichtung zur qualitativen Beurteilung von
bearbeiteten Material 1 besteht im wesentlichen aus
einer Führung 2, einer Beleuchtungseinrichtung 3,
mindestens einem Sensor 4 und einer nachgeschalteten
Auswerteeinrichtung.
Dieses Qualitätskontrollsystem kann zur Überwachung
sowohl von Bahnen als auch von Bogen 1 in einer
Rotationsdruckmaschine oder einer
Weiterverarbeitungsmaschine eingesetzt werden. Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das
Qualitätskontrollsystem in einer
Bogenrotationsdruckmaschine für Wertpapiere,
insbesondere für Banknoten, verwendet.
Zu inspizierende Bogen 1 werden beispielsweise mittels
Greifersystemen 6 in einer Bogentransportebene 7
transportiert. Diese Greifersysteme 6 sind an
umlaufenden Ketten 8 eines an sich bekannten
Kettenförderes befestigt. Oberhalb der
Bogentransportebene 7 ist die Führung 2 angeordnet.
Diese Führung 2 weist beispielsweise an ihrer den Bogen
1 zugewandten Führungsfläche 9 eine in Transportrichtung
T gekrümmte Form auf. Diese Führungsfläche 9 ist also in
Transportrichtung T konkav gebogen und weist einen
Krümmungsradius R9, z. B. R9 = 800 mm, auf. Die Führung
2 ist beispielsweise als Saugkasten 2 ausgebildet. Dazu
ist die Führungsfläche 9 mit einer Vielzahl von
Lochungen 11 versehen, d. h. die Führungsfläche 9 wird
von einem Lochblech gebildet. Die Lochungen 11 weisen
beispielsweise einen Durchmesser von 2 mm auf und sind in
einem Raster mit einem Abstand von 3 mm beabstandet.
Diese Führungsfläche 9 ist austauschbar (mit
verschiedenen Lochungen) und zu Wartungsarbeiten
aufklappbar angeordnet.
Innerhalb des Saugkastens 2 sind Trennwände angeordnet,
so daß eine Anzahl von unabhängig wirkenden, getrennt
regelbaren Saugkammern 12 bis 23 gebildet wird. In der
Mitte des Saugkastens 2 ist ein annähernd dem kleinsten
Format der zu bearbeitenden Bogen 1 entsprechender
Bereich in Transportrichtung T in eine vordere 12 und
hintere Saugkammer 13 unterteilt. An die vier Seiten
dieses rechteckigen Bereiches schließt sich jeweils eine
weitere Saugkammer 14, 16, 17, 18 an. Auch neben diesen
Saugkammern 14, 16, 17, 18 sind in Richtung außen
liegender Kanten des Bogens 1 nochmals vier Saugkammern
19, 21, 22, 23 angeordnet, wobei die in
Transportrichtung T verlaufenden äußeren Saugkammern 21,
23 nochmals unterteilt sein können.
Ein Unterdruck in den einzelnen Saugkammern 12 bis 23
ist individuell, z. B. mittels Bypass-Regelung,
einstellbar. Somit kann eine auf die Bogen 1 wirkende
Haltekraft auf z. B. Format, Material oder
Bearbeitungsart der Bogen 1 angepaßt werden.
Dem Saugkasten 2 gegenüberliegend ist die
Beleuchtungseinrichtung 3 und der Sensor 4 angeordnet.
Die Beleuchtungseinrichtung 3 weist in Transportrichtung
T einen V-förmigen Querschnitt auf, d. h. sie ist als
V-förmiger Kasten 24 ausgebildet. Dieser Kasten 24 weist
zwei Schenkel 26, 27 mit ebenen, den zu inspizierenden
Bogen 1 zugewandten Lichtaustrittsflächen 28, 29 auf.
Diese Schenkel 26, 27 schließen einen Öffnungswinkel
alpha von beispielsweise 122° ein. Dieser Öffnungswinkel
alpha weist vorzugsweise einen Bereich von 90° bis 150°
auf. Jede der beiden Lichtaustrittsflächen 28, 29 ist
trapezförmig ausgebildet. Dabei stoßen die kürzeren von
beiden Grundseiten 31, 32 aneinander und verlaufen
parallel zur Transportrichtung T. Die beiden kurzen
Grundseiten 31 weisen eine Länge l31 von z. B 350 mm
auf. Die beiden größeren Grundseiten 32 mit einer Länge
l32, z. B. l32 = 560 mm verlaufen ebenfalls parallel zur
Transportrichtung T und sind quer zur Transportrichtung
T in einem Abstand a32, z. B. a32 = 1220 mm, beabstandet,
der einer Breite b3 der Beleuchtungseinrichtung 3
entspricht. Dieser Abstand a32 ist größer als eine
größte Breite b1, z. B. 840 mm, der zu inspizierenden
Bogen 1.
Die Größe und Form der Beleuchtungseinrichtung ist also
auf das Format der zu inspizierenden Bogen angepaßt.
Die Lichtaustrittsflächen 28, 29 bestehen beispielsweise
aus Milchglasscheiben. Unter diesen Milchglasscheiben
sind jeweils eine Mehrzahl von diffus strahlender
Lichtquellen angeordnet. Diese Lichtquellen sind
beispielsweise als Einzelblitzröhren ausgebildet. Durch
diese Anordnung von Lichtquellen und Milchglasscheiben
wird eine besonders gleichmäßige Ausleuchtung der zu
inspizierenden Bogen 1 erreicht.
Die Beleuchtungseinrichtung 3 kann anstelle des
V-förmigen Querschnitts auch einen gekrümmten
beispielsweise kreisbogenförmigen Querschnitt aufweisen.
Auf die Milchglasscheibe aufgesetzt können auch eine
Mehrzahl von parallel in Transportrichtung T
verlaufender Leitstege 33 ("Shutter") sein. Diese
Leitstege 33 können beispielsweise aus Blech oder
ebenfalls aus Milchglas gefertigt sein. Ein
Neigungswinkel dieser Leitstege 33 bezüglich der
Lichtaustrittsflächen 28, 29 bzw. Bogentransportebene 7
ist annähernd parallel zu einem Lichtstrahl verlaufend
angepaßt, wobei ein solcher zwischen zwei Leitstegen 33
gerichteter Lichtstrahl auf einen reflektierenden
Bereich des Bogens 1 nach dortiger Reflexion auf den
Sensor 4 trifft.
Diese Leitstege 33 weisen zueinander einen Abstand a33,
z. B. a33 = 20 mm auf.
Die Beleuchtungseinrichtung kann auch aus mehreren
einzeln angeordneter Lichtquellen bestehen.
In einem Zentrum dieser Beleuchtungseinrichtung 3 ist
der Sensor 4 angeordnet. Als Sensor 4 ist im
vorliegenden Beispiel eine CCD-Flächenkamera 4 mit
vorgeschaltetem Objektiv vorgesehen. Die Objektiv ist im
vorliegenden Beispiel derart ausgelegt, daß der gesamte
zu inspizierende Bogen 1 erfaßt wird, d. h. ein Abstand
zwischen der CCD-Flächenkamera 4 und der
Bogentransportebene 7 ist auf das Objektiv der
CCD-Flächenkamera 4 angepaßt. Es ist aber auch möglich
mehrere Teile einzeln nacheinander zu erfassen und zu
einem Gesamtbild zusammenzufügen. Der zu inspizierende
Bogen 1 befindet sich in der optischen Achse des
Objektives der CCD-Flächenkamera 4.
In dem Saugkasten ist im vorliegenden
Ausführungsbeispiel ein nichtdargestellter als Trigger
wirkender Sensor eingebaut. Dieser Sensor erfaßt die
Vorderkante des zu inspizierenden Bogens 1 und löst den
Inspektionsvorgang aus. Dieser Sensor ist in
Transportrichtung T verstellbar angeordnet, um die
Position des Bogens bei verschieden großen Bogenformaten
derart auszurichten, daß die Inspektion annähernd mittig
zum Objektiv der CCD-Flächenkamera 4 erfolgt.
Der CCD-Flächenkamera 4 ist eine Auswerteeinrichtung
nachgeschaltet.
Ein Bild des zu inspizierenden Bogens 1 ist in eine
Matrix bestehend aus einer Vielzahl von kleinen
Bildelementen, d. h. Pixeln, unterteilt. Jedem dieser
Pixel ist eine genaue Lage durch die Angabe dessen
Koordinaten in X und Y Richtung eines kartesischen
Koordinatensystems zugeordnet. Zudem wird seinem
Remissionswert, z. B. seinem Grauwert, ein diesen
bestimmenden Wert Z zugeordnet. Jeder Pixel Pi (Xi, Yi,
Zi) ist somit durch die Angabe der Werte Xi, Yi, Zi in
Lage und Größe genau bestimmt.
Das auf die einzelnen Pixel Pi vom Bogen 1 remittierte
Licht wird von der CCD-Flächenkamera 4 entprechend
seiner Menge in ein elektrisches Analogsignal
umgewandelt. Dieses Analogsignal wird einem A/D Wandler
zugeführt, der daraus die digitalen Werte Zi bildet.
üblicherweise wird dafür der Wertebereich in 0 bis 255
diskrete Werte aufgelöst. Dabei bedeutet der Wert 0
keinerlei auf den entsprechenden Pixel Pi der
CCD-Flächenkamera 4 treffende Remission, während 255
maximaler Remission entspricht.
In dem hier vorliegenden Anwendungsfall weist der zu
inspizierende Bogen 1 reflektierende Flächen auf. Unter
"reflektierend" ist diesem Zusammenhang zu verstehen,
daß auf die Flächen auftreffende, gerichtete
Lichtstrahlen mit schwacher Streung und merklich
gerichtetem Anteil reflektiert werden. Solche Flächen
können insbesondere Silberfäden einer Banknote oder
beispielsweise Hologramme bzw. Kinegramme sein. Diese
reflektierenden Flächen müssen als solche erkannt
werden.
Den Werten der Pixel Pi eines solchen Bogens 1 wird nun
ein Wertebereich derart zugeordnet, daß der auftretende
Wertebereich außerhalb der reflektierenden Flächen
deutlich innerhalb der Grenzen 0 und 255 liegt. In der
Praxis wird dann beispielsweise der Farbe "weiß" ein
Wert Zi von 180 bis 200 und der Farbe "schwarz" ein Wert
Zi von 10 bis 30 zugeordnet.
Diese Zuordnung erfolgt beispielsweise mittels
Einstellung der Helligkeit der Beleuchtungseinrichtung
3, der Verstärkung des Kamerasignals in der
Auswerteelektronik oder einer Blende des Objektives der
CCD-Flächenkamera 4.
Der Bogen 1 wird mittels der Beleuchtungseinrichtung 3
derart gleichmäßig beleuchtet, daß jede an einer
beliebigen Stelle des Bogens 1 befindliche Fläche, die
nahezu ideal reflektierende Eigenschaften aufweist,
einen einfallenden Lichtstrahl direkt in die
CCD-Flächenkamera 4 reflektiert. Dazu werden zumindest
teilweise gerichtete Lichtstrahlen verwendet.
Der zugehörige Wert Zi eines Pixels Pi nimmt bei
Reflexion einen Wert an, der sich deutlich von einem der
Farbe "weiß" zugeordneten Wert unterscheidet.
Beispielsweise erreicht dann der Wert Zi eines einer
reflektierenden Fläche zugeordneten Pixels Pi 230 bis
255.
Somit sind Bereiche mit reflektierenden Flächen über die
Zuordnung extremer Werte Zi eindeutig festgelegt, d. h.
Bereiche, die schwach streuen, mit merklich gerichteten
Anteil werden von diffus reflektierenden Bereichen
unterschieden.
Die den spiegelnden Flächen zugeordnete Pixel werden
dann von der Auswerteelektronik als solche erkannt und
dementsprechend weiterverarbeitet.
1
Bogen, Material
2
Saugkasten, Führung
3
Beleuchtungseinrichtung
4
CCD-Flächenkamera, Sensor
5
-
6
Greifersystem
7
Bogentransportebene
8
Kette
9
Führungsfläche (
2
)
10
-
11
Lochung
12
Saugkammer
13
Saugkammer
14
Saugkammer
15
-
16
Saugkammer
17
Saugkammer
18
Saugkammer
19
Saugkammer
20
-
21
Saugkammer
22
Saugkammer
23
Saugkammer
24
Kasten
25
-
26
Schenkel (
24
)
27
Schenkel (
24
)
28
Lichtaustrittsfläche (
3
)
29
Lichtaustrittsfläche (
3
)
30
-
31
Grundseite
32
Grundseite
33
Leitsteg
a32Abstand der Grundseiten (
a32Abstand der Grundseiten (
32
)
a33Abstand der Leitstege (
a33Abstand der Leitstege (
33
)
b1Breite der Bogen (
b1Breite der Bogen (
1
)
b3Breite der Beleuchtungseinrichtung (
b3Breite der Beleuchtungseinrichtung (
3
)
R9Krümmungsradius der Führungsfläche (
R9Krümmungsradius der Führungsfläche (
9
)
l31Länge der Grundseite (
l31Länge der Grundseite (
31
)
l32Länge der Grundseite (
l32Länge der Grundseite (
32
)
alpha Öffnungwinkel
alpha Öffnungwinkel
Claims (9)
1. Verfahren zur qualitativen Beurteilung von
bearbeitetem Material (1) mittels mindestens einer
Beleuchtungseinrichtung (3), mindestens eines
photoelektrischen Sensors (4) und einer mit diesem
zusammenwirkenden Auswerteeinrichtung, wobei das zu
inspizierende Material (1) derart beleuchtet wird, daß
jeder schwach streuender, mit merklich gerichtetem
Anteil reflektierender Bildbereich des zu inspizierenden
Materials (1) reflektierte Lichtstrahlen nahezu
vollständig auf den Sensor (4) reflektiert, dadurch
gekennzeichnet, daß das zu inspizierende Material (1)
zur Erzeugung eines benötigten Reflexionswinkels der
Lichtstrahlen reversibel verformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Sensor (4) eine CCD-Fächenkamera (4) verwendet
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß Lichtaustrittsflächen (28, 29) der
Beleuchtungseinrichtung (3) zur Erzeugung von
gerichteten Lichtstrahlen angepaßt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das zu inspizierende Material (1) entlang einer
gekrümmten Führungsfläche (9) geführt wird.
5. Vorrichtung zur qualitativen Beurteilung von
bearbeitetem Material (1) mittels mindestens einer
Beleuchtungseinrichtung (3), mindestens eines
photoelektrischen Sensors (4) und einer mit diesem
zusammenwirkenden Auswerteeinrichtung, wobei die
Beleuchtungseinrichtung (3) derart angeordnet ist, daß
jeder nahezu ideal reflektierende Bildbereich des zu
inspizierenden Materials (1) nahezu eine Totalreflexion
der auf diesen Bildbereich treffenden Lichtstrahlen auf
den Sensor (4) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der
Sensor (4) im Zentrum der Beleuchtungseinrichtung (3)
angeordnet ist.
6. Vorrichtung zur qualitativen Beurteilung von
bearbeitetem Material (1) mittels mindestens einer
Beleuchtungseinrichtung (3), mindestens eines
photoelektrischen Sensors (4) und einer mit diesem
zusammenwirkenden Auswerteeinrichtung, wobei die
Beleuchtungseinrichtung (3) derart angeordnet ist, daß
jeder nahezu ideal reflektierende Bildbereich des zu
inspizierenden Materials (1) nahezu eine Totalreflexion
der auf diesen Bildbereich treffenden Lichtstrahlen auf
den Sensor (4) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß
zwei, V-förmig angeordnete Lichtaustrittsflächen (28,
29) vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtaustrittsfläche (28, 29) der
Beleuchtungseinrichtung (3) gekrümmt ausgebildet ist.
8. Vorrichtung zur qualitativen Beurteilung von
bearbeitetem Material (1) mittels mindestens einer
Beleuchtungseinrichtung (3), mindestens eines
photoelektrischen Sensors (4) und einer mit diesem
zusammenwirkenden Auswerteeinrichtung, wobei die
Beleuchtungseinrichtung (3) derart angeordnet ist, daß
jeder nahezu ideal reflektierende Bildbereich des zu
inspizierenden Materials (1) nahezu eine Totalreflexion
der auf diesen Bildbereich treffenden Lichtstrahlen auf
den Sensor (4) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß auf
der Lichtaustrittsfläche (28, 29) der
Beleuchtungseinrichtung (3) Leitstege (33) angeordnet
sind und daß diese Leitstege (33) annäherend parallel zu
entsprechenden, zu reflektierenden Lichtstrahlen
verlaufend angeordnet sind.
9. Vorrichtung zur qualitativen Beurteilung von
bearbeitetem Material (1) mittels mindestens einer
Beleuchtungseinrichtung (3), mindestens eines
photoelektrischen Sensors (4) und einer mit diesem
zusammenwirkenden Auswerteeinrichtung, wobei die
Beleuchtungseinrichtung (3) derart angeordnet ist, daß
jeder nahezu ideal reflektierende Bildbereich des zu
inspizierenden Materials (1) nahezu eine Totalreflexion
der auf diesen Bildbereich treffenden Lichtstrahlen auf
den Sensor (4) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Führung des zu inspizierenden Materials (1) eine
gekrümmte Führungsfläche (7) vorgesehen ist.
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