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Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung der Druckqüalität
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von Druckbildern, insbesondere Banknoten Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zur Prüfung der Druckqualität von Druckbildern, deren Bildinhalt sich
aus wenigstens zwei von unterschiedlichen Druckverfahren stammenden Teilbildinhalten
zusammensetzt, durch Vergleichen je eines Pruflings mit einer Vorlage und Beurteilung
des Prüflinge anhand des Vergleic.hsnrgebnisses.
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Beim Druck neuer Banknoten wird eine sehr hohe Druckqualität verlangt.
So werden beispielsweise Druckfehler von der Grösse von etwa 0,1 mm2 bereits nicht
mehr toleriert. Deshalb ist eine möglichst genaue Qualitätskontrolle der Druckbilder
sämtlicher neugedruckter Banknoten erforderlich.
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Diese Qualitätskontrolle geschieht heute visuell und ist bei der grossen
Zahl der zu prüfenden Banknoten (z.B. 1 000 000 pro Tag) personalintensiv. Die visuelle
Kontrolle hat ausser
den hohen Personalkosten den Nachteil der
unterschiedlichen, von der Konzentration und der Ermüdung der Prüfpersonen abhängigen
Qualität. Aus diesen Gründen ist eine maschinelle Qualitätsprüfung der gedruckten
Bilder erstrebenswert.
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Wären, abgesehen von den zu findenden Druckfehlern, alle Druckbilder
bzw. Banknoten in allen geometrischen Details sowie in den Farben wirklich identisch,
so wäre eine maschinelle Kontrolle durch Vergleich mit Standard-Druckbildern verhältnismässig
einfach. Man könnte dann z.B. als Vorlage ein photographisches l:l-Bild-Negativ
herstellen und dieses mit den zu prüfenden Banknotenbildern zur Deckung bringen,
wonach nur noch die gesuchten Druckfehler im Bildfeld verbleiben würden.
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Praktisch ist es aber so, dass die Druckbilder von zu prüfenden Banknoten
untereinander erheblich abweichen und zulässige Abweichungen aufweisen, welche nicht
als Druckfehler zu taxieren sind, sodass die genannte Kontrollmethode nicht anwendbar
ist. Diese zulässigen Bildabweichungen sind unter anderen: - Relativverschiebungen
von Banknote zu Banknote bis zu 1,5 mm der von verschiedenen Druckprozessen (Tiefdruck,
Offset-Druck, Buchdruck) stammenden Teilbilder des Banknotenbilds, - Registerfehler
bis etwa lmm, - Unregelmässiger, von Banknote zu Banknote verschiedener,
speziell
bei Tiefdruck von der Papierquetschung und Papiereinspannung herrührender Verzug,
- Grossflächige Variationen von Farbtönungen bis ca. 6%, - Abweichungen der Position
von Farbbergängen,z.B. von rot auf grün, um mehrere Millimeter, - Abweichungen der
Position des Wasserzeichens; - Abweichungen der Papierkörnung des Banknotenpapiers,
- Einzelne Fehlerpunkte bis etwa 0,02 mm2 Fläche, sofern sie über das Notenbild
verstreut auftreten bzw. voneinander mehr als 1 mm Abstand haben.
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Viele dieser zulässigen Abweichungen zwischen den Druckbildern der
verschiedenen zu prüfenden Banknotenexemr plare sind grösser als die kleinsten noch
zu detektierenden 2 2 Dr.uckfehler von ca. 0,1 mm (z.B. 0,3 x 0,3 mm , oder 0,G5
x 2 mm2).
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Aufgabe der Erfindung ist ein insbesondere zur maschinellen Durchführung
geeignetes Qualitätsprüfungsverfahren zu schaffen, das es gestattet, echte Druckfehler
von den zulässigen Abweichungen zu separieren. Das dieser Aufgabe gerecht werdende
Verfahren ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Druckverfahren
eine separate Teilvorlage mit von dem betreffenden Druckverfahren stammendem Teilbildinhalt
verwendet wird, dass für jede
Teilvorlage die Relativposition zum
jeweiligen Prüfling ermittelt wird, dass die Teilbildinhalte von den einzelnen Teilvorlagen
unter Berücksichtigung der Relativpositionen der letzteren entsprechend den Ubereinandergedruckten
Teilbildinhalten des Prüflinge nicht-materiell, beispielsweise optisch oder elektronisch,
zu einem Gesamtvorlagenbildinhalt kombiniert werden, und dass der Bildinhalt des
Prüflinge mit dem Gesamtvorlagenbildinhalt verglichen wird.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens. Die Vorrichtung ist erfindungsgemäss gekennzeichnet durch eine erste
punktweise arbeitende fotoelektrische Abtastvorrichtung zur Erzeugung von Remissionswerten
in jedem einzelnen Abtastrasterpunkt, eine zweite und eine dritte zumindest bezüglich
der Abtastraster mit der ersten gleiche Abtastvorrichtung oder einen ersten und
zweiten, je an die erste Abtastvorrichtung anschliessbaren Speicher mit je der Anzahl
der Abtastrasterpunkte entsprechender Anzahl von Speicherplätzen, eine den Abtastvorrichtungen
bzw. den Speichern nachgeschaltete Relativpositionsmessschaltung zur Bestimmung
der Relativpositionen einander entsprechender Bildpunkte von in den drei Abtastvorrichtung
gleichzeitig oder in der ersten Abtastvorrichtung nacheinander abgetasteten PrUfling-
und Vorlagendruckbildern, und durch eine ebenfalls den Abtastvorrichtungen bzw.
den Speichern nachgeschaltete
Bildvergleichsschaltung mit zwei
an die zweite und die dritte Abtastvorrichtung bzw. den ersten und den zweiten Speicher
sowie an die -Relativpositionsmessschaltung angeschlossenen Zuordnungsstufen, welche
die von einander entsprechenden Bildpunkten stammenden Remissionswerte der in der
zweten und der dritten Abtastvorrichtung abgetasteten bzw. im ersten und im zweiten
Speicher gespeicherten Vorlagen-Druckbilder nach Massgabe der von der Relativpositionsmessschaltung
ermittelten Relativpositionswerte dieser Vorlagen-Druckbilder zudem in der ersten
Abtastvorrichtung abgetasteten Prüflings-Druckbild einander und den entsprechenden
Bildpunkten des Prüflings-Druckbilds zuordnen, mit einer Verknüpfungsstufe zum Verknüpfen
der einander zugeordneten Remissionswerte der Vorlagen-Druckbilder, mit einer Vergleichsstufe
zum Vergleichen der verknüpften Vorlagen Remissionswerte mit den zugeordneten Remissionswerten
des Prüflings-Druckbilds, und mit einem der Vergleichsstufe nachgeschalteten Fehlerrechrer
ur Auswertung der Vergleichsergebnisse.
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Im- folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschema eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen
Vorrichtung, Fig. 2 Details aus Fig. 1 in grdsserem Massstab,
Fig.
3a-8c Beispiele von Rasterbereichen und deren Remissionsverläufen, Fig. 9a-d Remissionskurven
zur Erläuterung der Tiefpassfiltrierung, Fig. 10 eine stilisierte Banknote mit eingezeichneten
Rasterbereichen und Feldeinteilung, Fig. 11-13 Blockschaltschemen diverser Details
aus Fig. 1, Fig. 14a-c Ausschnitte aus Abtastrastern, Fig. 15 und 16 Blockschaltschemen
weiterer Details aus Fig. 1, und Fig. 17 - 24 Diagramme zur weiteren Erläuterung
der Tiefpassfiltrierung.
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Die in Fg. 1 dargestellte Vorrichtung ist für Druckerzeugnisse bestimmt,
welche nach zwei verschiedenen Druckarten aufgebrachte Bildinformationen besitzen.
Beispielsweise können dies, wie dargestellt, Banknoten mit einem Offset-Druckbild
und einem Tiefdruckbild sein. Für solche Druckerzeugnisse werden, wie schon erwShnt,
zwei separate Teilvorlagen, die nur die Bildinformation jeweils einer einzigen Druckart
enthalten, verwendet und die Relativpositionen des zu prüfenden Druckerzeugnisses
in Bezug auf jede Teilvorlage separat ermittelt.
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Dementsprechend ist die Vorrichtung mit drei untereinander gleichen
Abtastsystemen 1-7p, 1-7T und 1-70 ausgestattet, und zwar je eines für den Prüfling
Dp, fur die Teilvorlage DT mit dem Tiefdruckbild und für die Teilvorlage Dg mit
dem
Offset-Druckbild. Falls der Prüfling Dp ausser der Tiefdruck-Bildinformation
und der Offset-Druck-Bildinformation noch weitere Bildinformationen nach anderen
Druckarten (z.B.
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Buchdruck) enthält, wären entsprechend viele weitere Abtastsysteme
für die zusätzlichen Teilvorlagen vorzusehen Die in der Zeichnung verschiedenen
Bezugsziffern beigefügten Indices P,T,O beziehen sich auf Prüfling (P), Tiefdruckvorlage
(T) und Offset-Druckvorlage (0) und werden im folgenden, wo keine Verwechslungsgefahr
besteht, der Einfachheit halber weggelassen.
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Die Abtastsysteme für den Prüfling Dp und die Teilvorlagen DT und
Dg umfassen je eine Spanntrommel W, die auf einer gemeinsamen, in Lagern 2 drehbar
gelagerten und über einen nicht dargestellten Motor in Pfeilrichtung X angetriebenen
Welle 1 befestigt sind, eine Abbildungsoptik 3 mit Aperturblende 4, fotoelektrische
Wandler 5, einen Verstärker 6 und einen A/D-Wandler 7.
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Die Spanntrommeln sind an sich bekannte Saugtrommeln mit in ihrem
Umfang eingelassenen und an eine nicht dargestellte Saugquelle eingeschlossenen
Saugschlitzen. Eine besonders vorteilhafte und zweckmässige Spanntrommel dieser
Art ist in der DT-Patentanmeldung Nr. P 2552300.6 beschrieben.
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Die fotoelektrischen Wandler sind sogenannte Fotodiodenarrays mit
einer Vielzahl von geradlinig angeordneten Einzeldioden. Diese Fotodiodenarrays
sind parallel zu den Trommelachsen angeordnet und empfangen das von je einer Mantellinie
der Spanntrommeln bzw. der darauf befestigten Druckbilder remittierte Licht. Die
Beleuchtung für die Druckbilder ist der Einfachheit halber nicht dargestellt.
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Durch den gegenseitigen Abstand der Einzeldioden der Arrays einerseits
und durch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Spanntrommeln andererseits ist die gegenseitige
Lage der Abtastrasterpunkte, also das Abtastraster festgelegt. Eine zentrale Steuereinheit
23 sorgt dafür, dass während der Drehung der Spanntrommeln um die Distanz zweier
Rasterzeilen jede einzelne Diode der Arrays einmal abgefragt wird. Die von den einzelnen
Fotodioden erzeugten elektrischen Signale werden den Verstärkern 6 zugeführt und
nach Verstärkung in den Analog/Digital-Wandlern 7 digitalisiert. An- den Ausgängen
8 der A/D-Wandler 7 erscheinen dann in Sequenz Raster zeile um Rasterzeile die Remissionswerte
der einzelnen Rasterpunkte der abzutastenden Druckbilder in Form elektrischer Digitalsignale.
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Anstelle eigener Abtastsysteme für die beiden Teilvorlagen DT und
Dg könnten auch, wie in Fig. 1 strichliert
angedeutet, Speicher
26 und 27 mit einer der Anzahl der Rasterpunkte des dem verbleibenden Abtastsystem
für den Prüfling zugrundeliegenden Abtastrasters entsprechenden Anzahl von Speicherplätzen
vorgesehen sein. Die beiden Teilvorlagen DT und Dg müssten dann vorgängig der eigentlichen
Prüfung über das Prüflingsabtaatsystem abgetastet und die dabei gewonnenen Remissionswerte
in den Speichern 26 und 27 gespeichert werden; aus welchen sie dann zur weiteren
Verarbeitung entnommen werden könnten.
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Es versteht sich, dass die Abtastung der Druckbilder nicht nur bezüglich
der Helligkeit des remittierten Lichtes, sondern auch bezüglich dessen Farbzusammensetzung
erfolgen kann.
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Dies würde lediglich etwas aufwendiger sein, da für jede Farbe ein
eigenes 'Abtastsystem erforderlich wäre; prinzipiell würde es aber gleich wie die
hier und im folgenden beschriebene Hell-Dunkel-Abtastung vor sich gehen.
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Die von den drei Abtastsystemen ermittelten Remissionswerte der einzelnen
Rasterpunkte von Prüfling und Vorlagen werden einer Bildvergleichsschaltung 28 und
gleichzeitig einer Relativpositionsmessschaltung 29 zugeführt. In der Messschaltung
werden die Relativpositionen der einander entsprechenden Bildpunkte auf Prüfling
und Vorlagen ermittelt
und über Leitungen 40 der Bizcvergieicilschaltang
28 zugeführt.
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Dort-wird die Zuordnung der PrUflings- und Vorlagenpunkte anhand
dieser Relativpositionen korrigiert und dann der eigentliche Bildvergleich durchgeführt.
VDr diesen Operationen wird selbstverständlich ein Abgleich des Mell- und des Dunkelpegels
für Prüfling und Vorlagen vorgenommen.
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Die Relativpositionsmessschaltung 29 umfasst drei von einer Steuerstufe
17 angesteuerte Tore 9p,9T und 90, eine Mischstufe 11, eine Subtrahierstufe 12,
eine ebenfalls von der Steuerstufe 17 angesteuerte Summierstufe 13, einen Speicher
14, einen Positionenrechner 15 und einen Positionenspeicher 16.
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Die Steuerstufe 17 steuert die Tore 9 derart dass nur Remissionswerte
von jeweils bestimmten Bereichen des Abtastrasters angehörenden Rasterpunkten an
die Mischstufe 11 bzw. die Subtrahierstufe 12 weitergelangen können. In der Mischstufe
11 werden die von den Toren 9T und 9o durchgelassenen Remissionswerte derart miteinander
verknüpft, dass das entstehende Mischprodukt mit dem vom Tor 9p durchgelassenen
Remissionswerten direkt vergleichbar wird. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen,
dass die Teilvorlagen nur je ein Druckbild aufweisen, während beim Prüfling zwei
Druckbilder Ubereinandergedruckt sind. In der Mischstufe 11 werden die beiden Teilvorlagen
gewissermassen wieder zusammengefügt bzw. der Ueberdruck elektronisch nachgebildet.
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Die Mischstufe 11 ist in der Praxis z.B. durch eine Multiplizierschaltung
realisiert. Die in der Mischstufe 11 gemischten Remissionswerte der von der Steuerstufe
17 ausgewählten Vorlagen-Rasterpunkte werden in der Subtrahierstufe 12 von den Remissionswerten
der entsprechenden Prüflings-Rasterpunkte- subtrahiert.
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Die dabei gewonnenen RemissiondiEferezerte werden in der Summierstufe
13 über jeweils einen Rasterbereich, d. h. jeweils eine bestimmte Gruppe von Rasterpunkten
nach Vorzeichen getrennt summiert. Die so gebildeten negativen und positiven Summenwerte
werden an je einem Speicherplatz im Speicher 14 vorübergehend abgespeichert. Im
Positione-nrechner 1S wird aus den gespeicherten Summenwerten durch Inter- bzw.
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Extrapolation eine Reihe von Positionswerten P. gebildet, die dann
im Positionenspeicher i6 abgelegt werden und aus diesem über Leitungen 40 zur Verwertung,
beispielsweise zur Remissionswertkorrektur bei einem Bildvergleich abgerufen werden
können. Das Blockschaltbild einer für diese Operationen besonders vorteilhaften
Vorrichtung ist im linken oberen Teil von Fig. 1 dargestellt und wird weiter unten
erläutert.
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In Fig. 13 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Steuerstufe 17
detaillierter dargestellt. Die Steuerstufe 17 ist im wesentlichen ein korrigierbarer
Vorwahlzähler und umfasst einen korrigierbaren Vorwahlspeicher 173, einen Vergleicher
175, einen Zähler 176 und eine Rasterbereichverschiebungsstufe 172. Der mit dem
Abtasttakt übereinstimmende Zähltakt 174 wird aus der zentralen Steuereinheit 23
zugeführt. Im Vorwahlspeicher 173 sind die Ordnungs-
nummern aller derjenigen Rasterpunkte gespeichert, deren zugehörige
Abtast- bzw. Remisslonswerte weiter verarbeitet werden sollen. Sobald der Zähler
176 bei einer solchen gespeicherten Ordnungsnummern ankommt, gibt der Vergleicher
175 einen Impuls ab, welcher die Tore 9 für den betreffenden Rasterpunkt öffnet.
Der Vorwahlspeicher 173 ist korrigierbar, d.h. durch Anlegen eines geeigneten Korrektiirsignals
können die Ordnungsnummern um bestimmte Beträge vergrössert oder verkleinert werden
Zur Erzeugung dieses Korrektursignals werden in noch zu erklärender Weise bestimmte
mittels der Rasterbereichverschiebungsstufe 172 aus den im Speicher 14 gespeicherten
Summen werten ausgewählte Summenwerte herangezogen.
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In Fig. 11 ist ein Ausführungabeispiel der Summierstufe 13 detai'lierter,
dargestellt. Sie umfasst ein Schieberegister 135, zwei Gruppen von über Leitungen
137 und 138 mit je einem Ausgang des Schieberegisters verbundenen Torschaltungen
139a und 139b, zwei mit je einer der Torschaltungsgruppen verbundene Summierschaltungen
131 und 132, zwei an die Summierschaltungen angeschlossene Schwellenwertdetektoren
131a und 132a sowie eine an die Schwellenwertdetektoren angeschlossene Diskriminatorschaltung
133.
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Die von der Subtrahierstufe 12 ankommenden Remissionsdifferenzen
gdangen in das Schieberegister 135. In der am weitesten rechts gezeichneten der
Registerstufen 135a ist eine solche Remissionsdifferenz durch die Binårzahlenreihe
1011010 angedeutet. Das achte Bit 136 bildet dabei ein Vorzeichenbit, wobei "1"
p.ositive und "O" negative Differenzwerte
bedeuten soll. Die Informat-ionen
des Schieberegisters 135 gelangen über die Torschaltungen 139a oder 139b in die
Summierschaltung 131 oder 132, je nachdem, welche-der Torschaltungen durch den Vorzeichenbit
136 gerade geöffnet wird.
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Auf diese Weise werden z.B. in der Summierschaltung 131 nur die positiven
und in der Summierschaltung 132 nur die negativen Remissionsdifferenzen aufsummiert.
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Die Schwellenwertdetektoren 131a und 132a geben ein Signal ab, sobald
die Ausgänge der Summierschaltungen, also die Summenwerte einen gewissen Schwellenwert
überschritten haben.
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Die Diskriminatorschaltung 133 stellt nun fest, bei welchen der Schwellenwertdetektoren
dies zuerst der Fall ist und erzeugt an ihrem Ausgang z.B. eine logische "1", wenn
das Ausgangssignal der Schwellenwertschaltung 131a früher, und eine logische "O",
wenn das Ausgangssignal der Schwellenwertschaltung 131a später als das der anderen
Schwellenwertschaltung 132a eintrifft. Diese Information gelangt nun zusammen mit
den in den Summierschaltungen 131 und 132 gebildeten Summenwerten in den nachfolgenden
Speicher 14. Die Ausgangsinformation der Diskriminatorschaltung gibt, wie aus dem
weiter unten stehenden klar wird, die Richtung der gegenseitigen Lagedistanz von
Prüfling und Vorlage an.
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Der prinzipielle Aufbau des Positionenrechners 15 ist in Fig. 12
dargestellt. Er umfasst einen Festwertspeicher 154 und eine Anzahl von untereinander
im wesentlichen
gleichen, je aus Multiplikatoren 151-153 und einem
Summierer 150 bestehenden Rechenschaltungen, von denen der Einfachheit halber nur
eine einzige dargestellt ist. Die Anzahl der Rechenschaltungen hängt von der noch
zu beschreibenden Feldeinteilung der Vergleichsobjekte ab. Die beiden Eingänge der
Multiplikatoren sind jeweils mit einem Speicherplatz des Festwertspeichers 154 und
einem der Speicherplätze 140 oder 141 des dem Positionenrechner 15 vorgeschalteten
Speichers 14 verbunden. Die Ausgänge der Multiplikatoren sind an die Eingänge des
zugehörigen Summierers angeschlossen. An den-Ausgängen 155 der einzelnen Summierer
150 liegen dann Positionswerte Pj, die mit jeweils einer bestimmten Anzahl der im
Speicher 14 gespeicherten Summenwerte S; über die Beziehung Pj Kij-Si zusammenhängen,
wobei mit Kij die imFestwertspeicher gespeicherten Multiplikationskonstanten bezeichnet
sind. Die Bedeutung dieser Positionswerte wird weiter unten erläutert.
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Die Bildvergleichsschaltung 28 umfasst drei Zwischenspeicher 10p,
10T und lOo, zwei mit dem Positionenspeicher 16 über je eine Leitung 40 verbundene
und die Zwischenspeicher ansteuernde Zuordner 18 und 19, eine Mischstufe 20, eine
Subtrahierstufe 21 und einen Fehlerrechner 22.
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Die Remissionswerte von Prüfling und Vorlagen gelangen von den Ausgängen
8 der A/D-Wandler 7 in die Zwischenspeicher 10, wo sie vorübergehend gespeichert
werden. Die in den Vorlagen-Zwischenspeichern 10T und 10o gespeicherten Remissionswerte
werden von den Zuordnern 18 und 19 nach Massgabe der ihnen zugeführten Positionswerte
abgerufen und in der Mischstufe 20 in gleicher Weise wie in der Mischstufe 11 der
Auswerteschaltung 29 verknüpft. Diese verknüpften Vorlagenremissionswerte werden
dann in der Subtrahierstufe 21 analog der Subtrahierstufe 12 von den aus dem Zwischenspeicher
10p nach einer vorgegebenen Verzögerung ebenfalls abgerufenen Prüflingsremissionswerten
abgezogen. Die so gebildeten Remissionsdifferenzwerte werden dann im Fehlerrechner
22 nach bestimmten Bewertungskriterien ausgewertet. Die einzelnen Funktionsabläufe
werden wiederum von der zentralen Steuereinheit 23 gesteuert.
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Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Zuordner 18 und 19
sowie der Zwischenspeicher 1OT und 10O sollen zunächst die Figuren 14a-c erläutert
werden. Diese zeigen je einen Ausschnitt aus den unter sich gleichen Abtastrastern
der drei Abtastsysteme, und zwar Fig. 14a für den Prüfling, Fig. 14b für die Offset'-
Vorlage und Fig. 14c für die Tiefdruck-Vorlage. Die Distanz K zwischen je zwei Rasterlinien
41 ist in beiden Richtungen gleich gross.
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In Fig. 14a ist ein ausgewählter PrUflings-Bildpunkt eingetragen
und mit Pp bezeichnet. Aufgrund z.B.
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der Ungenauigkeit beim Aufspannen des Prüflings und der Vorlagen auf
die Spanntrommeln werden die dem Prüflingsbildpunkt P entsprechenden Vorlagenbildpunkte
in der Regel aber nicht mit den mit (Pp) bezeichneten Rasterpunkten der Vorlagen-Abtastraster
übereinstimmen, sondern werden sich in mehr oder weniger grosser Entfernung (Xtot)o,
(#Ytot)O; ( (Xtot T' (#Ytot)T von diesen befinden, beispielsweise etwa an den mit
(PAx,Ay)o bzw. (Px,y)T bezeichneten Zwischenpunkte.
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Diese Zwischenpunkte werden ausserdem in der Regel, wie dargestellt,
nicht mit einem Rasterpunkt übereinstimmen, sondern irgendwo zwischen vier Umgebungsrasterpunkten
P1...P4 liegen.
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Die Abstände der Zwischenpunkte von dem den Punkten (Pp) jeweils am
nächsten liegenden Umgebungsrasterpunkt P1 sind mit AX und #Y bezeichnet. Die Vorlagen-Remissionswerte
in diesen Zwischenpunkten werden nun aus den Vorlagen-Remissionswerten in den jeweils
vier Umgebungsrasterpunkten durch vorzugsweise lineare Interpolation ermittelt.
Diese Interpolationswerte werden dann an die Mischstufe 20 weitergeleitet, und zwar
genau in dem Moment, dass sie zugleich mit dem Remissionswert des Prüflingspunkts
Pp aus dem Zwischenspeicher 10P an der Subtrahierstufe 21 ankommen.
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In Fig. 15 und 16 sind die Vorlagen-Zwischenspeicher 10O und 10T
sowie die Zuordner 18 und 19 detaillierter dargestellt. Jeder der beiden Zwischenspeicher
umfasst einen Schreibspeicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM)
101 und einen Interpolationsrechner 104. Die beiden Zuordner umfassen
je eine Weiche 195, zwei Quotientenbilder 182 und 183, vier Speicher 184, 185, 186
und 187 und einen Schaltprogrammgeber 190. Die Quotientenbildner und die Speicher
sind in einem Quotientenrechner 196 zusammengefasst.
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Der Prüflings-Zwischenspeicher lOp enthält im wesentlichen nur ein
RAM und ist deswegen nicht detailliert dargestellt.
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Die in der Messschaltung 29 ermittelten, über die Leitungen 40 den
Zuordnern 18 und 19 über die Leitungen 40 den Zuordnern 18 und 19 zugeführten Positionwerte
X und Y Y (entsprechend Xtot und tot in Fig. 14b und 14c) gelangen in den Eingang
197 der Weiche 195.(Fig. 16). Dieses leitet die X-Werte an den Quotientenbildner
182 und die 2 Y-Werte an den Quotientenbilder 183 weiter. In diesen werden die Positionswerte
durch die Rasterdistanz K dividiert. Die ganzen Quotientenwerte (ganze Zahlen) werden
dann jeweils in den Speichern 184 und 186, allenfalls verbleibende Reste (echte
Brüche) in den Speichern 185 und 187 abgelegt.
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Die ganzen Quotientenwerte entsprechen den Abständen tot -Ax) bzw.
(#Ytot-#Y) zwischen den Punkten (PP) und P1 in Fig. 14b und 14c, die~Reste den DistanzenX
und Y zwischen P1 und den Zwischenpunkten Die ganzen Quotientenwerte werden dann
über Leitungen 193 und 194 an den Schaltprogrammgeber weitergeleitet, der nach Massgabe
dieser Werte aus dem ihm über die Leitung 191 von der zentralen Steuereinheit 23
zugeführten Steuertakt einen
Selektioniertakt erzeugt. Der am Ausgang
192 des Schaltprogrammgebers anstehende Selektioniertakt wird Uber eine Leitung
106 dem RAM 101 des jeweils mit dem Zuordner verbundenen Zwischenspeichers 10 (Fig.
15) zugeführt. Die Restwerte aus den Speichern 185 und 187 gelangen über Leitungen
188 bzw. 189 an die Eingänge 107 und 108 des Interpolationsrechners 104 des betreffenden
Zwischenspeichers.
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Die von den AusgEngen 8 der A/D-Wandler 7 ankommenden Remissionswerte
werden in den RAM's der drei Zwischenspeicher gespeichert. Dabei sorgt der über
Leitungen 102 jedem RAM von der zentralen Steuereinheit zugeführte Steuertakt dafür,
dass Remissionswerte von Rasterpunkten mit gleicher Ordnungsnummer in allen drei
RAMfs jeweils unter derselben Adresse abgespeichert werden.
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Von den RAM's 101 der beiden Zwischenspeichers 10O und 10T gelangen
nun über Transferleitungen 109 die Remissionswerte gleichzeitig von jeweils vier
benachbarten Rasterpunkten in die jeweiligen Interpolationsrechner 104.
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Die Auswahl der vier Rasterpunkte wird durch die von den Schaltprogrammgebern
190 erzeugten Selektioniertakte bewirkt. Die Interpolationsrechner 104 ermitteln
nun die Remissionswerte der durch die an den Eingängen 107 und 108 anliegenden-zS
und 9Y-Werte definierten Zwischenpunkte und geben diese über die Ausgänge 105 an
die Mischstufe 20 weiter. Gleichzeitig
werden die Remissionswerte
der den jeweiligen. Zwischenpunkten entsprechenden Prüflingsrasterpunkte aus dem
RAM des PrUflings-Zwischenspeichers 10p abgerufen.
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Die Interpolation selbst ist zweckmässigerweie linear und erfolgt
vorzugsweise in diskreten Schritten durch entsprechende Teilung der Rasterdistanz
K. Dabei kann so vorgegangen werden, dass zunächst zwei Interpolationswerte zwischen
jeweils zwei auf je einer Rasterzeile liegenden Rasterpunkten gebildet werden und
aus diesen Interpolationswerten dann durch einen weiteren Interpolationsprozess
der definitive Remissionswert der Zwischenpunkte bestimmt wird.
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Selbstverständlich sind auch andere Interpolationsverfahren möglich.
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Im folgenden wird die in der Messchaltung 29 durchgeführte Bestimmung
der Relativpositionen einander entsprechender Bildpunkte auf Prüfling und Vorlagen
näher erläutert. Wie schon einleitend erwähnt, ist die Bestimmung der Relativpositionen
zwischen dem Prüfling Dp und den Vorlagen DT und Dg mittels Orientierung an den
Bildrändern nicht ausreichend.
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Gemäss der Erfindung werden daher mehrere ausgewählte, relativ kleine
und Uber die gesamte Bildfläche verteilte Positionier-Bildbereiche zur Messung herangezogen.
Es werden die Relativpositionen einander entsprechender Positionier-Bildbereiche
von Prüfling und Vorlage ermittelt und von diesen rechnerisch auf
die
Relativpositionen der einzelnen Bildpunkte geschlossen.
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Vorzugsweise wird aber nicht die Relativposition eines jeden Bildpunkts
einzeln ausgerechnet, sondern die Bildfläche wird in einzelne Felder eingeteilt
und es wird in einer der Praxis genügenden Näherung angenommen, dass die Bildpunkte
innerhalb jeden Feldes untereinander gleiche Relativpositionen besitzen, sodass
nur die Relativpositionen der einzelnen Felder bestimmt zu werden brauchen.
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Ein Beispiel für die FeldeLnteilung sowie die Verteilung bzw. Anordnung
von Positionier-Bildbereichen ist in Fig. 10 dargestellt. Das Druckbild D ist in
sechzig Felder Fl...Fj...F60 eingeteilt. Ueber seine Oeberfläche sind acht Positionier-Bildbereiche
PX1...PX4, PY1...PY4 verteilt. Die Auswahl bzw. Anordnung dieser Positionier-Bildbereiche
ist so getroffen, dass sie jeweils Bildpartien mit stark kontrastierenden Bildkanten
umfassen, wobei diese Bildkanten zudem in verschiedenen Positionier-Bildbereichen
senkrecht aufeinander stehen. Ferner sollten die Bildkanten möglichst in Achsen-
oder in Umfangsrichtung der Spanntrommeln verlaufen. Die Vorteile einer solchen
Positionier-Bildbereichsauswahl erhellen unmittelbar aus dem Nachstehenden.
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Ein weiteres Auswahlkriterium für die Positionier-Bildbereiche besteht
in der Verschiedenheit der Bildinhalte der einzelnen Teilvorlagen. Gemäss Fig. 1
sind die Positionier-Bildbereiche
beispielsweise so ausgewählt,
dass einige von ihnen auf solche Bildpartien fallen, an denen der Prüfling Dp nur
Bildinformation von dem einen oder dem anderen Druckverfahren, nicht aber von beiden
Druckverfahren zugleich enthält. So fallen z.B. die Positionier-Bildbereiche PX(T)
und Py(T) des Prüflinge auf eine nur nach dem Tiefdruckverfahren aufgebrachte Bildpartie,
was aus der Offset-Teilvorlage Dg sofort ersichtlich ist, welche an den entsprechenden
Stellen keine Information enthält. Analog fallen die Positionier-Bildbereiche Px(o)
und Py(0) auf reine Offset-Druck-Bildpartien. Zur Bildbereich-Relativpositions-Messung
müssen dann selbstverständlich die entsprechenden Vorlagen-Positionier-Bildbereiche
PX(T), PY*(T) und PX*(O), PY*(O) auf den zugehörigen Teilvorlagen DT bzw. DO herangezogen
werden.
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Zum Verständnis des Folgenden muss sich vor Augen gehalten werden,
dass der Begriff Positionier-Bildbereich bildbezogen ist, d.h. einen bestimmten
Ausschnitt der Prüflings-oder Vorlagenbildfläche bezeichnet. Im Unterschied dazu
sind Rasterbereiche, unter welchen im genden Gruppen von Rasterpunkten des Abtastrasters
verstanden werden, auf das Abtastraster bezogen und demnach sozusagen ortsfest.
Das heisst mit anderen Worten, einander entsprechende Rasterbereiche der verschiedenen
Abtastsysteme umfassen Rasterpunkte mit exakt denselben Ordnungsnummern.
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Die Bestimmung der Relativposition von zwei zugeordneten Positioner-Bildbereichen
auf Prüfling und Vorlage geschieht
nun dadurch, dass ein entsprechender
Rasterbereich mit dem Vorlagen-Positionierbereich übereinstimmend ausgewählt und
damit festgelegt wird und dann die Remissionswerte in den einzelnen Rasterpunkten
dieses für elle Abtastsysteme festen Rasterbereichs für Prüfling und Vorlage ermittelt
und miteinander verglichen werden. Bei bezüglich des Abtastrasters nicht in allen
Bildpunkten identisch mit der Vorlage ausgerichtetem Prüfling wird der Prüfling-Positionierbildbereich
nicht mit dem ortsfesten Rasterbereich zusammenfallen und es werden daher die Remissionswerte
in den Rasterpunkten des Prüflinge nicht mit denen der Vorlage übereinstimmen. Der
Grad der Uebereinstimmung wird dann wie noch weiter unten beschrieben zur Bestimmung
der Relativposition ausgewertet.
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Die Auswahl der Rasterbereiche und damit der Positionier-Bildbereiche
erfolgt elektronisch, und zwar in der Steuerstufe 17 durch entsprechende Programmierung
des Vorwahlspeichers 173.
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In Fig. 2 ist je ein Bilddetail aus Prüfling Dp und Tiefdruck-Teilvorlage
DT vergrössert dargestellt. Die strichpunktierten Quadrate geben dabei die Lage
der Rasterbereiche relativ zum Bilddetail auf Prüfling und Vorlage an. Fig. 3a zeigt
den Remissionsverlauf I im Rasterbereich PX(T) des PrUflings beim
Abtasten
in X-Richtung (Umfangsrichtung) längs einer der Linien AC von X0 bis X1. Fig. 3b
zeigt den Remissionsverlauf 1 längs derselben Rasterlinie bei der Vorlage. Der Verlauf
der Differenz I der Remissionswerte geht ausFig. 3c hervor. Die unter der Differenzkurve
SI liegende Fläche ist ein Mass für die Relativposition #X der betreffenden Positionier-Bildbereiche
bezüglich der X-Richtung. Eine positive Fläche bedeutet dabei, dass die Vorlage
gegenüber dem PrUfling bzw. der untersuchte Vorlagen-Positionier-Bildbereich gegenüber
dem entsprechenden PrUflings-Positionier-Bildbereich. in Plus-X-Richtung verschoben
ist.
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In der Praxis wird natürlich nicht nur eine einzige Rasterlinie,
sondern der gesamte Rasterbereich abgetastet. Durch Mittelwertbildung über die einzelnen
Abtastlinien AL kann dann beispielsweise der Einfluss zufälliger Druckunregelmässigkeiten
ausgeglichen werden.
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In Fig. 4a und 4b sind die Remissionsverläufe I und I beim Abtasten
der Rasterbereiche PY(T) und PY*(T) in Y- Richtung (parallel zur Spanntrommelachse)
längs ein und derselben Rasterlinie Y0-Y1 dargestellt. Der Verlauf der Remissionsdifferenz
AI=I-I* ist aus Fig. 4c ersichtlich. Die Fläche der Remissionskurve ist ein Mass
für die Relativposition n Y der betreffenden Positionier-Bildbereiche bezüglich
der Y-Richtung. Die hier negative Fläche bedeutet, dass die Vorlage gegenüber dem
PrUfling im untersuchten Positionier-Bildbereich in Minus-Y-Richtung
verschoben
ist.
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Aus den weiter unten erläuterten Gründen hat es sich als vorteilhaft
erwiesen, die Abbildung der Druckbilder auf die Fotodiodenarrays etwas unscharf
zu machen. Durch die Einführung der Unschärfe werden die Remissionsverläufe geglättet.
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Die Fig. 5a-5c zeigen als Beispiel die den Remissionsverläufen nach
Fig. 4a-4c entsprechenden Remissionsverläufe bei unscharfer Abbildung.
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Die in den Fig. 3a bis 5c dargestellten kontinuierlichen Remissionsverläufe
können sich selbstverständlich nur bei kontinuierlicher Abtastung ergeben. Wegen
der Abtastung in diskreten Rasterpunkten bestehen die Kurven in Wirklichkeit nur
aus einzelnen diskreten Punkten.
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In Fig. 5d, die im Prinzip denselben Remissionsdifferenzenverlauf
wie Fig. 5c darstellt, sind die diskreten Rasterpunkte b1.. .b5 mit ihren diskreten
Remissionsdifferenzwerten nI1". Al5 eingetragen. Fig. 5e zeigt einen Rasterbereich
PY(T) mit durch Minus-Zeichen markierten Rasterpunkten.
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Wie schon gesagt, bilden die Flächen der Remissionsdifferenzenverläufe
ein Mass für die Relativpositionen /\X und Y. Diese Flächen können nun leicht durch
Summieren der
diskreten Remissionswertdifferenzen längs einer Rasterlinie
(innerhalb des betreffenden Rasterbereichs) ermittelt werden.
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Um von 7ufälligkeiten unabhängig zu sein, wird jedoch die Summe nicht
nur über eine einzige Rasterlinie, sondern über sämtliche Rasterlinien bzw. sämtliche
Rasterpunkte des betreffenden Bereichs erstreckt. Dieser Summenwert Si ist dann
selbstverständlich ebenso ein Mass für die Relativposition des jeweiligen Positionier-Bildbereichs,
aber von Zufälligkeiten befreit und daher aussagekräftiger.
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Fig. 6 zeigt einen Remissionsverlauf ähnlich Fig. 5a mit eingetragenen
Rasterpunkten o b1. bi...b5, Y1. Strichliert ist ein kontinuierlicher Kurvenzug
31 dargestellt (entsprechend Fig. 5a), voll ausgezogen dagegen ein Kurvenzug 32,
der sich aus einzelnen, jeweils zwei diskrete Remissionswerte Ib verbindenden Geraden
zusammensetzt. Es ist leicht ersichtlich, dass an den für die Bestimmung der Relativpositionen
relevanten steilen Stellen des Remissionsverlaufi tv B. bei Imitt) der Positionsfehler
YF welcher bei diskreter Abtastung und linearer Interpolation zwischen zwei diskreten
Remissionswerten (anstatt kontinuierlicher Abtastung mit kontinuierlichem Kurvenverlauf)
entsteht, verschwindend gering ist.
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Die Fig. 7a-7g erläutern, dass die zur Bestimmung der ausgewählten
Positionier-Bildbereiche nicht unbedingt immer
eine scharfe Bildkante,
d.h. zwei stark kontrastierende im wesentlichen homogene Zonen mit relativ scharfer
Grenzlinie aufweisen müssen, sondern dass auch solche Positionier-Bildbereiche geeignet
sind, die z.B. einen Bildstrich, also eine linienförmige Zone auf einerstark kontrastierenden
Untergrundzone enthalten. Fig. 7a zeigt die Lage je eines solchen Vorlagen-Bildstrichs
5* und Prüfling-Bildstrichs S in Bezug auf das ortsfeste Abtastraster, das durch
die Koordinatenachse X repräsentiert ist. Fig. 7d zeigt dieselben Striche, jedoch
mit grösserem gegenseitigem Abstand X. Die Fig. 7b und 7e zeigen die Verläufe der
Remissionen I und IA für die Strichanordnungen gemäss Fig. 7a bzw. 7d und die Fig.
7c und 7f die entsprechenden Remissionsdifferenzenverläufe t nL.
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Der wesentlichste Unterschied gegenüber den Remissionsdifferenzenverläufen
bei Positionier-Bildbereichen mit Bildkanten besteht darin, dass jetzt Remissionsdifferenzwerte
nicht nur eines Vorzeichens, sondern beider Vorzeichen auftreten. Während der Absolutwert
der Relativposition 9X durch die über die gesamte Rasterbereichfläche erstreckte
Summe entweder der positiven oder der negativen Remissionsdifferenzen allein schon
gegeben ist, hängt das Vorzeichen der Relativposition davon ab, mob die positiven
oder dLe negativen Remissionsdifferenzen beim Abtasten längs einer Raster zeile
zuerst auftreten. Fig. 7g zeigt einen Rasterbereich PX(T), in welchem
diejenigen
Rasterpunkte, in denen entsprechend Fig. 7f positive Remissionsdifferenzen auftreten,
mit einem Plus-Zeichen und die übrigen Rasterpunkte mit einem Minus-Zeichen markiert
sind.
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Die Auswertung des zeitlich früheren Eintreffen der von Remissionsdifferenzen
des einen oder des anderen Vorzeichens geschieht in der in Fig. 11 dargestellten
Summierstufe.
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In Fig. 8a-8c ist angedeutet, dass die Bildkanten in den Positionier-Bildbereichen
nicht unbedingt parallel zu den Rasterlinien des Abtastrasters (Richtungen X und
Y) verlaufen müssen, sondern auch schräg dazu verlaufen können. Die beiden rechteckigen
Rasterbereiche P1 und P2 in Fig. 8a und 8b sind ebenfalls schräg zu den Koordinatenachsen
(Fig. 8c) geneigt. Die Bildkanten in Prüfling und Vorlage sind mit K1 und K1* bzw,.
K2 und K2* bezeichnet. Die Summen der in den mit + markierten Rasterpunkten gemessenen
Remissionswertdifferenzen sind dann ein Mass für die Distanzen S S.1 und 2S2 der
einander zugeordneten Bildkanten. Die Relativpositionen #X und AY der Positionier-Bildbereiche
lassen sich dann aus diesen Distanzen in einfacher Weise über die (bekannten) Winkel
Ml und der Bildkanten zu den Koordinatenachsen bestimmten.
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Die Fig. 9a-9d geben Aufschluss über den Einf;luss verschiedener
Bildinformationsstrukturen auf die erforderliche
Genauigkeit bei
der Bestimmung der Relativpositionen des jeweils betreffenden Bildbereichs. Fig.
9a zeigt in X-Richtung hintereinander drei Bildstrukturen, wie sie für Banknoten
typisch sind. Die erste Struktur ist eine Fläche homogener Dichte mit zwei begrenzenden
Bildkanten BK1 und BK2. Die zweite Struktur setzt sich aus einer feinen Strichstruktur
und einer homogenen Fläche zusammen, wobei die Strichstruktur eine in X-Richtung
zunehmende. Dichte aufweist. Die Begrenzungskanten der homogenen Fläche sind mit
BK3 und BK4 bezeichnet.
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Die dritte Struktur umfasst eine Reihe gröberer Striche BK5.
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Die Fig. 9b zeigt die zu den einzelnen Bildstrukturen gehörenden Remissionsverläufe
bei scharfer Abbildung. In Fig. 9c stellt die voll ausgezogene Linie den Remissionsverlauf
derselben Bildstrukturen bei unscharfer Abbildung dar. Die strichlierte Linie ist
der Remissionsverlauf einer um A X verschoben gedachten identischen Bildstruktur.
Fig. 9d zeigt den Verlauf der Differenzen der beiden Remissionskurven I und Iz von
Fig. 9c. Es ist klar ersichtlich, dass grössere Differenzwerte Al nur an denjenigen
Stellen der Bildstrukturen auftreten, welche scharfe Bildkanten enthalten. In diesen
Bildpartien müssen die Relativpositionen also besonders genau bestimmt werden, da
hier bereits kleinste nicht über die Relativpositionsmessung korrigierte Verschiebungen
zwischen Prüfling und Vorlage zu Fehlinterpretationen beim Vergleich derselben führen
können. Bildpartien mit getönten Flächen oder gröberen Strichstrukturen
(Lattenzäune)
sind für die Ermittlung der Relativpositionen wenig geeignet. Hier brauchen die
Relativpositionen aber auch nicht so exakt bestimmt zu werden, da in solchen Bildpartien
kleinere Positionsabweichungen nicht so sehr ins Gewicht fallen.
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Im allgemeinen wird es wohl fast immer möglich sein, die Positionier-Bildbereiche
so auszuwählen, dass sie parallel zu den Rasterlinien verlaufende Bildkanten enthalten.
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Allerdings werden die dichteren Zonen dieser Positionier-Bildbereiche
kaum immer homogen sein oder auch nur aus einer Strichstruktur mit zur Bildkante
parallelen Tönungs-Strichen bestehen. In der Regel werden die Tönungsstriche vielmehr
geneigt zur Bildkante verlaufen, sodass letztere gar nicht scharf, sondern gewissermassen
ausgefranst erscheint. Durch geeignete Bemessung der Unschärfe bei der Abbildung
auf die Fotodiodenarrays können diese "ausgefransten' Bildkanten jedoch künstlich
scharf gemacht werden.
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Es versteht sich, dass anstelle der unscharfen Abbildung auch eine
elektronische Tiefpassfiltrierung verwendet werden könnte.
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Anhand des vorstehend Beschriebenen wird also eine Reihe von Positionier-Bildbereichen,
und zwar pro Vorlage mindestens 2, vorzugsweise aber io bis 20, ausgewählt und fürjeden
einzelnen Bereich die Relativposition zum entsprechenden
Bereich
der Vorlage bestimmt. Ein Mass für die Relativpositionen Ax undAy sind dann, wie
gesagt, jeweils die für jeden einem Positionier-Bildbereich zugeordneten Rasterbereich
gebildeten Summenwerte Si der Remissionsdifferenzen. Aufgrund der speziellen Auswahl
der Positionier-Bildberei-che-mit zu-de -Rasterlinien -parallelen Bildkanten oder
Bildstrichen werden ausserdem für gewisse Positionier-Bildbereiche nur die Relativpositionen
#X und für andere nur die Relativpositionen #Y vorhanden sein.
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Die ersteren sind beispielsweise in Fig. 10 mit PXl..,Px4 und die
letzteren mit Pyl...Py4 bezeichnet.
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Die Positionier-Bildbereiche sind wegen ihrer Auswahlkriterien im
allgemeinen recht unregelmässig über die Bildfläche verteilt. Für den Vergleich
von Prüfling und Vorlagen müssen aber die Relativpositionen von allen Bildpartien
verfügbar sein. Deshalb wird nun das Druckbild gemäss Fig. 10 in z.B. lautet gleich
grosse Felder eingeteilt und aus den Relativpositionen der jedem Feld nächstliegenden
Positionier-Bildbereiche die Relativposition (aX, #Y) der einzelnen Felder durch
Inter- bzw. Extrapolation berechnet. Wenn der Index j die Nummer eines Feldes und
der Index i die Nummer eines Summenwerts bzw. einer Relativposition #X oder AY eines
Positionier-Bildbereichs ist, errechnen sich die Relativpositionen #XFj und #YFj
des Felds Fj nach den folgenden Formeln:
In diesen Formeln bedeuten die KXi,j und Kyi,j empirisch ermittelte Interpolationskonstanten,
die im wesentlichen von der Entfernung Dx,j und DY,j (Fig. 10) zwischen dem Positionierbereich
mit der Nummer; i und dem Zentrum des Felds mit der Nummer j abhängen. Die Indizes
X und Y beziehen sich lediglich auf die Zuordnung der Konstanten K zu A X-Positionier-Bildbereichen
oder zu A Y-Positionier-Bildbereichen.
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Die Summen laufen je nach Lage der Felder j für verschiedene j über
dieselben oder über verschiedene i-Werte. Für das in Fig. 10 dargestellte Feld Nr.
27 lauten die obigen Formeln explizit wie folgt:
Die Durchführung dieser Rechenoperationen erfolgt im schon beschriebenen Positionienrechner
15. Die Konstanten K sind im Festwertspeicher 154 gespeichert.
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Zur Festlegung der Konstanten KXi,j und KYi,j kann man sich auch
folgender Näherungsformeln bedienen:
Darin ist c eine empirische Konstante, die bei spielsweise 1 sein kann. Die Formel
gilt sowohl für KXi,j als auch für KYi,j; die Indices X und Y wurden daher weggelassen.
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Ferner sollen die folgenden Bedingugen erfüllt sein:
Unter Umständen kann es erforderlich sein, nicht nur die jeweils nächstliegenden
Positionier-Bereiche zur Berechnung der Relativpositionen der einzelnen Felder heranzuziehen
sondern auch weiter weg liegende Positionier-Bereiche, wie z.B. den Bereich P (mit
der Relativposition a X1) für das xl Feld F27 in Fig. 10. Da die weiter entfernt
liegenden Positionier-Bildbereiche durch die näher legenden gewissermassen abgeschirmt
sind, muss deren Einfluss verhältnismässig reduziert werden was z.B. durch Multiplikation
des betreffenden Ausdrucks Ki,j .#Xk mit einem Abschirmfaktor sin #k,i,j erfolgen
kann. Darin bedeutet N k,i,j den Winkel, unter welchem die Distanz zwischen abgeschirmtem
Positionier-Bildbereich PK und abschirmendem Positionier-Bildbereich Pi
vom
Mittelpunkt des Felds F. aus erscheint.
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Bisher wurden nur translatorische Relativverschiebungen zwischen
Prüfling und Vorlagen berücksichtigt.
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Selbstverständlich können auch Relativverdrehungen in die Berechnung
der Relativpositionen der Felder miteinbezogen werden. Am besten werden dazu zwei
möglichst weit auseinander liegende Positionier-Bildbereiche, z.B. Pyl und Py3 in
Fig. 10, ausgewählt und aus deren Relativpositionendifferenz ( z.B. Q Y3 - Au1)
durch Division durch deren Abstand (A) der Winkel der Grobverdrehung der gesamten
Vorlage gegenüber dem genannten PrUfling bestimmt.
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In Fig. 1 war in den ausgewählten Positionier-Bildbereichen nur Bildinformationje
eines einzigen Druckverfahrens (nur Tiefdruck oder nur Offset-Druck) vorhanden.
Dies ist der günstigste Fall, da dadurch die unabhängige Relativpositionsermittlung
vom jeweils anderer D? ck nicht gestört wird. Die Mischstufe 11 hat in diesem Fall
eher die Funktion eines Oder-Tores, da gleichzeitig Bildinformation entweder nur
von der Offset-Vorlage oder nur von der Tiefdruck-Vorlage kommt. Es kann aber durchaus
verkommen, dass man auf Positionier-Bildbereiche angewiesen ist, in welchen Information
aus beiden Druckverfahren vorhanden ist, z.B. eine ausgeprägte Bildkante aus einem
und eine wenig ausgeprägte Strich- oder TUnungsstruktur
aus dem
anderen Druckverfahren. In diesem Fall wirkt die Mischstufe 11 als Ueberdruckrechner,
welcher aus den Einzelremissionswerten von Tiefdruck- und Offset-Vorlage die kombinierten
Remissionswerte errechnet, welche denjenigen des beide Drucke enthaltenden Prüflinge
entsprechen soll. Damit werden z.B. die resultierenden Remissionssprünge an Bildkanten
nach der Mischstufe gleich gross wie diejenigen des Ptüflings, sodass in der Subtrahierstufe
die richtigen Differenzwerte gebildet werden können.
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Wie schon beschrieben, erfolgt die Auswahl der Rasterbereiche und
damit der für die gesamte Rechnung benötigten Positionier-Bildbereiche durch entsprechende
Programmierung des korrigierbaren Vorwahlspeichers 173. Da die zu ermittelnden Relativpositionen
in einem recht grossen Intervall liegen können, müssen die Positionier-Bildbereiche
relativ gross gewählt werden, um ein sicheres "Einrasten" des ganzen Funktionsablaufs
zu gewährleisten. Je grösser aber die Positionier-Bildbereiche gewählt werden, desto
geringer ist die zu erwartende Genauigkeit und ausserdem wird mehr Rechenzeit benötigt.
Um nun die Positionier-Bildbereiche möglichst kleinflächig zu halten, wird ihre
Lage anhand einer ersten Grobpositionsmessung korrigiert. Dazu werden z.B. die Relativpositionen
t\X, X, A bestimmter ausgewählter Positions-Bildbereiche ausgemessen und dem korrigierbaren
Vorwahlspeicher
als Korrekturwerte zugeführt. Dadurch werden dann
die übrigen Positionier-Bildbereiche bzw, Rasterbereiche nach Massgabe dieser ausgewählten
Relativpositionen verschoben bzw. korrigiert.
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Die Auswahl der für. diese Korrektur herangezogen Relativpositionswerte
bzw. Positionier-Bildbereiche erfolgt durch die bereits erwähnte und geeignet programmierte
Rasterbereichverschiebungsstufe 172 . Selbstverständlich werden diese Rasterbereiche
bzw. Positionierbildbereiche so gelegt, dass ihre Abtastung vor derjenigen der Ubrigen
Positionier-Bildbereiche beendet ist.
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Im übrigen ist es vorteilhaft, die Positionier-Bildbereiche bzw.
Rasterbereiche so auszuwählen, dass sich kein Rasterpunkt eines Bereichs in derselben
Rasterzeile (Y-Rlchtung) wie ein Rasterpunkt irgendeines anderen Bereichs befindet.
Auf diese Weise vereinfacht sich der schaltungstechnische Aufwand für die für jeden
Rasterbereich getrennte Summierung der Remissionsdifferenzen beträchtlich.
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Im folgenden werden einige mit der eigentlichen Abtastung selbst
zusammenhängende Probleme näher erläutert.
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Wie schon weiter oben gesagt, werden die Relativpositionen zwischen
PrUflings- und Vorlagenpunkten in den seltensten Fällen genau das Vielfache der
Rasterdistanz K, sondern meistens Bruchteile derselben betragen, sodass die zum
Bildvergleich herangezogenen Vorlagen-Remissionswerte jeweils
durch
Interpolation aus den Remissionswerten von den betreffenden Bildpunkten benachbarten
Rasterpunkten gebildet werden.müssen. Um den Rechenaufwand und damit auch den Schaltungsaufwand
möglichst gering zu halten, wird dazu vorzugsweise eine lineare Interpolation verwendet.
Damit der dabei auftretende Interpolationsfehler hinreichend gering bleibt, müssen
aber bei der Bildabtastung gewisse Voraussetzungen erfüllt sein. Dies soll anhand
von Fig. 17 verdeutlicht werden, welche ein Beispiel eines Remissionsverlaufs längs
einer Rasterspalte (Spannwalzenumfangs.ichtung X) zeigt.
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Die kontinuierliche Remissionskurve ergibt sich aus den diskreten
Remissionswerten in den einzelnen Rasterpunkten, von denen die Punkte P1... P4 mit
den zugehörigen Remissionswerten In.. .14 eingezeichnet sind. Der gegenseitige Abstand
der Rasterpunkte beträgt K. Wird nun der Remissionswert T des Zwischenpunkts Fa
mit dem Abstand Ax vom Raster-8 8 punkt P1 durch lineare Interpolation aus den beiden
Remissionswerten I1 und 12 gebildet, so fällt dieser mit dem tatsächlichen Remissionswert
des betreffenden Punkts Fa praktisch zusammen. Im wenig gekrümmten Kurventeil ist
also der Interpolationsfehler verschwindend klein. Anders hingegen ist die Situation
im stärker gekrummten Kurventeil. Dort weicht der interpolierte Remissionswert 1b
des Zwischenpunkts Pb merklich von tatsächlichen Wert 1b ab. Im Beispiel beträgt
der Interpolationsfehler immerhin 10%. Der maximale Interpolationsfehler
wird,
wie leicht einzusehen ist, bei gegebener Rasterdistanz K mit der maximalen im Remissionsspektrum
enthaltenen Frequenz ansteigen.
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Wenn also der Interpolationsfehler klein gehalten werden und die
Rasterdistanz dabei nicht zu klein sein soll, muss dafür Sorge getragen werden,
dass das Remissionsspektrum keine allzu hohen Frequenzen enthält. Mit anderen Worten,
das Remissionsspektrum muss tiefpassgefiltert werden. Eine Verminderung der Rasterdistanz
würde einer Erhöhung der Rasterpunktanzahl gleich kommen und damit den Rechenaufwand
zumindest in zeitlicher Hinsicht stark steigern. In der Praxis hat es sich als zweckmässig
erwiesen, die Grenzfrequenz G der Tiefpassfiltrierung, d.h. diejenige Frequenz,
deren Amplitude bei der Filtrierung auf die Hälfte der Amplitude der Frequenz Null
gedämpft wird, so zu wählen, dass die zugehörige Grenzperiodenlänge TG = f wenigstens
4-5 mal grösser ist als die Rasterdistanz K. Die in Fig. 17 gezeigte Remissionskurve
stellt eine Periode eines solchen Wellenzugs mit der Grenzfrequenz dar. Die Bedingung
Tc = 5 K ist erfüllt. Wird berücksichtigt, dass die Amplitude bei der Grenzfrequenz
fG bereits auf die Hälfte gedämpft wird, so fällt der maximale Interpolationsfehler
von 10% nicht mehr ins Gewicht.
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In der Praxis kann die Rasterdistanz K beispielsweise 0,2 mm und
die Grenzoeriodenlänee TG dementsprechend
1 mm betragen.
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Bis zu einem gewissen Grad wird die Tiefpassfiltrierung bereits durch
die schon weiter oben erwähnte unscharfe Abbildung der Druckbilder auf die einzelnen
Dioden des Fotodiodenarrays erreicht. Die einzelnen Fotodioden der Arrays sind selbstverständlich
nicht ideal punktförmig, sondern quadratisch mit den Kantenlängen K gleich der Rasterdistanz.
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Die Mittelpunkte der Fotodioden definieren dann die Rasterpunkte des
Abtastrasters. Bei scharfer Abbildung würde auf jede Fotodiode nur Licht aus einem
quadratischen Bildpunkt der Dimensionen K x K auftreffen. Durch die Unschärfe werden
die für jede Fotodiode wirksamen Bildpunkte aber nach allen Seiten um den halben
Durchmesser d eines sogenannten Unu schärfekreises vergrössert. Die einzelnen Fotodioden
empfangen daher Licht von einem etwa quadratischen Bildfleck mit der Kantenlänge
(K + d ). Dabei hat natürlich das vom Zentrum des u Bildflecks ausgehende Licht
eine grössere Wirkung auf die Fotodiode als das Licht von peripheren Zonen des Bildflecks,
sodass sich bei der unscharfen Abbildung eine (in je einer Dimension X oder Y) dreieckige
Uebertragungsfunktion mit der Spitze in der Bildfleckmitte ergibt. Diese Uebertragungsfunktion
hat aber noch nicht die gewünschte Tiefpasswirkung, d.h., die Anteile der höheren
Frequenzen im Remissionsspektrum sind noch zu gross.
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Um dem abzuhelfen sind nun gemäss einem weiteren wichtigen Aspekt
der Erfindung die in den Abtaststrahlunggängen angeordneten Aperturblenden 4 speziell
ausgebildet, und zwar mit einer von der optischen Achse nach aussen abnehmenden
Transparenz. Der Transparenzverlauf ist in Fig. 19 dargestellt. Die ausgezogene
Linie Ty gilt für die Richtung parallel zu den Spanntrommelachsen (Y), die strichlierte
Linie TX für die Umfangsrichtung (X). Mit R ist der Radius der Aperturblenden bezeichnet.
Durch den leichten Unterschied des Transparenzverlaufs für die beiden Koordinatenrichtungen
ergeben sich nicht kreisförmige, sondern etwa elliptische Linien gleicher Transparenz.
Mithilfe dieser Abweichung von der Rotationssymmetrie kann der Einfluss der kontinuierlichen
Drehung der Spanntrommeln kompensiert werden. Wie die Fig. 18 zeigt, wandert der
einer Fotodiode entsprechende Bildpunkt aufgrund der Spanntrommeldrehung während
der Abtastung um den Betrag der Rasterdistanz K an der betreffenden Fotodiode in
Richtung X vorbei. Dadurch ergibt sich eine Verzerrung der Uebertragungsfunktion
in X-Richtung, und zwar wird die Uebertragungsfunktion in dieser Richtung bei scharfer
Abbildung ähnlich dreieckig wie die Uebertragungsfunktion bei unscharfer Abbildung,
aber mit stehender Spanntrommel. Für die lineare Interpolation ist es aber von grösster
Wichtigkeit, dass die Uebertragungsfunktion rotationssymmetrisch ist.
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Durch den unsymmetrischen Transparenzverlauf der Aperturblenden wird
nun die durch die Spanntrommelbewegung bedingte Unsymmetrie gerade ausgeglichen,
sodass sich schliesslich eine rotationssymmetrische Uebertragungsfunktion ergibt.
Der in Fig.
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18 gezeigte Kreis mit dem Durchmesser T gibt dabei die von der speziellen
Wahl der Uebertragungsfunktion abhängige Grösse des von einer Fotodiode erfassten
Bildflecks an.
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illit dem
in Fig. 19 gezeigten Transparenzenverlauf der Aperturblenden 4 ergibt sich eine
Vbertragungsfunktion, deren Profil in Fig. 20 dargestellt ist. Wie aus der in Fig.
21 dargestellten Fourier-Transformierten dieser Uebertragungsfunktion ersichtlich
ist, werden Bildfrequenzen mit Periodenlängen gleich oder grösser als der Bildfleck-
bzw. Basiskreisdurchmesser T um 50% oder mehr abgeschwächt.
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In Fig. 22 ist ein Ausschnitt aus einem Abtastraster mit den Rasterlinien
41 und der Rasterdistanz K dargestellt. Mit 5 ist der einer Fotodiode bei Scharfabbildung
entsprechende Bildfleck bezeichnet. Der voll ausgezogene Kreis mit dem Durchmesser
T bezeichnet den aufgrund der Unschärfe tatsächlich von der Fotodiode erfassten
Bildfleck. Die strichlierten Kreise definieren zwei in X-Richtung benachbarte Bildflecke
Die kleine schraffierte Fläche 43 bezeichnet einen Druckfehler.
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Fig. 23 zeigt nochmals die Uebertragungsfunktion
gemäss
Fig. 20. Mit P1... P6 sind vom Zentrum des Bildflecks verschieden weit entfernte
Punkte bezeichnet. Die Bewertungsfaktoren B1.. .B6 geben dann die Beitrage der Punkte
P1.. . P6 zu dem von der Fotodiode ermittelten Remissionswert des betreffenden Bildflecks
an. Wenn also die Punkte P. des Bildflecks die Remissionswerte In... haben, so ergibt
sich der Gesamtremissionwert des Bildflecks als Summe der Produkte von I. mit den
entsprechenden BewertungsfaktorenBi über den gesamten Bildfleck. (Die eben genannten
Punkte P. sind selbstverständlich nicht mit den Rasterpunkten zu verwechseln).
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Als mittlere Blldfleckgrösse F wird diejenige m Fläche mit dem Durchmesser
Im definiert, welche bei homogener Remissions (Dichte) über die gesamte Fläche bei
konstanter Maximalbewertung B auf die Fotodiode die gleiche Wirkung ausm übt wie
der gesamte Bildfleck bei der von innen nach aussen abnehmenden Bewertung. Diese-mittlere
Bildfleckgrdsse Fm ist massgebend für die Empfindlichkeit der Einrichtung auf kleinflächige
Druckfehler. Wenn z.B. ein schwarzer Fehlerfleck 43 (Fig. 22) von der Grösse FF
in einem weissen Feld liegt, so beträgt die durch die Fotodiode gemessene, durch
den Fehlerfleck verursachte relative Remissionsänderung FF/ Fm Die prozentuale Remissionsänderung
darf nicht beliebig klein sein, da sonst.die Anforderungen an die Genauigkeit und
das Auflösungsvermögen der Abtastsysteme (Fotodioden, Verstärker,
A/D-Wandler)
zu gross wUrden. Dies bedeutet aber eine untere Schranke für den kleinsten erfassbaren
Fehlerfleck, d.h., dass Verhältnis FF/Fm kann ebenfalls nicht beliebig klein sein.
Bei vernünftigem Aufwand lassen sich aber immerhin noch Fehlerflecke bis hinab zu
etwa 0,05 mm2 detektieren.
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In Fig. 24 sind die Ubertragungsfunktionen bzw.
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Bewertungskurven entsprechend Fig. 22 für drei nebeneinander liegende
Bildflecke dargestellt. Durch ihre starke gegenseitige Ueberlappung (T> 4K) ist
gewährleistet, dass jeder Fehlerfleck 43, auch wenn er zwischen den Rasterpunkten
liegt, mit Sicherheit von der einen oder der anderen Fotodiode mit einem hohen Bewertungsfaktor
Ba bzw. Bp erfasst wird.
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tiäre die gegenseitige Ueberlappung der Bewertungskurven nicht so
ausgeprägt (To~K), so könnte es vorkommen, dass der Fehlerfleck von allen in Frage
kommenden Fotodioden nur mit einem relativ geringen Bewertungsfaktor berücksichtigt
und somit möglicherweise gar nicht detektiert würde.
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Obwohl die Erfindung vorstehend nur im Zusammenhang mit der Qualitätsprüfung
von Druckerzeugnissen, insbesondere Banknoten beschrieben ist, ist es selbstverständlich,
dass das erfindungsgemässe Verfahren auch im Zusammenhang mit anderen Informationsträgern,
beispielsweise Magnetkarten oder dergleichen, sinngemäss verwendbar ist.