EP1862309A2 - Sensor device - Google Patents
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- B41F33/00—Indicating, counting, warning, control or safety devices
- B41F33/0036—Devices for scanning or checking the printed matter for quality control
Definitions
- the invention relates to a sensor device for the optical detection of strip-shaped printing surfaces on along a printing substrate moving substrates according to the preamble of the first claim.
- a method for the synchronized operation of a plurality of electronic cameras is known in which the individual cameras simultaneously record one image in response to a trigger signal and the image data of the individual cameras are combined to form an overall image.
- a first number of image lines are first read from each camera and discarded.
- a second predetermined number of image lines are read in succession in a predetermined order of the cameras from each camera, and processed into an overall image.
- the remaining image lines are read out independently of the other cameras and the read-out image data is discarded.
- a disadvantage of this solution is the cost of the large number of cameras, the cost of synchronizing the cameras and the low image data processing speed due to the complex data handling.
- the invention is therefore based on the object, the effort for a sensor device with strip-shaped detection range, which is suitable for a spectral density measurement or color control based on print control strips to reduce.
- a sensor device by the combination of a low-cost RGB or SW area camera having a matrix sensor, with an arrangement of mirrors or prisms, wherein successive by the optical means in the direction of the main extent of the strip-shaped printing surface to be controlled Area sections (in the case of print control strips, this is generally the width of the substrate) are adjacent to each other and can be projected line by line onto the matrix sensor.
- the invention has the advantages that the native resolution of the sensor matrix is fully utilized by the optical splitting of the printing surface strip into strip sections and at the same time the disadvantage of CCD matrix sensors, which consists in that the matrix sensor can not be addressed line by line, but the entire sensor matrix is read out serially must be overcome.
- an area camera 3 is arranged laterally on a printing material web in a rotary printing press, wherein the printing material 2 can be designed to be roll-shaped or arc-shaped.
- the printed material 2 transported in the direction of the arrow has conventional print control strips 1.K, which extend as a strip-shaped printing surface 1 in printed image edge regions transversely to the transport direction and are applied for color control or print quality control.
- optical means 5 designed as a mirror 5.
- the mirror 5.S partially avoid the mutual shading perpendicular to optical axis 8 of the area camera 3 are offset by their width to each other and approximately parallel rays directed to the matrix sensor 4. Instead of the mirrors 5.
- prisms for beam deflection can also be used on the matrix sensor 4.
- Each mirror 5.S is assigned a section 6 of the print control strip 1.K whose image is reflected by the mirror 5.S. towards the area camera 3.
- the mirrors 5.S are aligned in such a way that the images of the juxtaposed sections 6 of the print control strip 1.K can be projected among one another on row groups 7 of the matrix sensor 4 (FIG. 2).
- a lighting device 9 is arranged on the printing substrate, which is synchronized with the area camera 3 and the adjacent sections 6 of the print control strip 1.K pulsed line lighting.
- a linear lighting can be realized, for example, with cylindrical lenses.
- the illumination device 9 has a short flash time and can be formed from light sources with different monochromatic light spectra, for example red, blue and green LED groups. By flashing with different illumination spectra, it is possible to use the area camera 3 as a spectral, Tristimulusfarb- or density sensor.
- the light sources are expediently controllable in sections in their flashlight intensity in order to compensate for different emission properties of the light sources and the different projection distances (object widths) between the sections 6 of the print control strips 1.K and the area camera 3 and the associated different light intensities of the images projected onto the matrix sensor 4.
- the illumination device 9 is advantageously arranged at a vertical angle of 0 or 45 ° to the mirrors 5.S to minimize reflections.
- the area camera 3 is advantageously slightly oblique to the surface of the printing material 2, in order to achieve a flat as possible arrangement and the projection of a rectangular strip on the matrix sensor 4.
- the mirrors 5.S are preferably equipped with different radii of curvature to compensate for different magnifications depending on the object's width.
- special lenses can be used for the area camera 3, in which the beam path does not open, but runs parallel.
- the same magnification always applies and the mirrors 5.S can be made simpler.
- the sensor device When the print control strip 1.K enters the detection range of the sensor device, the sensor device is activated, the lighting device 9 is triggered and an image of the print control strip 1.K is detected by the area camera 3 and stored in a known manner or further processed for a printing machine control.
- search methods in the data array can subsequently be applied to the image acquisition in order to separate the desired image data from the non-relevant image data. This is particularly advantageous in the case of narrow print control strips 1.K if print image areas surrounding the print control strip 1.K are also detected by matrix sensor 4, which do not belong to print control strip 1.K and therefore from the image data array prior to further processing for a substrate quality control, color control or printing machine control must be discarded.
- the proposed sensor device is not limited to the image analysis of print control strips 1.K, but also for all other image acquisition functions of strip-shaped Pressure surfaces 1 with a dominant direction of extension can be used transversely or longitudinally to the transport direction.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung für die optische Erfassung von streifenförmigen Druckflächen auf entlang einer Bedruckstoffbahn bewegten Bedruckstoffen gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.The invention relates to a sensor device for the optical detection of strip-shaped printing surfaces on along a printing substrate moving substrates according to the preamble of the first claim.
In Rotationsdruckmaschinen werden seit langem Zeilen - oder Flächenkameras als Sensoren zur Druckbildkontrolle an bewegten Bedruckstoffen eingesetzt. Die geometrische Auflösung der Kameras sollte dabei bei 0.1 mm/ Pixel liegen.In rotary printing machines, line or area cameras have been used for a long time as sensors for image control on moving substrates. The geometric resolution of the cameras should be at 0.1 mm / pixel.
Wenn die Aufgabe besteht, in Transportrichtung gesehen nur relative kurze, in axialer Richtung (Bedruckstoffbreite) aber recht lange Bereiche, beispielsweise Druckkontrollstreifen, zu erfassen, entstehen folgende Probleme:
- 1. Zeilenkameras können durch ihre hohe Zahl von ca. 10000 Pixel pro Sensor die notwendige geometrische Auflösung von 0.1 mm pro Pixel in axialer Richtung erreichen, jedoch ist die Auflösung in Transportrichtung wegen der Zeilenfrequenz des Sensors von maximal 10 kHz bei hohen Transportgeschwindigkeiten von 5 m/s auf 0,5 mm eingeschränkt.
- 2. Industrie-Flächenkameras besitzen gegenwärtig eine Auflösung von ca.2000 x 1500 Pixel, die sich bei RGB- Kameras auf 3 Farbkanäle verteilen. Für die Erfassung der gesamten Bedruckstoffbreite mit der notwendigen geometrischen Auflösung von 0.1 mm/Pixel müsste die Kamera quer zur Transportrichtung verfahrbar auf eine Traverse montiert und mit seitlichen Verstellbewegungen nacheinander auf kleine Abschnitte von beispielsweise 200 mm Breite gerichtet werden, wobei ein seitlicher Vorschub nach jeder Druckbildabtastung erfolgt. Dies erfordert beträchtlichen mechanischen Aufwand und die Notwendigkeit, zur Erfassung eines kompletten Messwertsatzes für eine Bedruckstoffbreite von beispielsweise 2 m mindestens 10 aufeinander folgende Druckbilder abzutasten, zwischen denen bereits signifikante Unterschiede im Druckbild auftreten können und eine Vergleichbarkeit einschränken.
- 1. Line scan cameras can achieve the necessary geometrical resolution of 0.1 mm per pixel in the axial direction due to their high number of approx. 10000 pixels per sensor, however the resolution in transport direction is maximum 10 kHz due to the line frequency of the sensor at high transport speeds of 5 m / s restricted to 0.5 mm.
- 2. Industrial area cameras currently have a resolution of approx. 2,000 x 1,500 pixels, which are distributed over 3 color channels in RGB cameras. To capture the entire width of the substrate with the necessary geometrical resolution of 0.1 mm / pixel, the camera would have to be mounted transversely to the transport direction movable on a crossbar and directed laterally with adjustment movements on small sections, for example, 200 mm width, with a lateral feed after each print image scanning he follows. This requires considerable mechanical effort and the need to scan at least 10 consecutive printed images to capture a complete set of measurements for a printing material width of, for example, 2 m, between which already significant differences in the printed image can occur and limit comparability.
Eine Parallelisierung der Messungen mit mehreren über die Bedruckstoffbreite verteilten Kameras wäre zur Erhöhung der Auflösung ebenfalls möglich.A parallelization of the measurements with several cameras distributed across the substrate width would also be possible to increase the resolution.
Aus der
Nachteilig an dieser Lösung sind die Kosten für die Vielzahl von Kameras, der Aufwand für die Synchronisierung der Kameras und die geringe Bilddatenverarbeitungsgeschwindigkeit aufgrund des aufwändigen Datenhandlings.A disadvantage of this solution is the cost of the large number of cameras, the cost of synchronizing the cameras and the low image data processing speed due to the complex data handling.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für eine Sensoreinrichtung mit streifenförmigem Erfassungsbereich, die für eine spektrale Dichtemessung bzw. Farbregelung auf der Basis von Druckkontrollstreifen geeignet ist, zu reduzieren.The invention is therefore based on the object, the effort for a sensor device with strip-shaped detection range, which is suitable for a spectral density measurement or color control based on print control strips to reduce.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensoreinrichtung mit den Merkmalen des ersten Anspruchs gelöst.This object is achieved by a sensor device with the features of the first claim.
Es wird vorgeschlagen, eine Sensoreinrichtung durch die Kombination einer kostengünstigen RGB- oder SW-Flächenkamera, die über einen Matrixsensor verfügt, mit einer Anordnung aus Spiegeln oder Prismen zu schaffen, wobei durch die optischen Mittel in Richtung der Hauptausdehnung der zu kontrollierenden streifenförmigen Druckfläche aufeinander folgende Flächenabschnitte (bei Druckkontrollstreifen ist das i.a. die Bedruckstoffbreite) benachbart zueinander und zeilengruppenweise auf den Matrixsensor projizierbar sind.It is proposed to provide a sensor device by the combination of a low-cost RGB or SW area camera having a matrix sensor, with an arrangement of mirrors or prisms, wherein successive by the optical means in the direction of the main extent of the strip-shaped printing surface to be controlled Area sections (in the case of print control strips, this is generally the width of the substrate) are adjacent to each other and can be projected line by line onto the matrix sensor.
Die Erfindung hat die Vorteile, dass durch die optische Splittung des Druckflächenstreifens in Streifenabschnitte die native Auflösung der Sensormatrix vollständig ausgenutzt wird und gleichzeitig der Nachteil von CCD- Matrixsensoren, der darin besteht, dass der Matrixsensor nicht zeilenweise adressierbar ist, sondern die gesamte Sensormatrix seriell ausgelesen werden muss, überwunden wird.The invention has the advantages that the native resolution of the sensor matrix is fully utilized by the optical splitting of the printing surface strip into strip sections and at the same time the disadvantage of CCD matrix sensors, which consists in that the matrix sensor can not be addressed line by line, but the entire sensor matrix is read out serially must be overcome.
Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden, bei welchem die streifenförmige Druckfläche als Druckkontrollstreifen ausgestaltet ist. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in
- Figur 1
- eine vereinfachte Darstellung der Sensoreinrichtung mit einem Spiegelsystem in einer Ansicht von oben
Figur 2- die Sensoreinrichtung in einer Ansicht von vorn
- FIG. 1
- a simplified representation of the sensor device with a mirror system in a view from above
- FIG. 2
- the sensor device in a view from the front
Wie aus der Figur 1 ersichtlich, ist eine Flächenkamera 3 seitlich an einer Bedruckstoffbahn in einer Rotationsdruckmaschine angeordnet, wobei der Bedruckstoff 2 rollen- oder bogenförmig beschaffen sein kann. Der in Pfeilrichtung transportierte Bedruckstoff 2 weist übliche Druckkontrollstreifen 1.K auf, die sich als streifenförmige Druckfläche 1 in Druckbildrandbereichen quer zur Transportrichtung erstrecken und zur Farbregelung oder Druckqualitätskontrolle aufgebracht sind.As can be seen from FIG. 1, an
In einem annähernd konstanten Abstand von der Bedruckstoffoberfläche sind optische Mittel 5, ausgebildet als Spiegel 5.S, in regelmäßigen, von der Auflösung des Matrixsensors 4 abhängigen Abständen über die Bedruckstoffbreite verteilt, wobei die Spiegel 5.S zur Vermeidung der gegenseitigen Abschattung teilweise senkrecht zur optischen Achse 8 der Flächenkamera 3 um ihre Breite zueinander versetzt sind und annähernd Parallelstrahlen auf den Matrixsensor 4 richten. Anstelle der Spiegel 5.S können ebenso Prismen zur Strahlumlenkung auf den Matrixsensor 4 eingesetzt werden.At an approximately constant distance from the substrate surface optical means 5, designed as a mirror 5.S, distributed in regular, dependent on the resolution of the
Jedem Spiegel 5.S ist ein Abschnitt 6 des Druckkontrollstreifens 1.K zugeordnet, dessen Abbild vom Spiegel 5.S in Richtung auf die Flächenkamera 3 reflektiert wird. Die Spiegel 5.S sind derart ausgerichtet, dass die Abbildungen der nebeneinander liegenden Abschnitte 6 des Druckkontrollstreifens 1.K untereinander auf Zeilengruppen 7 des Matrixsensors 4 projizierbar sind (Fig. 2).Each mirror 5.S is assigned a section 6 of the print control strip 1.K whose image is reflected by the mirror 5.S. towards the
Zur Vermeidung von Bewegungsunschärfen bei schnell bewegten Bedruckstoffen 2 ist eine Beleuchtungseinrichtung 9 an der Bedruckstoffbahn angeordnet, die mit der Flächenkamera 3 synchronisiert ist und die die nebeneinander liegenden Abschnitte 6 des Druckkontrollstreifens 1.K impulsweise linienförmig beleuchtet. Eine linienförmige Beleuchtung ist beispielsweise mit Zylinderlinsen realisierbar.To avoid motion blur in fast-moving
Die Beleuchtungseinrichtung 9 weist eine kurze Blitzzeit auf und kann aus Lichtquellen mit unterschiedlichen monochromatischen Lichtspektren, beispielsweise roten, blauen und grünen LED-Gruppen, gebildet sein. Durch Blitzen mit unterschiedlichen Beleuchtungsspektren ist es möglich, die Flächenkamera 3 als Spektral-, Tristimulusfarb- oder Dichtesensor zu nutzen.The illumination device 9 has a short flash time and can be formed from light sources with different monochromatic light spectra, for example red, blue and green LED groups. By flashing with different illumination spectra, it is possible to use the
Die Lichtquellen sind zweckmäßig abschnittsweise in ihrer Blitzlichtstärke steuerbar, um unterschiedliche Emissionseigenschaften der Lichtquellen und die unterschiedlichen Projektionsentfernungen (Gegenstandsweiten) zwischen den Abschnitten 6 der Druckkontrollstreifen 1.K und der Flächenkamera 3 und die damit verbundenen unterschiedlichen Lichtintensitäten der auf den Matrixsensor 4 projizierten Abbildungen auszugleichen.The light sources are expediently controllable in sections in their flashlight intensity in order to compensate for different emission properties of the light sources and the different projection distances (object widths) between the sections 6 of the print control strips 1.K and the
Die Beleuchtungseinrichtung 9 ist vorteilhafterweise im senkrechten Winkel von 0 oder 45° zu den Spiegeln 5.S angeordnet, um Reflexionen zu minimieren.The illumination device 9 is advantageously arranged at a vertical angle of 0 or 45 ° to the mirrors 5.S to minimize reflections.
Die Flächenkamera 3 steht vorteilhafterweise leicht schräg zur Oberfläche des Bedruckstoffes 2, um eine möglichst flache Anordnung und die Projektion eines rechtwinkligen Streifens auf den Matrixsensor 4 zu erreichen.The
Die Spiegel 5.S sind vorzugsweise mit unterschiedlichen Krümmungsradien ausgestattet, um unterschiedliche Vergrößerungen je nach Gegenstandsweite zu kompensieren. Vorteilhafterweise können spezielle Objektive für die Flächenkamera 3 eingesetzt werden, bei denen der Strahlengang sich nicht öffnet, sondern parallel verläuft. Damit herrscht unabhängig von der Gegenstandsweite immer der gleiche Abbildungsmaßstab und die Spiegel 5.S können einfacher gestaltet sein.The mirrors 5.S are preferably equipped with different radii of curvature to compensate for different magnifications depending on the object's width. Advantageously, special lenses can be used for the
Beim Einlaufen des Druckkontrollstreifens 1.K in den Erfassungsbereich der Sensoreinrichtung wird die Sensoreinrichtung aktiviert, die Beleuchtungseinrichtung 9 ausgelöst und ein Abbild des Druckkontrollstreifens 1.K von der Flächenkamera 3 erfasst und in bekannter Weise gespeichert bzw. für eine Druckmaschinensteuerung weiterverarbeitet.When the print control strip 1.K enters the detection range of the sensor device, the sensor device is activated, the lighting device 9 is triggered and an image of the print control strip 1.K is detected by the
Ein Druckkontrollstreifen 1.K hat beispielsweise die Abmessungen von B x H = 1000 mm x 20 mm. Von den oberhalb des Bedruckstoffes 2 angeordneten und quer zur Transportrichtung über die Bedruckstoffbreite verteilten beispielsweise fünf Spiegeln 5.S wird der Druckkontrollstreifen 1.K in fünf Abschnitten 6.1 ...6.5 von jeweils 200 mm x 20 mm Ausdehnung auf dem Matrixsensor 4 mit z.B. 2000 x 1500 Pixel abgebildet, wobei die ursprünglich nebeneinander liegenden Abschnitte 6 - untereinander angeordnet - eine Fläche von 200mm x100 mm bilden und so auf den Matrixsensor 4 projiziert werden, dass jeder der Abschnitte 6.1...6.5 auf einer Zeilengruppe 7.1 ...7.5 abgebildet ist. Daraus ergibt sich bei optimalen geometrischen Verhältnissen eine theoretische Auflösung von 0.1 mm pro Pixel in horizontaler und von 0,07 mm pro Pixel in vertikaler Richtung. Mit dieser Auflösung können Messstreifen ausreichend genau digitalisiert, visualisiert bzw. vermessen werden.A print control strip 1.K has, for example, the dimensions of B x H = 1000 mm x 20 mm. From the five mirrors 5.S arranged above the
Durch die Ermittlung der Remissions-, Dichte- bzw. spektralen Messwerte in Arrayform können anschließend an die Bilderfassung Suchverfahren im Datenarray angewendet werden, um die gewünschten Bilddaten von den nicht relevanten Bilddaten zu trennen. Dies ist besonders vorteilhaft bei schmalen Druckkontrollstreifen 1.K, wenn vom Matrixsensor 4 auch den Druckkontrollstreifen 1.K umgebende Druckbildbereiche mit erfasst werden, die nicht zum Druckkontrollstreifen 1.K gehören und deshalb aus dem Bilddatenarray vor der Weiterverarbeitung für eine Bedruckstoffqualitätskontrolle, Farbregelung oder Druckmaschinensteuerung ausgesondert werden müssen.By determining the reflectance, density or spectral measured values in array form, search methods in the data array can subsequently be applied to the image acquisition in order to separate the desired image data from the non-relevant image data. This is particularly advantageous in the case of narrow print control strips 1.K if print image areas surrounding the print control strip 1.K are also detected by
Die vorgeschlagene Sensoreinrichtung ist nicht auf die Bildanalyse von Druckkontrollstreifen 1.K beschränkt, sondern ebenso für alle weiteren Bilderfassungsfunktionen von streifenförmigen Druckflächen 1 mit einer dominierenden Erstreckungsrichtung quer oder längs zur Transportrichtung einsetzbar.The proposed sensor device is not limited to the image analysis of print control strips 1.K, but also for all other image acquisition functions of strip-shaped Pressure surfaces 1 with a dominant direction of extension can be used transversely or longitudinally to the transport direction.
- 11
- Druckfläche,Print area
- 1.K1.K
- DruckkontrollstreifenPrint control strip
- 22
- Bedruckstoffsubstrate
- 33
- FlächenkameraAreascan
- 44
- Matrixsensorarray sensor
- 55
- optische Mitteloptical means
- 5.S5.S
- Spiegelmirror
- 6, 6.1 ... 6.56, 6.1 ... 6.5
- Abschnitt der DruckflächeSection of the printing surface
- 7, 7.1 ... 7.57, 7.1 ... 7.5
- Zeilengruppestanza
- 88th
- optische Achse der Flächenkameraoptical axis of the area camera
- 99
- Beleuchtungseinrichtunglighting device
Claims (8)
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