Druckbildinspektion

Stetig wachsende Anforderungen der Kunden an Qualität der Bedruckung von Ware und Verpackung machen eine Integration von automatisierten Kontrollprozessen in die Produktion notwendig. Die Anforderungen übertragen sich dabei direkt auf ein mögliches Inspektionssystem. Im Druckprozess kommen nicht nur unterschiedliche Druckarten zum Einsatz. Auch die zu bedruckenden Objekte variieren in Form und Oberflächenbeschaffenheit. Eventuell müssen auch sehr hohe Taktraten oder gar die Auswertung an Endlosdrucken bewältigt werden. Zu den Kriterien Geschwindigkeit und Flexibilität kommt die hohe Anzahl an typischen Fehlern, welche zuverlässig detektiert werden müssen.

	Materialfehler
	Oberflächenfehler ( Dellen, Verformungen )
	Farbspritzer, Farbverläufe
	Fehlfarben, Farbversatz
	Zu starker oder blasser Druck

Oberflächenfehler, Druckfehler, Kratzer

In Zusammenarbeit mit der GBS GmbH wurde im Bereich Bildverarbeitung eine flexible Gesamtlösung aus Kamera-, Optik- und Softwarekomponenten zur verzugstoleranten Druckbildkontrolle entwickelt. Das Projekt umfasste dabei:

	Auswahl und Test geeigneter Hardwarekomponenten
	Aufbau eines Kamerakopfes
	Aufbau eines Testsystems
	Entwicklung eines modularen Softwarekonzeptes für ein Inspektionssystem
	Entwicklung von Algorithmen zur verzugstoleranten Druckinspektion
	Online-Farbkalibrierung mit Dreibereichs- bzw. Mehrbereichssensor

Getestet wurde das System am Beispiel der Inspektion von Rundkörpern ( z.B. Flaschen ) und Textilien. Bei beiden Objekt- bzw Materialtypen ergeben sich besondere Herausforderungen.

Bei Rundkörpern ist hier die Art der Bildaufnahme zu nennen, welche eine Abwicklung des Druckmusters in eine Ebene darstellt. Durch unrunden Lauf oder durch fehlende bzw. unzureichende Synchronisation zwischen Kamera und sich drehendem Prüfobjekt können Verzerrungen im aufgenommenen Bild in Form von Stauchungen und Streckungen entstehen.

Bei Textilien ist es das elastische Material, durch welches nichtlineare Verzüge im Bild entstehen können.

Golden Template Ansatz

Das entwickelte Verfahren basiert auf dem Ansatz des Bild-Bildvergleichs mit einem Golden-Template. Bilder von Gutmustern werden als Referenzbilder für die Generierung des Templates verwendet. Für diesen Prozess müssen die Bilder eine vollständige Abbildung des Druckmusters ( eine Abwicklung bei Rundkörpern, einen vollständigen Raport bei Textilien ) aufweisen. Dies wird durch die exakte Erkennung eines Startpunktes im Druckbild sichergestellt.

Für die Inspektion der Testmuster wird ein verzugstoleranter Vergleich mit dem Golden-Template durchgeführt.

Offsetkorrektur

Da die Lagekorrektur der Bilder zueinander einen grundlegenden Bestandteil der Vorverarbeitung ausmacht, wurden für die Erkennung und Entfernung des Offsets mehrere Korrelationsverfahren zu einem robusten Algorithmus kombiniert.

Da die Bilder infolge der Bildaufnahme oder durch bestimmte Materialeigenschaften der Druckoberfläche nichtlineare Verzüge aufweisen, treten trotz genauer Offsetkorrektur Abweichungen im Bereich von 10 Pixeln auf.

Die nachfolgende Inspektion erfordert daher ein gewisses Maß an Verzugstoleranz.

Verzugstoleranter Bild-Bildvergleich

Für den Vergleich von verzugsbehafteten Aufnahmen mit dem Golden Template wurde ein Algorithmus zur Generierung eines globalen Verzugsmodells entwickelt. Durch dieses Modell werden globale Verzüge toleriert und lokale Abweichungen vom Gutmuster detektiert.

Schon bei der Berechnung des Golden Template dient ein Bild als Referenzbild. Anhand dieses Referenzbildes wird für jedes Gutmuster ein Verzugsmodell berechnet. Danach werden aus den verzugskorrigierten Bildern die Schwellwerte und das Mittelwertbild berchnet.

Bei dem Bildvergleich wird für jedes zu prüfende Bild ein Verzugsmodell zum Golden Template berechnet.

Online Farbkalibrierung

Bei auf Bild-Bildvergleichen basierenden Inspektionssystemen stellen kurz- und langzeitige Schwankungen der Beleuchtung ein bisher nur unbefriedigend gelöstes Problem dar.

Um häufige, manuelle Kalibriervorgänge mit Kalibriervorlagen zu vermeiden, wurde ein neuartiger Sensor zur Online-Überwachung der Lichtquelle eingesetzt. Dieser mehrkanalige Sensor erfasst und bewertet direkt die spektralen Eigenschaften der Beleuchtung. Die Sensordaten werden mit den Empfindlichkeiten der Kamera verrechnet und es erfolgt eine automatische Nachregelung der Kameraparameter. Dadurch wird das Prüfsystem robust gegenüber Veränderungen der Beleuchtung.

Ergebnisse

In diesem Projekt wurde ein neuartiges Verfahren zur automatischen, farbbasierten Druckbildinspektion entwickelt. Das Verfahren ist in der Lage Verzüge und Verzerrungen zwischen zwei Bildern zu erkennen und für einen Bild-Bildvergleich zu tolerieren.

Weiterhin wurde ein System zur Überwachung einer Kaltlichtquelle entwickelt, welches in der Lage ist, Schwankungen in der Beleuchtung zu erkennen und über Kameraeinstellungen bis zu einem gewissen Grad zu kompensieren.

Es wurde außerdem ein Versuchsstand geschaffen, an dem die Verfahren praktisch demonstriert werden können.