Angesichts
dieses Standes der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin,
ein Verfahren aufzuzeigen, das zur Prozesskontrolle beim Drucken die
Messung von Rastertonwerten auf verschiedenen drucktechnischen Substraten,
wie bedrucktem Papier, allen Arten von Druckplatten, Filmen sowie insbesondere
auch auf glatten Druckformen, wie sie bei der digitalen Formerstellung
in der Druckmaschine zum Einsatz kommen, mit einer hohen Genauigkeit
ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung
einer Bilderfassungsvorrichtung, mit der zur Durchführung eines
solchen Verfahrens geeignete Bilder verschiedener drucktechnischer
Substrate, insbesondere auch glatter Druckformen mit spiegelnden
Oberflächen,
aufgenommen werden können.
Diese
Aufgaben werden erfindungsgemäß durch
ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine
Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen 2 bis
7 bzw. 9 bis 16 angegeben.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
es, den Rastertonwert eines Ausschnitts eines drucktechnischen Substrates
mit hoher Genauigkeit anhand eines aufgenommenen digitalen Bildes
automatisch zu ermitteln. Das Verfahren ist bei allen Arten von
Substraten anwendbar, insbesondere auch bei solchen mit schwierigen
Kontrastverhältnissen,
die in einem digitalen Bild zu einer Grauwertverteilung mit unscharfem Übergang
von gedeckter zu freier Fläche führen. Es
ermöglicht
dadurch aussagekräftige
Vergleiche zwischen verschiedenartigen Substraten.
In
vorteilhaften Weiterbildungen liefert das Verfahren ferner in Form
der Rastertonwertvarianz eine integrale quantitative Aussage über die
Homogenität
des Rastertonwertes in einem betrachteten Ausschnitt eines Substrates
sowie in Form eines Grauwertbildes eine ortsaufgelöste graphische
Darstellung der Schwankungen des Rastertonwertes, die Rückschlüsse auf
die Schwankungsursachen ermöglicht.
Um
bei Substraten mit schwierigen Kontrastverhältnissen digitale Bilder von
ausreichender Qualität
für die
automatische. Auswertung aufnehmen zu können, sieht die Erfindung ferner
eine Bilderfassungsvorrichtung vor, deren Beleuchtungseinrichtung
eine jeweils separat aktivierbare und einstellbare Hell- und Dunkelfeldbeleuchtung
umfasst.
Während auflichtbeleuchtete
Densitometer üblicherweise
mit Dunkelfeldbelechtung arbeiten, ist für Messungen an spiegelnden
Substraten wie glatten Druckformen zur Erzielung eines ausreichenden Kontrastes
eine Hellfeldbeleuchtung zu bevorzugen. Mit einer solchen allein
kann aber nicht an nichtspiegelnden Substraten gemessen werden.
Durch die Kombination beider Beleuchtungsarten wird erreicht, dass
mit derselben Messvorrichtung sowohl spiegelnde Substrate, als auch
zu Vergleichs- und Kalibrierzwecken nichtspiegelnde Substrate wie
insbesondere Referenzsubstrate vermessen werden können. Ferner
ist auch eine gemischte Beleuchtung zur Optimierung des Kontrasts
möglich.
Vorteilhafterweise
werden als Lichtquellen Leuchtdioden eingesetzt, deren Licht über als
Lichtleiter fungierende Kunststoffstäbe und über Ablenk- und Streuelemente
zur Substratoberfläche
geleitet wird. Durch die Bereitstellung mehrerer verschiedenfarbig
emittierender und separat einstellbarer Leuchtdioden kann die spektrale
Zusammensetzung des eingestrahlten Lichtes zur Optimierung des Kontrasts variiert
werden, was insbesondere im Hinblick auf Messungen an farbigen Substraten
von Vorteil ist. Die Zusammenfassung aller Komponenten der Vorrichtung
in einem kompakten Gehäuse
erlaubt sowohl die stationäre
Anordnung in einer Druckmaschine, als auch den mobilen Einsatz bei
Inbetriebnahme- und Wartungsarbeiten.
Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt
1 eine an einem Ausschnitt
eines drucktechnischen Substrates gemessene Häufigkeitsverteilung des Grauwertes,
2 einen vergrößerten Ausschnitt
des mittleren Bereiches der Häufigkeitsverteilung
von 2,
3 ein digitales Bild eines
drucktechnischen Substratausschnitts,
4 ein Schema der Darstellung
einer Rastertonwertvarianz als Grauwertbild
5 eine schematische Darstellung
einer erfindungsgemäßen Bilderfassungsvorrichtung,
6 Ausführungsformen von Lichtquellen zur
Verwendung in der Vorrichtung von 5,
und
7 digitale Bilder von Ausschnitten
verschiedener drucktechnische r Substrate.
Ausgangspunkt
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist ein digitales Bild eines Ausschnitts eines drucktechnischen
Substrates, dessen Qualität Aufschluss über die
Qualität
des zu überwachenden Druckprozesses
gibt. Dabei kann es sich sowohl um Substrate wie Film oder Papier
handeln, die bereits mit herkömmlichen
Densitometern zufriedenstellend vermessen werden können, aber
auch um solche Substrate, an denen mit herkömmlichen Messgeräten nicht
ausreichend genau gemessen werden kann, wie Druckplatten und insbesondere
glatte Druckformen. Ein Beispiel für den zweiten Aspekt der Erfindung,
nämlich
eine Vorrichtung zur Erfassung eines solchen digitalen Bildes an
beliebigen drucktechnischen Substraten, wird später erläutert werden.
Ein
digitales Bild der hier interessierenden Art besteht aus einer rechteckigen
Matrix von Bildpunkten, auch Pixel genannt, von denen jedem bei der Bildaufnahme
in einem Kameramodul ein Grauwert in Form einer Digitalzahl zugeordnet
wurde. Beispielsweise besteht dieser Grauwert bei einer Auflösung von
8 Bit in einer zwischen 0 und 255 liegenden ganzen Zahl, wobei beispielsweise
der Grauwert 0 für
einen vollkommen schwarzen und der Grauwert 255 für einen
vollkommen weißen
Bildpunkt stehen kann, oder umgekehrt.
Eine
an sich bekannte Kenngröße zur Charakterisierung
eines Druckbildes ist der sogenannte Rastertonwert R, auch Flächendeckung
genannt. Er gibt an, welcher Anteil der Fläche eines Druckbildes beim
Drucken von Druckfarbe bedeckt wird. Der Rastertonwert R eines auf
einem drucktechnischen Substrat vorhandenen Druckbildes kann aus
einem von dem Substrat mit einem Kameramodul erfassten digitalen
Bild nicht ohne weiteres ermittelt werden, da es stets zahlreiche
Pixel gibt, die Ränder
von Rasterpunkten überdecken
und daher einen Grauwert aufweisen, der von dem jeweiligen Ausmaß der Überdeckung
abhängt.
Ferner erscheinen bereits aufgrund von Unvollkommenheiten der Beleuchtung
und der Substratoberfläche
selbst vollkommen in Rasterpunkten liegende Pixel nicht als vollkommen
gedeckt und vollkommen außerhalb
von Rasterpunkten liegende Pixel nicht als vollkommen frei, d.h.
der Kontrast zwischen gedeckter und freier Fläche ist stets begrenzt.
Erfindungsgemäß erfolgt
die Bestimmung des Rastertonwertes R über die Auswertung der Häufigkeitsverteilung
der Grauwerte des erfassten, digitalen Bildes. Ein Beispiel für eine solche
Häufigkeitsverteilung
ist in 1 dargestellt.
Dabei handelt es sich eigentlich um eine diskrete Häufigkeitsverteilung,
also um ein Histogramm des Grauwertes, der in diesem Fall entsprechend
einer Auflösung
von 8 Bit zwischen 0 und 255 liegt, wobei der Wert 0 einem rein
schwarzen und der Wert 255 einem rein weißen Pixel entspricht. Die Höhe der Kurve
gibt über
jedem Grauwert die Anzahl der Pixel mit diesem Grauwert an. Die
dargestellte Kurve ergibt sich durch Verbindung der einzelnen Punkte
mit geraden Linien.
Wie
in 1 erkennbar ist,
weist die Verteilung zwei ausgeprägte Maxima auf, von denen eines in
der unteren Hälfte
des Grauwertbereiches, das andere in dessen oberer Hälfte liegt.
Diese beiden Maxima entsprechen der. gedeckten, bzw. der freien Fläche des
Bildes. Sie sind im Grauwerthistogramm eines digital erfassten Druckbildes
stets zu erwarten und um so ausgeprägter, je höher der Kontrast zwischen gedeckter
und freier Fläche
ist.
Um
nun innerhalb des Grauwerthistogramms mit seinem quasi kontinuierlichen Übergang
zwischen den eigentlich binären
Eigenschaften „gedeckt" und „frei" eine Grenze zwischen
diesen Eigenschaften zu definieren, wird der Mittenbereich zwischen
den beiden zuvor erwähnten
Maxima mittels einer Ausgleichskurve ausgewertet, was in 2 dargestellt ist, die den
Mittenbereich von 1 vergrößert wiedergibt.
Wie 2 deutlich zeigt,
ist die Häufigkeitsverteilung
des Grauwertes eigentlich diskret und in dem fraglichen Bereich
nicht monoton mit einer beträchtlichen
Streuung der einzelnen Punkte um die eingetragene Ausgleichskurve
herum. Die Verwendung des Grauwertes mit der absolut geringsten
Häufigkeit
als Grenzwert zur Unterscheidung zwischen als gedeckt und als frei
zu betrachtenden Bildpunkten wäre
deshalb keine sinnvolle, weil zu ungenaue Vorgehensweise.
Eine
mögliche
Art der Ermittlung einer Ausgleichskurve ist die Bestimmung eines
Polynoms geringer Ordnung, insbesondere einer Parabel, nach der
Methode des kleinsten Fehlerquadrates, wobei in jedem Fall darauf
zu achten ist, dass die Kurve im interessierenden Bereich zu beiden
Seiten ihres Minimums monoton ansteigen soll. Methoden zur Bestimmung
von Ausgleichskurven mit Nebenbedingungen sind in der Mathematik
als solche hinreichend bekannt. Bevorzugt wird als Ausgleichskurve
der Einfachheit halber eine Parabel verwendet. Die in 2 eingetragene Kurve ist
eine Parabel.
Bei
der Berechnung der Ausgleichskurve stellt sich die Frage, über welchen
Bereich des Grauwertes sich die Kurve erstrecken soll, d.h. welcher Bereich
in die Berechnung der Kurve eingehen soll. Hierzu sieht die Erfindung
vorzugsweise vor, zunächst
die beiden zuvor erwähnen
absoluten Häufigkeitsmaxima
zu suchen und dann den zwischen diesen liegenden Grauwert mit dem
absoluten Minimum der Häufigkeit
als Mitte des Bereiches festzulegen, in dem die Verteilung durch
die Ausgleichskurve angenähert
werden soll.
Ein
erstes sinnvoll erscheinendes Kriterium zur Festlegung der Breite
des Gültigkeitsbereiches der
Ausgleichskurve ist der halbe Abstand der beiden Maxima. Dieses
Kriterium wurde bei dem in den 1 und 2 gezeigten Beispiel angewendet.
Es liefert eine Ausgleichskurve mit zufriedenstellendem Verlauf
jedoch nur bei einer ungefähr
mittigen Lage des Minimums zwischen den beiden Maxima.
Um
eine eventuell deutlich unsymmetrische Lage des Minimums zwischen
den beiden Maxima ausreichend zu berücksichtigen, ist es besser,
den Abstand des Minimums vom näherliegenden
der beiden Maxima zu bestimmen und als Breite des Gültigkeitsbereiches
der Ausgleichskurve zu wählen.
Bei diesem verfeinerten Kriterium ist die Breite des Gültigkeitsbereiches
bei exakt mittiger Lage des Minimums zwischen den beiden Maxima
am größten und beträgt dann
den halben Abstand der beiden Maxima. Sie wird aber um so kleiner,
je näher
das Minimum zu einem der beiden Maxima rückt, d.h. je unsymmetrischer
die Verteilung verläuft.
Im
gezeigten Beispiel (2)
liegt das Minimum GG der Ausgleichsparabel
bei einem Grauwert von 91. Alle Pixel unterhalb dieses Wertes GG werden nun als gedeckt gezählt, während alle
Pixel oberhalb davon als frei gezählt werden. Es werden also
die Häufigkeiten
aller Grauwerte unterhalb des Minimums GG zu
einer Anzahl N1 aufaddiert. Der Rastertonwert
R ergibt sich als prozentuales Verhältnis der Anzahl der als gedeckt
gezählten
Pixel zur Gesamtzahl der Pixel, d.h. nach der Formel R = (N1/Nges)·100 =
[N1/(N1 + N2)]·100.
Dabei braucht die Anzahl N2 der Summe der
Häufigkeiten
der Grauwerte oberhalb des Minimums nicht eigens durch Addition
ermittelt zu werden, da die Gesamtzahl Nges =
N1 + N2 der Pixel als
bekannt vorausgesetzt werden kann.
Mit
der so gewonnenen integralen, d.h. auf den gesamten Substratausschnitt
bezogenen Flächendeckung
R kann eine weitere Auswertung beginnen, nämlich die Bestimmung der Rastertonvarianz σR 2 als Maßzahl
für die
Homogenität
der Flächendeckung.
Hierzu wird eine quadratische Einheitszelle verwendet, deren Seitenlänge vorzugsweise
so groß ist
wie der kleinste Linienrasterabstand der Rasterpunkte auf dem Substrat
in den Koordinatenrichtungen des digitalen Bildes, oder auch ein ganzzahliges
Vielfaches betragen kann. Bei einer Übereinstimmung der Richtungen
der Rasterpunktlinien auf dem Substrat mit den Koordinatenrichtungen
der Pixel des digitalen Bildes entspricht die Seitenlänge einer
solchen Einheitszelle somit genau dem Linienrasterabstand der Rasterpunkte
auf dem Substrat.
Bei
einer Drehung des Linienrasters des Substrates gegenüber den
Koordinatenrichtungen des digitalen Bildes um 45°, wie sie bei dem in 3 gezeigten Beispiel vorliegt,
erhöht
sich die Seitenlänge
der Einheitszelle gegenüber
dem Linienrasterabstand der Rasterpunkte auf dem Substrat um den Faktor √2. Der Grund hierfür liegt
darin, dass die Einheitszelle der Einfachheit halber aus der Periodizität des Grauwertverlaufes
der Pixel im Koordinatensystem des digitalen Bildes bestimmt wird.
Jeder
vom Rand des Bildes mindestens eine halbe Seitenlänge einer
Einheitszelle entfernte Bildpunkt wird nun mit einer Einheitszelle
besagter Art umschrieben, wie es in 3 links
oben für
einen Bildpunkt veranschaulicht ist. Dabei ist die Einheitszelle
durch das eingezeichnete, von dem Pfeilkreuz aufgespannte Quadrat
und der umschriebene Bildpunkt durch das kleine Kreuz in der Mitte
des Quadrates gekennzeichnet. In 3 ist
der zuvor erläuterte
Zusammenhang zwischen der Seitenlänge der Einheitszelle und dem
Linienabstand der Rasterpunke bei einer Lage des Linienrasters unter
45° zum Koordinatensystem
des digitalen Bildes auf Anhieb erkennbar.
Für jeden
ausreichend von Rand beabstandeten Bildpunkt wird unter Verwendung
des zur Berechnung des Rastertonwertes R ermittelten Grenzwertes
GG und der Grauwerte der innerhalb der jeweiligen
Einheitszelle liegenden Bildpunkte ein lokaler Rastertonwert ri nach der Formel ri =
(ni1/NE)·100 berechnet.
Darin ist ni1 die Anzahl der Bildpunkte
innerhalb der jeweiligen Einheitszelle mit einem Grauwert unterhalb
von GG und NE die
Gesamtzahl der Bildpunkte einer Einheitszelle. Es versteht sich
von selbst, dass eine solche Berechnung nur für Bildpunkte durchgeführt werden
kann, die den zuvor genannten Mindestabstand vom Bildrand haben,
da sonst die Umschreibung mit einer Einheitszelle besagter Art nicht
möglich
ist.
Für jeden
solchen Bildpunkt wird ein lokaler Rastertonwert r
i und
dessen Abweichung r
i – R vom integralen Rastertonwert
R ermittelt, wobei die Berechnung beim Abarbeiten des gesamten Bildes zweckmäßigerweise
inkrementell erfolgt, d.h. bei jeder Verschiebung der betrachteten
Einheitszelle von einem Bildpunkt zum nächsten werden die unterhalb von
G
G liegenden Grauwerte der herausfallenden Bildpunkte
subtrahiert und diejenigen der hinzukommenden Bildpunkte addiert.
Dem gesamten Substratausschnitt wird nun als integraler Homogenitätsparameter
eine Rastertonwertvarianz σ
R 2 zugewiesen, die
sich nach den Regeln der mathematischen Statistik folgendermaßen errechnet:
Darin
ist n die Anzahl der Bildpunkte, für die ein lokaler Rastertonwert
ri berechnet wurde, und i ein Laufindex.
Je größer der
Wert von σR2 ist, um so größer sind die Schwankungen des
Rastertonwertes innerhalb des betrachteten Substratausschnittes.
Darüber hinaus
kann die lokale Abweichung des Rastertonwertes von seinem über den
betrachteten Substratausschnitt gemittelten Wert R für jeden mit
einer Einheitszelle umschreibbaren Bildpunkt in ein Grauwertbild
umgesetzt werden, das ortsaufgelöst
Aufschluss über
Inhomogenitäten,
wie z.B. Trends in der Schreibspurbreite des Belichters oder lokale
Belichtungsschwankungen gibt.
Hierzu
wird für
jeden umschreibbaren Bildpunkt ein Grauwert Gi folgendermaßen berechnet: Gi = GM – ξ·(ri – R)
Dabei
ist GM ein mittlerer Grauwert und ξ ein Skalierungsfaktor.
Beispielsweise wäre
bei einer Grauwertauflösung
von 8 Bit der mittlere Grauwert GM = 128
und ein typischer Wert für
den Skalierungsfaktor wäre ξ = 50/R.
Der mittlere Grauwert GM = 128 würde in diesem
Fall einem Bildpunkt zugeordnet, dessen lokaler Rastertonwert ri genau mit dem integralen Rastertonwert
R übereinstimmt.
Ein Bildpunkt, dessen lokaler Rastertonwert ri um
1 % größer ist
als R, erhielte dann einen Grauwert von 128–50 = 78.
Ein
Beispiel für
eine solche Umsetzung der lokalen Schwankungen des Rastertonwertes
in ein Grauwertbild gibt 4.
Darin ist links das digitale Bild eines Substratausschnitts und
rechts das zugehörige
Grauwertbild der Abweichung des lokalen Rastertonwertes ri von seinem Mittelwert R zu sehen. In dem
linken Bild sind drei verschiedene Einheitszellen eingetragen und
es ist jeweils durch Pfeile die Zuordnung dieser Einheitszellen
zu den zugehörigen Punkten
des rechten Bildes deutlich gemacht. Wie aus 4 zu ersehen ist, sind die Abmessungen
des rechten Bildes in beiden Koordinatenrichtungen jeweils um die
Seitenlänge
einer Einheitszelle geringer als diejenigen des linken, d.h. für einen
Randbereich des linken Bildes von der Breite einer halben Einheitszelle
findet aus dem zuvor erläuterten
Grund keine Umsetzung statt.
Je
gleichförmiger
die Rasterpunkte sind, desto homogener ist die resultierende Graufläche. Örtliche
Schwankungen des Rastertonwertes sind, obwohl sie typischerweise
nur im Bereich von 1 % bis 2% liegen, für das menschliche Auge aus
hinreichender Entfernung, d.h. im normalen Betrachtungsabstand eines
Druckproduktes sehr deutlich erkennbar und werden als störend empfunden.
Eine Problemlokalisation mittels eines Mikroskops ist hierbei nicht möglich, da
sich die örtliche
Frequenz der Schwankung bei Vergrößerung aus dem empfindlichen
Bereich des Auges heraus verschiebt. Mittels der erfindungsgemäßen Darstellung
in Form eines Grauwertbildes werden die Schwankungen dem Auge erstmals
ortsaufgelöst
zugänglich
gemacht bzw. über den
integralen Homogenitätsparameter σR 2 quantifiziert. Dass Homogenitätsuntersuchungen
der hier in Rede stehenden Art einen homogenen Sollverlauf des auf
dem Substrat betrachteten Testmusters voraussetzen, versteht sich
von selbst.
Die
Einheitszelle könnte
grundsätzlich
auch größer gewählt werden
als vorausgehend vorgeschlagen wurde, was aber eine Mittelung über eine größere Fläche bei
der Berechnung der lokalen Rastertonwerte ri und
somit eine Verringerung der örtlichen
Auflösung
bedeuten würde.
Andererseits könnte
die Einheitszelle bei einer Drehung des Linienrasters des Substrates
gegenüber
dem Koordinatensystem des digitalen Bildes durch eine geeignete
Transformation, d.h. durch Verwendung einer entsprechend gedrehten
Einheitszelle, noch in ihren Abmessungen verringert und dadurch
die örtliche
Auflösung etwas
gesteigert werden.
Um
zur Durchführung
des vorausgehend beschriebenen Verfahrens geeignete digitale Bilder
von Ausschnitten verschiedenartiger drucktechnischer Substrate aufzunehmen,
ist nach einem zweiten Aspekt der Erfindung eine universell einsetzbare
Bilderfassungsvorrichtung vorgesehen. Zu dieser gehört zunächst ein
Kameramodul 1 mit einem CCD-Bildsensor und einem Framegrabber
oder einer USB- oder Firewire-Schnittstelle. Das Kameramodul 1 ist
zum Anschluss an einen Computer bestimmt, der zur Auswertung des
aufgenommenen Bildes programmiert ist und an dessen Bildschirm das
Bild betrachtet werden kann. Vorzugsweise wird eine rauscharme Messkamera
mit mindestens 300 000 Pixeln (z.B. als 640X480-Matrix) und 8 Bit
Grauwertauflösung
verwendet. Zur weiteren Reduzierung des Kamerarauschens und einer
entsprechenden Erhöhung
der Messgenauigkeit wird über
eine Vielzahl, d.h. vorzugsweise über 20 bis 100 digitalisierte
Bilder pixelweise gemittelt und erst das auf diese Weise erzeugte,
entrauschte Bild zur Auswertung herangezogen.
Für die Abbildung
wird ein Mikroskopobjektiv 2 mit großem Arbeitsabstand gewählt. Die
Vergrößerung wird
je nach Größe des CCD-Bildsensors
so gewählt,
dass ein Bereich von einigen Quadratmillimetern, beispielsweise
2,5mm × 2mm,
abgebildet. wird. Dies minimiert den Messfehler bei der späteren Auswertung,
da eine ausreichende Bildauflösung
mit einem hinreichend großen
Bildausschnitt (je nach Raster im Mittel 100 Rasterpunkte) kombiniert
wird. Eine zu kleine Auflösung
würde bedeuten,
dass Rasterpunkte nur teilweise erfasst würden und die Messgenauigkeit
reduziert würde.
Das
wichtigste Merkmal dieses Aspektes der Erfindung ist die optimale
Anpassung der Beleuchtung an die Messsituation. Man unterscheidet
in der Mikroskopie zwischen Hellfeldbeleuchtung, bei der vom Substrat
direkt reflektiertes Licht in das Objektiv gelangt, und Dunkelbeleuchtung,
bei der nur am Substrat gestreutes Licht in das Objektiv gelangt.
Im Hinblick auf eine flexible Ausleuchtung der verschiedenartigen
Substrate und auf die verwendete Kameraanordnung kombiniert die
erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 3 einen
Planglasilluminator 4, 5 mit einer direkt beleuchtenden
Dunkelfeldlichtquelle 6.
Der
Planglasilluminator besteht aus einer Lichtquelle 4, die
quer zu dem vom Substrat 7 zum Objektiv 2 verlaufenden
Strahlengang emittiert, und einem in diesem Strahlengang unter einem
Winkel von 45° angeordneten,
teildurchlässigen
Spiegel 5, der das Licht der Lichtquelle 4 auf
das Substrat 7 umlenkt, wo es teilweise reflektiert wird
und durch den Spiegel 5 in das Objektiv 2 einfällt. Die
Dunkelfeld-Lichtquelle 6 beleuchtet das Substrat 7 unter
einem Winkel von 45° zu
besagtem Strahlengang, so dass von dieser Lichtquelle 6 stammendes
Licht nur durch Streuung am Substrat 7 in das Objektiv 2 einfallen
kann. Je nach gewünschter
Beleuchtungssituation können
die Lichtquellen einzeln oder gemeinsam eingeschaltet und in ihrer
Intensität
eingestellt werden, um den Kontrast des aufgenommenen Bildes zu
optimieren.
In 6 ist oben eine geradeaus
emittierende Hellfeld-Lichtquelle 4 und unten eine schräg unter ca.
45° emittierende
Dunkelfeld-Lichtquelle 6 schematisch dargestellt. Die Lichtquellen 4 und 6 sind
modular aufgebaut, indem Leuchtdioden 8 bzw. 9 jeweils in
einen Stab oder Barren 10 bzw. 11 aus transparentem
Kunststoff, wie er z.B. unter dem Namen „Plexiglas" erhältlich
ist, eingepasst und/oder eingeklebt sind. Der Kunststoffbarren 10 bzw. 11 fungiert
zugleich als Halter für
die Leuchtdioden 8 bzw. 9 und als Lichtwellenleiter,
indem ein Großteil
des eingekoppelten Lichts durch Totalreflexion im Barren 10 bzw. 11 gehalten
wird und ihn erst an der gewünschten Stelle
verlässt,
wie es in 6 angedeutet
ist.
Bei
entsprechenden Querschnittsabmessungen des Barrens 10 bzw. 11 können jeweils
mehrere Leuchtdioden 8 bzw. 9 nebeneinander in
einer oder auch in beiden Querschnittsrichtungen des Barrens 10 bzw. 11 angeordnet
sein, um eine sowohl ausreichend hohe, als auch gleichmäßig verteilte
Lichtintensität
zu erzielen. Ein anderer Grund für
die Anordnung mehrerer Leuchtdioden 8 bzw. 9 ist
die Kombination verschiedener Emissionsfarben zur Variation der
spektralen Zusammensetzung des eingestrahlten Lichtes, was insbesondere
bei zumindest teilweise farbigen Substraten zur Optimierung des
Kontrastes von Interesse ist. Um die spektrale Zusammensetzung variieren
zu können,
müssen
die verschiedenfarbigen Leuchtdioden separat einschaltbar und in
ihrer Intensität
separat einstellbar sein. Zur Messung schwarzer Rasterpunkte auf
einer spiegelnden Metalloberfläche,
wie sie eine glatte Druckform aufweist, hat sich der Einsatz blau
emittierender Leuchtdioden als vorteilhaft erwiesen.
An
den Austrittsflächen
der Kunststoffbarren 10 und 11 ist jeweils ein
Diffusor 12 bzw. 13 in Form einer Folie angebracht,
um eine möglichst
gleichmäßige Ausleuchtung
des von dem Kameramodul 1 erfassten Ausschnitts des Substrates 7 zu
erreichen. Alternativ hierzu kann eine Streuung des Lichtes an der
Austrittsfläche
auch durch eine Aufrauhung der Oberfläche in diesem Bereich bewirkt
werden. Um einen bestimmten Austrittswinkel zu erzielen, weist der Barren 11 der
Dunkelfeld-Lichtquelle 6 einen unter Berücksichtigung
des Brechungsindex, d.h. der zusätzlichen
Ablenkung beim Austritt infolge der Brechung, angeschrägten Oberfächenabschnitt 14 auf. Der
Breite der Barren 10 und 11 sind nur durch den verfügbaren Bauraum
Grenzen gesetzt.
Um
die Emission von störendem
Streulicht aus den Lichtquellen 4 und 6 in Richtung
des Objektivs 2 so weit als möglich zu unterbinden, ist es zweckmäßig, die
Oberflächen
der Kunststoffbarren 10 und 11 mit Ausnahme der
Lichtaustrittsflächen
mit Metallfolie zu bedecken.
Mittels
eines transparenten Kunststoffrohres ist auch eine ringförmige Lichtquelle
realisierbar, die platzsparend koaxial zum Objektiv 2 angeordnet
werden kann. Hierzu ist die eine Endfläche des Rohres mit mehreren
Bohrungen versehen, in die jeweils Leuchtdioden eingepasst sind.
Die andere Endfläche ist
axialsymmetrisch so angeschrägt,
dass das sich innerhalb des Rohres in Längsrichtung ausbreitende Licht
beim Austritt zur Mittelachse hin abgelenkt und auf den auszuleuchtenden
Bereich des Substrates 7 gebündelt wird. Eine solche rohrförmige Lichtquelle ist
vor allem als Dunkelfeld-Lichtquelle geeignet.
Die
Beleuchtungseinrichtung 3 ist mit dem Kameramodul 1 und
dem Objektiv 2 sowie einer nicht dargestellten Intensitätsregeleinrichtung
für die
Lichtquellen 4, 6 zusammen in einem Gehäuse 15 montiert,
das im Durchtrittsbereich 16 des Strahlengangs vom Substrat 7 zum
Objektiv sowie von der Dunkelfeld-Lichtquelle 6 zum Substrat
offen oder transparent ist.
Beispiele
digitaler Bilder verschiedener Substrate, die mit einer erfindungsgemäßen Bilderfassungsvorrichtung
aufgenommen wurden, sind in 7 zu
sehen. Bei den Substraten handelt es sich links oben um eine digital
in der Druckmaschine erstellte Druckform, wie sie unter dem Namen „DicoForm" bekannt ist, rechts
oben um eine Aluminium-Druckplatte, links unten um einen Film, und rechts
unten um Papier. Für
die beiden linken Aufnahmen wurde die Hellfeldbeleuchtung verwendet, bei
den beiden rechten wurde auf Dunkelfeldbeleuchtung umgeschaltet.
Wie 7 zeigt, lassen
sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
von unterschiedlichsten Substraten Bilder von für die automatische Auswertung
ausreichender Qualität
gewinnen.
