DE20105152U1

DE20105152U1 - Monitoring the left / right edges color difference of sheet-like materials

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Publication number: DE20105152U1
Application number: DE20105152U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-03-25
Filing date: 2001-03-25
Publication date: 2001-07-12
Anticipated expiration: 2011-03-26

Description

Gebrauchsmusteranmeldung
Bezeichnung :Utility model application
Designation :

Erfinder:
Anmelder:Inventor:
Applicant:

Überwachung der Links/Rechtskante-Farbtreue von bahnförmigen Materialien in der ProduktionslinieMonitoring the left/right edge color fidelity of web materials in the production line

Prof. Dr. Ing. Robert Massen Am Rebberg 29 D-78337 Öhningen ist der ErfinderProf. Dr. Ing. Robert Massen Am Rebberg 29 D-78337 Öhningen is the inventor

Bei der Herstellung von bahnförmigen Bodenbelägen wie Teppichware, Linoleumböden, Kunststoffböden, Laminatböden u.a. ist ein heute noch ungenügend beherrschtes Problem die geringen, aber für das menschliche Auge nach dem Verlegen der Böden dennoch störend sichtbaren Farbunterschiede zwischen der linken und der rechten Bahnkante. In der Tat werden beim Verlegen von Bahnen die jeweilige rechte Bahnkante unmittelbar an die linke Bahnkante der nächsten Bahn anstossen. Da das menschliche Auge zwar wenig empfindlich auf absolute Farbabweichungen, aber sehr empfindlich auf Farbdifferenzen zwischen benachbarten Flächen reagiert, führen bereits sehr leichte Farbabweichungen quer zur produzierten Bahn nach dem Verlegen zu kostspieligen Reklamationen. In der Produktionslinie sind diese Abweichungen visuell an den oft 4 bis 6 Meter breiten Bahnen nicht erkennbar. Die traditionellen Farbmessgeräte wiederum sind nicht in der Lage, Farbabweichungen bei mehrfarbigen und gemusterten Oberflächen zu überwachen ( siehe auch: Robert Massen &ldquor; On-line Imaging Colorimetry : Ein neues Verfahren zur Überwachung von gemusterten Textilbahnen in der Produktionslinie". Taschenbuch für die Textilindutrie 2000. Herausgeber Dr. Walter Loy, Dez. 1999, Verlag Schiele & Schön, Berlin.In the manufacture of sheet-like floor coverings such as carpets, linoleum, plastic, laminate, etc., a problem that is still not sufficiently controlled today is the slight but nevertheless disturbing color differences between the left and right sheet edges after the flooring has been laid. In fact, when laying sheets, the right sheet edge will directly touch the left sheet edge of the next sheet. Since the human eye is not very sensitive to absolute color deviations, but very sensitive to color differences between neighboring surfaces, even very slight color deviations across the produced sheet after laying lead to costly complaints. In the production line, these deviations are not visually visible on the sheets, which are often 4 to 6 meters wide. Traditional color measuring devices, on the other hand, are not able to monitor color deviations in multi-colored and patterned surfaces (see also: Robert Massen "On-line Imaging Colorimetry: A new method for monitoring patterned textile webs in the production line". Taschenbuch für die Textilindustrie 2000. Editor Dr. Walter Loy, Dec. 1999, Verlag Schiele & Schön, Berlin.

In dieser Veröffentlichung wird auch ein patentiertes Verfahren des Autors besprochen, welches die auf dem Vergleich von 3-dimensionalen Farbhistogrammen beruht und in der Lage ist, Farbveränderungen bei mehrfarbigen und gemusterten Bahnen zu erkennen und zu überwachen. Dieses Verfahren beruht auf dem Einsatz von bildgebenden Farbsensoren wie z.B. Farbzeilenkameras .This publication also discusses a patented method developed by the author, which is based on the comparison of 3-dimensional color histograms and is able to detect and monitor color changes in multi-colored and patterned webs. This method is based on the use of imaging color sensors such as color line scan cameras.

Nicht besprochen und genannt ist aber eine praxisnahe Anwendung der Patentidee für die Erkennung von Lins/Rechts-Kantenfehler infolge von Farbweichungen bei der Produktion von bahnförmigen Materialien wie Bodenbeläge welche die Ungenauigkeiten der bildgebenden Sensoren berücksichtigt. Insbesondere ist aus der Patentanmeldung nicht zu entnehmen, wie mit Hilfe von zwangsläufig nicht unendlich stabilen Farbkameras, der ebenfalls nicht unendlich stabilen Beleuchtungssysteme unter Produktionsbedingungen die sehr geringen Kantenabweichungen verlässlich gemessen , überwacht und protokolliert werden können.What is not discussed or mentioned, however, is a practical application of the patent idea for the detection of left/right edge errors as a result of color deviations in the production of web-shaped materials such as floor coverings, which takes the inaccuracies of the imaging sensors into account. In particular, the patent application does not explain how the very small edge deviations can be reliably measured, monitored and recorded under production conditions using color cameras that are not necessarily infinitely stable and lighting systems that are also not infinitely stable.

Erfindungsgemäss wird die zu überwachende Materialbahn mit mindestens zwei farbtüchtigen bildgebenden Sensoren zumindest auf dem linken und auf dem rechten Bahnrand laufend bildgebend erfasst, wobei zur Gewinnung der Farbreferenz während einer, der eigentlichen Überwachung vorgeschalteten Lernphase beide Sensoren für mindestens der Dauer eines Rapports mechanisch in eine solche Aufhahmeposition gebracht werden, dass sie den gleichen Bahnrand beobachten , dass aus den in dieser Position aufgenommenen Bildsignalen die den Bildsignalen des jeweiligen Sensors zugeordnetenAccording to the invention, the material web to be monitored is continuously imaged with at least two color-capable imaging sensors at least on the left and right web edges, whereby in order to obtain the color reference during a learning phase preceding the actual monitoring, both sensors are mechanically brought into such a recording position for at least the duration of a repeat that they observe the same web edge, that from the image signals recorded in this position, the

mas-2-mas-2-

Farbhistogramme ermittelt werden, dass diese ggfls. nach einer rechnerischen Transformation als zwei, jeweils einem Sensor zugeordnete Referenzen im Speicher einer Rechenanlage abgelegt werden, dass zur eigentlichen Überwachung nach der Lernphase die beiden Sensoren mechanisch so positioniert werden, dass ein Sensor den linken Bahnrand und ein Sensor den rechten Bahnrand beobachtet, dass in diesen Positionen laufend Bildsignale aufgenommen und hieraus laufend Farbhistogramme berechnet werden, dass laufend diese Farbhistogramme mit den jeweils abgespeicherten Referenzfarbhistogrammen verglichen werden und ein Farbabweichungsmass zwischen der linken und der rechten Bahnkante sowie ein Farbabweichungsmass entlang der als Referenz festgelegten Bahnkante bestimmt, angezeigt und protokolliert wird.Color histograms are determined, that these are stored in the memory of a computer system as two references, each assigned to a sensor, after a computational transformation, if necessary, that for the actual monitoring after the learning phase the two sensors are mechanically positioned so that one sensor observes the left edge of the web and one sensor the right edge of the web, that image signals are continuously recorded in these positions and color histograms are continuously calculated from them, that these color histograms are continuously compared with the respectively stored reference color histograms and a color deviation measure between the left and right web edges as well as a color deviation measure along the web edge defined as the reference is determined, displayed and logged.

Der Erfindungsgedanke sei beispielhaft anhand Fig. 1 erklärt. Eine Bahn wird von zwei, mit Hilfe von zwei linearen Achsen-1- und-2- positionierbaren, farbtüchtigen Bildsensoren -3- und -A- überwacht. Als Referenzkante sei die rechte Bahnkante -5- , in Transportrichtung gesehen, definiert.The inventive concept is explained using the example of Fig. 1. A web is monitored by two color-capable image sensors -3- and -A- that can be positioned with the help of two linear axes -1- and -2-. The right web edge -5-, seen in the transport direction, is defined as the reference edge.

Während der Lernphase, z.B. zu Beginn einer neuen Produktion, werden beide Sensoren in die Position A gefahren und beobachten dort eine Strecke, welche zumindest einem ganzen einem Rapport -6- entspricht. Damit sind die aus den entsprechenden Bildsignalen ermittelten Farbhistogramme statistisch signifikant und repräsentativ. Aus den Bildern beider Sensoren werden die beiden Referenzhistogramme Rl und R2 in der Recheneinheit -7- ermittelt und dort getrennt abgespeichert.During the learning phase, e.g. at the start of a new production, both sensors are moved to position A and observe a distance there that corresponds to at least one complete repeat -6-. The color histograms determined from the corresponding image signals are therefore statistically significant and representative. The two reference histograms Rl and R2 are determined from the images of both sensors in the computing unit -7- and stored there separately.

Durch die Aufnahme jeweils einer Referenz pro Sensor werden alle Abweichungen dieses Sensors und der ihm zugeordneten Beleuchtung von seinen idealen SOLL-Daten im dem jeweiligen Referenzfarbhistogramm miterfasst. Die Sensoren brauchen daher nur für den relativ kurzen Zeitraum einer Produktion ( in der Praxis typ. zwischen 15 bis 90 Minuten ), d.h. fur den Zeitraum zwischen zwei Referenzmessungen, stabil bleiben.By recording one reference per sensor, all deviations of this sensor and the lighting assigned to it from its ideal target data are recorded in the respective reference color histogram. The sensors therefore only need to remain stable for the relatively short period of production (in practice typically between 15 and 90 minutes), i.e. for the period between two reference measurements.

Nach der Lernphase werden wie in Fig. 2 gezeigt, die Sensoren -1 und -2- in ihre Messpositionen A und B gefahren. Der Sensor -1- bleibt in diesem Ausfuhrungsbeispiel in der Referenzposition A am rechten Bahnrand, der zweite Sensor fährt in die Messposition B am linken Bahnrand. In dieser Messposition erfassen die Sensoren fortlaufend die Bahn. Aus Bildausschnitten, welche mindestens einem ganzen Rappport entsprechen, werden die jeweiligen aktuellen Farbhistogramme Hl und H2 berechnet und mit den jeweiligen abgespeicherten Referenzhistogrammen Rl und R2 verglichen. Dabei enstehen fortlaufend folgende Differenzen.After the learning phase, as shown in Fig. 2, the sensors -1 and -2- are moved to their measuring positions A and B. In this example, the sensor -1- remains in the reference position A on the right edge of the web, the second sensor moves to the measuring position B on the left edge of the web. In this measuring position, the sensors continuously record the web. The respective current color histograms Hl and H2 are calculated from image sections that correspond to at least one entire repeat and compared with the respective stored reference histograms Rl and R2. The following differences continuously arise.

D(A₅A) = Differenz (Hl, Rl )
D(A,B) = Differenz ( H2, R2 )D(A ₅ A) = Difference (Hl, Rl )
D(A,B) = Difference ( H2, R2 )

Die Differenz D(A, A) gibt die Farbabweichung am rechten Bahnrand entlang der Bahnlänge an. Die Differenz D(A,B) gibt die jeweilige Farbabweichung zwischen der rechten und der linken Bahnkante an..The difference D(A, A) indicates the color deviation at the right edge of the web along the length of the web. The difference D(A,B) indicates the respective color deviation between the right and left edges of the web.

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mas-3-mas-3-

Welche algorithmischen Verfahren zur Bestimmung der Differenz zwischen zwei 3-dimensionalen Farbhistogramme eingesetzt werden ist nicht Bestandteil der Erfindung. Aus der Literatur sind zahlreiche Abweichungsmasse wie der Korrelationskoeffizient, die Summe der quadrierten Abweichungen, die Entropie etc. bekannt.Which algorithmic methods are used to determine the difference between two 3-dimensional color histograms is not part of the invention. Numerous deviation measures such as the correlation coefficient, the sum of the squared deviations, the entropy, etc. are known from the literature.

Wichtig und erfindungsgemäß ist, dass durch die Bestimmung der Differenzen die jeweils von den Sensoren in der gleichen Referenzposition aufgenommenen Bildsignalen verwendet werden und damit bei der Ermittlung der Farbdifferenzen die absolute Genauigkeit der Sensoren keinen negativen Einfluss hat.. Lediglich eine ausreichende Stabilität der Sensoren für den Zeitraum zwischen zwei Lernphasen ist gefordert.It is important and in accordance with the invention that the image signals recorded by the sensors in the same reference position are used to determine the differences, so that the absolute accuracy of the sensors has no negative influence on the determination of the color differences. Only sufficient stability of the sensors for the period between two learning phases is required.

Erfindungsgemäss enthalten beide Sensoren eine Vorrichtung zur Rekalibration: Dies kann z.B. durch eine in das Bildfeld einschwenkbare Farbreferenzleiste erreicht werden.According to the invention, both sensors contain a device for recalibration: This can be achieved, for example, by a color reference bar that can be pivoted into the image field.

Es ist ein weiterer Erfindungsgedanken, dass die Lernphase genau einen oder eine ganze Anzahl von Rapporten beträgt, da in diesem Fall die statistische Unsicherheit der Farbhistogramme Null ist. Es ist erfindungsgemäß nicht erforderlich, dass die Bildaufnahme mit dem Beginn des Rapportes synchronisiert ist. Für die statistische Genauigkeit kommt es lediglich darauf an, dass ein ganzer Rapport erfasst wird; dies kann auch dadurch geschehen, dass z.B. die letzten 30% vom ersten Rapport und die ersten 70% des folgenden Rapports erfasst werden. Die Rapportlänge ist durch das Druckwerk festgelegt und bekannt. Erfindungsgemäß erfasst der Bildrechner über einen Drehgeber oder eine ähnliche Schnittstelle die durchlaufende Warenlänge, um die Bildauswertung auf die Länge eines Rapports abstimmen zu können.Another inventive idea is that the learning phase is exactly one or a whole number of repeats, since in this case the statistical uncertainty of the color histograms is zero. According to the invention, it is not necessary for the image recording to be synchronized with the start of the repeat. For statistical accuracy, it is only important that an entire repeat is recorded; this can also be done by recording, for example, the last 30% of the first repeat and the first 70% of the following repeat. The repeat length is determined and known by the printing unit. According to the invention, the image computer records the length of the product passing through via a rotary encoder or a similar interface in order to be able to adjust the image evaluation to the length of a repeat.

Die beispielhafte Erklärung des Erfindungsgedanken anhand von zwei bildgebenden Farbsensoren ist nicht ausschließlich zu sehen. Die Verwendung von mehr als zwei Sensoren, z.B. zur Bestimmung der Farbdifferenzen zwischen den Bahnkanten und der Bahnmitte ist ebenfalls Gedanke dieser Erfindung. Wesentlich ist, dass auch hier die Lernphase so durchgeführt wird, dass alle Sensoren die gleiche Referenzstrecke beobachten.The exemplary explanation of the inventive concept based on two imaging color sensors is not to be seen as exclusive. The use of more than two sensors, e.g. to determine the color differences between the edges of the track and the middle of the track, is also the idea behind this invention. It is important that the learning phase is carried out in such a way that all sensors observe the same reference path.

Natürlich ist auch eine Anordnung aus lediglich einem einzigen ,bildgebenden Farbsensor, welcher die gesamte Bahnbreite erfasst, Teil des Erfindungsgedanken. Dies ist technisch besonders einfach durch die Verwendung von Farbzeüenkameras zu erreichen. In diesem Fall wird die Referenzstrecke aus den Bildsignalen quer über die Bahn so ausgeblendet, dass nur die Bildpunkte, welche z.B. die rechte Bahnkante erfassen, zur Ermittlung des Referenzfarbhistgramms Rl herangezogen werden. Die Differenzen D(A, A) und D(B₁B) werden analog dadurch berechnet, dass die aktuellen Histogramme aus den den Messstrecken A und B entsprechenden Bildpunkten des Sensors berechnet werden.Of course, an arrangement of just a single imaging color sensor that covers the entire width of the web is also part of the inventive concept. This is technically particularly easy to achieve by using color cameras. In this case, the reference section is masked out from the image signals across the web so that only the pixels that cover the right edge of the web, for example, are used to determine the reference color histogram Rl. The differences D(A, A) and D(B ₁ B) are calculated analogously by calculating the current histograms from the pixels of the sensor that correspond to the measuring sections A and B.

Claims

1. Continuous monitoring of the colour difference between the left and right edges of multi-coloured, patterned web-shaped materials, by comparing 3-dimensional colour histograms determined with imaging sensors, in particular in the production of floor coverings, characterized in that the material web to be monitored is continuously imaged with at least two colour-capable imaging sensors at least on the left and right web edges, wherein in order to obtain the colour reference during a learning phase preceding the actual monitoring, both sensors are mechanically brought into a recording position for at least the duration of one repeat such that they observe the same web edge, that the 3-dimensional reference colour histograms assigned to the image signals of the respective sensor are determined from the image signals recorded in this position, that these are, if necessary. after a computational transformation, they are stored in the memory of a computer system as two references, each assigned to a sensor, that for the actual monitoring after the learning phase, the two sensors are mechanically positioned so that one sensor observes the left edge of the web and one sensor observes the right edge of the web, that image signals are continuously recorded in these positions and current 3-dimensional color histograms are continuously calculated from them, that these color histograms are continuously compared with the respectively stored reference color histograms, a color deviation measure along the web edge defined as the reference and/or a color deviation measure between the left and right web edges is determined and displayed.

2. Continuous monitoring according to claim 1, characterized in that both during the learning phase and during the monitoring phase the 3-dimensional color histograms are determined precisely from one or a whole number of repeats.

3. Continuous monitoring according to claim 1 to 2, characterized in that the material web is detected over its entire width by an imaging color sensor and the reference and measurement positions are determined by the subset of the pixels which image these positions.

4. Continuous monitoring according to claims 1 to 3, characterized in that the imaging color sensors each have a mechanically pivotable color calibration template.