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Hochsicherheitsdruckkontrolle

Neue Möglichkeiten für die Druckinspektion

Eine Kombination zur Druck- und Musterinspektion von Contact Image Sensors (CIS) mit einem Softwaretool, das auf den neuesten Erkenntnissen der Forschung im Bereich des automatischen Anlernens basiert, bringt erhebliche Verbesserungen für die Inspektion und Überprüfung von Sicherheitsdruckerzeugnissen, vor allem bei Sicherheitshologrammen.
Die Inspektion und Überprüfung von Sicherheitsmerkmalen ist eine häufige Anwendung für eine Vielzahl von Bahnwaren oder Einzelblatt-basierten Produkten wie z.B. Banknoten, Schecks, Lotterielosen oder Software-Sicherheitsetiketten. Zu den Anforderungen gehören dort oft die Überprüfung der Anwesenheit, der Position und der Vollständigkeit der jeweiligen Merkmale wie z.B. integrierter Folien- und Hologrammelemente oder die Kontrolle von speziellen Merkmalen in Rohpapier wie z.B. Sicherheitsstreifen oder Wasserzeichen. Das Überprüfen solcher Sicherheitsmerkmale erfolgt üblicherweise durch den Vergleich des Prüfteils mit einem einzigen Musterteil (Gutteil), das auch als ‚Golden Template‘ bezeichnet wird. Die Abweichungen, die sich dabei ergeben, werden als etwaige Mängel vom Bildverarbeitungssystem erkannt. Zwei Faktoren haben dabei entscheidenden Einfluss auf die Wirksamkeit dieses Ansatzes. Zum einen ist wichtig, inwieweit die Prüfteile unter identischen Bedingungen aufgenommen werden. Zum anderen können unvermeidbare, aber unkritische Variationen an den Prüfteilen, die durch das Material oder den Produktionsprozess entstanden sein können, negative Auswirkungen auf die Stabilität des Prüfprozesses haben. Die Kombination von Contact Image Sensors (CIS) und dem Softwaretool CVB Flex Inspect nimmt sich dieser beiden Punkte an. Das Softwaretool wurde von dem britischen Unternehmen Vision Experts für die Softwarebibliothek Common Vision Blox (CVB) entwickelt und bietet eine einzigartige Methode zur Mustererkennung, die sowohl zusammen mit Zeilen- als auch mit Flächenkameras eingesetzt werden kann.

Verzerrungsfreie Bilder mit CIS

Für die Inspektion von breiten Bahnwaren bzw. Druckbögen wie z.B. Sicherheitsetiketten kommen traditionell häufig Zeilenkameras mit entozentrischen Objektiven zum Einsatz. Durch die Abbildungseigenschaften dieser Optiken kommt es zu unterschiedlichen Betrachtungswinkeln entlang der Sensorzeile. Dies ist speziell bei der Abbildung von Hologrammen problematisch, denn naturgemäß verändert schon eine kleine Variation des Betrachtungswinkels deren Erscheinungsbild komplett. Die KD-Serie der Mitsubishi Electric Contact Imaging Sensors (CIS) erzeugt im Gegensatz dazu ein nahezu verzerrungsfreies Bild, da der lange Zeilensensor das Objekt im Maßstab eins zu eins abbildet. Die Bildaufnahme erfolgt bei den CIS-Modellen über eine doppelte Reihe von Stablinsen (Gradientenindex-Linsen), die auf den tri-linearen CMOS-Sensor ausgerichtet sind. Über jede einzelne Stablinse wird ein sehr kleiner Bereich des Prüfobjekts aufgenommen. Aufgrund einer leichten Überlappung der einzelnen Bilder entsteht über die gesamte Länge des Sensors ein klares, scharfes, zeilenförmiges Bild mit einer Auflösung von 600dpi. Zwei Gruppen weißer LED-Beleuchtungen in den Sensoren lassen sich in ihrer Intensität unabhängig voneinander steuern, was in vielen Einsatzbereichen hilfreich ist. Die Beleuchtung ist dabei über die gesamte Sensorlänge hinweg homogen und Shading-frei, wodurch selbst Defekte an den Rändern der Abbildung noch gut erkannt werden können. Die Anordnung erzeugt ein quasi-telezentrisches Bild bei jedem Pixel, wodurch eine bemerkenswerte Bildhomogenität entsteht. Dies zeigt sich deutlich in der hohen Übereinstimmung der abgebildeten Hologramme in Bild 1. Die Datenausgabe erfolgt über eine CameraLink-Schnittstelle. Die CIS-Produkte sind in drei verschiedenen Längen von 309, 617 und 926mm verfügbar.

Automatisches Anlernen

Zu Schwierigkeiten bei der herkömmlichen ‚Golden Template‘-Vergleichsmethode kommt es zwangsläufig immer dann, wenn unkritische Produktvariationen innerhalb der einzelnen Musterteile auftreten und es dadurch bei den Differenzbildern zu erkennbaren Abweichungen kommt. CVB Flex Inspect verwendet hingegen einen anderen Ansatz, der auf den neuesten Erkenntnissen der Forschung im Bereich des automatischen Anlernens basiert: Anstatt nur auf ein einzelnes Gutteil zu setzen, bildet das System während der Anlernphase aus vielen guten, aber nicht komplett identischen Musterteilen ein komplexes Vergleichsmodell. Dieses Modell berücksichtigt während des Anlernens alle zulässigen Variationen im Trainings-Set. Im Inspektionsbetrieb vergleicht das Softwaretool dann die Bilder der Prüfobjekte mit dem erstellten flexiblen Modell aller erlaubten Abweichungen und berechnet daraus ein Differenzbild. Das Tool lernt im Trainingsbetrieb, welche Abweichungen zu erwarten sind, und stellt dem Anwender zudem eine Visualisierung der Variationen des Template-Modells zur Verfügung. Dieser kann somit das Niveau der Produktabweichungen besser einschätzen und ein Gefühl dafür entwickeln, was das System gelernt hat und welche Differenzen es noch als Gutteil akzeptiert. Wenn das System eine noch unbekannte Abweichung erkennt, erfolgt eine Benachrichtigung an den Anwender, der dann entscheiden kann, ob er diese Variation als Gutteil akzeptiert und in sein Modell integriert, oder ob sie als Fehler ausgeschleust wird. CVB Flex Inspect unterstützt Multi-Core CPUs von Intel mit zwei oder mehreren unabhängigen Kernen. Die Software arbeitet mit Teilbildern oder Pixelblöcken, die unabhängig voneinander, je nach Anzahl der CPU-Cores im System, verarbeitet werden können.

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