DE102006003257A1 - Registration marks detecting device for multicolor printing area, has camera, evaluation unit and light diodes arranged on common printed circuit board, and illumination device exhibiting aspherical lenses for imaging light of diodes - Google Patents

Abstract

The device has a camera (9), an evaluation unit, an illumination device exhibiting light diodes (18, 19) and aspherical lenses (24, 25) for reproducing the light of the light diodes. The camera, the evaluation unit and the light diodes are arranged on a common printed circuit board (17). The light diodes are coupled with light integrators (21, 22), which homogenize the light emitted from the light diodes. The light integrators extend between the light diodes and aspherical lenses. The light integrators are provided in slots in a plastic plate.

Description

Translated fromGerman

DieErfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Objekten nachdem Oberbegriff von Anspruch 1.TheThe invention relates to a device for detecting objectsthe preamble of claim 1.

Diezu erfassenden Objekte könneninsbesondere als Passermarken ausgebildet sein, die zur Kontrolleund Steuerung von vielfältigenBearbeitungsprozessen, insbesondere im Druckmaschinenbereich eingesetzt.Theto be detected objectsIn particular, be designed as a registration marks, the controland control of diverseMachining processes, especially used in the printing press sector.

AusderDE 103 45 290A1 ist eine Kontrollvorrichtung zur Ausrichtung von Passermarkenfür eineMehrfarbendruckmaschine bekannt. Eine Kamera nimmt ein Positionierfeldauf, welches Passermarke und Passerstift umfasst. Für die Aufnahme wirddas Positionierfeld mittels einer LED-Beleuchtungseinrichtung beleuchtet.Anhand eines Vergleichs der Position von Passermarke und Passerstift wirddie Lage der Druckplatte bestimmt und ggf. korrigiert. Um Farbsäume beim Übereinanderdrucken verschiedenerDruckplatten zu vermeiden ist hierbei eine Positioniergenauigkeitvon typischerweise 10 μmnotwendig. Hier- für ist einehochpräzisePositionsbestimmung der Passermarken unerlässlich. Voraussetzung für eine derartigehochpräzisePositionsbestimmung der Passermarken ist eine kontrastreiche detailgetreueAufnahme der Passermarken.From the DE 103 45 290 A1 For example, a control device for registering register marks for a multicolor printing machine is known. A camera picks up a positioning field that includes the registration mark and the passer pin. For recording, the positioning field is illuminated by means of an LED illumination device. Based on a comparison of the position of registration mark and Passerstift the position of the pressure plate is determined and corrected if necessary. In order to avoid color fringes when printing on different printing plates, a positioning accuracy of typically 10 μm is necessary. For this a high-precision position determination of registration marks is indispensable. Prerequisite for such a high-precision positioning of the registration marks is a high-contrast detail-accurate recording of registration marks.

Eshat sich gezeigt, dass hierfüroftmals die QualitätherkömmlicherAufnahmesysteme, insbesondere wegen der unzureichender Beleuchtung nichtausreichend ist. Besonders problematisch wird es aber bei manchensehr hellen Druckplatten, bei denen es stellenweise zu einer Überstrahlungder Aufnahme-CCDkommt, welche durch Reflektionen auf der Druckplatte ausgelöst werden.Deshalb ist man bestrebt, eine möglichstindirekte, homogene aber helle Beleuchtung der Aufnahmeregion zuerreichen. Eine Möglichkeitdies zu errei chen besteht darin, möglichst viele diffus strahlendeLichtquellen gleichmäßig verteiltgegenüberder zu beleuchtende Flächeanzuordnen. Dies ist aber mit einer großen Anzahl von benötigten Lichtquellenund damit auch einer relativ aufwändigen Elektronik verbunden.Ithas been shown that for thisoften the qualityconventionalRecording systems, especially because of insufficient lighting notis sufficient. But it will be particularly problematic for somevery bright printing plates, which are sometimes overly brightthe recording CCDcomes, which are triggered by reflections on the printing plate.That is why one endeavors one as possibleindirect, homogeneous but bright illumination of the reception areato reach. A possibilityAchieving this is to have as many diffused as possibleLight sources evenly distributedacross fromthe area to be illuminatedto arrange. But this is with a large number of required light sourcesand thus also a relatively complex electronics connected.

Eineweitere effizientere Möglichkeitder Beleuchtung ist in derDE10 2005 053 432.5 beschrieben. Hier wird das von den LEDemittierte Licht über Lichtintegratorenhomogenisiert und anschließend aufdas Positionierfeld abgestrahlt. Durch die Kombination von LED undLichtintegratoren ist eine diffuse Lichtquelle geschaffen, die einesehr effiziente Beleuchtung ermöglicht.Insbesondere kann aufgrund des Einsatzes von Lichtintegratoren aberdie Anzahl der benötigtenLichtquellen deutlich reduziert werden. Dadurch können dieKosten fürProduktion und Montage der Beleuchtungseinheit prinzipiell gesenkt werden.Leider wird ein Teil dieser Kostenreduktion durch den Bedarf anLichtintegratoren und dem damit verbundenen Justageaufwand wiederzunichte gemacht.Another more efficient way of lighting is in the DE 10 2005 053 432.5 described. Here, the light emitted by the LED is homogenized via light integrators and then emitted to the positioning field. The combination of LED and light integrators creates a diffused light source that allows for very efficient lighting. In particular, due to the use of light integrators but the number of required light sources can be significantly reduced. As a result, the costs for production and installation of the lighting unit can be reduced in principle. Unfortunately, part of this cost reduction is being canceled out by the need for lighting integrators and the associated adjustment effort.

DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangsgenannten Art bereit zu stellen, welche bei gleich bleibender Funktionalität einendeutlichen Kostenvorteil bietet.Of theInvention is the object of a device of the initiallyto provide said type, which with the same functionalityoffers significant cost advantage.

ZurLösungdieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. VorteilhafteAusführungsformenund zweckmäßige Weiterbildungender Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.tosolutionThis object, the features of claim 1 are provided. advantageousembodimentsand appropriate trainingThe invention are described in the subclaims.

Dieerfindungsgemäße Vorrichtungdient generell zur Objekterfassung und insbesondere zur Erfassungvon Passermarken, welche innerhalb eines Positionierfeldes angeordnetsind, das von einer Beleuchtungseinrichtung beleuchtet wird, umes mit einer digitalen Kamera aufzunehmen.Theinventive devicegenerally serves for object detection and in particular for detectionof registration marks which are arranged within a positioning fieldwhich is lit by a lighting deviceto record it with a digital camera.

Erfindungsgemäß sind dieder Beleuchtung dienenden LED-Chips auf einer gemeinsamen Leiterplattemit dem Aufnahmeelement der digitalen Kamera integriert, so dassdie elektronische Kontaktierung übereine Leiterplatte erfolgt. Die Integration der elektrooptischenBauteile der Beleuchtung zusammen mit den elektronischen Bauteilender Aufnahmeeinheit auf einer einzigen Leiterplatte gewährleistet einenextrem kompakten und kostengünstigenAufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung.Hierdurch wird gegenüberdem Stand der Technik, in dem die Beleuchtungseinrichtung und dieAufnahmekamera als getrennte Einheiten beschrieben werden, wenigstenseine Leiterplatte eingespart, was insbesondere aufgrund der sichdadurch stark verringernden Anzahl von benötigten elektronischen Anschluss-und Versorgungskomponenten einen erheblichen Kostenvorteil bietet.Gleichzeitig wird dadurch ein kompakterer Aufbau der gesamten Vorrichtungermöglicht.Auch die Justage von Beleuchtungseinheit und Aufnahmeeinheit zueinandervereinfacht sich, da diese bereits bei der Montage auf die Leiterplattevorgenommen werden kann und damit festgelegt ist.According to the inventionthe illumination serving LED chips on a common circuit boardintegrated with the receiving element of the digital camera, so thatelectronic contacting viaa printed circuit board takes place. The integration of the electro-opticalComponents of the lighting together with the electronic componentsthe recording unit on a single circuit board ensures aextremely compact and inexpensiveStructure of the device according to the invention.This is oppositeIn the prior art, in which the lighting device and theRecording camera will be described as separate units, at leastsaved a circuit board, which in particular due to thegreatly reducing the number of electronic connectionand supply components offers a significant cost advantage.At the same time this is a more compact design of the entire deviceallows.Also, the adjustment of lighting unit and recording unit to each otherSimplified, as these already during assembly on the circuit boardcan be made and thus fixed.

Vorteilhafterweisesind die LED der Beleuchtungseinrichtung mit Lichtintegratoren gekoppelt,so dass ihr Licht verlustfrei homogenisiert werden kann. Als Lichtintegratorkann ein Hohlraum oder eine andere Anordnung verwendet werden, beider eine Mehrfachreflektion zwischen mehreren Flächen zu einer Homogenisierungdes Lichts führt.Derartige Lichtintegratoren sind beispielsweise als Ulbricht-Kugelbekannt. Durch die Verwendung von Lichtintegratoren zur Homogenisierungder Lichtquelle kann eine diffuse Beleuchtung erreicht werden, diesehr hell ist, so dass eine kontrastreiche Aufnahme ermöglicht undgleichzeitig unerwünschteReflektionen vermieden werden. Insbesondere gewährleistet die Kombination vonLED und Lichtintegratoren aber, dass eine ausreichend helle homogeneBeleuchtung mit einer äußerst geringenAnzahl von benötigtenLED erreicht werden kann. Eine geringe Anzahl von LED, im Idealfallgenügenmaximal 4 LED, gewährleistet,dass die optoelektronischen Bauteile der Beleuchtungseinrichtungauf der Leiterplatte nur einen relativ geringen Bauraum einnehmen,so dass auf der Leiterplatte noch genügend Platz zum Integrierender elektronischen Bauteile der Kamera verbleibt. Eine möglichstverlustfreie Homogenisierung des von den LED emittierten Lichtsermöglichtgewissermaßenerst die Integration von Beleuchtungseinheit und Kamera auf nureiner kompakten Leiterplatte.Advantageously, the LEDs of the illumination device are coupled to light integrators, so that their light can be homogenized lossless. As the light integrator, a cavity or other arrangement may be used in which multiple reflection between plural areas results in homogenization of the light. Such light integrators are known, for example, as Ulbricht sphere. Through the use of light integrators for homogenizing the light source, a diffuse illumination can be achieved, which is very bright, so that a high-contrast recording allows and at the same time unwanted reflections are avoided. In particular, however, the combination of LED and light integrators ensures that a sufficiently bright homogeneous illumination can be achieved with an extremely small number of required LEDs. A small number of LEDs, ideally a maximum of 4 LEDs, ensures that the optoelectronic components of the illumination device occupy only a relatively small space on the printed circuit board, so that there is still sufficient space left on the printed circuit board for integrating the electronic components of the camera. A possible loss-free homogenization of the light emitted by the LED allows, as it were, only the integration of lighting unit and camera on only one compact circuit board.

Ineiner vorteilhaften Ausführungsformder Erfindung ist die Aufnahmeeinheit der Kamera als CCD oder CMOS-Chipaufgebaut. Auch diese elektronischen Komponenten können heutzutagein Minaturform realisiert werden und haben deshalb einen sehr geringenPlatzbedarf, was die möglicheIntegration von Aufnahme und Beleuchtungseinheit auf einer Leiterplatteunterstützt.Inan advantageous embodimentthe invention is the recording unit of the camera as a CCD or CMOS chipbuilt up. These electronic components can nowadaysbe realized in miniature form and therefore have a very smallSpace requirements, what the possibleIntegration of recording and lighting unit on a printed circuit boardsupported.

Ineiner vorteilhaften Ausführungsformist der Aufnahmestrahlengang insbesondere zwischen Aufnahmeeinheitund Kameraobjektiv gegenüberdem von den LED emittierten Licht abgeschottet. Dadurch wird verhindert,dass Licht des Beleuchtungsstrahlengangs über das Kameraobjektiv oderdirekt in den Abbildungsstrahlengang gelangt und auf den Aufnahmechipfällt.Inan advantageous embodimentis the recording beam path in particular between recording unitand camera lens oppositethe light emitted by the LED is shielded. This preventsthat light of the illumination beam path via the camera lens ordirectly into the imaging beam path and on the recording chipfalls.

Ineiner vorteilhaften Ausführungsformsind die Aufnahmekomponenten der Kamera, also der Aufnahmechip unddas Objektiv in einen lichtdichten Tubus integriert, dadurch kannjegliches unerwünschteStreulicht aus dem Beleuchtungsstrahlengang von den Aufnahmekomponentenauf einfache Art und Weise ferngehalten werden.Inan advantageous embodimentare the recording components of the camera, so the recording chip andthe lens integrated into a light-tight tube, thereby canany unwantedStray light from the illumination beam path of the recording componentskept away in a simple way.

Umeine Anordnung der die Beleuchtungseinrichtung bildenden LED-Chipsauf der Leiterplatte zu erzielen, sind geeignete Abbildungseinrichtungen für die vonden LED-Chips emittierten Lichtstrahlen erforderlich. In einer vorteilhaftenAusführungsform sinddas Licht der LED-Chips auf das Positionierfeld abbildende Abbildungseinrichtungenauf einer Ebene mit dem Kameraobjektiv zum Abbilden des Positionierfeldesauf dem CCD-Chip angeordnet. Diese Anordnung der Objektive nebeneinanderstellt eine weitere Maßnahmedar um zu verhindern, dass Streulicht des Beleuchtungsstrahlengangsin den Abbildungsstrahlengang gelangt. Außerdem ermöglicht diese Anordnung eineweitere Integration von Bestandteilen der Beleuchtungseinrichtungund der Abbildungs einrichtung in einem Element. So lassen sich vorzugsweisedie Abbildungseinrichtungen der Lichtquelle und das Objektiv derKamera als integrierte Linsen in eine besonders kostengünstige Acrylplatte einformen.Dies bietet einen weiteren großenKostenvorteil und stellt einen weiteren Schritt zu einem besonderskompakten Aufbau der Vorrichtung dar. Vorzugsweise wird bei diesemAufbau das Licht der LED übereinen Lichtintegrator homogenisiert, der gleichzeitig als Lichtleiterzwischen LED-Chip und davon beabstandeten Abbildungseinrichtungender Beleuchtungseinrichtung fungiert. Dadurch wird das Licht derLED innerhalb des Lichtintegrators auf die Höhe des Kameraobjektivs geführt, sodass vermieden wird, dass Streulicht von der Beleuchtungseinheitin den Abbildungsstrahlengang gelangt.Aroundan arrangement of the lighting device forming LED chipsTo achieve on the circuit board, suitable imaging devices for theLight beams emitted by the LED chips are required. In an advantageousEmbodiment arethe light of the LED chips on the positioning field imaging imaging deviceson one level with the camera lens for imaging the positioning fieldarranged on the CCD chip. This arrangement of the lenses side by siderepresents another measureto prevent stray light of the illumination beam pathgets into the imaging beam path. In addition, this arrangement allows afurther integration of components of the lighting deviceand the imaging device in one element. This is preferablethe imaging devices of the light source and the lens ofForming the camera as an integrated lens into a particularly inexpensive acrylic plate.This offers another greatCost advantage and makes a further step to a particularcompact design of the device. Preferably, in thisBuild up the light of the LEDHomogenized a light integrator, the same time as a light guidebetween the LED chip and imaging devices spaced therefromthe lighting device acts. This will light theLed within the light integrator to the height of the camera lens, sothat avoids stray light from the lighting unitgets into the imaging beam path.

Ineiner weiteren voreilhaften Ausführungsformwird das Eintreten von Streulicht aus dem Beleuchtungsstrahlengangin den Abbildungsstrahlengang dadurch vermieden, dass das von denLED emittierte bzw. aus den Lichtintegratoren austretende Lichtzumindest bereichsweise in Spiegelschächten geführt wird. In Spiegelschächten erfolgteine weitere Homogenisierung des Lichts verlustfrei und ein Abstrahlendes Lichts in ungewünschteBereiche kann vermieden werden.Inanother early embodimentis the occurrence of stray light from the illumination beam pathin the imaging beam path avoided by that of theLED emitted or emerging from the light integrators lightat least partially guided in mirror shafts. Done in mirror shaftsa further homogenization of the light lossless and a blastingof the light in unwantedAreas can be avoided.

Ineiner vorteilhaften Ausführungsformder Beleuchtungseinrichtung ist je einem LED-Chip ein Lichtintegratorzugeordnet. Hierdurch könnendie Lichtintegratoren extrem kompakt gehalten werden, was einenrobusten und kompakten Aufbau der Beleuchtungseinrichtung unterstützt. Fernerist es dadurch möglich,das Positionierfeld von mehreren unterschiedlichen Strahlungsquellenaus zu beleuchten, indem die Lichtintegratoren beabstandet zueinanderangeordnet werden. Auch dies fördertdie Homogenitätder Beleuchtung der Passermarken. In einer besonders vorteilhaftenAusführungsformder Anordnung sind diese mehreren Lichtintegratoren konzentrischum die Aufnahmeachse der Kamera angeordnet. Hierdurch wird das Lichtbesonders homogen überdas aufzunehmende Positionierfeld verteilt, so dass es möglich ist,die aufzunehmende Flä che gleichmäßig auszuleuchten.Andernfalls müsstedie Beleuchtung so weit gestreut werden, dass die gesamte Umgebungmit beleuchtet wird um eine ähnlicheHomogenitätzu erreichen, was wiederum große Verlustemit sich brächte.Inan advantageous embodimentThe lighting device is each a LED chip, a light integratorassigned. This allowsthe light integrators are kept extremely compact, giving arobust and compact design of the lighting device supported. Furtheris it possiblethe positioning field of several different radiation sourcesto illuminate by the light integrators spaced from each otherto be ordered. This also promotesthe homogeneitythe illumination of the registration marks. In a particularly advantageousembodimentIn the arrangement, these multiple light integrators are concentricarranged around the recording axis of the camera. This turns the lightparticularly homogeneous overdistributes the positionable field so that it is possible toilluminate the surface to be absorbed evenly.Otherwise it would have tothe lighting will be spread so far that the entire environmentis lit with a similar onehomogeneityto achieve, which in turn causes huge lossesbring with it.

Ineiner besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung handeltes sich bei dem aufzunehmenden Positionierfeld um ein Rechteck und dieLichtintegratoren werden entsprechend an den Ecken eines Recktecksangeordnet. Diese Form ist deswegen bevorzugt, weil die aufnehmendeCCD im Allgemeinen eine Rechteckform aufweist. Idealerweise istdie Anordnung der Lichtintegratoren also in Abhängigkeit von der Form des aufnehmendenDetektors gewählt.Dadurch dass die zu beleuchtende Fläche an die Aufnahmeeinheitangepasst wird, kann bei der Aufnahme die höchstmögliche Auflösung bei geringem Lichtverlusterreicht werden. Insbesondere bei der Integration von LED und Detektorauf einer Leiterplatte bietet dieses Anordnung den Vorteil, dassder Aufbau und die Anordnung der optoelektronischen Bauteile vonBeleuchtung- und Abbildungseinrichtung besonders stimmig gestaltetist, so dass die Anordnung auf nur einer gemeinsamen Leiterplattedadurch erheblich vereinfacht wird.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the male positioning field is a rectangle and the light integrators are arranged correspondingly at the corners of a rectangle. This shape is preferred because the receiving CCD is generally rectangular in shape. Ideally, the arrangement of the light integrators is thus selected as a function of the shape of the receiving detector. The fact that the surface to be illuminated is adapted to the recording unit, the highest possible resolution can be achieved with low loss of light during recording. Especially with the integration of LED and detector on one Printed circuit board provides this arrangement has the advantage that the structure and arrangement of the optoelectronic components of lighting and imaging device is designed to be particularly consistent, so that the arrangement is considerably simplified on only one common circuit board.

Besondersvorteilhaft ist eine Ausführungsformder Erfindung, bei der die Lichtintegratoren durch Ausbuchtungenin einer Kunststoffplatte realisiert werden, welche als Aufnahmenfür dieLEDs dienen. Dies stellt eine besonders kostengünstige Realisierung von Lichtintegratorendar und unterstützt ebenfallseinen besonders kompakten robusten Aufbau der Beleuchtungseinrichtung.Die den LED zugewandten Kavitäten,welche in der Kunststoffplatte ausgeformt sind, weisen vorzugsweiseeine Reflektivitätvon mehr als 90 %, bevorzugt mehr als 95 oder 99 % auf. Zu diesemZweck wird entweder eine Kunststoffplatte verwendet, welche einweißesMaterial, wie beispielsweise weißes Polycarbonat umfasst, oderdie Kunststoffplatte im Bereich der Kavität mit einer weißen Beschichtung überzogen,die das Licht diffus reflektiert.Especiallyan embodiment is advantageousof the invention, wherein the light integrators by bulgesbe realized in a plastic plate, which as recordingsfor theLEDs are used. This represents a particularly cost-effective realization of light integratorsand supports as wella particularly compact robust construction of the lighting device.The cavities facing the LED,which are formed in the plastic plate, preferably havea reflectivitygreater than 90%, preferably greater than 95 or 99%. To thisPurpose is either a plastic plate used, which is awhiteMaterial, such as white polycarbonate comprises, orthe plastic plate in the area of the cavity is coated with a white coating,which reflects the light diffusely.

Vorzugsweisewird die Kunststoffplatte, in der die Lichtintegratoren eingeformtsind, außerhalb derKavitätenalso außerhalbdes Bereichs der Lichtintegratoren mit einer schwarzen Beschichtungversehen. Hierdurch könnenunerwünschteStreulichteinfällevermieden werden.Preferablybecomes the plastic plate in which the light integrators are moldedare outside thewellsso outsidethe area of the light integrators with a black coatingMistake. This allowsundesirableScattered light invasionsbe avoided.

Ineiner besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung istdie Austrittsöffnungeines Lichtintegrators mit einem Streumedium versehen. Hierdurchkann zum einen eine zusätzlicheHomogenisierung des Lichts erreicht werden, insbesondere eröffnet dieVerwendung eines Streumediums an der Austrittsöffnung des Lichtintegratorsaber die Möglichkeitdas Profil der austretenden Strahlung räumlich zu gestalten. HierdurchkönnenAbbildungsfehler der Aufnahmeoptik wie beispielsweise ein Randabfall desObjektivs korrigiert werden. Dies lässt sich einfach dadurch realisieren,dass das Streumedium in der Mitte optisch dichter ausgebildet istals am Rand. Hierdurch wird das Positionierfeld im Zentrum etwas wenigerbeleuchtet als am Rand, was den Randabfall des Aufnahmeobjektivsausgleicht. Auch beliebige andere flächige Abbildungsfehler desObjektivs lassen sich hiermit korrigieren. Besonders kostengünstig undvorteilhaft lässtsich das Streumedium durch eine sehr dünne Membran realisieren. DieseMembran weist vorzugsweise eine Dicke kleiner als 125 μm auf. ZurKorrektur des Randabfalls kann die Membran im Zentrum der Austrittsöffnung entwederetwas dicker gewähltwerden oder ein optisch dickeres Material wird in die Membran eingebracht.Ina particularly advantageous embodiment of the inventionthe exit openingof a light integrator provided with a scattering medium. herebycan on the one hand an additionalHomogenization of light can be achieved, in particular opens theUse of a scattering medium at the exit opening of the light integratorbut the possibilityto spatially shape the profile of the exiting radiation. herebycanAbbildfehler the recording optics such as a Randabfall ofObjectively corrected. This can be realized simply bythat the scattering medium is optically denser in the middleas on the edge. As a result, the positioning field in the center is a little lessIlluminated as being at the edge, reflecting the edge drop of the shooting lensbalances. Also any other surface aberrations of theLens can be corrected hereby. Particularly inexpensive andadvantageousthe scattering medium can be realized through a very thin membrane. TheseThe membrane preferably has a thickness of less than 125 μm. toCorrection of the rim drop can be done in the center of the outlet eitherchosen a little thickeror a visually thicker material is introduced into the membrane.

Dersandwichartige Aufbau der Vorrichtung, bestehend aus einer Leiterplatteauf der die LED und die elektronischen Komponenten der Kamera aufgebrachtsind, einer Kunststoffplatte, in die die Lichtintegratoren eingeformtsind, und einer weiteren Platte, in die die Kondensorlinsen eingeformtsind, garantiert eine extrem kostengünstige, flache und robusteAusführungder Vorrichtung. Aufgrund dieser robusten, platzsparenden und kostengünstigenBauweise wird diese Vorrichtung für den Einsatz in Druckmaschinen verwendbar.Of thesandwich-type construction of the device, consisting of a printed circuit boardon which the LED and the electronic components of the camera are appliedare, a plastic plate into which the light integrators are moldedare, and another plate in which the condenser lenses moldedare guaranteed, an extremely cost-effective, flat and robustexecutionthe device. Because of this rugged, space-saving and cost-effectiveConstruction, this device is suitable for use in printing machines.

DieErfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Eszeigen:TheThe invention will be explained below with reference to the drawings. Itdemonstrate:

1:Schematische Darstellung einer Anordnung mit einer Vorrichtung zurErfassung von Passermarken. 1 : Schematic representation of an arrangement with a device for detecting registration marks.

2:Blockschaltbild der Vorrichtung gemäß1. 2 : Block diagram of the device according to 1 ,

3:Schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Erfassungvon Passermarken. 3 : Schematic sectional view of a device for detecting registration marks.

Diein1 dargestellte Anordnung zeigt einen Ausschnitteiner Mehrfarbendruckmaschine. Der dargestellte Ausschnitt zeigteine Druckwalze1, auf welche eine Druckplatte2 aufgezogenwird. Zur Erstellung eines Mehrfarbendrucks werden die einzelnenFarben in separaten Druckprozessen auf eine Papierbahn oder dergleichenaufgedruckt. Fürjeden Druckprozess mit einer bestimmten Farbe wird auf die Druckwalze1 einebestimmte hierfürvorgesehene Druckplatte2 als Arbeitsmedium auf die Druckwalze1 aufgezogen.In the 1 shown arrangement shows a section of a multi-color printing machine. The section shown shows a pressure roller 1 on which a printing plate 2 is raised. To create a multi-color print, the individual colors are printed in separate printing processes on a paper web or the like. For every printing process with a specific color is applied to the platen 1 a specific printing plate provided for this purpose 2 as a working medium on the pressure roller 1 reared.

Umein einwandfreies Mehrfarbendruckbild zu erhalten, müssen dieeinzelnen Druckplatten2 jeweils exakt in einer jeweilsvorgegebenen Sollposition auf der Druckwalze1 aufgebrachtwerden. Dabei müssendie Druckplatten2 sowohl in Längsrichtung als auch in Umfangsrichtungder Druckwalze1 mit einer Genauigkeit von typischerweise10 μm positioniertund fixiert werden.To get a flawless multicolor print image, the individual plates need to be 2 each exactly in a respective predetermined desired position on the pressure roller 1 be applied. The pressure plates must 2 both in the longitudinal direction and in the circumferential direction of the pressure roller 1 be positioned and fixed with an accuracy of typically 10 microns.

ZurEinhaltung dieser Genauigkeit ist auf jede Druckplatte2 einePassermarke3 aufgebracht, deren Ausrichtung relativ zueinem Passerstift4 an der Druckwalze1 kontrolliertwird. Wie aus1 ersichtlich weist die Druckplatte2 anihrem oberen Rand eine Aussparung5 mit einem kreisförmigen Querschnittauf. Die Druckplatte2 wird in ihre Sollposition eingeschoben,in welcher der Passerstift4 in dieser Aussparung5 liegt.Die Passermarke3 liegt unmittelbar angrenzend an die Aussparung5 imBereich des oberen Randes der Druckplatte2.To maintain this accuracy is on every pressure plate 2 a registration mark 3 applied, their orientation relative to a registration pin 4 at the pressure roller 1 is controlled. How out 1 As can be seen, the pressure plate 2 at its upper edge a recess 5 with a circular cross section. The printing plate 2 is inserted into its desired position, in which the registration pin 4 in this recess 5 lies. The registration mark 3 is immediately adjacent to the recess 5 in the area of the upper edge of the printing plate 2 ,

DieAusrichtung der Passermarke3 relativ zum Passerstift4 wirdmit einer Vorrichtung6 kontrolliert, welche von einemoptischen Sensorsystem gebildet ist. Dieses Sensorsystem erfasstinnerhalb eines vorgegebenen Sichtfelds7 ein Bild derOberflächender Druckwalze1 und der Druckplatte2, wobei dasSichtfeld7 derart gewähltist, dass in diesem die Passermarke3 und der Passerstift4 liegt.The orientation of the registration mark 3 relative to the passer pin 4 is with a device 6 controlled, which is formed by an optical sensor system. This sensor system detects within ei nes given field of view 7 an image of the surfaces of the pressure roller 1 and the printing plate 2 , where the field of view 7 is chosen such that in this the registration mark 3 and the passer pin 4 lies.

DerAufbau der Vorrichtung6 ist in2 schematischdargestellt. Die Vorrichtung6 ist in einem Gehäuse8 integriertund weist als Sensorkomponente eine Kamera9 auf. Die Kamera9 istim vorliegenden Fall als CCD-Kamera ausgebildet, welche als photoempfindlicheElemente eine matrixförmige Anordnungvon CCD-Elementen aufweist. Alternativ kann die Kamera9 alsCMOS-Kamera9 mit einer Anordnung von CMOS-Elementen ausgebildetsein.The construction of the device 6 is in 2 shown schematically. The device 6 is in a housing 8th integrated and has as a sensor component a camera 9 on. The camera 9 is formed in the present case as a CCD camera, which has a matrix-like arrangement of CCD elements as photosensitive elements. Alternatively, the camera 9 as a CMOS camera 9 be formed with an array of CMOS elements.

DerKamera9 ist ein Objektiv10 vorgeordnet, welchesdas von Objektstrukturen innerhalb des Sichtfelds7 zurückreflektierteEmpfangslicht11 auf die Kamera9 projiziert.Zur Beleuchtung des Sichtfelds7 weist die Vorrichtung6 eineBeleuchtungseinheit12 auf. Im vorliegenden Fall ist dieBeleuchtungseinheit12 als LED-Beleuchtung ausgebildet,die im Gehäuse8 derVorrichtung6 integriert ist. Prinzipiell sind auch externeBeleuchtungseinheiten12 außerhalb des Gehäuses8 einsetzbar.Generell emittiert die Beleuchtungseinheit12 Lichtstrahlen13,die das Sichtfeld7 möglichsthomogen ausleuchten. Generell könnenBeleuchtungseinheiten12 eingesetzt werden, die Lichtstrahlenim sichtbaren und/oder Infrarot und/oder UV-Bereich emittieren.Dabei kann das emittierte Licht polarisiert oder unpolarisiert sein. Insbesondereder Aufbau der Beleuchtungseinheit12 als Bestandteil derVorrichtung wird in3 im Detail erläutert. DieVorrichtung6 weist weiterhin eine Auswerteeinheit14 auf, dievon einem Mikroprozessor oder dergleichen gebildet ist. An die Auswerteeinheit14 sindsowohl die Kamera9 als auch die Beleuchtungseinheit12 angeschlossen.Mit der Auswerteeinheit14 wird somit die Beleuchtungseinheit12 angesteuert.Zudem erfolgt in der Auswerteeinheit14 die Auswertungder mit der Kamera9 erzeugten Bildinformationen. In Abhängigkeitder Bildinformationen werden in der Auswerteeinheit14 Ausgangssignalegeneriert, die übereine Schnittstelleneinheit15 ausgegeben werden. Über dieSchnittstelleneinheit15 können weiterhin Eingabegrößen, insbesondere Parameterwertein die Auswerteeinheit14 eingelesen werden. Die Schnittstelleneinheit15 bestehtbeispielsweise aus einer RS 232-Schnittstelle und einer Anordnungvon binärenEingängenund Ausgängen.The camera 9 is a lens 10 preceded by that of object structures within the field of view 7 reflected back light 11 to the camera 9 projected. To illuminate the field of view 7 has the device 6 a lighting unit 12 on. In the present case, the lighting unit 12 designed as LED lighting in the housing 8th the device 6 is integrated. In principle, external lighting units are 12 outside the case 8th used. Generally, the lighting unit emits 12 light rays 13 that the field of vision 7 illuminate as homogeneously as possible. Generally, lighting units can 12 can be used that emit light rays in the visible and / or infrared and / or UV range. In this case, the emitted light can be polarized or unpolarized. In particular, the structure of the lighting unit 12 as part of the device is in 3 explained in detail. The device 6 also has an evaluation unit 14 on, which is formed by a microprocessor or the like. To the evaluation unit 14 are both the camera 9 as well as the lighting unit 12 connected. With the evaluation unit 14 thus becomes the lighting unit 12 driven. It also takes place in the evaluation unit 14 the evaluation of the camera 9 generated image information. Depending on the image information are in the evaluation 14 Output signals generated via an interface unit 15 be issued. About the interface unit 15 can continue to input variables, in particular parameter values in the evaluation 14 be read. The interface unit 15 For example, it consists of an RS 232 interface and an array of binary inputs and outputs.

Umeine reproduzierbare Kontrolle der Positionierung der Passermarke3 mittelsder Vorrichtung6 zu gewährleisten, ist es erforderlich,dass die Vorrichtung6 exakt in einer festen Sollpositionrelativ zur Druckwalze1 angeordnet ist. Die Vorrichtung6 ist dabeian einer nicht dargestellten Befestigungsvorrichtung montiert. ZurKalibrierung der Einbaulage der Vorrichtung6 wird mitder Kamera9 innerhalb eines Kalibriervorgangs wenigstenseine Referenzmarke erfasst. Im vorliegenden Fall ist die Referenzmarkevon dem ortsfest an der Druckwalze1 angebrachten Passerstift4 gebildet.Mit der Kamera9 wird das Bild des Passerstifts4 erfasst.In der Auswerteeinheit14 werden die geometrischen Merkmaledes Passerstifts4 ausgewertet. Die Vorrichtung6 liegtdann innerhalb der Sollposition, wenn die geometrischen Merkmaledes Passerstifts4 in vorgegebenen Soll-Lagen erkannt werden.To a reproducible control of the positioning of the registration mark 3 by means of the device 6 To ensure it is necessary that the device 6 exactly in a fixed set position relative to the pressure roller 1 is arranged. The device 6 is mounted on a fastening device, not shown. For calibration of the installation position of the device 6 is with the camera 9 detected within a calibration at least one reference mark. In the present case, the reference mark of the stationary on the pressure roller 1 attached registration pen 4 educated. With the camera 9 becomes the picture of the passer pin 4 detected. In the evaluation unit 14 become the geometric features of the passer pin 4 evaluated. The device 6 is then within the nominal position if the geometric features of the registration pin 4 be detected in predetermined target positions.

Beider Aufnahme, insbesondere von Passermarken auf stark reflektierendenDruckplatten muss eine homogene, in der Ausdehnung begrenzte Beleuchtungeingesetzt werden. Eine hierfürausgezeichnet geeignete Beleuchtungseinheit ist als Bestandteilder in3 im Querschnitt schematisch dargestellten Vorrichtungzu sehen. Sie weist eine Kamera9 mit einer Halterung aufin der ein CCD-Chip16 integriert ist, der an einer Leiterplatte17 befestigtist. Auf der selben Leiterplatte17 sind Leuchtdioden18 und19 sowiezwei weitere in der Figur verdeckte Leuchtdioden aufgesetzt. Prinzipiell sindin dieser Ausführungsowohl alle Leuchtdioden als auch die zugehörigen Bauelemente doppelt vorhanden,was aus der Querschnittsdarstellung freilich nicht hervorgehen kann.Die Leuchtdioden18,19, sowie die zwei Weiterennicht dargestellte, sind konzentrisch um die Achse des Objektiv10,das sich im oberen Bereich der Kamera9 befindet, in Formeines Rechtecks entsprechend der Form des CCD16, welchessich im unteren Bereich der Kamera9 befindet, auf derLeiterplatte17 angeordnet. Oberhalb der Leiterplatte17 befindetsich eine weißeKunststoffplatte20 mit hohlen Fortsätzen21 und22 für die Leuchtdioden18 und19,welche Lichtintegratoren zur Lichtmischung erzeugen. Die LED18 und19 werdenalso jeweils von einer Kavität21 und22 umschlossen,die von der Kunststoffplatte20 gebildet wird. Die dabeiin dem Lichtintegrator21,22 entstehende diffuseLambertstrahlung wird übereine dünneweißeMembran, welche nicht separat dargestellt ist, an der Oberseite derIntegrationskammer21,22 abgestrahlt, und über asphärische Linsen24 und25,welche sich in oder auf einer weiteren Kunststoffplatte26 befinden,in das Sichtfeld7 der Kamera9 abgebildet. DieLinsen24,25 sind gegenüber den optischen Achsen der Leuchteinheiten,welche durch Leuchtdioden18 und19, Integrationskammern21 und22 sowieden entsprechenden Membranen gebildet werden, versetzt angeordnet.Durch diese außeraxialeAnordnung der Linsen24 und25 welche in Richtungder optischen Achse des Aufnahmeobjektivs10 besteht, wirdeine Überlagerungder abgebildeten Lichtmuster auf dem Sichtfeld7 der Kamera9 ander Position der Druckplatte2 erreicht. Insbesondere findethier eine Überlagerungrein diffuser Strahlung statt, wodurch Reflektionen welche zur Überstrahlungder Aufnahmesensoren führenkönnten,vermieden werden.When recording, especially registration marks on highly reflective printing plates, a homogeneous, limited in extent illumination must be used. An excellent lighting unit for this is included as part of in 3 To see in the cross section schematically illustrated device. She has a camera 9 with a mount on in a CCD chip 16 integrated, which is connected to a circuit board 17 is attached. On the same circuit board 17 are light emitting diodes 18 and 19 and two more hidden in the figure light-emitting diodes. In principle, all LEDs and the associated components are duplicated in this embodiment, which of course can not emerge from the cross-sectional representation. The light-emitting diodes 18 . 19 , as well as the two others not shown, are concentric about the axis of the lens 10 that is in the upper part of the camera 9 is in the form of a rectangle corresponding to the shape of the CCD 16 , which is in the lower part of the camera 9 located on the circuit board 17 arranged. Above the circuit board 17 there is a white plastic plate 20 with hollow extensions 21 and 22 for the light-emitting diodes 18 and 19 which produce light integrators for light mixing. The LED 18 and 19 So each of a cavity 21 and 22 enclosed by the plastic plate 20 is formed. The case in the light integrator 21 . 22 resulting diffuse Lambert radiation is a thin white membrane, which is not shown separately, at the top of the integration chamber 21 . 22 blasted, and over aspherical lenses 24 and 25 , which are in or on another plastic plate 26 are in the field of view 7 the camera 9 displayed. The lenses 24 . 25 are opposite to the optical axes of the lighting units, which by light emitting diodes 18 and 19 , Integration chambers 21 and 22 and the corresponding membranes are formed offset. By this extra-axial arrangement of the lenses 24 and 25 which in the direction of the optical axis of the taking lens 10 is a superimposition of the imaged light pattern on the field of view 7 the camera 9 at the position of the pressure plate 2 reached. In particular, a superposition of purely diffuse radiation takes place here, as a result of which reflections which could lead to the radiation of the recording sensors being avoided are avoided.

11

Druckwalzeplaten

22

Druckplatteprinting plate

33

Passermarkeregistration mark

44

PasserstiftPasser pin

55

Aussparungrecess

66

Vorrichtungcontraption

77

Sichtfeldfield of view

88th

Gehäusecasing

99

Kameracamera

1010

Objektivlens

1111

Empfangslichtreceived light

1212

Beleuchtungseinheitlighting unit

1313

Lichtstrahlenlight rays

1414

Auswerteeinheitevaluation

1515

SchnittstelleneinheitInterface unit

1616

CCDCCD

1717

Leiterplattecircuit board

1818

Leuchtdiodeled

1919

Leuchtdiodeled

2020

KunststoffplattePlastic plate

2121

Lichtintegratorlight integrator

2222

Lichtintegratorlight integrator

2424

asphärische Linseaspherical lens

2525

asphärische Linseaspherical lens

2626

KunststoffplattePlastic plate

Claims (14)

Translated fromGerman

Vorrichtung zur Erfassung von Objekten, mit einerKamera (9), einer Auswerteeinheit, einer LED-Chips (18,19)aufweisenden Beleuchtungseinrichtung (12) und Abbildungseinrichtungen(24,25) zum Abbilden des Lichts der LED-Chips(18,19),dadurch gekennzeichnet, dassdie Kamera (9), die Auswerteeinheit (14) und dieLED-Chips (18,19) auf einer gemeinsamen Leiterplatte(17) angeordnet sind.Device for detecting objects, with a camera ( 9 ), an evaluation unit, an LED chip ( 18 . 19 ) having lighting device ( 12 ) and imaging devices ( 24 . 25 ) for imaging the light of the LED chips ( 18 . 19 ),characterized in that the camera ( 9 ), the evaluation unit ( 14 ) and the LED chips ( 18 . 19 ) on a common printed circuit board ( 17 ) are arranged.Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die LED-Chips(18,19) mit wenigstens einem Lichtintegrator(21,22) gekoppelt sind, der das von ihnen emittierteLicht homogenisiert.Device according to claim 1, characterized in that the LED chips ( 18 . 19 ) with at least one light integrator ( 21 . 22 ), which homogenizes the light emitted by them.Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Kamera (9) einen CCD- oder CMOS-Chip (16)aufweist, der mit der Leiterplatte (17) gekoppelt ist.Device according to claim 2, characterized in that the camera ( 9 ) a CCD or CMOS chip ( 16 ), which is connected to the circuit board ( 17 ) is coupled.Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass der Aufnahmestrahlengang zwischen CCD- oder CMOS-Chip (16)und dem Kameraobjektiv (10) optisch von dem Beleuchtungsstrahlenganggetrennt ist.Apparatus according to claim 3, characterized in that the recording beam path between CCD or CMOS chip ( 16 ) and the camera lens ( 10 ) is optically separated from the illumination beam path.Vorrichtung Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dassder CCD- oder CMOS-Chip (16) und das Kameraobjektiv (10)von einem lichtdichten Tubus umgeben sind.Device according to claim 4, characterized in that the CCD or CMOS chip ( 16 ) and the camera lens ( 10 ) are surrounded by a light-tight tube.Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass die Abbildungseinrichtungen (24,25) zumAbbilden des Lichts der LED-Chips (18,19) wenigstensauf gleicher Höhemit dem Kameraobjektiv (10) angeordnet sind.Device according to claim 4, characterized in that the imaging devices ( 24 . 25 ) for imaging the light of the LED chips ( 18 . 19 ) at least at the same height as the camera lens ( 10 ) are arranged.Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass die Abbildungseinrichtungen (24,25,26)für dieBeleuchtungseinrichtung und das Kameraobjektiv (10) ineiner Acrylplatte (26) eingeformt sind.Apparatus according to claim 6, characterized in that the imaging devices ( 24 . 25 . 26 ) for the illumination device and the camera lens ( 10 ) in an acrylic plate ( 26 ) are formed.Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass der Lichtintegrator (21,22) sich zwischenLED-Chips (18,19) und Abbildungslinse (24,25)erstreckt.Device according to claim 4, characterized in that the light integrator ( 21 . 22 ) between LED chips ( 18 . 19 ) and imaging lens ( 24 . 25 ).Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass ein Spiegelschacht im Beleuchtungsstrahlengang abgeordnet ist.Device according to claim 4, characterized in thatthat a mirror shaft is seconded in the illumination beam path.Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Beleuchtungseinrichtung (12) je einen Lichtintegrator(21,22) pro LED-Chip (18,19) aufweist.Apparatus according to claim 2, characterized in that the illumination device ( 12 ) one light integrator each ( 21 . 22 ) per LED chip ( 18 . 19 ) having.Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,dass die Anordnung der Lichtintegratoren (21,22)entsprechend der Form der Anfnahmeeinheit (16) der Kamera(9) gewähltist.Apparatus according to claim 10, characterized in that the arrangement of the light integrators ( 21 . 22 ) according to the shape of the receiving unit ( 16 ) the camera ( 9 ) is selected.Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,dass die Lichtintegratoren (21,22) durch Vertiefungenin einer Kunststoffplatte (20) gebildet werden.Apparatus according to claim 10, characterized in that the light integrators ( 21 . 22 ) through depressions in a plastic plate ( 20 ) are formed.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,dass die Objekte von Passermarken gebildet sind.Device according to one of claims 1 to 12, characterizedthat the objects are formed by registration marks.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,dass mit der Kamera (9) ein Positionierfeld, in dem diePassermarken angeordnet sind, erfasst wird.Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that with the camera ( 9 ) a positioning field in which the registration marks are arranged is detected.