DE102006003257A1

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

Info

Publication number: DE102006003257A1
Application number: DE200610003257
Authority: DE
Inventors: Jörg Wörner
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2026-01-25
Also published as: DE102006003257B4

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

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Objekten nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The The invention relates to a device for detecting objects the preamble of claim 1.

Die zu erfassenden Objekte können insbesondere als Passermarken ausgebildet sein, die zur Kontrolle und Steuerung von vielfältigen Bearbeitungsprozessen, insbesondere im Druckmaschinenbereich eingesetzt.The to be detected objects In particular, be designed as a registration marks, the control and control of diverse Machining processes, especially used in the printing press sector.

Aus der DE 103 45 290 A1 ist eine Kontrollvorrichtung zur Ausrichtung von Passermarken für eine Mehrfarbendruckmaschine bekannt. Eine Kamera nimmt ein Positionierfeld auf, welches Passermarke und Passerstift umfasst. Für die Aufnahme wird das Positionierfeld mittels einer LED-Beleuchtungseinrichtung beleuchtet. Anhand eines Vergleichs der Position von Passermarke und Passerstift wird die Lage der Druckplatte bestimmt und ggf. korrigiert. Um Farbsäume beim Übereinanderdrucken verschiedener Druckplatten zu vermeiden ist hierbei eine Positioniergenauigkeit von typischerweise 10 μm notwendig. Hier- für ist eine hochpräzise Positionsbestimmung der Passermarken unerlässlich. Voraussetzung für eine derartige hochpräzise Positionsbestimmung der Passermarken ist eine kontrastreiche detailgetreue Aufnahme 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.

Es hat sich gezeigt, dass hierfür oftmals die Qualität herkömmlicher Aufnahmesysteme, insbesondere wegen der unzureichender Beleuchtung nicht ausreichend ist. Besonders problematisch wird es aber bei manchen sehr hellen Druckplatten, bei denen es stellenweise zu einer Überstrahlung der Aufnahme-CCD kommt, welche durch Reflektionen auf der Druckplatte ausgelöst werden. Deshalb ist man bestrebt, eine möglichst indirekte, homogene aber helle Beleuchtung der Aufnahmeregion zu erreichen. Eine Möglichkeit dies zu errei chen besteht darin, möglichst viele diffus strahlende Lichtquellen gleichmäßig verteilt gegenüber der zu beleuchtende Fläche anzuordnen. Dies ist aber mit einer großen Anzahl von benötigten Lichtquellen und damit auch einer relativ aufwändigen Elektronik verbunden.It has been shown that for this often the quality conventional Recording systems, especially because of insufficient lighting not is sufficient. But it will be particularly problematic for some very bright printing plates, which are sometimes overly bright the recording CCD comes, which are triggered by reflections on the printing plate. That is why one endeavors one as possible indirect, homogeneous but bright illumination of the reception area to reach. A possibility Achieving this is to have as many diffused as possible Light sources evenly distributed across from the area to be illuminated to arrange. But this is with a large number of required light sources and thus also a relatively complex electronics connected.

Eine weitere effizientere Möglichkeit der Beleuchtung ist in der DE 10 2005 053 432.5 beschrieben. Hier wird das von den LED emittierte Licht über Lichtintegratoren homogenisiert und anschließend auf das Positionierfeld abgestrahlt. Durch die Kombination von LED und Lichtintegratoren ist eine diffuse Lichtquelle geschaffen, die eine sehr effiziente Beleuchtung ermöglicht. Insbesondere kann aufgrund des Einsatzes von Lichtintegratoren aber die Anzahl der benötigten Lichtquellen deutlich reduziert werden. Dadurch können die Kosten für Produktion und Montage der Beleuchtungseinheit prinzipiell gesenkt werden. Leider wird ein Teil dieser Kostenreduktion durch den Bedarf an Lichtintegratoren und dem damit verbundenen Justageaufwand wieder zunichte 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereit zu stellen, welche bei gleich bleibender Funktionalität einen deutlichen Kostenvorteil bietet.Of the Invention is the object of a device of the initially to provide said type, which with the same functionality offers significant cost advantage.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.to solution This object, the features of claim 1 are provided. advantageous embodiments and appropriate training The invention are described in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient generell zur Objekterfassung und insbesondere zur Erfassung von Passermarken, welche innerhalb eines Positionierfeldes angeordnet sind, das von einer Beleuchtungseinrichtung beleuchtet wird, um es mit einer digitalen Kamera aufzunehmen.The inventive device generally serves for object detection and in particular for detection of registration marks which are arranged within a positioning field which is lit by a lighting device to record it with a digital camera.

Erfindungsgemäß sind die der Beleuchtung dienenden LED-Chips auf einer gemeinsamen Leiterplatte mit dem Aufnahmeelement der digitalen Kamera integriert, so dass die elektronische Kontaktierung über eine Leiterplatte erfolgt. Die Integration der elektrooptischen Bauteile der Beleuchtung zusammen mit den elektronischen Bauteilen der Aufnahmeeinheit auf einer einzigen Leiterplatte gewährleistet einen extrem kompakten und kostengünstigen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hierdurch wird gegenüber dem Stand der Technik, in dem die Beleuchtungseinrichtung und die Aufnahmekamera als getrennte Einheiten beschrieben werden, wenigstens eine Leiterplatte eingespart, was insbesondere aufgrund der sich dadurch stark verringernden Anzahl von benötigten elektronischen Anschluss- und Versorgungskomponenten einen erheblichen Kostenvorteil bietet. Gleichzeitig wird dadurch ein kompakterer Aufbau der gesamten Vorrichtung ermöglicht. Auch die Justage von Beleuchtungseinheit und Aufnahmeeinheit zueinander vereinfacht sich, da diese bereits bei der Montage auf die Leiterplatte vorgenommen werden kann und damit festgelegt ist.According to the invention the illumination serving LED chips on a common circuit board integrated with the receiving element of the digital camera, so that electronic contacting via a printed circuit board takes place. The integration of the electro-optical Components of the lighting together with the electronic components the recording unit on a single circuit board ensures a extremely compact and inexpensive Structure of the device according to the invention. This is opposite In the prior art, in which the lighting device and the Recording camera will be described as separate units, at least saved a circuit board, which in particular due to the greatly reducing the number of electronic connection and supply components offers a significant cost advantage. At the same time this is a more compact design of the entire device allows. Also, the adjustment of lighting unit and recording unit to each other Simplified, as these already during assembly on the circuit board can be made and thus fixed.

Vorteilhafterweise sind die LED der Beleuchtungseinrichtung mit Lichtintegratoren gekoppelt, so dass ihr Licht verlustfrei homogenisiert werden kann. Als Lichtintegrator kann ein Hohlraum oder eine andere Anordnung verwendet werden, bei der eine Mehrfachreflektion zwischen mehreren Flächen zu einer Homogenisierung des Lichts führt. Derartige Lichtintegratoren sind beispielsweise als Ulbricht-Kugel bekannt. Durch die Verwendung von Lichtintegratoren zur Homogenisierung der Lichtquelle kann eine diffuse Beleuchtung erreicht werden, die sehr hell ist, so dass eine kontrastreiche Aufnahme ermöglicht und gleichzeitig unerwünschte Reflektionen vermieden werden. Insbesondere gewährleistet die Kombination von LED und Lichtintegratoren aber, dass eine ausreichend helle homogene Beleuchtung mit einer äußerst geringen Anzahl von benötigten LED erreicht werden kann. Eine geringe Anzahl von LED, im Idealfall genügen maximal 4 LED, gewährleistet, dass die optoelektronischen Bauteile der Beleuchtungseinrichtung auf der Leiterplatte nur einen relativ geringen Bauraum einnehmen, so dass auf der Leiterplatte noch genügend Platz zum Integrieren der elektronischen Bauteile der Kamera verbleibt. Eine möglichst verlustfreie Homogenisierung des von den LED emittierten Lichts ermöglicht gewissermaßen erst die Integration von Beleuchtungseinheit und Kamera auf nur einer 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.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Aufnahmeeinheit der Kamera als CCD oder CMOS-Chip aufgebaut. Auch diese elektronischen Komponenten können heutzutage in Minaturform realisiert werden und haben deshalb einen sehr geringen Platzbedarf, was die mögliche Integration von Aufnahme und Beleuchtungseinheit auf einer Leiterplatte unterstützt.In an advantageous embodiment the invention is the recording unit of the camera as a CCD or CMOS chip built up. These electronic components can nowadays be realized in miniature form and therefore have a very small Space requirements, what the possible Integration of recording and lighting unit on a printed circuit board supported.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Aufnahmestrahlengang insbesondere zwischen Aufnahmeeinheit und Kameraobjektiv gegenüber dem von den LED emittierten Licht abgeschottet. Dadurch wird verhindert, dass Licht des Beleuchtungsstrahlengangs über das Kameraobjektiv oder direkt in den Abbildungsstrahlengang gelangt und auf den Aufnahmechip fällt.In an advantageous embodiment is the recording beam path in particular between recording unit and camera lens opposite the light emitted by the LED is shielded. This prevents that light of the illumination beam path via the camera lens or directly into the imaging beam path and on the recording chip falls.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Aufnahmekomponenten der Kamera, also der Aufnahmechip und das Objektiv in einen lichtdichten Tubus integriert, dadurch kann jegliches unerwünschte Streulicht aus dem Beleuchtungsstrahlengang von den Aufnahmekomponenten auf einfache Art und Weise ferngehalten werden.In an advantageous embodiment are the recording components of the camera, so the recording chip and the lens integrated into a light-tight tube, thereby can any unwanted Stray light from the illumination beam path of the recording components kept away in a simple way.

Um eine Anordnung der die Beleuchtungseinrichtung bildenden LED-Chips auf der Leiterplatte zu erzielen, sind geeignete Abbildungseinrichtungen für die von den LED-Chips emittierten Lichtstrahlen erforderlich. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind das Licht der LED-Chips auf das Positionierfeld abbildende Abbildungseinrichtungen auf einer Ebene mit dem Kameraobjektiv zum Abbilden des Positionierfeldes auf dem CCD-Chip angeordnet. Diese Anordnung der Objektive nebeneinander stellt eine weitere Maßnahme dar um zu verhindern, dass Streulicht des Beleuchtungsstrahlengangs in den Abbildungsstrahlengang gelangt. Außerdem ermöglicht diese Anordnung eine weitere Integration von Bestandteilen der Beleuchtungseinrichtung und der Abbildungs einrichtung in einem Element. So lassen sich vorzugsweise die Abbildungseinrichtungen der Lichtquelle und das Objektiv der Kamera als integrierte Linsen in eine besonders kostengünstige Acrylplatte einformen. Dies bietet einen weiteren großen Kostenvorteil und stellt einen weiteren Schritt zu einem besonders kompakten Aufbau der Vorrichtung dar. Vorzugsweise wird bei diesem Aufbau das Licht der LED über einen Lichtintegrator homogenisiert, der gleichzeitig als Lichtleiter zwischen LED-Chip und davon beabstandeten Abbildungseinrichtungen der Beleuchtungseinrichtung fungiert. Dadurch wird das Licht der LED innerhalb des Lichtintegrators auf die Höhe des Kameraobjektivs geführt, so dass vermieden wird, dass Streulicht von der Beleuchtungseinheit in den Abbildungsstrahlengang gelangt.Around an arrangement of the lighting device forming LED chips To achieve on the circuit board, suitable imaging devices for the Light beams emitted by the LED chips are required. In an advantageous Embodiment are the light of the LED chips on the positioning field imaging imaging devices on one level with the camera lens for imaging the positioning field arranged on the CCD chip. This arrangement of the lenses side by side represents another measure to prevent stray light of the illumination beam path gets into the imaging beam path. In addition, this arrangement allows a further integration of components of the lighting device and the imaging device in one element. This is preferable the imaging devices of the light source and the lens of Forming the camera as an integrated lens into a particularly inexpensive acrylic plate. This offers another great Cost advantage and makes a further step to a particular compact design of the device. Preferably, in this Build up the light of the LED Homogenized a light integrator, the same time as a light guide between the LED chip and imaging devices spaced therefrom the lighting device acts. This will light the Led within the light integrator to the height of the camera lens, so that avoids stray light from the lighting unit gets into the imaging beam path.

In einer weiteren voreilhaften Ausführungsform wird das Eintreten von Streulicht aus dem Beleuchtungsstrahlengang in den Abbildungsstrahlengang dadurch vermieden, dass das von den LED emittierte bzw. aus den Lichtintegratoren austretende Licht zumindest bereichsweise in Spiegelschächten geführt wird. In Spiegelschächten erfolgt eine weitere Homogenisierung des Lichts verlustfrei und ein Abstrahlen des Lichts in ungewünschte Bereiche kann vermieden werden.In another early embodiment is the occurrence of stray light from the illumination beam path in the imaging beam path avoided by that of the LED emitted or emerging from the light integrators light at least partially guided in mirror shafts. Done in mirror shafts a further homogenization of the light lossless and a blasting of the light in unwanted Areas can be avoided.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung ist je einem LED-Chip ein Lichtintegrator zugeordnet. Hierdurch können die Lichtintegratoren extrem kompakt gehalten werden, was einen robusten und kompakten Aufbau der Beleuchtungseinrichtung unterstützt. Ferner ist es dadurch möglich, das Positionierfeld von mehreren unterschiedlichen Strahlungsquellen aus zu beleuchten, indem die Lichtintegratoren beabstandet zueinander angeordnet werden. Auch dies fördert die Homogenität der Beleuchtung der Passermarken. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Anordnung sind diese mehreren Lichtintegratoren konzentrisch um die Aufnahmeachse der Kamera angeordnet. Hierdurch wird das Licht besonders homogen über das aufzunehmende Positionierfeld verteilt, so dass es möglich ist, die aufzunehmende Flä che gleichmäßig auszuleuchten. Andernfalls müsste die Beleuchtung so weit gestreut werden, dass die gesamte Umgebung mit beleuchtet wird um eine ähnliche Homogenität zu erreichen, was wiederum große Verluste mit sich brächte.In an advantageous embodiment The lighting device is each a LED chip, a light integrator assigned. This allows the light integrators are kept extremely compact, giving a robust and compact design of the lighting device supported. Further is it possible the positioning field of several different radiation sources to illuminate by the light integrators spaced from each other to be ordered. This also promotes the homogeneity the illumination of the registration marks. In a particularly advantageous embodiment In the arrangement, these multiple light integrators are concentric arranged around the recording axis of the camera. This turns the light particularly homogeneous over distributes the positionable field so that it is possible to illuminate the surface to be absorbed evenly. Otherwise it would have to the lighting will be spread so far that the entire environment is lit with a similar one homogeneity to achieve, which in turn causes huge losses bring with it.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem aufzunehmenden Positionierfeld um ein Rechteck und die Lichtintegratoren werden entsprechend an den Ecken eines Recktecks angeordnet. Diese Form ist deswegen bevorzugt, weil die aufnehmende CCD im Allgemeinen eine Rechteckform aufweist. Idealerweise ist die Anordnung der Lichtintegratoren also in Abhängigkeit von der Form des aufnehmenden Detektors gewählt. Dadurch dass die zu beleuchtende Fläche an die Aufnahmeeinheit angepasst wird, kann bei der Aufnahme die höchstmögliche Auflösung bei geringem Lichtverlust erreicht werden. Insbesondere bei der Integration von LED und Detektor auf einer Leiterplatte bietet dieses Anordnung den Vorteil, dass der Aufbau und die Anordnung der optoelektronischen Bauteile von Beleuchtung- und Abbildungseinrichtung besonders stimmig gestaltet ist, so dass die Anordnung auf nur einer gemeinsamen Leiterplatte dadurch 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.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Lichtintegratoren durch Ausbuchtungen in einer Kunststoffplatte realisiert werden, welche als Aufnahmen für die LEDs dienen. Dies stellt eine besonders kostengünstige Realisierung von Lichtintegratoren dar und unterstützt ebenfalls einen besonders kompakten robusten Aufbau der Beleuchtungseinrichtung. Die den LED zugewandten Kavitäten, welche in der Kunststoffplatte ausgeformt sind, weisen vorzugsweise eine Reflektivität von mehr als 90 %, bevorzugt mehr als 95 oder 99 % auf. Zu diesem Zweck wird entweder eine Kunststoffplatte verwendet, welche ein weißes Material, wie beispielsweise weißes Polycarbonat umfasst, oder die Kunststoffplatte im Bereich der Kavität mit einer weißen Beschichtung überzogen, die das Licht diffus reflektiert.Especially an embodiment is advantageous of the invention, wherein the light integrators by bulges be realized in a plastic plate, which as recordings for the LEDs are used. This represents a particularly cost-effective realization of light integrators and supports as well a particularly compact robust construction of the lighting device. The cavities facing the LED, which are formed in the plastic plate, preferably have a reflectivity greater than 90%, preferably greater than 95 or 99%. To this Purpose is either a plastic plate used, which is a white Material, such as white polycarbonate comprises, or the plastic plate in the area of the cavity is coated with a white coating, which reflects the light diffusely.

Vorzugsweise wird die Kunststoffplatte, in der die Lichtintegratoren eingeformt sind, außerhalb der Kavitäten also außerhalb des Bereichs der Lichtintegratoren mit einer schwarzen Beschichtung versehen. Hierdurch können unerwünschte Streulichteinfälle vermieden werden.Preferably becomes the plastic plate in which the light integrators are molded are outside the wells so outside the area of the light integrators with a black coating Mistake. This allows undesirable Scattered light invasions be avoided.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Austrittsöffnung eines Lichtintegrators mit einem Streumedium versehen. Hierdurch kann zum einen eine zusätzliche Homogenisierung des Lichts erreicht werden, insbesondere eröffnet die Verwendung eines Streumediums an der Austrittsöffnung des Lichtintegrators aber die Möglichkeit das Profil der austretenden Strahlung räumlich zu gestalten. Hierdurch können Abbildungsfehler der Aufnahmeoptik wie beispielsweise ein Randabfall des Objektivs korrigiert werden. Dies lässt sich einfach dadurch realisieren, dass das Streumedium in der Mitte optisch dichter ausgebildet ist als am Rand. Hierdurch wird das Positionierfeld im Zentrum etwas weniger beleuchtet als am Rand, was den Randabfall des Aufnahmeobjektivs ausgleicht. Auch beliebige andere flächige Abbildungsfehler des Objektivs lassen sich hiermit korrigieren. Besonders kostengünstig und vorteilhaft lässt sich das Streumedium durch eine sehr dünne Membran realisieren. Diese Membran weist vorzugsweise eine Dicke kleiner als 125 μm auf. Zur Korrektur des Randabfalls kann die Membran im Zentrum der Austrittsöffnung entweder etwas dicker gewählt werden oder ein optisch dickeres Material wird in die Membran eingebracht.In a particularly advantageous embodiment of the invention the exit opening of a light integrator provided with a scattering medium. hereby can on the one hand an additional Homogenization of light can be achieved, in particular opens the Use of a scattering medium at the exit opening of the light integrator but the possibility to spatially shape the profile of the exiting radiation. hereby can Abbildfehler the recording optics such as a Randabfall of Objectively corrected. This can be realized simply by that the scattering medium is optically denser in the middle as on the edge. As a result, the positioning field in the center is a little less Illuminated as being at the edge, reflecting the edge drop of the shooting lens balances. Also any other surface aberrations of the Lens can be corrected hereby. Particularly inexpensive and advantageous the scattering medium can be realized through a very thin membrane. These The membrane preferably has a thickness of less than 125 μm. to Correction of the rim drop can be done in the center of the outlet either chosen a little thicker or a visually thicker material is introduced into the membrane.

Der sandwichartige Aufbau der Vorrichtung, bestehend aus einer Leiterplatte auf der die LED und die elektronischen Komponenten der Kamera aufgebracht sind, einer Kunststoffplatte, in die die Lichtintegratoren eingeformt sind, und einer weiteren Platte, in die die Kondensorlinsen eingeformt sind, garantiert eine extrem kostengünstige, flache und robuste Ausführung der Vorrichtung. Aufgrund dieser robusten, platzsparenden und kostengünstigen Bauweise wird diese Vorrichtung für den Einsatz in Druckmaschinen verwendbar.Of the sandwich-type construction of the device, consisting of a printed circuit board on which the LED and the electronic components of the camera are applied are, a plastic plate into which the light integrators are molded are, and another plate in which the condenser lenses molded are guaranteed, an extremely cost-effective, flat and robust execution the device. Because of this rugged, space-saving and cost-effective Construction, this device is suitable for use in printing machines.

Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The The invention will be explained below with reference to the drawings. It demonstrate:

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

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

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

Die in 1 dargestellte Anordnung zeigt einen Ausschnitt einer Mehrfarbendruckmaschine. Der dargestellte Ausschnitt zeigt eine Druckwalze 1, auf welche eine Druckplatte 2 aufgezogen wird. Zur Erstellung eines Mehrfarbendrucks werden die einzelnen Farben in separaten Druckprozessen auf eine Papierbahn oder dergleichen aufgedruckt. Für jeden Druckprozess mit einer bestimmten Farbe wird auf die Druckwalze 1 eine bestimmte hierfür vorgesehene Druckplatte 2 als Arbeitsmedium auf die Druckwalze 1 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.

Um ein einwandfreies Mehrfarbendruckbild zu erhalten, müssen die einzelnen Druckplatten 2 jeweils exakt in einer jeweils vorgegebenen Sollposition auf der Druckwalze 1 aufgebracht werden. Dabei müssen die Druckplatten 2 sowohl in Längsrichtung als auch in Umfangsrichtung der Druckwalze 1 mit einer Genauigkeit von typischerweise 10 μm positioniert und 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.

Zur Einhaltung dieser Genauigkeit ist auf jede Druckplatte 2 eine Passermarke 3 aufgebracht, deren Ausrichtung relativ zu einem Passerstift 4 an der Druckwalze 1 kontrolliert wird. Wie aus 1 ersichtlich weist die Druckplatte 2 an ihrem oberen Rand eine Aussparung 5 mit einem kreisförmigen Querschnitt auf. Die Druckplatte 2 wird in ihre Sollposition eingeschoben, in welcher der Passerstift 4 in dieser Aussparung 5 liegt. Die Passermarke 3 liegt unmittelbar angrenzend an die Aussparung 5 im Bereich des oberen Randes der Druckplatte 2.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 ,

Die Ausrichtung der Passermarke 3 relativ zum Passerstift 4 wird mit einer Vorrichtung 6 kontrolliert, welche von einem optischen Sensorsystem gebildet ist. Dieses Sensorsystem erfasst innerhalb eines vorgegebenen Sichtfelds 7 ein Bild der Oberflächen der Druckwalze 1 und der Druckplatte 2, wobei das Sichtfeld 7 derart gewählt ist, dass in diesem die Passermarke 3 und der Passerstift 4 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.

Der Aufbau der Vorrichtung 6 ist in 2 schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 6 ist in einem Gehäuse 8 integriert und weist als Sensorkomponente eine Kamera 9 auf. Die Kamera 9 ist im vorliegenden Fall als CCD-Kamera ausgebildet, welche als photoempfindliche Elemente eine matrixförmige Anordnung von CCD-Elementen aufweist. Alternativ kann die Kamera 9 als CMOS-Kamera 9 mit einer Anordnung von CMOS-Elementen ausgebildet sein.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.

Der Kamera 9 ist ein Objektiv 10 vorgeordnet, welches das von Objektstrukturen innerhalb des Sichtfelds 7 zurückreflektierte Empfangslicht 11 auf die Kamera 9 projiziert. Zur Beleuchtung des Sichtfelds 7 weist die Vorrichtung 6 eine Beleuchtungseinheit 12 auf. Im vorliegenden Fall ist die Beleuchtungseinheit 12 als LED-Beleuchtung ausgebildet, die im Gehäuse 8 der Vorrichtung 6 integriert ist. Prinzipiell sind auch externe Beleuchtungseinheiten 12 außerhalb des Gehäuses 8 einsetzbar. Generell emittiert die Beleuchtungseinheit 12 Lichtstrahlen 13, die das Sichtfeld 7 möglichst homogen ausleuchten. Generell können Beleuchtungseinheiten 12 eingesetzt werden, die Lichtstrahlen im sichtbaren und/oder Infrarot und/oder UV-Bereich emittieren. Dabei kann das emittierte Licht polarisiert oder unpolarisiert sein. Insbesondere der Aufbau der Beleuchtungseinheit 12 als Bestandteil der Vorrichtung wird in 3 im Detail erläutert. Die Vorrichtung 6 weist weiterhin eine Auswerteeinheit 14 auf, die von einem Mikroprozessor oder dergleichen gebildet ist. An die Auswerteeinheit 14 sind sowohl die Kamera 9 als auch die Beleuchtungseinheit 12 angeschlossen. Mit der Auswerteeinheit 14 wird somit die Beleuchtungseinheit 12 angesteuert. Zudem erfolgt in der Auswerteeinheit 14 die Auswertung der mit der Kamera 9 erzeugten Bildinformationen. In Abhängigkeit der Bildinformationen werden in der Auswerteeinheit 14 Ausgangssignale generiert, die über eine Schnittstelleneinheit 15 ausgegeben werden. Über die Schnittstelleneinheit 15 können weiterhin Eingabegrößen, insbesondere Parameterwerte in die Auswerteeinheit 14 eingelesen werden. Die Schnittstelleneinheit 15 besteht beispielsweise aus einer RS 232-Schnittstelle und einer Anordnung von binären Eingängen und 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.

Um eine reproduzierbare Kontrolle der Positionierung der Passermarke 3 mittels der Vorrichtung 6 zu gewährleisten, ist es erforderlich, dass die Vorrichtung 6 exakt in einer festen Sollposition relativ zur Druckwalze 1 angeordnet ist. Die Vorrichtung 6 ist dabei an einer nicht dargestellten Befestigungsvorrichtung montiert. Zur Kalibrierung der Einbaulage der Vorrichtung 6 wird mit der Kamera 9 innerhalb eines Kalibriervorgangs wenigstens eine Referenzmarke erfasst. Im vorliegenden Fall ist die Referenzmarke von dem ortsfest an der Druckwalze 1 angebrachten Passerstift 4 gebildet. Mit der Kamera 9 wird das Bild des Passerstifts 4 erfasst. In der Auswerteeinheit 14 werden die geometrischen Merkmale des Passerstifts 4 ausgewertet. Die Vorrichtung 6 liegt dann innerhalb der Sollposition, wenn die geometrischen Merkmale des Passerstifts 4 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.

Bei der Aufnahme, insbesondere von Passermarken auf stark reflektierenden Druckplatten muss eine homogene, in der Ausdehnung begrenzte Beleuchtung eingesetzt werden. Eine hierfür ausgezeichnet geeignete Beleuchtungseinheit ist als Bestandteil der in 3 im Querschnitt schematisch dargestellten Vorrichtung zu sehen. Sie weist eine Kamera 9 mit einer Halterung auf in der ein CCD-Chip 16 integriert ist, der an einer Leiterplatte 17 befestigt ist. Auf der selben Leiterplatte 17 sind Leuchtdioden 18 und 19 sowie zwei weitere in der Figur verdeckte Leuchtdioden aufgesetzt. Prinzipiell sind in dieser Ausführung sowohl alle Leuchtdioden als auch die zugehörigen Bauelemente doppelt vorhanden, was aus der Querschnittsdarstellung freilich nicht hervorgehen kann. Die Leuchtdioden 18, 19, sowie die zwei Weiteren nicht dargestellte, sind konzentrisch um die Achse des Objektiv 10, das sich im oberen Bereich der Kamera 9 befindet, in Form eines Rechtecks entsprechend der Form des CCD 16, welches sich im unteren Bereich der Kamera 9 befindet, auf der Leiterplatte 17 angeordnet. Oberhalb der Leiterplatte 17 befindet sich eine weiße Kunststoffplatte 20 mit hohlen Fortsätzen 21 und 22 für die Leuchtdioden 18 und 19, welche Lichtintegratoren zur Lichtmischung erzeugen. Die LED 18 und 19 werden also jeweils von einer Kavität 21 und 22 umschlossen, die von der Kunststoffplatte 20 gebildet wird. Die dabei in dem Lichtintegrator 21, 22 entstehende diffuse Lambertstrahlung wird über eine dünne weiße Membran, welche nicht separat dargestellt ist, an der Oberseite der Integrationskammer 21, 22 abgestrahlt, und über asphärische Linsen 24 und 25, welche sich in oder auf einer weiteren Kunststoffplatte 26 befinden, in das Sichtfeld 7 der Kamera 9 abgebildet. Die Linsen 24, 25 sind gegenüber den optischen Achsen der Leuchteinheiten, welche durch Leuchtdioden 18 und 19, Integrationskammern 21 und 22 sowie den entsprechenden Membranen gebildet werden, versetzt angeordnet. Durch diese außeraxiale Anordnung der Linsen 24 und 25 welche in Richtung der optischen Achse des Aufnahmeobjektivs 10 besteht, wird eine Überlagerung der abgebildeten Lichtmuster auf dem Sichtfeld 7 der Kamera 9 an der Position der Druckplatte 2 erreicht. Insbesondere findet hier eine Überlagerung rein diffuser Strahlung statt, wodurch Reflektionen welche zur Überstrahlung der Aufnahmesensoren führen könnten, 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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Device according to claim 4, characterized in that the light integrator ( 21 . 22 ) between LED chips ( 18 . 19 ) and imaging lens ( 24 . 25 ).

Device according to claim 4, characterized in that that a mirror shaft is seconded in the illumination beam path.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the illumination device ( 12 ) one light integrator each ( 21 . 22 ) per LED chip ( 18 . 19 ) having.

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.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the light integrators ( 21 . 22 ) through depressions in a plastic plate ( 20 ) are formed.

Device according to one of claims 1 to 12, characterized that the objects are formed by registration marks.

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.