用于对喷墨印刷机中的故障印刷喷嘴进行探测的方法与流程

本发明涉及一种用于对喷墨印刷机中的故障印刷喷嘴进行探测及补偿的方法。

本发明基于数字印刷的技术领域。

背景技术：

在工业印刷领域中，数字印刷(特别是以喷墨印刷的形式)得到越来越大的关注。在此，在喷墨印刷中由系统所决定地考虑到关于确保印刷品质方面与过去优选应用的胶印印刷不同的问题。这些喷墨特定的问题必须由此自然地在自动化品质确保的范畴内专门考虑。重点在此涉及到喷墨印刷头中单个印刷喷嘴的故障。这些故障印刷喷嘴会生成特定的缺陷图像，该缺陷图像针对喷墨印刷被专门表征，并且在这个技术领域中也作为“缺失喷嘴(missingnozzle)”已知。

对于这种故障印刷喷嘴的原因可以是多种多样的。如果印刷喷嘴在较长的时间间隔没有应用，那么主要原因是印刷喷嘴的变干。已变干的油墨剩余物在此堵塞了印刷喷嘴，从而这些印刷喷嘴不再能够印刷、仅仅能够部分印刷和/或会印刷歪斜的印刷点。其他错误来源包括灰尘颗粒或者其他微粒，它们会堵塞住印刷喷嘴的出口。如此受损的印刷喷嘴会造成所生成的印刷图像中的独特产物(artefakte)。由此，例如完全失灵的印刷喷嘴在单色印刷的情况下在这样的部位上(在该部位上，这个印刷喷嘴不再助于印刷图像)在白色承印基底上留下白线，因此也称为“白线(whiteline)”。具有歪斜印刷点的印刷喷嘴(如果该印刷喷嘴过于强烈地偏差的话)同样引起“白线”。在此，然而附加地产生所谓的“黑线(darkline)”，即在这样的部位上产生：歪斜喷射的印刷喷嘴将其油墨施加在该部位上。白线的颜色在此与所基于的承印基底相关。彩色承印基底(例如亮绿色的纸)自然引起相应亮绿色的线。如果在这个部位上是多色印刷，那么这导致了色值的失真(verzerrung)。这些失真的色值虽然在已完成的印刷图像中不太明显，但是即便如此对于人眼来说在大多数情况下仍可容易识别到。

为了消除缺陷印刷喷嘴，并且为了相应地避免白线，在现有技术中公开了多种方案。除了维持冗余的印刷喷嘴(或印刷头)之外，例如已知的是，采用能够在同一部位上印刷其他印刷颜色的印刷喷嘴，以便借助剩余可用的颜色在这个部位上的混合而尽可能好地仿制出故障印刷喷嘴的缺少的色值。缺少的色值在此在很少的情况下能够百分百准确地仿制出，然而自身接近于对于人眼而言显著更好的印刷图像。

除此之外，用于补偿缺失喷嘴的主要方案在于，通过执行提高的油墨施加的相邻印刷喷嘴来补偿已失灵的(或缺陷的)印刷喷嘴。这些相邻印刷喷嘴在此施加如此多的油墨，以使得缺失的印刷喷嘴在这些相邻印刷喷嘴之间尽可能良好地变得不明显在仅仅部分故障或歪斜印刷的印刷喷嘴的情况下，必须将通过相邻印刷喷嘴进行的补偿方式相应地适配。通常地，出于应用的原因，将所涉及的(故障)印刷喷嘴完全关断，并且随后作为故障印刷喷嘴通过相邻喷嘴进行补偿。在此总要考虑到不执行过度补偿因为这由于过高的油墨施加会导致相应的暗线(“黑线”)。

为了必须整体上补偿缺陷印刷喷嘴，然而必须首先一次性探测出这种印刷喷嘴。为此，在现有技术中同样公开多种方法。常用的方案在于，在承印基底上以规则的间隔印刷出测试图案(testmuster)，在这些测试图案中，所有应用的印刷头的全部印刷喷嘴分别印刷出至少一个小的测试对象。这些测试图案随后可以优选自动化地通过图像检测系统进行测定及分析处理。如果显示出这些图像对象之一存在显著的偏差，那么由此可以推断出相应印刷喷嘴的状态。缺陷印刷喷嘴可以由此相对可靠地探测到。该方案的缺点然而在于，这些测试图案由于它们的结构以及它们要全部存在而与原本要产生的印刷图像有所区别。因此无法总是说：在测试图案中突出的那个印刷喷嘴是否也真正地导致图像产物(例如呈“白线”形式)。根据针对测试图案中所产生的图像对象所采用的评估标准，由此借助于测试图案的印刷及分析处理经常发现过于少量的故障印刷喷嘴。与之不同，在标准过于严格的情况下，经常求取出过多的错误性确定故障(falsch-positivfehler)并且相应地将过多的印刷喷嘴表征为有缺陷的。再者，这些测试图案在承印基底上需要空间，这增多了废页。经常地就是出于这些原因在每个页张上印刷出所应用的印刷颜色的仅仅一个测试图案，这导致相应的停机时间直至找出故障印刷喷嘴为止。

为了避免这些缺点，因此现有技术已知的是，基于所产生的印刷图像自身，探测出缺陷印刷喷嘴。由此，德国专利de102015207566b3公开了一种在印刷图像中探测出缺陷印刷喷嘴的方法，其方式是，使数字印刷图像相对于印刷头垂直于印刷方向移位以及将物理印刷头反向地移位，由此，由相应的印刷喷嘴在承印基底上的漂移(wandern)能够识别：突出的图像组成部分(例如白线)是否通过故障印刷喷嘴所引起，或者是否其是印刷图像自身的组成部分。

此外，由当前还未公开的德国专利申请de102016224971.1已知一种用于探测故障印刷喷嘴的方法，其中，由所产生的印刷图像生成竖列总和特性曲线(spaltensummenprofil)，并且将该竖列总和特性曲线与理想参考图像的相应竖列总和特性曲线进行比较，以便探测出由白线所引起的幅值这些幅值随后可以配属于缺陷印刷喷嘴。

然而这些方法还具有一些缺点。由此，例如基于借助于竖列总和特性曲线的方法无法目标可靠地排除由与缺失喷嘴不同的原因所引起的产物。在借助于数字印刷图像移位加上印刷头反向移位的方法中，经常问题在于：印刷头无法足够快速地相对移位，或印刷头的移位对于持续地监控品质而言是非常耗费的。

技术实现要素：

因此本发明的任务在于，提出一种用于探测且随后补偿缺陷印刷喷嘴的方法，该方法相比于现有技术已知的方法更有效地运行。

该任务通过一种用于在印数(druckauflage)大于一的情况下通过计算机对喷墨印刷机中的故障印刷喷嘴进行探测及补偿的方法得以解决，所述方法包括如下步骤：借助喷墨印刷机至少一次性印刷出数字形式存在的印刷图像；以垂直于印刷方向具有错位的方式至少一次性另外地印刷出数字形式存在的印刷图像；通过至少一个图像传感器拍摄所印刷的印刷图像；将所拍摄的印刷图像拆分(zerlegen)成各个分色；将各个分色的像素值以竖列方式(spaltenweise)求总和；以垂直于印刷方向具有和不具有错位的方式对所拍摄的印刷图像的各个分色的像素值的竖列总和形成差异信号；通过差异信号中的峰值分析来探测出故障印刷喷嘴；以及关断所探测到的故障印刷喷嘴且通过相邻喷嘴进行补偿。也就是说，按照本发明的方法将现有技术已知的用于将印刷图像移位的方法与用于形成竖列总和特性曲线的方法进行组合并且还对这些方法进行改善。由此，相比于仅单独将各个竖列总和特性曲线与其数字形式理想参考图像进行比较而言，例如将所拍摄的印刷图像的各个分色的像素值的竖列总和以垂直于印刷方向具有和不具有错位的方式形成差异信号则是更有效的。相比于现有技术已知的方法，按照本发明的方法的另一改进方案是对差异信号中所发现的目标进行准确地峰值分析(peak-analyse)，其中，例如通过峰值分析能够排除其他错误原因(例如承印基底上的缺陷)。以这种当前形式公开的方法在此设计用于多印数的印刷图像的印刷。这是在待完成的印刷任务中的常规情形。然而，因为喷墨印刷也能够实现具有仅仅唯一印数的印刷任务的特殊情形，因此也可以考虑到这种特殊情形。对此，接下来还将进一步详细解释。

本方法有利的进而优选的改进方案由所属从属权利要求以及具有所属附图的说明得出。

按照本发明的方法的优选改进方案在此在于，所拍摄的印刷图像的被拆分的各个分色包括这样的组成部分：在印刷过程中所采用的工艺颜色cmyk以及可选择的另外的工艺颜色(特别是ogv)。各个分色在此包括分别所应用的各种工艺颜色(prozessfarben)。这些工艺颜色通常是cmyk并且可以包括另外的工艺颜色。与现有技术已知的方法不同，在按照本发明的方法中是将各个分色的竖列总和特性曲线相互比较，而在现有技术已知的方法中是将已印刷且已检测的印刷图像的竖列总和特性曲线与在没有错误的情况下数字形式存在的理想参考图像进行比较。与现有技术相比，本发明的方法是显著更有效的实施方案，因为在现有技术的方法中的竖列总和特性曲线是包括所有分色并且相应地可能会失真。

按照本发明的方法的另一优选改进方案在此在于，借助于变换矩阵或者通过在颜色配置特性文件(icc-profil)中的查找功能(lookup)，将所拍摄的印刷图像拆分成各个分色：即工艺颜色cmyk和另外的工艺颜色。对于将所拍摄且数字化的印刷图像拆分成各个分色而言，上述两种方法都是可行的。采用这两种方法中的哪一种，这必须由用户鉴于相应存在的具体情形做决定。也可行的是，鉴于存在的标准来自动化地决定。

按照本发明的方法的另一优选改进方案在此在于，将通过至少一个图像传感器所拍摄的印刷图像的rgb值采用内插法计算直至得出所印刷的印刷图像的图像分辨率为止。当前所应用的图像检测系统此外还具有如下问题，即，图像检测系统相应地检测所产生的印刷图像所采用的分辨率要低于所应用的喷墨印刷机的印刷分辨率。因此，为了达到所印刷的印刷图像的图像分辨率，必须在通过图像传感器所产生的rgb图像中采用内插法求得缺少的值。

按照本发明的方法的另一优选改进方案在此在于，为了对上述探测及补偿进行检验，于是在本方法的至少一个另外的迭代轮次(iterativendurchlauf)中将数字形式存在的印刷图像以垂直于印刷方向具有或不具有错位的方式进行至少另一次印刷并且按照本方法进行分析处理。为了确保：已真正地正确探测到缺陷印刷喷嘴，并且不可能是另外的错误原因产生了导致探测到缺陷印刷喷嘴的相应产物，那么适合在至少一个另外的迭代轮次中对探测结果进行验证。在探测中一次性的错误总是可能会一次性发生，然而重复错误则稀少得多。因此，这表明了系统错误，这种系统错误可能是由于执行按照本发明的方法时的错误所引起。尽管如此，本方法的另外的迭代轮次显著改善了上述探测进而随后的补偿结果。

按照本发明的方法的另一优选改进方案在此在于，为了对上述探测及补偿结果进行检验，在本方法的至少一个另外的迭代轮次中，分别附加地关断所探测到的故障印刷喷嘴的一相邻印刷喷嘴。另一调节标准(这可以在另外的迭代轮次中改变)是关断所探测到的故障印刷喷嘴的一各自相邻印刷喷嘴。由此能够确保也真正将正确的(缺陷)印刷喷嘴探测为有缺陷的。这通常是必要的，因为在真实印刷图像中缺失喷嘴探测的薄弱之处在于，虽然经常正确地识别出白线，然而例如由于图像分辨率问题而未配属于正确的(缺陷)印刷喷嘴。通过对所探测到的故障印刷喷嘴各自相邻的印刷喷嘴进行测试，即使没有完全排除，也能够最小化这种错误。

按照本发明的方法的另一优选改进方案在此在于，以垂直于印刷方向具有错位的方式对印刷图像进行至少一次性另外地印刷，这仅仅针对所应用的工艺颜色cmyk和另外的工艺颜色中的一种分色进行。另一选择方案在于，对仅一种确定的分色通过印刷图像的数字式移位来设有错位。这显著降低了按照本发明的方法的耗费，并且在如下情况下特别具有意义：即如果一种确定的颜色(或负责这种颜色的印刷头)作为针对缺失喷嘴而言特别容易受到影响的颜色(或印刷头)是已知的。

按照本发明的方法的另一优选改进方案在此在于，本方法用于页张喷墨印刷机，并且所印刷及拍摄的印刷图像相应于各个承印页张。即使本方法能够用于喷墨印刷机的所有类型(即也可用于幅带印刷的卷筒式喷墨印刷机)，然而优选的应用领域是页张喷墨印刷机，在该应用领域中，在各个承印页张上印刷出待产生的且通过图像检测系统数字化的印刷图像。

所提出的任务的另一解决方案是一种用于在印数等于一的情况下通过计算机对喷墨印刷机中的故障印刷喷嘴进行探测及补偿的方法，所述方法包括如下步骤：借助喷墨印刷机印刷出数字形式存在的印刷图像；通过至少一个图像传感器拍摄印刷图像；将所拍摄的印刷图像以及数字式印稿拆分成各个分色；将各个分色的像素值以竖列方式求总和；将所拍摄的印刷图像与数字式印稿的各个分色的像素值的竖列总和形成差异信号；通过差异信号中的峰值分析来探测出故障印刷喷嘴；关断所探测到的故障印刷喷嘴且通过相邻喷嘴进行补偿。按照本发明的方法的这个变型方案专门设计用于具有印数等于一的印刷任务。这与标准变型方案的区别仅仅在于：在此不将印刷图像实施多次印刷(包括将印刷图像以垂直于印刷方向具有错位的方式移位)，而是将印刷图像仅唯一一次地印刷并且随后将所产生的竖列总和特性曲线与数字式印稿的可用竖列总和特性曲线进行比较。这涉及到(正如也在标准变型方案中那样)被检测的印刷图像的各个分色。由此也能够对具有印数等于一的印刷任务的特殊情形关于由缺失喷嘴所造成的可能的印刷错误方面进行检查。

附图说明

本发明作为本发明的这样的以及构造和/或功能上有利的改进方案接下来参照附图根据至少一个优选实施例进一步描述。在附图中，相互对应的元素设有各自相同的附图标记。附图示出：

图1：按照本发明所采用的页张喷墨印刷机的视图；

图2：在印刷图像中由缺失喷嘴所引起的白线；

图3：竖直于印刷方向的错位的效果；

图4：由印刷图像所产生的竖列总和特性曲线；

图5：按照本发明的方法的流程的示意图。

具体实施方式

优选实施变型的应用领域是喷墨印刷机7。在图1中示出用于这种机器7的基本结构的例子，其包括：用于将承印基底2供给到印刷机组4中的进料器1直至收料器3，在该印刷机组4中由印刷头5对承印基底进行印刷。在此涉及到由控制计算机6控制的页张喷墨印刷机7。在印刷机7的运行中，如上所述，可能会在印刷机组4中的印刷头5中发生单个印刷喷嘴的失灵。于是后果是“白线”9，或在多色印刷的情况下是失真的色值。在图2中示出印刷图像8中这种“白线”9的例子。

对于缺失喷嘴探测而言，在此决定性的是：识别出印刷图像中的所有故障喷嘴10、15。因为印刷喷嘴的故障极大地与油墨量相关而故障喷嘴10、15的可见性则极大地与网面的结构相关，因此有利地直接在印刷图像中搜寻故障的喷嘴10、15。故障的喷嘴10、15通过对印刷图像形成差异(differenzbildung)要么在印数等于一的情况下借助印稿被探测，要么在印数大于一的情况下借助侧向错位的印刷图像被探测。最经常的情况在此是具有印数大于一的印刷任务。

因此，针对这种情况，在下文中描述优选实施例，该优选实施例示意地参照其流程也在图5中示出。

i.印刷过程(印数＞1)：

1.印刷不具有侧向错位的印刷图像，

2.印刷具有侧向错位(1-10个印刷像素)的印刷图像12，

3.重复步骤1。

在图3中详细示出了印刷图像12在承印基底2上错位的效果。每个已印刷的图像12或者图像区段由图像检测系统进行数字化及分析处理，所述图像检测系统作为内联式品质确保系统可以是印刷机系统7的部分。图像检测系统在此具有至少一个图像传感器，该图像传感器安置在最后的印刷机组4(或印刷头5)之后。此外，图像检测系统具有图像处理计算机，在该图像处理计算机中，对再数字化的印刷图像13进行检查及分析处理。出于任意原因，如果图像处理计算机无法使用，那么另一计算机6(例如印刷机7的控制计算机)也可用于分析处理。在印刷下一个副本之前，将印刷图像8通过电子方式横向于印刷方向移位一个或多个印刷喷嘴，以使得其他印刷喷嘴印刷这些图像信息。图像的线/竖列在这个过程中基于其喷嘴配属关系(düsenzuordnung)以数字式移位的量值发生改变。通过没有印刷数据的印刷竖列所引起的(也即期望的)线形产物在其初始的位置上保留在所合成的已移位的图像中。与之不同地，通过缺陷印刷喷嘴10所产生的、呈印刷竖列9形式的线形产物在所合成的印刷图像中相反于数字式移位方向漂移，这是因为缺陷印刷喷嘴10继续在同一部位上印刷承印基底2，然而此时正是在印刷数字式印刷图像8的另一图像部分。借此，由图像传感器所检测到的、在具有和不具有数字式移位的情况下的图像13简单地形成差异，这能够用作缺陷印刷喷嘴与图像数据之间可靠的区分标准，对于这种差异而言，是一种作为沿着印刷方向的线/竖列的差异性示出。

印刷图像12的侧向错位可以在另一实施变型方案中也仅采用一种分色(而不是所有颜色)。由此可以简化对正确分色和故障喷嘴的探测。为此，产生附加的停机时间，因为需要更长时间直至针对缺失喷嘴10检查完所有分色为止。

这些描述的方法步骤和印刷图像12的侧向错位的影响在随后分析处理的范畴内为了探测所出现的缺失喷嘴10而一同检验。

ii.分析处理：

1.借助rgb检测摄像机以行扫描方式(zeilenweise)拍摄印刷图像13。

2.采用内插法将摄像机的rgb值换算成打印像素分辨率为此所需要的摄像机打印像素映像(kamera-printpixel-mapping)已提前求取(例如借助printheadcolor测试或bigdot测试)。

3.将rgb图像借助于变换矩阵或者颜色配置特性文件中的查找功能拆分成cmykgov组分。

4.对于每个颜色cmykgov：对像素值以竖列方式求总和。

5.对于每个颜色cmykgov：页张的竖列总和在具有和不具有侧向错位的情况下形成差异。

6.对于每个颜色cmykgov：通过在差异信号中的峰值分析来探测出故障喷嘴。

此时，在由图像检测系统再数字化的印刷图像13中，计算机6形成了各个分色14沿着印刷方向的竖列总和11，从而，在极端情况下，针对每个颜色通道，将整个图像13或部分图像减小成唯一图像行。通常，这在整个印刷宽度上发生。为此，出于简化的原因，将各分色的色值的总和标准化成竖列像素的数量，从而，又生成0至255之间的色值。这导致了：在故障印刷喷嘴15的部位处形成峰值，这些峰值显著地突出于其相邻部分。以非常明显的方式，这能够以绿色通道8中的全色调栏(volltonbalken)为例示出，正如这在图4中示出那样。在此也看到的是，通过在多个像素上求总和而极大地降低了摄像机和印刷的噪声，进而由缺失喷嘴15所引起的信号更显著地突出。现在为了准确地找出峰值(这些峰值相应于图像产物、即图像缺陷)，于是将具有错位12的再数字化的印刷图像13的各个分色14的所产生的竖列总和特性曲线11从不具有错位的再数字化的印刷图像13的各个分色14的相应的竖列总和特性曲线11减去。基于差异信号，随后可以求取出故障印刷喷嘴10。结果是，在该处存在的峰值随后还经受另一峰值分析，以便确保：所求取到的峰值是真正地由缺失喷嘴15引起，而不是由其他错误原因(例如基底缺陷)导致。

另一优选实施变型方案是专门适配于具有印数为一的印刷任务。因为在这里相同印刷图像的两次印刷之间的错位自然是不可能的，因此代替于具有和不具有错位的再数字化的印刷图像13之间的比较而采用数字式印稿自身作为参考。随后，对于每种分色14，计算tiff印稿的竖列总和，并且将其与实际印刷及测量的图像13的竖列总和11比较。tiff图像的竖列总和11的计算自然需要各自应用的计算机的附加的运算能力。

iii.补偿

1.关断所探测到的故障印刷喷嘴10、15，并且通过相邻喷嘴进行补偿。

2.通过以具有/不具有侧向错位方式的重新分析处理来检验上述探测。

3.如果可能的话可迭代地关断相邻喷嘴(每次迭代一个喷嘴)且重复印刷过程+分析处理过程。

此时借助所描述的实施形式中按照本发明的方法可以识别出所有对于印刷图像相关的故障喷嘴10、15。再者，不需要用于其他控制元素的空间需求。这能够在故障与探测之间具有很小的停机时间的情况下对每个印张2中所有印刷颜色进行监控。

附图标记列表：

1进料器

2承印基底

3收料器

4喷墨印刷机组

5喷墨印刷头

6计算机

7喷墨印刷机

8总印刷图

9白线

10通过形成差异所求取到的缺失喷嘴

11竖列总和特性曲线

12具有错位印刷的印刷图像

13通过图像检测系统再数字化的印刷图像

14再数字化的印刷图像的各个分色

15通过峰值分析所求取到的缺失喷嘴