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Die Ziffern einer Uhr
Prüfsystem für gedruckte Zeichen unterstützt Uhrenhersteller aus der Schweiz
Von Sarah Sookman, Matrox Imaging
Die Schweizer sind berühmt für ihre Kunst, der Zeit eine Form zu geben. Eine Schweizer Uhr ist ein Synonym für Qualität. Es überrascht deshalb nicht, dass sich die Uhrenhersteller nach strengsten Qualitätsstandards richten, um diesem weltweit guten Ruf gerecht zu werden.
Für eine Uhr mit perfekter Zeitanzeige müssen über Einhundert Einzelteile mit höchster Präzision zusammengesetzt werden. Das Aussehen der Uhr, insbesondere das Zifferblatt, ist dabei enorm wichtig. Die Marktakzeptanz des Produktes, wie bei allen anderen für den Konsumgütermarkt hergestellten Waren auch, hängt in hohem Maße von seinem Aussehen ab.
Bei jedem Material für das Zifferblatt, auf das die Ziffern gedruckt werden, können Fehler beim Druck auftreten. Verspritzte Tinte kann als Fleck oder Spritzer außerhalb der Zahlen erscheinen. Flecken innerhalb der Zahlen können anzeigen, dass das gedruckte Zeichen mit zu wenig Tinte gedruckt wurde. Läuft Tinte aus, dann können die Ziffern dicker als gewünscht erscheinen. Das sind auch genau die Probleme, mit denen sich ein Hersteller von Zifferblättern an Visiosoft SA in Lausanne, Schweiz, gewandt hat.
Zeit für die Qualitätskontrolle
Visiosoft hat ein System für den Prüfprozess entwickelt, das als Aesthetic Character Printing Control (ACPC) bezeichnet wird. Der Unterschied zur optischen Zeichenerkennung (OCR) besteht darin, dass ACPC nach Druckfehlern sucht, beispielsweise nach Punkten innerhalb oder außerhalb des Zeichens. ACPC berücksichtigt Parameter wie "die Qualität der Kanten, die Breite der Zeichen und sogar die relative Position der verschiedenen Zeichen," sagt Alain Favre, Business Unit Manager von Visiosoft. Heutige OCR- und OCV-Systeme lesen das Schriftzeichen, was bei der ästhetischen Kontrolle nicht der Fall ist.
"Der Stolz der Uhrenhersteller besteht in der Ausführung schöner Ziffern," erläutert Favre. Diese Schriftzeichen sind aber in der Regel keine Standardschriftzeichen und bei verschiedenen Uhrenmodellen sehr unterschiedlich. Hier kann OCR keine ausreichende Prüfmethode sein. Auch der Hintergrund der Zifferblätter kann von Uhr zu Uhr verschieden sein. Somit erfordert die Kontrolle des Hintergrundes auch eine Texturanalyse - eine mit Graustufen verbundene Technik, die sich von der Analyse unterscheidet, die im Bereich der gedruckten Zeichen angewendet wird. Mindestens zwei separate Analysen sind notwendig, um den Hintergrund in Verbindung mit den Zeichen zu untersuchen. Ein Vorrichtung für ACPC muß in der Lage sein, sich diesen Anforderungen anzupassen. Einfache Mustererkennung (normalisierte Graustufenkorrelation) oder herkömmliche Prüftechniken der Druckqualität sind deshalb für dieses Prüfsystem ungeeignet.
Das System
Das System von Visiosoft besteht aus einer Sony XC-55 Kamera, angepasst an eine Computar TEC-m55 Linse, einem PC mit Pentium-III-Geschwindigkeit und einem Matrox Meteor-II /Multi-Channel Framegrabber. Das System verwendet eine auf handelsüblichen Komponenten basierende Beleuchtungslösung. Die Analyse wird durch den Geometric Model Finder (GMF) und das Teilchenanalysemodul der Matrox Imaging Library (MIL) durchgeführt.
Überwachen der Ergebnisse
Bei der Inspektionslösung für Uhren wird das Objekt zuerst in kleinere, handhabbare Bereiche aufgeteilt. Der Inspektor positioniert das Zifferblatt auf einer speziellen mechanischen Vorrichtung. Die Position des Zifferblattes ist nicht genau reproduzierbar, deshalb werden vor der Bildanalyse zuerst die Kanten bestimmt (siehe Abb. 1), um danach die Zeichen auf dem sichtbaren Teil des Zifferblattes zu lokalisieren. "Mit dem GMF von Matrox erzielt man bei diesem Vorgang gute Ergebnisse," sagt Favre. Danach wird das Bild verarbeitet und analysiert und das Zifferblatt automatisch bis zur nächsten Zahl gedreht, bis alle Zahlen auf dem Zifferblatt geprüft worden sind. Die Bilder werden mit Testbildern verglichen; besteht das Zifferblatt die Prüfung nicht, stößt es der Operator aus. Da die Stunden auf dem Uhrenzifferblatt eine vorgegebene Reihenfolge haben, sind auch die Modelle für die einzelnen Nummernzeichen (1, 2, 3 ...) in dieser Reihenfolge verwendbar. Das spart wiederum Zeit. Aufgrund der ausgeklügelten Natur der Schriftzeichen ist das Modell für "12" ein separates Model und nicht etwa eine Kombination der Modelle für "1" und "2". Deshalb müssen die verfügbaren Parameter des GMF sorgfältig eingestellt werden. Eine weitere Schwierigkeit stellt der Druckprozess dar. Durch inkonsistente Druckflüssigkeit können "fette" Zeichen entstehen, d.h. eine fettere oder dünnere 12 könnte für eine 1 und eine 2 gehalten werden.
Durch die Anwendung der Algorithmen des GMF entsteht ein Bild mit Kanten, die über dem Modellbild optimal justiert werden können (Abb. 2). Die Kanten stimmen mit der Kontur des sichtbaren Zeichens überein. Danach wird eine Fülloperation ausgeführt, um die optimale Maske für das sichtbare Zeichen zu erreichen. Enthält das Modellzeichen Löcher, wie bei einer 0 oder einer 8, dann müssen die verbleibenden Löcher für eine korrekte Abdeckung aufgefüllt werden. Die Überdeckung der Löcher ist notwendig, um das Zeichen vom Hintergrund zu separieren.
Nach der Lokalisierung der Zeichen wird mit Hilfe des Modells der Bereich des Zeichens vom Hintergrund getrennt. Die Qualität eines jeden Bereiches wird mit verschiedenen Algorithmen bestimmt, die von der Art des Materials (Eisen, Plastik oder Aluminium, Aufdrucke und verschiedene Schutzschichten) abhängen. Das Maß der wahrnehmbaren Vereinheitlichung variiert von Fall zu Fall sehr.
Die größte Herausforderung bei der Entwicklung des Systems war die Eingrenzung der verschiedenen Teile der Oberfläche und die Entwicklung eines System, das die in jedem Teil gefundenen Fehler angemessen analysieren und sortieren kann. Das Inspektionssystem von Visiosoft wurde für einen einzelnen Kunden entwickelt. Durch die Reduzierung der Prüfdauer und der manuellen Eingriffe konnte die Effektivität des Inspektionsprozesses erhöht werden. Als die Zifferblätter noch manuell geprüft wurden, hing die Qualität vom Können des Prüfers ab. Automatische Inspektionssysteme liefern eine vollständige Objektivität - eine wichtige Komponente für Qualitätskontrollen. Das System von Visiosoft hat sich als wertvolles Werkzeug für die Uhrenindustrie bewährt. Andere Hersteller von Zifferblätter haben bereits ihr Interesse an diesem System bekundet. Visiosoft modifiziert gegenwärtig seine Technologie für die Inspektion von anderen Teilen, die für die Schweizer Uhrenindustrie hergestellt werden.
Abb. 1 zeigt, wie die äußere Maske bestimmt wird: (a) Originalbild; (b) zeigt das für das Auffinden des Zifferblattrandes verwendete Fenster; (c) zeigt die Erkennung und damit die Y-Koordinate des Randes; (d) den Ausschluß des dunklen (roten) Bereiches der Figur durch die Verwendung einer korrekt repositionierten Maske.


OriginalbildBereich der Lokalisierung des Randes
Bestimmung der vertikalen RandpositionMaskenjustierung


OriginalbildÜberlagertes Modell

äußere Kontur

Ergebnis der Fülloperation

innere Kontur

Ergebnis der Fülloperation
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