印刷檢測體系設(shè)計及運用

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本文作者：周淑寶楊永才作者單位：上海理工大學(xué)光電信息與計算機工程學(xué)院

近年來，隨著數(shù)字成像技術(shù)和計算機軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，利用數(shù)字照相結(jié)合計算機處理形成的視覺檢測技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于工業(yè)監(jiān)視、成品檢驗與質(zhì)量控制等領(lǐng)域，并取得了一定的成功。視覺檢測系統(tǒng)可以提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度，可以代替人工視覺，提高生產(chǎn)效率和自動化程度，是實現(xiàn)工業(yè)自動化的基礎(chǔ)技術(shù)。在印刷質(zhì)量檢測中，視覺檢測系統(tǒng)可以隨機對印刷品色彩進行控制，也方便對印刷圖像的瑕疵區(qū)域、墨皮蹭臟或套印誤差等進行精確檢測。但是，視覺檢測系統(tǒng)在檢測印刷品質(zhì)量時，要求印刷系統(tǒng)要有良好的穩(wěn)定性，才能得到滿意的檢測效果。本文應(yīng)用機器視覺原理，建立印刷質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)，通過CCD攝像機獲取圖像并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，再采用計算機對信號進行處理、分析，最終實現(xiàn)實際的檢測、測量和控制。這樣不僅能減輕工人的勞動強度，而且能減少次品率和提高印刷生產(chǎn)效率。

一、印刷質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)設(shè)計

1.系統(tǒng)理論設(shè)計及模型

視覺檢測系統(tǒng)采用CCD攝像機獲取圖像并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，再采用計算機對信號進行處理、分析，最終實現(xiàn)實際的檢測、測量和控制。本系統(tǒng)主要由三大部分組成：圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、顯示與控制系統(tǒng)。視覺檢測系統(tǒng)的運行流程如圖1所示。視覺檢測系統(tǒng)硬件主要由光源和光學(xué)系統(tǒng)、CCD攝像機、圖像采集卡、圖像處理軟件、計算機及其外設(shè)、控制執(zhí)行模塊等組成，如圖2所示。

2.圖像采集系統(tǒng)

圖像采集系統(tǒng)負責將印刷品圖像與色彩信息轉(zhuǎn)換為能被計算機處理的一系列數(shù)字信號。由于視覺檢測系統(tǒng)強調(diào)速度和精度，因此圖像采集系統(tǒng)需要及時、準確地提供清晰的數(shù)字圖像信號。圖像采集系統(tǒng)由光源、鏡頭、CCD攝像機、圖像采集卡組成。

3.圖像處理系統(tǒng)

圖像處理系統(tǒng)是對圖像采集系統(tǒng)采集到的數(shù)字圖像信號，根據(jù)像素分布、亮度和顏色等信息，進行各種運算，抽取目標特征，然后再根據(jù)預(yù)設(shè)的判別準則輸出判斷結(jié)果。在印刷品質(zhì)量檢測系統(tǒng)中，標準圖像和待測圖像都是經(jīng)過圖像采集系統(tǒng)在不同時間獲得的。圖像處理系統(tǒng)通過對待測圖像進行處理，使之與標準圖像進行匹配定位，然后再對待測圖像進行檢測，找出有質(zhì)量問題的圖像，并給出該圖像所對應(yīng)的印刷品質(zhì)量問題。在圖像處理系統(tǒng)中，運用的主要是現(xiàn)代數(shù)字圖像處理技術(shù)，各種算法的應(yīng)用使得圖像檢測成為可能。圖像處理和分析可定義為應(yīng)用一系列方法獲取、校正、增強、變換或壓縮可視圖像的技術(shù)。在印刷品質(zhì)量檢測中主要用到的圖像處理方法有灰度量化、圖像的二值化、圖像的平滑與銳化、圖像邊界檢測等關(guān)鍵圖像處理技術(shù)。

4.顯示與控制系統(tǒng)

圖像處理系統(tǒng)的處理結(jié)果通過顯示與控制系統(tǒng)輸出。顯示系統(tǒng)輸出的并非是圖像視頻信號，而是經(jīng)過運算處理后的檢測結(jié)果。輸出設(shè)備一般與過程相連，包括監(jiān)視界面、過程控制器和報警裝置等。

二、印刷質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)的應(yīng)用

印刷質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)在印刷包裝行業(yè)中可以應(yīng)用在印前、印刷和印后各環(huán)節(jié)，但目前多數(shù)的應(yīng)用集中在印后質(zhì)量檢查。印刷質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)目前主要可以應(yīng)用在票據(jù)印刷、煙包印刷及標簽印刷等領(lǐng)域，也可以推廣到包裝印刷、商業(yè)印刷以及印后復(fù)卷終檢等。

1.票據(jù)印刷

票據(jù)成為人們生活中不可缺少的一部分，其印刷質(zhì)量要求越來越高，不僅要求畫面質(zhì)量精準無誤，而且在標簽、票據(jù)中含有的數(shù)字、中英文字符、條形碼、圖案等可變信息也是極其重要的，因此在印刷過程中必須實時監(jiān)控。通過計算機離線模擬試驗，印刷質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)完全能夠滿足票據(jù)印刷質(zhì)量檢測的要求，如果在印刷生產(chǎn)線的不同位置安裝圖像采集設(shè)備，也可以實現(xiàn)票據(jù)印刷質(zhì)量的在線檢測。因此，在票據(jù)印刷領(lǐng)域應(yīng)用印刷質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)，可以方便有效地對票據(jù)產(chǎn)品進行質(zhì)量檢測，提高質(zhì)量檢測的效率和準確性，從而進一步提高票據(jù)印制企業(yè)的市場競爭優(yōu)勢。

2.煙包印刷

在煙包印刷領(lǐng)域，目前大多數(shù)企業(yè)還只能采用離線的人工檢驗方式，檢驗的時效差、質(zhì)量低，而且不能克服印后加工（上光、模切、燙金等）對煙包產(chǎn)品的質(zhì)量所造成的影響。因此，在煙包印刷中引進自動質(zhì)量檢測系統(tǒng)，提高質(zhì)量檢測的效率和準確性，對企業(yè)印刷質(zhì)量的穩(wěn)定和提高將會有很大的幫助。印刷質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)應(yīng)用于煙包印刷領(lǐng)域，可以采用在線質(zhì)量檢測和離線質(zhì)量檢測兩種方式。不管是在線檢測還是離線檢測，檢測系統(tǒng)的應(yīng)用原理基本相同，都需要利用圖像采集系統(tǒng)來獲取印刷好的圖像，通過圖像處理系統(tǒng)對獲取到的圖像和已經(jīng)存儲的標準模板圖像進行對比，及時發(fā)現(xiàn)印刷的質(zhì)量問題，從而通過顯示與控制系統(tǒng)來顯示錯誤，分析缺陷類型，并控制缺陷印品的剔除。此外，在煙包印刷領(lǐng)域，印刷質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)還可以應(yīng)用于煙標的自動檢測，生產(chǎn)線上剔除包裝不合格煙條的檢測，煙包上印刷條碼質(zhì)量檢測，檢驗煙包外包裝膜是否破損以及煙包包裝外觀質(zhì)量檢測等。

3.標簽印刷

在標簽印刷領(lǐng)域，目前印刷質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。特別是以大恒圖像為代表的國產(chǎn)醫(yī)藥標簽檢測設(shè)備已經(jīng)完全能滿足醫(yī)藥標簽印刷企業(yè)對缺陷檢測的需求。在標簽印刷領(lǐng)域，除了傳統(tǒng)印刷質(zhì)量檢測外，越來越多的標簽采用了可變信息印刷。可變信息印刷檢驗的關(guān)鍵是對可變信息的檢驗。如果兩個以上標簽具有相同的編碼或某一編碼漏印就屬于印刷質(zhì)量缺陷。這種缺陷在高速印刷過程中靠人工檢驗是不可能實現(xiàn)的，因此，必須應(yīng)用印刷質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)來控制印刷質(zhì)量。

三、印刷質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)

對檢測環(huán)境的要求在利用印刷質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)檢測印刷品質(zhì)量時，必須詳細了解檢測系統(tǒng)所采用的圖像采集技術(shù)及處理技術(shù)，以及檢測環(huán)境。印刷系統(tǒng)要有良好的穩(wěn)定性，才能得到滿意的檢測效果。

1.要求印刷墨色穩(wěn)定

印刷墨色的穩(wěn)定性是印刷質(zhì)量檢測順利開展的首要條件。檢測系統(tǒng)對于所提供的檢測產(chǎn)品有一定的要求，否則很難達到高效率生產(chǎn)，這就給印刷車間提出了新的要求，即應(yīng)該將產(chǎn)品質(zhì)量的要求從合格品向精品提升，而構(gòu)成精品的一個重要條件是墨色的穩(wěn)定性。墨色穩(wěn)定即要求墨色必須在一定的公差范圍之內(nèi)。墨色的穩(wěn)定在檢測系統(tǒng)中主要體現(xiàn)在灰度變化的波動上。灰度波動較小的產(chǎn)品說明其墨色正常。衡量某一機臺產(chǎn)品墨色的好與壞是通過較長時間的檢測效率來判斷的。在實際生產(chǎn)過程中，通常會出現(xiàn)膠印墨色時深時淺，而且同一車產(chǎn)品的變化也較大，給檢測工作帶來很大的難度。如果提供的印刷品墨色存在問題，檢測系統(tǒng)是不能將這些嚴格說來算不合格的產(chǎn)品也檢測為合格品的，否則將會造成相當多的漏廢，這對于質(zhì)量工作的開展也是不利的。因此，從源頭上解決問題是根本。

2.對檢測光源的要求

在視覺檢測系統(tǒng)中，光源的照射方式主要有直射和散射兩種，即透射面光源和反射面光源。直射光方向性強，光能量相對集中，有較強的明暗對比，對光源的要求相對較低，但照射的均勻性較差。散射光光線比較柔和，照射的均勻性比較好，沒有強烈的明暗對比，但其亮度也相對較低，需要較長的曝光時間。當曝光時間較長時，光源的亮度相應(yīng)增加（在允許的曝光時間范圍內(nèi)），這樣可以清晰明亮地拍攝到實際的圖像。而透射面光源曝光時間較短的原因之一，是較短的曝光時間已經(jīng)能夠達到檢測的需要；其二，如果曝光時間較長的話，將紙張照得過于明亮對于紙邊檢測是相當不利的，很容易造成紙邊圖像信息的損失，從而導(dǎo)致檢測系統(tǒng)誤認為紙張出現(xiàn)邊界錯誤而報錯，使生產(chǎn)不能順利進行。

3.印刷串色問題

串色是印刷過程中常見的問題，在一定程度上給圖像檢測帶來了困難，因為有些區(qū)域雖然顏色不同，但其灰度極為相近，以至于檢測系統(tǒng)無法正確地識別。通過對串色問題的分析，可以將串色分為兩大類。

一類為允許輕度串色的情況，一般發(fā)生在顏色的邊緣區(qū)域，但是這種出入又在允許范圍之內(nèi)，也就是說，兩種顏色在其交界處可以互相串入一定的范圍。此時至少有兩種解決方案：一是在不更改光譜優(yōu)化設(shè)置的情況下，通過對交界處設(shè)置特定的宏區(qū)，將該處的閾限范圍適當?shù)胤艑挕４朔桨竷H適合于較小的串色區(qū)域。二是對交界處單獨設(shè)置光譜優(yōu)化值。一般情況下，采用的是兩種顏色的均衡比重，比如串色的是紅色和藍色，該處的光譜優(yōu)化值可設(shè)置為127、0、128。當然所印刷的圖像中紅色和藍色不可能是比較純的顏色，因此光譜優(yōu)化設(shè)置必然會有一些變化。

另一類則為不允許串色的情況，即在某一顏色的中心區(qū)域決不允許有另一不同顏色的存在。如在人物圖像的臉上經(jīng)常會出現(xiàn)藍色或黑色的墨點，而人物圖像在整個印刷版面中的重要性是比較靠前的，與其他如底紋區(qū)域的小墨點不一樣，需要根據(jù)實際生產(chǎn)情況來確定合適的光譜優(yōu)化值，因此有必要向印刷車間和檢封車間了解有關(guān)重要區(qū)域串色的基本情況，做到對模型有針對性的調(diào)整。

印刷質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)的應(yīng)用，極大地提高了自動化檢測水平，具有廣泛的應(yīng)用前景。