印刷質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的原理和技術(shù)要點(diǎn)
2011-09-03 文章來源: 印刷知識(shí)網(wǎng)
機(jī)器視覺就是用攝像機(jī)代替人眼，用計(jì)算機(jī)代替人的大腦。機(jī)器視覺用于印刷(深圳印刷)、包裝質(zhì)量檢測(cè)的工作原理也很簡(jiǎn)單，用攝像機(jī)拍攝（采集）印品的圖像，在計(jì)算機(jī)中與該印品標(biāo)準(zhǔn)圖像（模板）比較，如果發(fā)現(xiàn)差異并超出設(shè)定的公差范圍，即判定為不合格產(chǎn)品。當(dāng)然，實(shí)際的機(jī)器視覺系統(tǒng)要復(fù)雜的多。
通常的視覺檢測(cè)系統(tǒng)，由照明光源、光學(xué)鏡頭、攝像機(jī)、圖像信號(hào)的處理和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。好的照明光源及照明系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵之一，起著非常重要的作用，它并不是簡(jiǎn)單的照亮物體而已。首先照明光源要能夠真實(shí)地再現(xiàn)印品的色彩，不能夠造成顏色的失真，這就要求光源的發(fā)光光譜接近日光，同時(shí)應(yīng)保證有足夠的亮度并在整個(gè)照明區(qū)域內(nèi)亮度均勻；其次是光源和照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(深圳名片設(shè)計(jì)) 要避免印品上的一些高反射率的特殊區(qū)域，如:燙金、激光防偽標(biāo)志等使采集的圖像溢出，造成檢測(cè)精度降低或根本無(wú)法檢測(cè)；最后，在某些應(yīng)用場(chǎng)合，還要考慮光源與照明方案的配合應(yīng)盡可能地突出物體特征量，增加對(duì)比度?？傊?，在選擇光源和設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)時(shí)，要根據(jù)印品的具體情況，確定光源所需的幾何形狀、照明亮度、均勻度、發(fā)光的光譜特性等，當(dāng)然同時(shí)還要考慮光源的發(fā)光效率和使用壽命。
光學(xué)鏡頭相當(dāng)于人眼的晶狀體。光學(xué)鏡頭的品質(zhì)會(huì)影響視覺系統(tǒng)分辨物體的能力，影響圖像的對(duì)比度以及清晰成像的范圍（景深）。而這些特性的優(yōu)劣受鏡頭本身像差的限制，鏡頭對(duì)像差校正的優(yōu)良與否，決定了鏡頭的成像品質(zhì)。常見的像差有球差、彗差、像散、場(chǎng)曲、畸變、色差等六種。
鏡頭通過的是被拍攝物體的光學(xué)信息，而在計(jì)算機(jī)中處理的是被拍攝物體的電信息，攝像機(jī)的作用就是完成光學(xué)信息到電信息的轉(zhuǎn)換。在攝像機(jī)中，關(guān)鍵的器件是稱為視覺傳感器的芯片。在芯片上整齊的排列著象小水池一樣的單元（像素），但它們盛的不是水，而是電荷。攜帶被拍攝物體光學(xué)信息的光線通過鏡頭到達(dá)芯片的表面，光信息變成電荷信號(hào)（曝光），光強(qiáng)的地方電荷多，光弱的地方電荷少，對(duì)應(yīng)著印品上不同區(qū)域的明暗程度；不同的顏色分解為紅、綠、蘭三種基色，存放在不同的像素中。曝光產(chǎn)生的電荷，按規(guī)定好的順序（掃描方式）依次將電荷讀出，經(jīng)過放大和其它處理，最后從攝像機(jī)輸出。這就是攝像機(jī)的工作原理。
高質(zhì)量的圖像信息是系統(tǒng)正確判斷和決策的原始依據(jù)。從攝像機(jī)的應(yīng)用原理，我們能夠簡(jiǎn)單地概括出對(duì)其性能的要求。第一，要有足夠的動(dòng)態(tài)范圍，印品上很亮和很暗的部分都能夠準(zhǔn)確地反映；第二，要有足夠的分辨率（足夠多的像素?cái)?shù)），印品上的微小細(xì)節(jié)都能夠清晰地體現(xiàn)；第三，要能夠真實(shí)地再現(xiàn)印品的色彩；第四，攝像機(jī)的讀出（行頻或幀率）的速度要與印品的速度匹配，保證足夠的精度和100％的采集。當(dāng)然，攝像機(jī)還有其它的性能指標(biāo)，這里不再一一列舉。
印品檢測(cè)使用的攝像機(jī)根據(jù)實(shí)際情況的不同分為二大類，線陣攝像機(jī)和面陣攝像機(jī)。線陣攝像機(jī)一次只能獲得圖像的一行信息，被拍攝的物體必須以直線形式從攝像機(jī)前通過，才能獲得完整的圖像，因此非常適合對(duì)以一定速度勻速運(yùn)動(dòng)的物體（印品）的圖像檢測(cè)。而面陣攝像機(jī)則可以一次獲得整幅圖像的信息，象我們?nèi)粘Ｊ褂玫臄?shù)碼相機(jī)。
圖像信號(hào)的處理是機(jī)器視覺系統(tǒng)的核心，它相當(dāng)于人的大腦。如何對(duì)圖像進(jìn)行處理和運(yùn)算，是機(jī)器視覺系統(tǒng)開發(fā)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在。“與模板相比，找出差異”，機(jī)器視覺的工作原理說起來比較簡(jiǎn)單，但真正實(shí)現(xiàn)上卻很復(fù)雜。整個(gè)圖像信號(hào)的處理通常包括：
?。?）預(yù)處理
?。?）特征的提取與識(shí)別
（3）測(cè)量。高速運(yùn)動(dòng)的印品通過攝像機(jī)時(shí)，與模板圖像相比，往往會(huì)產(chǎn)生位置的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，有時(shí)甚至有飄動(dòng)，使采集的圖像發(fā)生變形失真；光源的不穩(wěn)定和外界環(huán)境的影響，使采集的圖像亮度不均勻，顏色發(fā)生變化；其它外部設(shè)備、供電電源和采集設(shè)備本身也會(huì)引入一定的干擾和噪聲。為此，在安裝視覺系統(tǒng)的過程中，一方面要消除這些不利的因素，另一方面還要通過圖像預(yù)處理排除和淡化它們的影響。
綜上所述，機(jī)器視覺是光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)相結(jié)合的技術(shù)，極適用于大批量生產(chǎn)過程中的重復(fù)性的測(cè)量、檢查和辨識(shí)。
2、機(jī)器視覺在印包行業(yè)的應(yīng)用
2.1在線檢測(cè)和離線檢測(cè)
視覺檢測(cè)系統(tǒng)按照其安裝的載體可分為在線檢測(cè)系統(tǒng)和離線檢測(cè)系統(tǒng)。
在線檢測(cè)系統(tǒng)安裝在膠印機(jī)、凹印機(jī)、柔印機(jī)、印碼機(jī)等印刷設(shè)備上，實(shí)時(shí)檢測(cè)印刷質(zhì)量。印品可以是單張紙，也可以是卷筒紙。在線檢測(cè)系統(tǒng)與離線檢測(cè)系統(tǒng)的視覺檢測(cè)部分在功能上基本相同，最主要的區(qū)別在于缺陷品的處理方法上。當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，在線檢測(cè)系統(tǒng)通常記錄下缺陷的位置（長(zhǎng)度：卷筒紙，張數(shù)：?jiǎn)螐埣垼?，或使用噴碼機(jī)、貼標(biāo)機(jī)、打標(biāo)機(jī)在紙邊做出標(biāo)記，號(hào)碼檢測(cè)記錄出錯(cuò)號(hào)碼或相鄰張的號(hào)碼。
離線檢測(cè)系統(tǒng)通常裝在檢品機(jī)或復(fù)卷機(jī)上。除可實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)系統(tǒng)的位置記錄與標(biāo)記功能外，檢品機(jī)通常具有分倉(cāng)功能，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果將好、壞品自動(dòng)分配到不同的倉(cāng)中。
2.2質(zhì)量分析、跟蹤和管理
采用檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)可提供檢測(cè)全過程的實(shí)時(shí)報(bào)警和詳盡、完善的分析報(bào)告。現(xiàn)場(chǎng)操作者可以根據(jù)全自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)報(bào)警及分析報(bào)告，對(duì)工作中的問題進(jìn)行調(diào)整。管理者可以依據(jù)檢測(cè)結(jié)果的分析報(bào)告，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行跟蹤，更有利于生產(chǎn)技術(shù)的管理。因?yàn)榭蛻羲蟮模哔|(zhì)量的檢測(cè)設(shè)備，不僅僅是停留在檢出印刷品(深圳印刷廠)的好與壞，還要求具備事后的分析能力。某些質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備所能做的不僅可以提升成品的合格率，還能協(xié)助生產(chǎn)商改進(jìn)工藝流程，建立質(zhì)量管理體系，達(dá)到一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
3、機(jī)器視覺能夠給我們帶來什么
顯然，盡管中國(guó)已然是一個(gè)印刷大國(guó)，然而中國(guó)還不是印刷強(qiáng)國(guó)。我們要走向世界，除了采用先進(jìn)的印刷設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備外，還要提高管理水平。管理就是生產(chǎn)力，向管理要效益，向管理要成本，當(dāng)然，這一切要在保證在相同質(zhì)量和服務(wù)的前提下。安裝自動(dòng)化的視覺檢測(cè)系統(tǒng)，前期需要一定的投入，然而，檢測(cè)系統(tǒng)的在質(zhì)量檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，會(huì)給企業(yè)在質(zhì)量和人工成本上帶來長(zhǎng)期的效益。
視覺質(zhì)量檢測(cè)在印刷包裝行業(yè)中的應(yīng)用可以在印前、印刷過程中和印后，但目前多數(shù)應(yīng)用集中在印后質(zhì)量檢查。中國(guó)有幾萬(wàn)家印刷企業(yè)，真正使用檢測(cè)系統(tǒng)的很少，除印鈔、票證等特殊行業(yè)外，主要是在包裝行業(yè)。包裝行業(yè)對(duì)印刷要求較高，對(duì)質(zhì)量和色彩的要求比較特殊。
包裝印刷廠必須具備獨(dú)特的產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)、技術(shù)優(yōu)勢(shì)和質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)，才能滿足客戶對(duì)于印量、周期和質(zhì)量的要求。專門針對(duì)煙草行業(yè)提供印刷服務(wù)的煙印企業(yè)的出現(xiàn)，即是一例。
推廣機(jī)器視覺檢測(cè)，首先要使印刷包裝企業(yè)更多的了解機(jī)器視覺。裝在哪里、怎么安裝、如何達(dá)到最好效果、能帶來什么具體效益，這一切都需要不斷地普及和宣傳。印刷包裝行業(yè)的從業(yè)者要提出自己的具體需求，學(xué)習(xí)和掌握機(jī)器視覺檢測(cè)的概念和操作；機(jī)器視覺行業(yè)的從業(yè)者要了解印刷的工藝，生產(chǎn)流程，操作方式和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，只有兩者的緊密結(jié)合，才能有真正符合中國(guó)國(guó)情的自動(dòng)化視覺檢測(cè)系統(tǒng)，才能達(dá)到提高質(zhì)量、提高效率、降低成本的目的。
