基于機(jī)器視覺的印刷品質(zhì)量控制解決方案

行業(yè)背景 ? ? ?

隨著生活水平的提升，人們對印刷品的要求也日漸提高，因此一些包裝印刷企業(yè)對質(zhì)量的要求也緊跟提高，然而在大規(guī)模的產(chǎn)品印制過程中，印刷品表面經(jīng)常會出現(xiàn)二維缺陷，例如臟點(diǎn)、漏印、擦版、白點(diǎn)、脫墨、飛墨、套印不良等，這些缺陷會影響印刷品的美觀和品質(zhì)，并影響人們對內(nèi)容的辨識，特別是在醫(yī)藥用的標(biāo)簽或標(biāo)識方面，給人們帶來極大的麻煩，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，就會造成大量退貨。

為了降低風(fēng)險，大多數(shù)印刷廠都采取對印刷品實(shí)行人工全檢的方法。如果印刷品質(zhì)量采用人員控制，那么通常情況下，人都會受環(huán)境、心情等主客觀因素影響導(dǎo)致人工檢測標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，因此，人眼是無法連續(xù)、穩(wěn)定地完成這些帶有高度重復(fù)性和智能性的工作，其它物理量傳感器也難有用武之地。

科技的不斷進(jìn)步，在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中，越來越多涉及到各式各樣的檢驗(yàn)、生產(chǎn)監(jiān)視及圖像識別等多種應(yīng)用領(lǐng)域。由此人們開始考慮利用機(jī)器視覺來取代人工視覺，它由光電成像系統(tǒng)采集被控目標(biāo)的圖像，而后經(jīng)由計算機(jī)或?qū)Ｓ玫膱D像處理模塊進(jìn)行數(shù)字化處理，根據(jù)圖像的像素分布、亮度和顏色等信息，進(jìn)行尺寸、形狀、顏色等判別。如此一來，就將計算機(jī)的快速性、可重復(fù)性，與人眼視覺的高度智能化和抽象能力結(jié)合起來了。

機(jī)器視覺是一項(xiàng)綜合技術(shù)，其中包括數(shù)字圖像處理技術(shù)、機(jī)械工程技術(shù)、控制技術(shù)、光源照明技術(shù)、光學(xué)成像技術(shù)、傳感器技術(shù)、模擬與機(jī)器視覺技術(shù)、計算機(jī)軟硬件技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)等。如表1所示，機(jī)器視覺的顯著優(yōu)點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)：

1）精度高

作為一個精確測量儀器，設(shè)計優(yōu)秀的視覺系統(tǒng)能夠?qū)σ磺€或更多部件的一個空間進(jìn)行測量，因?yàn)榇朔N測量不需要接觸，所以對脆弱部件沒有磨損和危險。

2）連續(xù)性

視覺系統(tǒng)可以使人們免受疲勞之苦。因?yàn)闆]有人工操作者，也就沒有人為造成的操作變化。多個系統(tǒng)可以設(shè)定單獨(dú)運(yùn)行。

3）成本效率高

隨著計算機(jī)處理器價格的急劇下降，機(jī)器視覺系統(tǒng)成本效率也變得越來越高。一個價值幾萬元的視覺系統(tǒng)可以輕松取代三個人工檢測者，其操作和維持費(fèi)用非常低；

4）靈活性

視覺系統(tǒng)能夠進(jìn)行各種不同的測量。當(dāng)應(yīng)用變化后，只需軟件做相應(yīng)更新或者升級以適應(yīng)新的需求即可。

表1 人工檢測與機(jī)器視覺檢測對比

機(jī)器視覺在印刷包裝行業(yè)的應(yīng)用 ? ?

機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)是根據(jù)人們的生產(chǎn)需要及光電、視頻、印刷等技術(shù)發(fā)展到一定水平才誕生的高科技產(chǎn)品。它能直接對印刷品進(jìn)行實(shí)時檢測，以最快捷的方式將質(zhì)量缺陷以圖像的形式反饋出來，從而能直觀地指導(dǎo)操作者進(jìn)行調(diào)整。同時它也提高了工藝質(zhì)量和工作效率，減少了人工抽檢產(chǎn)品的強(qiáng)度和密度，減少了人為不可控因素。它的應(yīng)用能極大地提高生產(chǎn)效率，減少印刷材料的浪費(fèi)，可以說是一種非常有效的成本控制系統(tǒng)，深受各個印刷企業(yè)的青睞。該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

1）采用高速線陣相機(jī)，能夠適應(yīng)不同長度的檢測對象；

2）采用國外先進(jìn)的圖像采集卡和處理平臺；

3）圖像分辨率為0.1X0.1mm2，甚至更精確；

4）扁平式箱體結(jié)構(gòu)，占用空間小；

5）采用高像質(zhì)鏡頭和消雜光光路設(shè)計，從而獲得高清晰度圖像；

在印刷包裝行業(yè)中，光源、相機(jī)等設(shè)備安裝于機(jī)器壓印輥筒上方，對稱線光源將均勻光照射在產(chǎn)品上，產(chǎn)品表面的圖像信息由成像光路，經(jīng)過高像質(zhì)鏡頭在上完成成像過程。高速線陣在一個積分周期內(nèi)完成對產(chǎn)品的一維成像，并通過紙張的自身運(yùn)動，完成二維成像。成像后的圖像信息經(jīng)過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)入計算機(jī)，如圖1所示，在計算機(jī)中，每一幅圖像通過與程序中的圖像比較，確定產(chǎn)品圖案上是否有瑕疵。根據(jù)比較結(jié)果對合格品和廢品進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計、標(biāo)識位置、報警信號、停機(jī)信號等。采集到的每一幅圖像都將在顯示器上實(shí)時顯示，其中主顯示器還可在檢測的過程中切換到操作界面，以便實(shí)施人工干預(yù)和調(diào)整。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計示意圖

系統(tǒng)的檢測過程事實(shí)上是一個圖像匹配過程，在系統(tǒng)進(jìn)行正常質(zhì)量控制之前，需要先進(jìn)行模板的建立和調(diào)試，即制定出一個質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，然后將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的每一張產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對比，依次判定所印產(chǎn)品是否符合質(zhì)量要求，如果出現(xiàn)傾向性質(zhì)量問題立即報警提醒機(jī)臺人員處理，如果出現(xiàn)連續(xù)性質(zhì)量問題則由系統(tǒng)控制印刷機(jī)停機(jī)，等待機(jī)臺人員處理完畢后方可開機(jī)，其檢測流程如圖2所示。

圖2 檢測系統(tǒng)流程圖

機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)的應(yīng)用前景 ? ?

對于如何解決印刷品質(zhì)量控制問題，人們曾研發(fā)了不少方法，如測控條、測試版，以及人工抽查、機(jī)器掃描等等。雖然這些方法在一定程度上起到了印刷品質(zhì)量控制作用，但是使用效果還是不盡如人意，這在一定程度上是不利于競爭的。因此，印刷企業(yè)渴望得到一種直觀、簡單易行、操作方便的質(zhì)量控制方法。

近年來，機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)就已經(jīng)開始加速進(jìn)入印刷各工序中，代替人工進(jìn)行質(zhì)量檢測和控制，以此提高檢測精度和檢測效率。隨著社會老齡化，這在“用工荒”的背景下具有極其長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略發(fā)展意義。但是，全流程的印刷質(zhì)量檢測方案并不是每個印刷工序質(zhì)量檢測的簡單堆砌和組合，而需要不斷地深度融合，并持續(xù)發(fā)展。為解決客戶的痛點(diǎn)，東方精工將會在印刷機(jī)GTS 924聯(lián)動線上應(yīng)用一套在線視覺質(zhì)量檢測系統(tǒng)，它通過在流程早期發(fā)現(xiàn)問題來提供產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高生產(chǎn)力，并減少浪費(fèi)，幫助客戶實(shí)現(xiàn)降本增效的目標(biāo)。

此外，包裝印刷質(zhì)量缺陷視覺檢測系統(tǒng)將具有以下幾個發(fā)展趨勢：

1）光學(xué)成像系統(tǒng)及圖像處理軟件更加貼近印刷工藝的實(shí)質(zhì)，最終比拼的不是CCD相機(jī)數(shù)量多少，而是光學(xué)成像系統(tǒng)對于印刷工藝中各種缺陷的表現(xiàn)能力。

2）印刷質(zhì)量的控制環(huán)節(jié)逐漸前移，印前工序、印后工序的印刷質(zhì)量缺陷檢測系統(tǒng)將得到更廣泛的應(yīng)用。

3）采用全流程印刷質(zhì)量缺陷檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)綜合分析軟件，實(shí)現(xiàn)檢測系統(tǒng)軟件和客戶ERP系統(tǒng)的無縫銜接，全工序檢測系統(tǒng)將向企業(yè)決策者提供更加系統(tǒng)、完善的質(zhì)量分析報告、質(zhì)量決策建議，最終將視覺檢測系統(tǒng)融入到工廠品質(zhì)體系中。

編輯：黃飛

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