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自動印刷質(zhì)量檢測技術(shù)及系統(tǒng)綜述

來源:   2012年08月17日 16:36   35688
  Foodjx導(dǎo)讀:印刷過程往往受到溫度、濕度、機(jī)器精度、設(shè)備操作等各種因素干擾,印刷質(zhì)量達(dá)不到既定要求,這就需要對印刷全流程進(jìn)行檢測控制。印刷品常會出現(xiàn)這樣或那樣的缺陷,常見的印刷品缺陷主要有:漏印、飛墨、偏色、黑點(diǎn)、刮擦、套印不準(zhǔn)等。但由于人受自身?xiàng)l件的限制,并不能完成實(shí)時(shí)監(jiān)控,因此建立起有效的自動印刷質(zhì)量檢測技術(shù)十分重要。
  
  1.影響印刷質(zhì)量的兩個核心問題及自動檢測技術(shù)必要性、可行性
  
  總結(jié)印刷中zui常出現(xiàn)的印刷質(zhì)量問題可以分為印刷色彩問題和印刷缺陷問題兩大類,印刷色彩問題主要表現(xiàn)為偏色,印刷缺陷問題主要表現(xiàn)形狀缺陷。
  
  彩色印刷所使用的膠印機(jī)通常有單色膠印機(jī)、雙色膠印機(jī)和四色膠印機(jī)。產(chǎn)生偏色的原因主要有三點(diǎn):*,雙色膠印機(jī)印刷彩色封面的一般原則,當(dāng)使用雙色膠印機(jī)印刷彩色封面時(shí),同時(shí)印刷的兩個色是濕疊濕方式,而后印的兩個色印刷方式相對于前兩個色而言是濕疊干的。第二,四色膠印機(jī)印刷彩色封面的一般原則,當(dāng)用四色印刷機(jī)印刷彩色封面時(shí),由于它是濕疊濕的印刷方式,這在印刷工藝上增加了難度,要求四種顏色的油墨疊印后的密度值要小,每一色的墨層厚度要薄,否則就會出現(xiàn)背面蹭臟或其他印刷事故。第三,油墨的黏度與顏色的關(guān)系,油墨的黏度是指油墨內(nèi)聚力的大小或墨層斷裂時(shí)所產(chǎn)生的阻力大小,在多色印刷中,我們要按照油墨黏度由大到小的印刷順序進(jìn)行印刷,即前一色的油墨黏度大于后一色的油墨黏度,這樣才能保證油墨正常疊印。
  
  根據(jù)對印刷品質(zhì)量影響因素的分析,可知其缺陷一般為形狀缺陷。其主要關(guān)注形狀特征,例如線條形狀缺陷。在多數(shù)可用的圖像質(zhì)量檢測中,有一些是適合于評價(jià)圖像質(zhì)量的度量指標(biāo)。這些檢測內(nèi)容包括:點(diǎn)質(zhì)量、線質(zhì)量、文字質(zhì)量、超范圍的噴涂和空間分辨率。常見的印刷品缺陷主要有:飛墨、針孔、漏印、黑點(diǎn)、刮擦、套印不準(zhǔn)等。這些缺陷的檢測目前普遍采用的是人工目測的手段,勞動強(qiáng)度大,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,檢測標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。特別是隨著印刷速度的提高,已逐漸無法滿足生產(chǎn)的需求。因此,印刷品缺陷的自動檢測逐漸成為行業(yè)的趨勢。
  
  為了提高生產(chǎn)效率,在線智能檢測技術(shù)引入了印刷過程,基本原理如下:系統(tǒng)通過CCD攝像鏡頭,采集無缺陷印品作為標(biāo)準(zhǔn)圖像,然后在印刷生產(chǎn)線上采集待檢圖像,將采集到的每一幀待檢圖像傳輸給現(xiàn)場與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對比分析,找出有質(zhì)量問題的圖像,從而發(fā)現(xiàn)該幀圖像所對應(yīng)印刷品的質(zhì)量問題,zui后自動調(diào)節(jié)相應(yīng)的印刷部質(zhì)量的在線控制。印品在線檢測在具體實(shí)施時(shí),一般分為兩步:首先是檢測準(zhǔn)備,即通過對合格產(chǎn)品的圖像采集,獲得標(biāo)準(zhǔn)印刷品圖像。其次是實(shí)際檢測,即將待檢印刷品的圖像與標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行比較,從而根據(jù)比較結(jié)果確定缺陷存在與否及缺陷位置,并記錄該缺陷信息。以下為各國研究現(xiàn)狀,及其系統(tǒng)構(gòu)成分析。
  
  2.當(dāng)前國內(nèi)外印刷品自動檢測技術(shù)現(xiàn)狀
  
  印刷圖像質(zhì)量自動檢測技術(shù)起步于上個世紀(jì)八、九十年代。1990年,日本東京的KatsuyukiTanimizu進(jìn)行了印刷工業(yè)自動質(zhì)量檢測研究,提了一種用于自動檢測印刷品表面缺陷的索引空間法(IndexSpaceMethod),以X、Y表示各像素點(diǎn)的位置坐標(biāo),以Z軸表示像點(diǎn)灰度值,建立了空間坐標(biāo)系,這樣每一圖點(diǎn)都能在此坐標(biāo)系中找到其相應(yīng)的位置,通過比較坐標(biāo)系中模板圖像和待檢圖像的對位置的灰度值,確定待檢圖像中是否存在缺陷點(diǎn),這種方法的圖像處理過程和檢測過程相互獨(dú)立,能夠檢測較復(fù)雜的圖片。但其算法比較復(fù)雜,應(yīng)用上有很多不便。
  
  1993年,法國的B.Mehenni也進(jìn)行了本課題的研究工作,他提出了一種把n-tupe法和逐像素比較法相結(jié)合的方法,這種方法具有速度快、參數(shù)輸出多等特點(diǎn),但它要求專門的硬件設(shè)備,同時(shí)要通過示教才能完成自動質(zhì)量檢測的任務(wù)。
  
  1998年,又陸續(xù)有學(xué)者把Gaborfilter法引入到印刷品圖像質(zhì)量檢測中,此種方法可檢測出多種圖像缺陷,且有一定的自適應(yīng)性,適用于對大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的檢測,但abor方法有一大缺陷,識別速度慢,因?yàn)樗牧己米R別性是建立在匹配基礎(chǔ)上的,這大大提高了運(yùn)算的復(fù)雜性,同時(shí)降低了它的實(shí)用性。
  
  2003年,英國埃克塞特大學(xué)的J.Luo和Z.Zhang,基于圖像處理技術(shù),提出了一種彩色印刷品檢測算法。該算法首*行照明修正,然后給出色彩三維直方圖,進(jìn)行特征提取,zui后利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行圖像分類,識別合格圖像。
  
  目前,國外許多廠家已經(jīng)研制出了各種印刷品自動化質(zhì)量檢測系統(tǒng)。例如:德國VisionExperts公司開發(fā)的印刷質(zhì)量檢測系統(tǒng)能在線檢測出各種紙張、多種材料表面的印刷錯誤。德國的ELTROMAT公司生產(chǎn)的GEDNOTA-SAVE系列高精度印刷質(zhì)量檢測系統(tǒng)已用于對鈔票印刷的質(zhì)量檢測過程。實(shí)踐證明它們大大縮短了檢測的時(shí)間,提高了檢測速度,達(dá)到了監(jiān)控高精度印刷品生產(chǎn)過程的目的。以色列AVT公司也已生產(chǎn)出用于檢測印刷質(zhì)量的PrintVision系列產(chǎn)品,能夠探測到顏色差異、漏印、條痕以及斑點(diǎn)等印刷錯誤。
  
  在實(shí)際應(yīng)用層面,目前世界上進(jìn)行此方面研究的主要有日本、德國。如日本的FUTEC以及日本株式會社東機(jī)美(TOKIMEC)等公司有EasyMax系列產(chǎn)品和Print-Pac系統(tǒng),德國的Vision-Experts公司開發(fā)的Print-Expert4000OCV/2系統(tǒng)。此外,能提供全自動印刷品質(zhì)量檢測設(shè)備的還有瑞士的BOBST、美國的PROIMAGE等公司。
  
  3.在線檢測系統(tǒng)構(gòu)成
  
  為了解決印刷過程中的自動缺陷檢測問題,可以根據(jù)印刷缺陷特征設(shè)計(jì)在線檢測系統(tǒng),其主要包括圖像獲取、定位、檢測、以及結(jié)果輸出四個部分組成,圖像采集由CCD、鏡頭、光源、視頻圖像采集卡和計(jì)算機(jī)組成,定位主要通過軟件編程完成圖像的噪聲去除、幾何變換和定位確定,圖像檢測系統(tǒng)主要是通過二值化圖像對印刷產(chǎn)品進(jìn)行自動檢測過程,結(jié)果輸出主要是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分計(jì)算得到的數(shù)據(jù)輸出,并進(jìn)行印刷特征量的顯示,如墨量顯示。當(dāng)建立起了全畫面印刷質(zhì)量檢測系統(tǒng),通過CCD攝像機(jī),對印刷品進(jìn)行連續(xù)拍照,將拍攝到的每一幀圖像傳輸給現(xiàn)場計(jì)算機(jī),通過圖像處理軟件,對圖像信息進(jìn)行分析處理,找出有質(zhì)量問題的圖像,給出該圖像所對應(yīng)的印刷品的質(zhì)量問題,然后通過傳輸線路將信息反饋給操作人員或直接反饋給印刷機(jī)進(jìn)行調(diào)整。這樣不僅可以減輕工人勞動強(qiáng)度,而且將減少次品和提高生產(chǎn)效率。
  
  對于印刷品缺陷的在線檢測系統(tǒng)硬件部分如圖一所示,主要由CCD、鏡頭、圖像采集卡、計(jì)算機(jī)及其顯示系統(tǒng)組成。
  
  首先,CCD、鏡頭、光源和圖像采集卡共同完成對圖像的采集與數(shù)字化。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),是整個系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵所在。CCD器件可以分為線陣式和面陣式兩大類。線陣CCD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)前移過,才能獲得完整的圖像,因此非常適合對以一定速度勻速運(yùn)動的物體的圖像檢測。而面陣CCD則可以一次獲得整幅圖像的信息。在全畫面檢測系統(tǒng)中,采用了索尼公司的Bayer轉(zhuǎn)化的面陣CCD。
  
  經(jīng)過實(shí)驗(yàn),對小幅面的印刷品(200mm×200mm),印刷品與鏡頭的物距為15mm時(shí),光源的照度zui均勻,成像質(zhì)量好。因此選用鏡頭焦距3.5-8mm,成像尺寸為1/3英寸,光圈為F1.4。光源采取前向垂直照明的方式。
  
  再次,圖像采集模塊的任務(wù)主要是完成采集圖像到屏幕實(shí)時(shí)顯示的控制,采集方式分為單幀采集和實(shí)時(shí)采集并顯示。在全畫面印刷質(zhì)量檢測系統(tǒng)中,著重要對采集的圖像進(jìn)行二值化處理后,對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,屬于較復(fù)雜的過程,所以采用了把單幀采集的圖像存儲到位置后,再使用圖像的指針調(diào)用圖像進(jìn)行處理。
  
  zui后,輸出系統(tǒng)主要完成對結(jié)果的輸出并且根據(jù)輸出數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)印刷過程,包括暫停、重印、覆蓋等操作。
  
  4.主要硬件特性
  
 ?、貱CD攝像機(jī)。CCD(電荷藕合器件,ChangeCoupledDevice),是上世紀(jì)70年代發(fā)展起來的新型半導(dǎo)體光電成像器件,是一種利用光電效應(yīng)原理來實(shí)現(xiàn)圖像攝取的專門用途芯片。CCD有線型和面型兩大類,兩者都需要用光學(xué)成像系統(tǒng)將景物圖像成像在CCD上。電成像器件,是一種利用光電效應(yīng)原理來實(shí)現(xiàn)圖像攝取的專門用途芯片。這里我們選用的是面陣CCD,它按一定的方式將一維線陣CCD的光敏單元及位移集成器排列成二維陣列。對于選用的CCD攝像機(jī)來說,需要重點(diǎn)考察六個參數(shù):顏色、分辨率、zui低照度、CCD芯片的尺寸、曝光方式(Exposure)、快門速度(Shutter)。
  
 ?、诠鈱W(xué)鏡頭。鏡頭相當(dāng)于人眼的晶狀體,如果沒有晶狀體,人眼看不到任何物體。如果沒有鏡頭,那么攝像頭所輸出的圖像,就是白茫茫的一片,沒有清晰的圖像輸出。當(dāng)攝像頭在拍攝圖像時(shí),如果圖像變得不清楚,可以調(diào)整攝像頭的后焦點(diǎn),改變CCD芯片與鏡頭基準(zhǔn)面的距離,使模糊的圖像變得清晰。
  
 ?、蹐D像采集卡。圖像采集卡負(fù)責(zé)將攝像機(jī)攝取的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號交給計(jì)算機(jī)處理。通常圖像采集卡要占用PC機(jī)總線的一個插槽,并帶有外接的CCD攝像頭,圖像監(jiān)視器、視頻信號接口。圖像采集卡與攝像機(jī)、監(jiān)視器、PC機(jī)一起就構(gòu)成了一個典型微機(jī)圖像處理系統(tǒng)的基本硬件環(huán)境。信號進(jìn)入圖像采集卡后分為二路,一路經(jīng)同步分離器分出行、場同步信號送給鑒相器,使之與卡內(nèi)時(shí)序發(fā)生器產(chǎn)生的行、場同步信號保持同相關(guān)系,并通過控制電路使卡上的各單元按視頻信號的行、場電視制式的要求同步工作。另一路視頻信號經(jīng)過預(yù)處理電路,將視頻的灰度信號由峰值為1V的標(biāo)準(zhǔn)電視信號放大到A/D轉(zhuǎn)換器所需要的幅度,并調(diào)整好電平和對比度。預(yù)處理電路輸出的信號送A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。時(shí)序控制器將數(shù)字信號存于幀存儲器。同時(shí),卡上設(shè)置了為模擬監(jiān)視器提供的全電視信號輸出單元。它由查找表、D/A轉(zhuǎn)換器和同步合成電路構(gòu)成。查找表在微機(jī)接口電路的控制下,將A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字圖像中相同灰度值的地址放到的空間。這些數(shù)據(jù)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成模擬電壓值,使D/A轉(zhuǎn)換器的輸出在查找表的行列的灰度,便可快速地還原圖像于視頻監(jiān)視器上。在軟件的作用下,圖像卡可以方便地對數(shù)字圖像進(jìn)行存儲、檢測和加、減等處理。圖像采集卡種類很多,按照不同的分類方法,有黑白圖像和彩色圖像采集卡,有模擬信號和數(shù)字信號采集卡,有復(fù)合信號和RGB分量信號輸入采集卡。在選擇圖像采集卡時(shí),主要應(yīng)考慮到系統(tǒng)的功能需求、圖像的采集精度和與攝像機(jī)輸出信號的匹配等因素。
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