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印刷行業中的機器視覺技術

更新時間：2009-10-15      點擊次數：1745

 

機器視覺就是用利用機器代替人眼來做判斷、測量和識別。根據印刷生產線的要求，其特點是高速、非接觸式、客觀和。在現代工業向著高度自動化、智能化發展的今天，機器視覺技術在各行各業的應用越來越廣泛。同樣在印刷行業的各種全自動設備中也能見到它的影子。
機器視覺開始于上世紀80年代初，首先興起于電子行業，90年代初進入印刷行業。
 
自動定位
       基于機器視覺的平面自動定位系統是通過兩個攝像頭獲取目標位置信息，然后獲取待對位對象的當前位置，通過計算獲得兩個位置間的相對距離，將計算結果反饋給控制系統，控制系統驅動電機自動地將待對位對象移到目標位置。目前，同過機器視覺技術達到的自動定位可以達到微米級精度。
其工作流程如下：
1、獲取目標位置：首先要求目標位置（如圖1）和待對位對象附帶兩個靶標（如圖1藍色所示）。攝像頭獲取目標位置靶標（如圖2）。
 
 
 
 

取得右邊靶標位置
 
圖2目標靶標圖像
 
取得左邊靶標位置
 
圖1 附帶靶標的目標位置
 

 
 


 

2、獲取待對位對象位置：通過攝像頭獲取待對位的對象的兩個靶標。
 

取得左邊靶標位置
 
取得右邊靶標位置
 
圖3待對位對象位置

圖4 待對位對象靶標圖像
       

 


 

3、計算相對距離：通過計算兩組靶標的相對距離，從而控制驅動電機將待對位對象移到目標位置上。
 

圖5待對位對象和目標位置相對位置
圖6 對位后圖像
 

 


 

在國外一些全自動印刷設備上，自動定位系統正逐漸被應用。如全自動打孔機，對于彩色印刷而言，PS版在印刷及滾筒上是否正確對位是決定印刷品質重要因素，而保證正確對位的一個關鍵是PS版上的孔打的位置與否。采用機器視覺定位系統的全自動打孔機只要將PS版放在工作臺上，攝像頭將自動搜索位置，并將其移到目標位置并完成打孔，其打孔精度可保證在10微米以內。在印刷電路板行業，曝光機、平面絲印機是*的設備，對于全自動曝光機，為了實現基板和底片的高精度的對位，有些生產廠家采用4個攝像頭，從而可以避免由于操作者不同引起的質量差異。在全自動平面絲印機上，每塊印制版的基準孔（印制版上的靶標）首先通過攝像頭被檢出、定位，然后實現高精度印刷。
 
印刷品缺陷檢測
       基于機器視覺的印刷品缺陷檢測技術是采用高速、高清晰度攝像頭和自動可調專業光源來獲取標準圖像，根據印品的特征和客戶的需求來設置檢測區域和檢測等級。然后在相同的采集條件下獲取待檢測圖像，在圖像處理裝置中與標準樣張進行比較，對于與標準樣張存在差異的地方，根據其差異程度，按預先設定的等級進行分類，并作出相應的反饋。從而實現對刀絲、飛墨、針孔、異物等缺陷和顏色偏差的在線全幅檢測。圖7是基于PRS-LB130視覺檢查系統的印刷品缺陷檢測示意圖。
 
 
 
 
 
 
 
 

圖7 PRS-LB130視覺檢查系統的印刷品缺陷檢測示意圖

 
基于機器視覺的印刷品缺陷檢測技術從原理分析不難，但它對硬件、軟件要求比較高。首先是攝像頭，必須顏色再現性要好，能夠真實獲取樣張的色彩，再則，曝光速度要足夠快，這兩項指標使得攝像頭的成本就比較高。 其次，對于光源的要求，由于印刷速度不恒定，那么隨著印刷速度的變化，光源的亮度應該實時可變，從而可以保證采集的圖像質量。第三，圖像處理算法應該具有較強的魯棒性來克服在印刷過程中產生的一些隨機因素導致圖像采集不穩定，同時一些生產廠商開發特殊的圖像處理引擎來滿足高速印刷發展的要求。
目前基于機器視覺的印刷品缺陷檢測技術已逐漸在一些高精度、高附加值的印刷行業的設備中得到應用。首先是票證印刷行業，由于它的印刷對象大都是有價證券，對印刷質量有特殊要求。其次是煙包印刷，煙草包裝不同于其他產品的包裝，有著其自身的特點，煙包印刷所需的技術工藝是僅次于鈔票和有價證券的印刷，是目前要求精度zui高的包裝產品之一。同時煙草包裝也是附加值zui高的包裝產品之一，因而其也是全自動印刷品質量檢測設備應用zui廣的領域。由于標簽印刷其印刷幅面相對來說較小，因而其所需的全自動印刷品質量檢測的硬件成本相對來說較少，因此歐洲和日本的設備制造商爭相將印刷質量檢測系統引入到標簽印刷上。為獲得穩定的印刷質量提供了有力保障。
 
自動套色控制
      基于機器視覺的自動套色控制系統采用高清晰彩色攝像頭獲取樣張上的輔助色標，通過圖像處理算法識別出各色標顏色，并計算他們的位置。如果各色的位置及其相對位置與預先設定的不一致，則說明套印出現偏差。例如假設色標線水平長10 mm , 寬1 mm , 每個相鄰顏色的標志線在套印時應相互平行, 垂直（縱向） 相距20 mm （如圖8）, 通過采集分析得出各色標間距，如果相鄰兩色色標間隔大于或小于20 mm ,則說明套印出現了偏差。然后將偏差信號反饋給系統作出相應修正。
 
 
 
 
 
 
 


 

圖8 色標示意圖

 
       基于機器視覺的自動套色控制系統克服了采用光電傳感技術（如單色光源或LED 發光管等） 檢測印刷光標的縱向套準控制系統橫向偏差不能測量和控制, 而且在檢測過程中存在信號盲區現象的弊端。因為印刷的質量不僅與縱向套準偏差有關, 其他一些因素（如: 橫向偏差、油墨質量、墨屑、印刷與模切間的套準等） 也起著重要作用，同時不受走紙的波浪形狀的影響。
自動套色控制系統是排列式凹印機*的配套裝置，對提高印刷套印精度，降低廢品率起著重要作用。印刷機一起動，CCD照相機就立即開始測定套印標記的實際位置與目標位置之間的差異。然后將測定結果轉換成控制命令，用以調整套印標記之間在橫縱兩個方向的差異。在很短的時間內，就能實現自動調整就緒。同樣，自動套色控制在冷/熱固印刷機上同樣有著廣泛的應用。
 
字符和條碼自動識別
       光學字符識別（OCR）已有30多年歷史，其目的是要把圖像作一個轉換，使圖像內的文字繼續保存。其處理流程如下：首先采集含有字符的圖像，然后經過預處理、字符特征提取、比對識別等過程。
       在目前的印刷字符在線自動識別當中，主要是識別數字和英文字母，如有價證券的編號和產品的生產日期等。因而字符自動識別系統在票證印刷和標簽印刷設備上得到了應用，它們不僅識別印刷字符的正確與否，同時還要識別印刷質量。
       隨著條碼應用的普及，條碼的在線識別和檢測在包裝、標簽和票據印刷中正得到推廣。
總結
印刷機械設備自發明以來，在長期發展的進程中，走過從手動到機械化的階段，在近代，為進一步提高工作效率、減輕勞動強度，走的是逐步自動化的道路。如今，國外一些廠商在一些印刷設備上采用機器視覺技術，進一步提高印刷設備的自動化程度和可靠程度，在我國市場的占有率承增長趨勢。面對這一現實情況，國內印刷設備生產廠商應該了解和熟悉機器視覺這一新興技術，從而能夠在印刷設備研發中占有一席之地。
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