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印刷行業(yè)中的機(jī)器視覺技術(shù)

更新時間：2009-10-15      點(diǎn)擊次數(shù)：1409

 

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

取得右邊靶標(biāo)位置
 
圖2目標(biāo)靶標(biāo)圖像
 
取得左邊靶標(biāo)位置
 
圖1 附帶靶標(biāo)的目標(biāo)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(biāo)。
 

取得左邊靶標(biāo)位置
 
取得右邊靶標(biāo)位置
 
圖3待對位對象位置

圖4 待對位對象靶標(biāo)圖像
       

 


 

3、計算相對距離：通過計算兩組靶標(biāo)的相對距離，從而控制驅(qū)動電機(jī)將待對位對象移到目標(biāo)位置上。
 

圖5待對位對象和目標(biāo)位置相對位置
圖6 對位后圖像
 

 


 

在國外一些全自動印刷設(shè)備上，自動定位系統(tǒng)正逐漸被應(yīng)用。如全自動打孔機(jī)，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(zhì)重要因素，而保證正確對位的一個關(guān)鍵是PS版上的孔打的位置與否。采用機(jī)器視覺定位系統(tǒng)的全自動打孔機(jī)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(biāo)位置并完成打孔，其打孔精度可保證在10微米以內(nèi)。在印刷電路板行業(yè)，曝光機(jī)、平面絲印機(jī)是*的設(shè)備，對于全自動曝光機(jī)，為了實(shí)現(xiàn)基板和底片的高精度的對位，有些生產(chǎn)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(zhì)量差異。在全自動平面絲印機(jī)上，每塊印制版的基準(zhǔn)孔（印制版上的靶標(biāo)）首先通過攝像頭被檢出、定位，然后實(shí)現(xiàn)高精度印刷。
 
印刷品缺陷檢測
       基于機(jī)器視覺的印刷品缺陷檢測技術(shù)是采用高速、高清晰度攝像頭和自動可調(diào)專業(yè)光源來獲取標(biāo)準(zhǔn)圖像，根據(jù)印品的特征和客戶的需求來設(shè)置檢測區(qū)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(biāo)準(zhǔn)樣張進(jìn)行比較，對于與標(biāo)準(zhǔn)樣張存在差異的地方，根據(jù)其差異程度，按預(yù)先設(shè)定的等級進(jìn)行分類，并作出相應(yīng)的反饋。從而實(shí)現(xiàn)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(tǒng)的印刷品缺陷檢測示意圖。
 
 
 
 
 
 
 
 

圖7 PRS-LB130視覺檢查系統(tǒng)的印刷品缺陷檢測示意圖

 
基于機(jī)器視覺的印刷品缺陷檢測技術(shù)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(xiàn)性要好，能夠真實(shí)獲取樣張的色彩，再則，曝光速度要足夠快，這兩項(xiàng)指標(biāo)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(yīng)該實(shí)時可變，從而可以保證采集的圖像質(zhì)量。第三，圖像處理算法應(yīng)該具有較強(qiáng)的魯棒性來克服在印刷過程中產(chǎn)生的一些隨機(jī)因素導(dǎo)致圖像采集不穩(wěn)定，同時一些生產(chǎn)廠商開發(fā)特殊的圖像處理引擎來滿足高速印刷發(fā)展的要求。
目前基于機(jī)器視覺的印刷品缺陷檢測技術(shù)已逐漸在一些高精度、高附加值的印刷行業(yè)的設(shè)備中得到應(yīng)用。首先是票證印刷行業(yè)，由于它的印刷對象大都是有價證券，對印刷質(zhì)量有特殊要求。其次是煙包印刷，煙草包裝不同于其他產(chǎn)品的包裝，有著其自身的特點(diǎn)，煙包印刷所需的技術(shù)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(chǎn)品之一。同時煙草包裝也是附加值zui高的包裝產(chǎn)品之一，因而其也是全自動印刷品質(zhì)量檢測設(shè)備應(yīng)用zui廣的領(lǐng)域。由于標(biāo)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(zhì)量檢測的硬件成本相對來說較少，因此歐洲和日本的設(shè)備制造商爭相將印刷質(zhì)量檢測系統(tǒng)引入到標(biāo)簽印刷上。為獲得穩(wěn)定的印刷質(zhì)量提供了有力保障。
 
自動套色控制
      基于機(jī)器視覺的自動套色控制系統(tǒng)采用高清晰彩色攝像頭獲取樣張上的輔助色標(biāo)，通過圖像處理算法識別出各色標(biāo)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(yù)先設(shè)定的不一致，則說明套印出現(xiàn)偏差。例如假設(shè)色標(biāo)線水平長10 mm , 寬1 mm , 每個相鄰顏色的標(biāo)志線在套印時應(yīng)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(biāo)間距，如果相鄰兩色色標(biāo)間隔大于或小于20 mm ,則說明套印出現(xiàn)了偏差。然后將偏差信號反饋給系統(tǒng)作出相應(yīng)修正。
 
 
 
 
 
 
 


 

圖8 色標(biāo)示意圖

 
       基于機(jī)器視覺的自動套色控制系統(tǒng)克服了采用光電傳感技術(shù)（如單色光源或LED 發(fā)光管等） 檢測印刷光標(biāo)的縱向套準(zhǔn)控制系統(tǒng)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(qū)現(xiàn)象的弊端。因?yàn)?/span>印刷的質(zhì)量不僅與縱向套準(zhǔn)偏差有關(guān), 其他一些因素（如: 橫向偏差、油墨質(zhì)量、墨屑、印刷與模切間的套準(zhǔn)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(tǒng)是排列式凹印機(jī)*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(jī)一起動，CCD照相機(jī)就立即開始測定套印標(biāo)記的實(shí)際位置與目標(biāo)位置之間的差異。然后將測定結(jié)果轉(zhuǎn)換成控制命令，用以調(diào)整套印標(biāo)記之間在橫縱兩個方向的差異。在很短的時間內(nèi)，就能實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整就緒。同樣，自動套色控制在冷/熱固印刷機(jī)上同樣有著廣泛的應(yīng)用。
 
字符和條碼自動識別
       光學(xué)字符識別（OCR）已有30多年歷史，其目的是要把圖像作一個轉(zhuǎn)換，使圖像內(nèi)的文字繼續(xù)保存。其處理流程如下：首先采集含有字符的圖像，然后經(jīng)過預(yù)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(dāng)中，主要是識別數(shù)字和英文字母，如有價證券的編號和產(chǎn)品的生產(chǎn)日期等。因而字符自動識別系統(tǒng)在票證印刷和標(biāo)簽印刷設(shè)備上得到了應(yīng)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(zhì)量。
       隨著條碼應(yīng)用的普及，條碼的在線識別和檢測在包裝、標(biāo)簽和票據(jù)印刷中正得到推廣。
總結(jié)
印刷機(jī)械設(shè)備自發(fā)明以來，在長期發(fā)展的進(jìn)程中，走過從手動到機(jī)械化的階段，在近代，為進(jìn)一步提高工作效率、減輕勞動強(qiáng)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(shè)備上采用機(jī)器視覺技術(shù)，進(jìn)一步提高印刷設(shè)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(xiàn)實(shí)情況，國內(nèi)印刷設(shè)備生產(chǎn)廠商應(yīng)該了解和熟悉機(jī)器視覺這一新興技術(shù)，從而能夠在印刷設(shè)備研發(fā)中占有一席之地。
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