印刷品质量在线检测.doc

昆明理工大学 印刷品质量检测与控制课程论文 印刷品质量在线检测 姓 名： 吴 雷 学 号： 201110304103 学 院： 机电工程学院 专 业： 包装工程 年 级： 2011级 指导教师： 何自芬老师 2014年 6 月 4 日 摘要 在线检测技术是一种基于计算机图像处理和印刷机自动控制的综合性印刷质量控制技术。该技术大大减少了印刷品质量控制的人为干预，能大幅度提高印刷机械的生产效率，从而降低了对操作人员技能的要求，真正实现印刷机械的自动化、智能化。本文分别从在线检测的基本原理、检测精度、检测参数，应用及发展几个方面来描述印刷品的在线检测技术。 关键词：印刷质量，在线检测 Abstract Line detection technology is a computer-based integrated image processing and printing quality printing control automatic control technology. This technology greatly reduces human intervention print quality control, can greatly improve the production efficiency of printing machinery, thereby reducing the skills required for the operator, the real printing machinery automation , intelligent. In this paper, respectively, from the basic principles of online testing, testing accuracy , test parameters, application and development aspects to describe printed online detection technology. Key words: Print quality, Online testing 引言 在印刷工程中，由于印刷工艺及机械精度等原因，印刷品常会出现这样或那样的缺陷，导致印刷次品的出现。如何检测出这些次品，是印刷中的一个重要方面。同时，随着印刷的自动化程度越来越高。速度越来越快对相应的检测技术也越来越高。印刷品的质量检测经历了最初的目测评价，到基于一定理论的客观评价(包括密度检测法和色度检测法)，再到现在基于图像处理的在线检测的发展历程。 - 1 - 一、印刷品质量检测 (一)、传统的质量检测技术 传统的印品质量检测技术包括主观目测，密度测量法和色度检测法。 主观的目测法是将印刷品与标准印品直接或借助放大镜进行人为的对比，主观评价印品质量的好坏，该方法虽然简单灵活，但易受操作人员的经验和心理等因素的影响，精确性和稳定性较差。 密度检测法和色度检测法是借助于仪器对印刷品密度和色度进行测量，并利用相关理论对数据进行分析和处理，进而评价印品质量。这两种方法均能为客观评价印刷品质量提供理论依据，克服了主观目测法的不稳定性的缺陷，在印刷领域有着广泛的应用。但是，密度法和色度法所用的仪器只能对10mm左右的区域进行检测，因而必须加上测控条，无法完整的从印刷画面上获得更多的信息。理论上存在一定的不准确性和局限性。 (二)、在线质量检测技术 由于传统印品检测技术有一个共同的缺陷：它们都是在印刷完成后的抽样检测。一旦出现印刷质量问题，往往就是几百张，甚至可能会达到上千张，不能及时发现印刷过程中存在的问题，从而造成印刷材料和工时的浪费，增加企业生产成本。由于传统检测技术的众多不足，在线印品检测技术应运而生。随着计算机技术的高速发展以及印刷工程与计算机图像处理技术的紧密结合，目前采用印刷图像在线检测系统取代传统的印刷品质量控制方法在国外已经到了应用阶段，在国内也有明显的趋势。本文主要介绍基于数字图像处理的在线测试技术。 二、基于数字图像处理的在线测试技术 早在20世纪70年代，就已经有厂商积极致力于采用图像处理系统进行印品的在线检测，对视觉信息数字化，通过电脑实现印刷质量的“看见”和“认知”，对印刷品进行高速度、高精度的、100的实时检测，彻底消除人为失误，建立统一的、可量化的检验标准。目前能提供全自动印刷品在线质量检测设备的有瑞士的BOBST、美国的PROIMAGE、日本的DAC和TOKIMEC。 (一)、基本原理 全自动在线印刷品质量检测设备采用的检测系统多是先利用高清晰度、高速摄像镜头拍摄标准图像，在此基础上设定一定标准；然后拍摄被检测的图像，再将两者进行对比，如图1所示。CCD（Charge Coupled Device电荷耦合器件）线性传感器将每一个像素的光量变化转换成电子信号，对比之后只要发现被检测图 - 2 - 合格产品 采集图像 模板制作 图像处理图像采集 待检产品 图像捕捉 检测结果 及智能判及数字化 决 控制执行模块 图1 在线结构系统结构框图 像与标准图像有不同之处，系统就认为这个被检测图像为不合格品。印刷过程中产生的各种错误，对电脑来说只是标准图像与被检测图像对比后的不同，如污迹、墨点色差等缺陷都包含在其中。最后自动调节相应的印刷部件，实现对印刷品质量的在线控制。 印品在线检测在具体实施时，一般分为两步：首先是检测准备，即通过对合格产品的图像采集，获得标准印刷品图像，也称模板。其次是实际检测，即将待检印刷品的图像与标准模板进行比较。从而根据比较结果确定缺陷存在与否及缺陷位置，并记录该缺陷信息。 印品缺陷主要包括形状缺陷和颜色缺陷两种。形状缺陷主要是指瑕疵、异物、污点、刀丝等。它表现图像上，为缺陷图像的缺陷处的灰度值与标准图像的差异。将缺陷图像的灰度值同标准图像进行比较，判断其差值是否已经超出预先设定的阈值范围，就能判断该图像是否有形状缺陷。色彩缺陷主要指待检印品与标准印品颜色上存在偏差。可利用颜色空间转换模型得到印品图像的色度值，用色差来评价印品的偏色状况。图2为印品在线检测系统流程图。 标准图像 颜色缺陷 缺陷分图像预处图像定位 比较操作 析记录 待检图像 形状缺陷 图2 为印品在线检测系统流程图 (二)、检测精度 最早用于印刷品质量检测的是将标准影像与被检测影像进行灰度对比的技术，现在较先进的技术是以RGB三原色为基础进行对比。机器在线检测与人眼检测相比，区别在于：当我们聚精会神地注视某印刷品时，如果印刷品的对比色比较强烈，则人眼可以发现的最小的缺陷是对比色明显、不小于0.3mm的缺陷， - 3 - 但依靠人的眼力很难保持持续的、稳定的视觉效果；换一种情况，如果是在同一色系的印刷品中寻找缺陷，尤其是在一淡色系中寻找质量缺陷的话，人眼能够发现的缺陷至少需要有20个灰度级差；而自动化的机器则能够轻而易举地发现0.1mm大小的缺陷，即使这种缺陷与标准图像仅有一个灰度级的区别。 但是从实际使用上来说，即便是同样的全色对比系统，其辨别色差的能力也不同。有些系统能够发现轮廓部分及色差变化较大的缺陷，而有些系统则能识别极微小的缺陷。对于白卡纸和一些简约风格的印刷品来说，如日本的KENT烟标、美国的万宝路烟标，简单地检测或许已经足够了，而国内的多数印刷品，特别是各种标签，具有许多特点，带有很多的闪光元素，如金、银卡纸，烫印、压凹凸或上光印刷品，这就要求质量检测设备必须具备足够的发现极小灰度级差的能力，也许是5个灰度级差，也许是更严格的1个灰度级差。这一点对国内标签市场是至关紧要的。 标准影像与被检印刷品影像的对比精确是检测设备的关键问题，通常情况下，检测设备是通过镜头采集影像，在镜头范围内的中间部分，影像非常清晰，但边缘部分的影像可能会产生虚影，而虚影部分的检测结果会直接影响到整个检测的准确性。从这一点来说，如果仅仅是全幅区域的对比并不适合于某些精细印刷品。如果能够将所得到的图像再次细分，比如将影像分为1024dpi 4096dpi或2048dpi4096dpi，则检测精度将大幅提高，同时因为避免了边缘部分的虚影，从而使检测的结果更加稳定。 (三)、检测参数 我们根据用户设定的标准（如需要检测的区域、每个区域的检测等级、每个检测等级执行的检测标准等），对印刷品采取分区域的、分等级的质检标准设定。首先，我们对被检测的印刷品进行分区，最严格检测区印刷品最重要部分(商标、产品)；严格检测区重要部分(产品)；普通检测区背景；忽略区隐蔽部分(上胶翼、糊口部分)。然后，对每个检测等级进行设定。这一点非常关键，会直接关系到发现缺陷的能力，也直接关系到废品率的多少，所以客户必然会要求设定一个可以接受的、合理的公差范围，包括设定可接受的、缺陷大小的范围公差，可接受的、缺陷灰度公差。 三、印刷品在线检测的应用及发展 (一)、在线检测技术的应用 由上可知，在线检测技术有许多优势，稳定性好、重复性好、效率高。印刷 - 4 - 的目的是尽量忠实地再现原稿。为了达到并维持多色印刷的高质量，测量和控制从黄、品、青、黑四色墨辊传递到纸张上的墨量是很重要的。现代印刷每小时近万张的印刷速度，等到印刷工人发现问题并调整时，不良印品已大量形成。而在线检测技术，可以完全不受人的主观因素的影响，而且能够高速印刷，反应灵敏，是保证印刷品质量稳定的有效工具。 在线检测技术有多种应用形式，以下介绍几种常用形式： 作为一种早期报警设备的使用：将系统设置为可检测出小故障的状态，而这些故障是可以被客户所接受的，报警灯、屏幕上的数据报告和故障显示表明发生了一些误差，然而没有一个输出被连接上，以至于没有故障被标明或拒绝。当上面的警告发生时操作者需要检查信息，决定采取什么样的处理方法。 作为废品的标志和变更控制系统的使用：在线检测系统有能力在机器上跟踪单个的标记，输出可能被连接到如贴标签机、转向器、油墨标位设备或喷墨打印机。有多种方式可以组织输出的链接，具体应用应根据实际需要确定。 作为质量数据的收集和报告：在线检测系统可以收集并储存故障信息用来警告和报警，还可以用于故障的报告和数据的收集。信息通常被收集进一个数据库，通过接口进入已有的PC网络，从而脱离印刷机对数据进行分析。屏幕上显示了速度和故障发生在滚筒横向上的位置以及捕获各种类型。在印刷结束时，印刷报告会自动制作出来。 (二)、在线检测技术国内外的发展状况 1.国内研究真正深入 国内对在线检测技术的研究还处在理论分析、实验室研究阶段。一般针对特定的产品或者测试条进行检测，从而达到检测印刷品的目的。此外对检测技术中的一些模块进行分析处理，基本没有同时对图像处理和印刷质量这两大块进行系统分析的完整检测系统。目前国内比较先进的在线检测装置有以下几种： 人民币大张印刷质量在线检测装置。该技术涉及的在线检测装置包括悬挂于印刷流水线履带下部的摄像箱，光电编码器设置于印刷流水线拐点处的轮轴上，摄像箱中设置有线光源，光电编码器的信号输出端通过信号电缆连接在摄像机上；图像采集卡与摄像机、控制主机和图像处理卡相连；图像处理卡与控制主机相连；控制主机输出端设有连接到印刷设备的控制电缆。由于采用线阵相机，结构简单、成本降低、光源均匀、像元响应均匀、分辨力高。 深圳科拓科技开发有限公司引进德国VisionExperts公司的Print Expert - 5 - 4000印刷质量检测系统，可应用在印刷生产过程的各个阶段。系统检测速度最高达到600米/分钟，检测幅宽最大达到2000mm，检测项目包括漏印、颜色失真，糊版、条纹、污点、蹭脏、颜色不均匀、墨色过浅、过浓、字符局部或全部漏印、套印不准、皱褶、机械性损坏等。 SW-YP0001系列全自动彩色线阵扫描视觉检测系统。它是武汉三维光之洋电气有限公司开发的一款基于机器视觉平台，完成实时检测、跟踪、报警、信息统计等功能的综合系统。主要由线阵视觉传感器、工控机以及单片微型处理器组成，集高速自动检测、测量、分辨、定位于体。主要用于跟踪、识别高速印刷机在生产过程中产生的飞墨、刀丝、异物、套色等各种印刷缺陷，然后通过声光报警、贴标、监视器显示等方式提示输出结果。 EE8000等印刷质量视频监控系统。由洛阳圣瑞机电技术有限公司开发的EE8000、EE8010、EE8100、EE8200等印刷质量视频监控系统，可实现双面同步检测，锁定图像仔细观察，并可存储多幅图像。以上产品经印刷企业安装使用，提高了生产效率和印刷质量，降低了废品率和纸张消耗。 2. 国外技术已经成熟 目前，关于印品在线检测系统的研究，国外已经非常深入，海德堡、三菱等一批先进的业内厂商都开发出了各自的在线检测系统。在国外的印刷品在线检测技术中，密度法、色度法和基于数字图像处理的技术都得到了运用。其中，著名的有： CPC系统。CPC（Computer Printing Control计算机印刷控制系统）是海德堡应用于平版印刷机上，用来预调给墨量、遥控给墨、遥控套准以及监控印刷质量的一种可扩展式的系统，包括墨量和套准控制装置CPC1、印刷质量控制装置CPC2、印版图像阅读装置CPC3、套准控制装置CPC4和数据管理系统CPC5。CPC23是海德堡公司新近推出，世界首创的单张纸胶印机联机在线图像控制系统。CPC23系统采用专门设计的高分辨率CCD检测扫描头对整个印张进行数据扫描采样，并将采样数据传送至专用计算机处理，并与预设值进行比较分析，发现错误时，会立即对印刷工进行提示。 德国的Vision-Experts公司研制开发的Print-Expert 4000系统。该系统可以使用一个或多个彩色线扫描摄像机对印品表面图像进行捕捉,再与系统中所存的标准图像进行比对，检测出印品缺陷。系统检测速度最高可达到600米/分钟，检测幅宽最大可达到2000毫米,检测项目包括漏印、颜色失真、糊版、条纹、污 - 6 - 点、蹭脏、颜色不均匀等印刷缺陷。 美国Advanced Vision Technology公司研制的一个行之有效的Print Vision /Argus综合性包装印刷加工和质量控制系统。该系统在线查出故障后，马上在屏幕上告知故障的所在位置和故障的性质。印刷故障检测的敏感程度与事先设定的阈值有关。如有必要，Print Vision / Argus的光学摄像头可以深入检查发生故障的源头。故障及时排除，损失就减到最小。当一卷纸张印刷完成，故障报告就马上打印出来，列明故障的种类和发生的位置