印刷行業(yè)中的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)

更新時(shí)間：2009-10-15 點(diǎn)擊次數(shù)：1366

機(jī)器視覺(jué)就是用利用機(jī)器代替人眼來(lái)做判斷、測(cè)量和識(shí)別。根據(jù)印刷生產(chǎn)線(xiàn)的要求，其特點(diǎn)是高速、非接觸式、客觀(guān)和。在現(xiàn)代工業(yè)向著高度自動(dòng)化、智能化發(fā)展的今天，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。同樣在印刷行業(yè)的各種全自動(dòng)設(shè)備中也能見(jiàn)到它的影子。

機(jī)器視覺(jué)開(kāi)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(dòng)定位

基于機(jī)器視覺(jué)的平面自動(dòng)定位系統(tǒng)是通過(guò)兩個(gè)攝像頭獲取目標(biāo)位置信息，然后獲取待對(duì)位對(duì)象的當(dāng)前位置，通過(guò)計(jì)算獲得兩個(gè)位置間的相對(duì)距離，將計(jì)算結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)自動(dòng)地將待對(duì)位對(duì)象移到目標(biāo)位置。目前，同過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)達(dá)到的自動(dòng)定位可以達(dá)到微米級(jí)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(duì)位對(duì)象附帶兩個(gè)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(duì)位對(duì)象位置：通過(guò)攝像頭獲取待對(duì)位的對(duì)象的兩個(gè)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(duì)位對(duì)象位置

圖4 待對(duì)位對(duì)象靶標(biāo)圖像

3、計(jì)算相對(duì)距離：通過(guò)計(jì)算兩組靶標(biāo)的相對(duì)距離，從而控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)將待對(duì)位對(duì)象移到目標(biāo)位置上。

圖5待對(duì)位對(duì)象和目標(biāo)位置相對(duì)位置

圖6 對(duì)位后圖像

在國(guó)外一些全自動(dòng)印刷設(shè)備上，自動(dòng)定位系統(tǒng)正逐漸被應(yīng)用。如全自動(dòng)打孔機(jī)，對(duì)于彩色印刷而言，PS版在印刷及滾筒上是否正確對(duì)位是決定印刷品質(zhì)重要因素，而保證正確對(duì)位的一個(gè)關(guān)鍵是PS版上的孔打的位置與否。采用機(jī)器視覺(jué)定位系統(tǒng)的全自動(dòng)打孔機(jī)只要將PS版放在工作臺(tái)上，攝像頭將自動(dòng)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?xún)?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(duì)于全自動(dòng)曝光機(jī)，為了實(shí)現(xiàn)基板和底片的高精度的對(duì)位，有些生產(chǎn)廠(chǎng)家采用4個(gè)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(dòng)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(guò)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(cè)

基于機(jī)器視覺(jué)的印刷品缺陷檢測(cè)技術(shù)是采用高速、高清晰度攝像頭和自動(dòng)可調(diào)專(zhuān)業(yè)光源來(lái)獲取標(biāo)準(zhǔn)圖像，根據(jù)印品的特征和客戶(hù)的需求來(lái)設(shè)置檢測(cè)區(qū)域和檢測(cè)等級(jí)。然后在相同的采集條件下獲取待檢測(cè)圖像，在圖像處理裝置中與標(biāo)準(zhǔn)樣張進(jìn)行比較，對(duì)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(jí)進(jìn)行分類(lèi)，并作出相應(yīng)的反饋。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)刀絲、飛墨、針孔、異物等缺陷和顏色偏差的在線(xiàn)全幅檢測(cè)。圖7是基于PRS-LB130視覺(jué)檢查系統(tǒng)的印刷品缺陷檢測(cè)示意圖。

圖7 PRS-LB130視覺(jué)檢查系統(tǒng)的印刷品缺陷檢測(cè)示意圖

基于機(jī)器視覺(jué)的印刷品缺陷檢測(cè)技術(shù)從原理分析不難，但它對(duì)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(duì)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(shí)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(lái)克服在印刷過(guò)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(shí)一些生產(chǎn)廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)特殊的圖像處理引擎來(lái)滿(mǎn)足高速印刷發(fā)展的要求。

目前基于機(jī)器視覺(jué)的印刷品缺陷檢測(cè)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(duì)象大都是有價(jià)證券，對(duì)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(jià)證券的印刷，是目前要求精度zui高的包裝產(chǎn)品之一。同時(shí)煙草包裝也是附加值z(mì)ui高的包裝產(chǎn)品之一，因而其也是全自動(dòng)印刷品質(zhì)量檢測(cè)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(duì)來(lái)說(shuō)較小，因而其所需的全自動(dòng)印刷品質(zhì)量檢測(cè)的硬件成本相對(duì)來(lái)說(shuō)較少，因此歐洲和日本的設(shè)備制造商爭(zhēng)相將印刷質(zhì)量檢測(cè)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(dòng)套色控制

基于機(jī)器視覺(jué)的自動(dòng)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(guò)圖像處理算法識(shí)別出各色標(biāo)顏色，并計(jì)算他們的位置。如果各色的位置及其相對(duì)位置與預(yù)先設(shè)定的不一致，則說(shuō)明套印出現(xiàn)偏差。例如假設(shè)色標(biāo)線(xiàn)水平長(zhǎng)10 mm , 寬1 mm , 每個(gè)相鄰顏色的標(biāo)志線(xiàn)在套印時(shí)應(yīng)相互平行, 垂直（縱向）相距20 mm （如圖8）, 通過(guò)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(shuō)明套印出現(xiàn)了偏差。然后將偏差信號(hào)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(jué)的自動(dòng)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(cè)印刷光標(biāo)的縱向套準(zhǔn)控制系統(tǒng)橫向偏差不能測(cè)量和控制, 而且在檢測(cè)過(guò)程中存在信號(hào)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(shí)不受走紙的波浪形狀的影響。

自動(dòng)套色控制系統(tǒng)是排列式凹印機(jī)*的配套裝置，對(duì)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(dòng)，CCD照相機(jī)就立即開(kāi)始測(cè)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(cè)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(gè)方向的差異。在很短的時(shí)間內(nèi)，就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整就緒。同樣，自動(dòng)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(dòng)識(shí)別

光學(xué)字符識(shí)別（OCR）已有30多年歷史，其目的是要把圖像作一個(gè)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(guò)預(yù)處理、字符特征提取、比對(duì)識(shí)別等過(guò)程。

在目前的印刷字符在線(xiàn)自動(dòng)識(shí)別當(dāng)中，主要是識(shí)別數(shù)字和英文字母，如有價(jià)證券的編號(hào)和產(chǎn)品的生產(chǎn)日期等。因而字符自動(dòng)識(shí)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(shí)別印刷字符的正確與否，同時(shí)還要識(shí)別印刷質(zhì)量。

隨著條碼應(yīng)用的普及，條碼的在線(xiàn)識(shí)別和檢測(cè)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(lái)，在長(zhǎng)期發(fā)展的進(jìn)程中，走過(guò)從手動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度，走的是逐步自動(dòng)化的道路。如今，國(guó)外一些廠(chǎng)商在一些印刷設(shè)備上采用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，進(jìn)一步提高印刷設(shè)備的自動(dòng)化程度和可靠程度，在我國(guó)市場(chǎng)的占有率承增長(zhǎng)趨勢(shì)。面對(duì)這一現(xiàn)實(shí)情況，國(guó)內(nèi)印刷設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)商應(yīng)該了解和熟悉機(jī)器視覺(jué)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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