_机器视觉检测系统_在卷盘烫印设备上的应用

PrintWorld包装话题

2010．10

“机器视觉检测系统”

在卷盘烫印设备上的应用

云南九九彩印有限公司

陈

源

机器视觉，是将自动控制机器的能力和视觉传感结合起来。机器视觉检测系统是通过机器视觉产品，将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，图像系统对这些信号进行各种运算，与预设的容许度及其他条件进行比对，进行判别，并根据判别的结果来控制现场的设备动作。

机器视觉用于印刷包装行业中的质量检测，按其安装的载体不同可分为在线检测系统和离线检测系统两种。两种检测系统功能基本相同，区别主要在于对不合格品的处理方式上。当发现缺陷时，在线系统通常会在系统中记录下缺陷的位置（卷筒纸：长度，单张纸：张数），或使用喷码机、贴标机、打标机在纸边上做出标记；离线检测系统(通常安装在检品机或复卷机上)除记录缺陷位置与标记功能外，还能够根据检测结果通过检品机将好、坏品自动分配。

针对印刷品的机器视觉系统安装在胶印机、凹印机、柔印机、印码机等印刷设备之上的相对较多，用来实时检测印刷质量，印品可以是单张纸，也可以是卷筒纸。应用于烫金、压凹凸、模切等印后加工设备上的相对较少，现结合工作实际，就在线检测系统运用于卷烟商标卷到卷烫印设备，谈谈自己的体会。

单张的卷烟商标与卷盘的卷烟商标，在印刷及印后加工(烫印、压凹凸、模切)的生产过程中，有一个明显的不同点。单张的产品，在各生产工序，

机器视觉检测系统一般位于收卷部分，它由图像采集单元、图像处理单元、图像处理软件、

网络可随时将不合格品和缺陷品剔除。而卷盘烫的产品则只能待印刷、烫印、分切(条)工序结束后，在倒卷、拼盘工序完成废品剔除的工作，前工序的废品要跟随流转到最后，前工序废品将转化为后工序废品，属于质量控制里的特殊过程，因此前工序的过程控制显得尤为重要，工序控制不良直接导致最终产品的接头数量无法控制，也就是说过程中对缺陷频率和数量的控制要远远高于平张烫。

要减少缺陷频率和数量有两个基本要求，第一是要使缺陷呈集中而非离散的形式出现，便于采取针对性的措施进行处理，且缺陷在后工序可整段裁切以减少接头；第二是在缺陷出现初期及时予以纠正。对于第一个要求，受设备、原辅料、人工等客观因素的影响，生产中没有十足的把握做到完全杜绝，只能尽可能减少；对于第二种情况，要求低的产品可借助频闪灯进行人工在线检验，即能满足生产要求。然而对于工艺复杂、定位精度要求较高，或是全息烫、凹凸烫一次完成的产品，单靠人工在线检验肯定是不能满足要求的。为了能够在第一时间发现缺陷，在烫印设备上安装在线机器视觉检验装置成为选购设备必须考虑的配置。

1机器视觉检测系统的结构

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通信装置等部分构成，各部分的功能如下。

1）图像采集单元

在智能相机中，图像采集单元相当于普通意义上的CCD或CMOS相机和图像采集卡，它将光学图像转换为模拟或数字图像，并输出至图像处理单元。

2)图像处理单元

图像处理单元类似于图像采集处理卡，它可对图像采集单元的图像数据进行实时的存储，并在图像处理软件的支持下进行图像处理。

3)图像处理软件

图像处理软件主要在图像处理单元硬件环境的支持下完成图像处理功能。

4)网络通信装置

网络通信装置是智能相机的重要组成部分，主要完成控制信息、图像数据的通信任务。智能相机一般均内置以太网通信接口，并支持多种标准网络和总线协议，从而使多台智能相机构成更大的机器视觉系统。

2机器视觉检测系统的主要设备

机器视觉检测系统的主要设备有照明光源、光

学镜头、摄像机、图像信息的处理与执行机构四部分。

1）光源及照明系统

照明光源及照明系统是整个视觉检测系统的关键部件之一，起着十分重要的作用，它并不是简单的照亮物体而已。

首先，照明光源要能够真实地再现印品和烫印图案(包括全息图)的色彩，不能够造成颜色的失真，这就要求光源的发光光谱要接近于日光，同时应保证有足够的亮度，并在整个照明区域内的亮度要求均匀一致；其次，光源和照明系统的设计要避免印品上的一些高反射率的特殊区域检测精度降低或根本无法检测，如烫金、激光防伪标志等发生反光使采集的图像溢出；最后，在某些应用场合，还要考虑光源与照明方案的配合应尽可能地突出物体特征量，在物体需要检测的部分与那些不重要部分之间

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应尽可能地产生明显的区别，以增加对比度，同时还应保证足够的整体亮度，物体位置的变化不应该影响成像的质量。

在机器视觉应用系统中一般使用透射光和反射光。对于反射光情况应充分考虑光源和光学镜头的相对位置、物体表面的纹理、物体的几何形状、背景等要素。总之，在选择光源和设计照明系统时，要根据印品的具体情况，确定所需光源的几何形状、照明亮度、均匀度、光谱特性、发光效率及使用寿命等。

2)光学镜头

光学镜头相当于人眼的晶状体。光学镜头的品质会影响视觉检测系统分辨物体的能力，影响图像的对比度以及清晰成像的范围。

3)摄像机

我们知道，光学镜头通过的是被拍摄物体的光学信息，而在计算机中处理的是被拍摄物体的电信息，那么摄像机就是完成从光学信息到电信息转换的装置。

①摄像机的工作原理：在摄像机中，关键的器件是被称为视觉传感器的芯片。在芯片上整齐地排列着像小水池一样的单元，但它们盛的不是水，而是电荷。携带被拍摄物体光学信息的光线通过镜头而到达芯片的表面上，光信息就变成了电荷信号，即曝光。光强的地方电荷多，光弱的地方电荷少，对应着印品上不同区域的明暗程度。不同的颜色分解为红、绿、蓝三种基色，存放在不同的单元之中。曝光所产生的电荷信号，按扫描顺序依次经过放大和模数转换等处理，最后从摄像机中输出。

②摄像机的分类：印品质量检测所使用的摄像机根据实际情况的不同可分为两大类，即线阵式摄像机和面阵式摄像机。线阵式摄像机一次只能获得图像的一行信息，被拍摄的物体必须以直线的形式从摄像机前来回通过，才能获得完整的图像，因此非常适合于对以一定速度匀速运动的物体的图像检测；面阵式摄像机一次可以获得整幅图像的信息，因此摄像速度更快，比如我们日常使用的数码相机。

③印品检测对摄像机的要求：若要使系统能够正确地进行判断与决策，必须要求原始图像信息的质量要高；摄像机要有足够的动态范围，即印品上的很亮和很暗的部位都能准确地反映；摄像机要有

足够的分辨率，即印品上的微小细节都能够清晰地再现；摄像机要能够真实地再现印品的色彩；摄像机的读出速度要与印品的前进速度相一致，以保证足够的精度和100％的采集。

4）图像信息的处理与执行机构

图像信息的处理与执行机构是机器视觉系统的核心，它相当于人的大脑。整个图像信息的处理过程通常包括以下步骤：

①预处理：高速运动的印品在通过摄像机时，与模板图像相比，往往会产生位置上的移动、旋转，有时甚至有飘动，使采集的图像发生变形失真；光源的不稳定和外界环境的影响，使采集的图像亮度不均匀，颜色发生变化；其它外部设备、供电电源和采集设备本身也会引入一定的干扰和噪声。为此，在安装视觉系统的过程中，一方面要消除这些不利的因素，另一方面还要通过图像预处理来排除和淡化它们的影响。常见的图像预处理操作主要包括图像增强、数据编码和传输、平滑、边缘锐化、分割等内容。经过这些处理之后，图像的质量得到了相当程度的改善，既改善了图像的视觉效果，又便于计算机对图像进行分析、处理与识别。

②特征的提取与识别。

③测量：用简洁的一句话来说即是“与模板相比，找出差异”。

3检测原理

使用高分辨率的彩色摄像机，以图像的形式逐枚读取在线产品的相关质量信息，将读取到的信息与设定的标准样(已预设容许度)进行对比，超出允差范围的作为不合格品或废品予以标记，并进行记录，到检品工序，通过人工对比确认的方式，再决定是否作废品剔除。

4一般印品缺陷

印刷和烫印的缺陷种类很多，机器视觉系统对这些缺陷应具有识读和分类的能力，如印刷飞墨、刀丝、污迹、蹭版、条痕、白点等，还有印刷构成中的偏色、混色、套印不准；烫印中的烫印不全(空花、砂眼)、糊版、飞金、多烫、漏烫、烫印位置走偏、全息图案走偏等。

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5机器视觉系统的管理功能

缺陷分级：缺陷检测可分级设置，客户可根据

实际情况自行调整检测需求；

缺陷记录：系统自动显示和记录各种缺陷，提供判断依据；

声光报警：发现质量缺陷后，可根据缺陷的等级进行不同形式的声光报警，提示操作人员；

统计分析：记录缺陷的数据信息，分析缺陷原因。质量分析、跟踪与管理。

采用检测系统进行质量检测除可以提供检测全过程的实时报警和详尽、完善的分析报告外，现场操作者还可以根据全自动检测系统的实时报警及分析报告，对工作中出现的问题进行相应的调整。并且管理者还可以依据检测结果的分析报告，对生产过程进行跟踪，更有利于生产技术的管理。也就是说，质量检测设备不仅可以提升成品的合格率，还能够协助生产商改进工艺流程，建立质量管理体系，达到一个长期稳定的质量标准。

6机器视觉系统目前存在的一般性不足

根据目前的使用经验，机器视觉系统通常存在对部分质量缺陷（如大面积烫印图案中因排气不畅造成的针孔、电化铝涂层遮盖性不好导致的透底、细小的黑点、版脏等情况）难以识读的不足，这些缺陷在人工检验时不易观察，较难检出，机器视觉

系统也一样难以识读。

另外，缺陷的分类与名称与行业内的术语存在不一致，术语不一致会造成理解错误；而对缺陷的分类不够细，统计出来的数据要达到指导改进后续生产的层次还需要进一步的分工分析。■

参考文献：

1）凌云光视：《机器视觉技术在印刷行业的应

用》

2）《机器视觉技术在印刷包装行业中的应用》3）

《机器视觉在印刷质量检测中的应用》

责任编辑：韩金辉

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/f0zj.html