基于机器视觉的印刷品质量控制解决方案

行业背景      

随着生活水平的提升，人们对印刷品的要求也日渐提高，因此一些包装印刷企业对质量的要求也紧跟提高，然而在大规模的产品印制过程中，印刷品表面经常会出现二维缺陷，例如脏点、漏印、擦版、白点、脱墨、飞墨、套印不良等，这些缺陷会影响印刷品的美观和品质，并影响人们对内容的辨识，特别是在医药用的标签或标识方面，给人们带来极大的麻烦，一旦出现质量问题，就会造成大量退货。

为了降低风险，大多数印刷厂都采取对印刷品实行人工全检的方法。如果印刷品质量采用人员控制，那么通常情况下，人都会受环境、心情等主客观因素影响导致人工检测标准不统一，因此，人眼是无法连续、稳定地完成这些带有高度重复性和智能性的工作，其它物理量传感器也难有用武之地。

科技的不断进步，在现代工业自动化生产中，越来越多涉及到各式各样的检验、生产监视及图像识别等多种应用领域。由此人们开始考虑利用机器视觉来取代人工视觉，它由光电成像系统采集被控目标的图像，而后经由计算机或专用的图像处理模块进行数字化处理，根据图像的像素分布、亮度和颜色等信息，进行尺寸、形状、颜色等判别。如此一来，就将计算机的快速性、可重复性，与人眼视觉的高度智能化和抽象能力结合起来了。

机器视觉是一项综合技术，其中包括数字图像处理技术、机械工程技术、控制技术、光源照明技术、光学成像技术、传感器技术、模拟与机器视觉技术、计算机软硬件技术、人机接口技术等。如表1所示，机器视觉的显著优点主要包括以下几点：

1）精度高

作为一个精确测量仪器，设计优秀的视觉系统能够对一千个或更多部件的一个空间进行测量，因为此种测量不需要接触，所以对脆弱部件没有磨损和危险。

2）连续性

视觉系统可以使人们免受疲劳之苦。因为没有人工操作者，也就没有人为造成的操作变化。多个系统可以设定单独运行。

3）成本效率高

随着计算机处理器价格的急剧下降，机器视觉系统成本效率也变得越来越高。一个价值几万元的视觉系统可以轻松取代三个人工检测者，其操作和维持费用非常低；

4）灵活性

视觉系统能够进行各种不同的测量。当应用变化后，只需软件做相应更新或者升级以适应新的需求即可。

表1 人工检测与机器视觉检测对比

机器视觉在印刷包装行业的应用    

机器视觉检测系统是根据人们的生产需要及光电、视频、印刷等技术发展到一定水平才诞生的高科技产品。它能直接对印刷品进行实时检测，以最快捷的方式将质量缺陷以图像的形式反馈出来，从而能直观地指导操作者进行调整。同时它也提高了工艺质量和工作效率，减少了人工抽检产品的强度和密度，减少了人为不可控因素。它的应用能极大地提高生产效率，减少印刷材料的浪费，可以说是一种非常有效的成本控制系统，深受各个印刷企业的青睐。该系统具有以下特点：

1）采用高速线阵相机，能够适应不同长度的检测对象；

2）采用国外先进的图像采集卡和处理平台；

3）图像分辨率为0.1X0.1mm2，甚至更精确；

4）扁平式箱体结构，占用空间小；

5）采用高像质镜头和消杂光光路设计，从而获得高清晰度图像；

在印刷包装行业中，光源、相机等设备安装于机器压印辊筒上方，对称线光源将均匀光照射在产品上，产品表面的图像信息由成像光路，经过高像质镜头在上完成成像过程。高速线阵在一个积分周期内完成对产品的一维成像，并通过纸张的自身运动，完成二维成像。成像后的图像信息经过数据采集系统进入计算机，如图1所示，在计算机中，每一幅图像通过与程序中的图像比较，确定产品图案上是否有瑕疵。根据比较结果对合格品和废品进行数量统计、标识位置、报警信号、停机信号等。采集到的每一幅图像都将在显示器上实时显示，其中主显示器还可在检测的过程中切换到操作界面，以便实施人工干预和调整。

图1 系统设计示意图

系统的检测过程事实上是一个图像匹配过程，在系统进行正常质量控制之前，需要先进行模板的建立和调试，即制定出一个质量标准，然后将数据采集系统采集到的每一张产品和标准图像进行对比，依次判定所印产品是否符合质量要求，如果出现倾向性质量问题立即报警提醒机台人员处理，如果出现连续性质量问题则由系统控制印刷机停机，等待机台人员处理完毕后方可开机，其检测流程如图2所示。

图2 检测系统流程图

机器视觉检测系统的应用前景    

对于如何解决印刷品质量控制问题，人们曾研发了不少方法，如测控条、测试版，以及人工抽查、机器扫描等等。虽然这些方法在一定程度上起到了印刷品质量控制作用，但是使用效果还是不尽如人意，这在一定程度上是不利于竞争的。因此，印刷企业渴望得到一种直观、简单易行、操作方便的质量控制方法。

近年来，机器视觉检测系统就已经开始加速进入印刷各工序中，代替人工进行质量检测和控制，以此提高检测精度和检测效率。随着社会老龄化，这在“用工荒”的背景下具有极其长远的战略发展意义。但是，全流程的印刷质量检测方案并不是每个印刷工序质量检测的简单堆砌和组合，而需要不断地深度融合，并持续发展。为解决客户的痛点，东方精工将会在印刷机GTS 924联动线上应用一套在线视觉质量检测系统，它通过在流程早期发现问题来提供产品质量，从而提高生产力，并减少浪费，帮助客户实现降本增效的目标。

此外，包装印刷质量缺陷视觉检测系统将具有以下几个发展趋势：

1）光学成像系统及图像处理软件更加贴近印刷工艺的实质，最终比拼的不是CCD相机数量多少，而是光学成像系统对于印刷工艺中各种缺陷的表现能力。

2）印刷质量的控制环节逐渐前移，印前工序、印后工序的印刷质量缺陷检测系统将得到更广泛的应用。

3）采用全流程印刷质量缺陷检测系统的数据综合分析软件，实现检测系统软件和客户ERP系统的无缝衔接，全工序检测系统将向企业决策者提供更加系统、完善的质量分析报告、质量决策建议，最终将视觉检测系统融入到工厂品质体系中。

编辑：黄飞