全自動印刷故障檢測系統及其技術研究
發布時間：2024-04-13 點擊：136
在過去的幾年時間，檢測系統在加工業中得到了迅猛的發展，如今，100％全自動故障檢測的技術已經實現。今天，在幾乎所有的工業中你都可以聽到“故障檢測”這個詞。應用于印刷包裝行業，它能夠幫助我們找出印刷產品上的所有瑕疵，并且對不同的印刷方式均可適用。
在印刷質量檢測方面，歐美及日本等國家都已經取得了很大的進步。早在20世紀70年代，就已經有廠商積極致力于采用圖像處理系統，對視覺信息數碼化，通過電腦實現印刷質量的“看見”和“認知”，對印刷品進行高速度、高精度的、100%的實時檢測，徹底消除人為的失誤，建立統一的、可量化的檢測標準。目前能提供全自動印刷品質量檢測設備的有瑞士的bobst、美國的proimage、日本的dac和tokimec等。
1.類型
當前，全自動印刷故障檢測技術主要有兩種基本類型的檢測系統，即100％取樣型和100％全面型。
100％取樣型系統是指在一個時間內重復選取印刷的一個部位，對該部位進行100％的監控，重復的時間可以由幾秒鐘到幾分鐘不等。100％全面型系統則是對印刷機上加工的產品的每個部分進行100％的監控。這兩種系統采用截然相反的兩種照相機技術：逐行掃描（采用線陣ccd攝像機）和逐塊掃描（采用一般的ccd攝像機）。基于逐塊掃描的100％全面型檢測系統相對而言技術含量更新，在一些包裝上的應用比逐行掃描技術更出色。
100％取樣型系統僅會檢測到照相機在某個特定時刻，特定印刷部位上看到的故障。確切的說，100％取樣型檢測系統不具備查找到整幅印品上故障的功能。它們的優勢在于，能夠對加工質量的某些具體特性，例如顏色、套印、條紋和重復性故障進行精確監控。而100％全面型檢測技術則可以幫助你找到整幅印品上的欠缺，但這種系統的投資是通常類型的3倍以上，客戶必須證明有確實需要，投入才能有切實的回報。印刷生產商在實際購買檢測系統之前必須做一定的調查工作，必須調查好當前正面臨著的印刷廢料種類和形成原因，根據不同的原因來選擇合適的檢測系統，對癥下藥才能根治頑癥。
2.工作原理
全自動印刷故障檢測系統是一種新型的輔助設備，設計這種設備是用來在印刷的過程中能夠積極主動地尋找印刷頁面上可能出現的毛病。全自動印刷故障檢測系統可以幫助操作員在印刷過程中對產品質量進行全方位的監控，保證印刷出來的每一張產品都為合格品。它采用的檢測系統多是先利用高清晰度、高速攝像鏡頭拍攝標準圖像，在此基礎上設定一定標準；然后拍攝被檢測的圖像，再將兩者進行對比。ccd線性傳感器將每一個像素的光量變化轉換成電子信號，對比之后只要發現被檢測圖像與標準圖像有不同之處，系統就認為這個被檢測圖像為不合格品，如下圖一所示。印刷過程中產生的各種錯誤，對電腦來說只是標準圖像與被檢測圖像對比后的不同，如污跡、墨點色差等故障都包含在其中。
其中，100％取樣型系統使用的技術與滾筒觀察系統的相似。實際上這種類型的檢測系統只是在滾筒觀察系統中添加了額外的軟件。將一臺視頻照相機固定在一個裝有發動機的橫梁上，并配備閃光設備。在一系列的印刷過程中，該系統可以不停地掃描，在每次閃光拍照的時候，已經從一個標記的地方移動到另一個標記。在這段時間內，每個位置的標記都被掃描到了，但是只有一小部分的標記，經過閃光后，被相機拍攝到。將每一個標記的印刷圖像與內存中的主圖像進行比較。任何一點差別都可以顯示在屏幕上報告給操作者，并發出警告。對于滾筒圖像的觀察來說，該系統是很不錯的，因為畢竟操作者每一次都可以看到一個小區域內的圖像。然而，對于自動質量檢測系統來說，似乎是有時可以挑出印刷中的毛病，有時卻不能。換句話說，這種系統是間歇性地工作的。
100％全面型系統則采用了一套完全不同的方法。它仍需要一個裝有發動機的橫梁，并在整個滾筒的長度方向上永久性地安裝幾臺照相機。這些相機通常是線掃描類型的。這意味著，它不是用一個閃光燈對印品拍一個矩形的快照，而是該相機通過一個連續的照明系統一次可以采樣到滾筒長度方向一行的樣品。當滾筒滾動，完成印刷時，該系統采樣到下一行的樣品。取回的樣品信息不斷地同存儲在內存中的主圖像進行比較。主圖像是與印品具有相同的長度，滾筒長度相同的寬度的印刷信息組成。一旦檢測系統檢測到某種毛病，那么它們不只是在滾筒長度方向上相匹配，而且與印刷機的運行速度同步，它總是可以檢測到對應位置上的像素的質量。
另外，全自動印刷故障檢測系統檢測出的故障信息除了可用來作為警告和報警外，還可以用于故障的報告和數據的收集。信息通常被收集進一個數據庫，通過接口進入已有的pc網絡，從而脫離開印刷機對數據進行分析。屏幕上可顯示出速度和故障發生在滾筒橫向上的位置，還有捕獲故障的類型。滾動條可以幫助操作者查看早期的數據和前面的數據。在印刷結束時，印刷報告會自動地制作出來。
3.檢測精度
最早用于印刷品質量檢測的技術是將標準影像與被檢測影像進行灰度的對比，現在較先進的是以rgb三原色為基礎進行對比。全自動機器檢測與人眼檢測相比，區別在哪里呢？以人的目視為例，當我們聚精會神地注視某印刷品時，如果印刷品的對比色比較強烈，則人眼可以發現的、最小的缺陷，是對比色明顯、不小于0.3mm的缺陷，但依靠人的能力很難保持持續的、穩定的視覺效果。可是換一種情況，如果是在同一色系的印刷品中尋找缺陷，尤其是在一淡色系中尋找質量缺陷的話，人眼能夠發現的缺陷至少需要有20個灰度級差。而自動化的機器則能夠輕而易舉地發現0.1mm大小的缺陷，即使這種缺陷與標準圖像僅有一個灰度級的區別。
但是從實際使用上來說，即便是同樣的全色對比系統，其辨別色差的能力也不同。有些系統能夠發現輪廓部分及色差變化較大的缺陷，而有些系統則能識別極微小的缺陷。對于白卡紙和一些簡約風格的印刷品來說，如日本的kent煙標、美國的萬寶路煙標，簡單地檢測或許已經足夠了，而國內的多數印刷品，特別是各種標簽，具有許多特點，帶有太多的閃光元素，如金、銀卡紙，燙印、壓凹凸或上光印刷品，這就要求質量檢測設備必須具備足夠的發現極小灰度級差的能力，也許是5個灰度級差，也許是更嚴格的1個灰度級差。這一點對國內標簽市場是至關緊要的。
標準影像與被檢印刷品影像的精確對比是檢測設備的關鍵問題，通常情況下，檢測設備是通過鏡頭采集影像，在鏡頭范圍內的中間部分，影像非常清晰，但邊緣部分的影像可能會產生虛影，而虛影部分的檢測結果會直接影響到整個檢測的準確性。從這一點來說，如果僅僅是全幅區域的對比，并不適合于某些精細印刷品。如果能夠將所得到的圖像再次細分，比如將影像分為1024dpi×4096dpi或2048dpi×4096dpi，則檢測精度將大幅提高，同時因為避免了邊緣部分的虛影，從而使檢測的結果更加穩定。
4.檢測參數
在質量檢測參數設定后，利用高速度、自動化質量檢測設備是否會帶來超標的廢品率呢？廢品率的提高，無疑會導致利潤降低。但是實際上所有的質量標準都是相對的，如一般無法接受的微小缺陷，如果是在某些特定的區域（上膠、糊口部位）卻是可以接受的。采用人工檢測的情況下，可以自動形成一個適當放寬的、具有彈性的標準，那么理性的、數據化的檢測是怎樣完成檢測的呢？比較合理的做法是印刷商與最終用戶達成協議，對印刷品采取分區域的、分等級的質檢標準設定。這僅是一個硬性的規定，而必須是可以操作的、被各方所接受的、可量化的標準。而且這些標準必須是用戶自行設定的各類數據，如需要檢測的區域、每個區域的檢測等級、每個檢測等級執行的檢測標準等。例如，首先我們對被檢測的印刷品進行分區，如將印刷品分為最嚴格檢測區–印刷品最重要部分（商標、產品）、嚴格檢測區–重要部分（產品）、普通檢測區–背景、忽略區–隱蔽部分（上膠翼、糊口部分）。然后，對每個檢測等級進行設定。這一點非常關鍵，會直接關系到發現故障的能力，也直接關系到廢品率的多少，所以客戶必然會要求設定一個可以接受的、合理的公差范圍，包括設定可接受的、故障大小的范圍公差，可接受的、故障灰度公差。
5.優點
①連續的，積極主動的觀察–100%的滾筒，100%的時間。
②保證觀察到一致的質量，與操作者的經驗或換班無關。
③通過優化印刷機的速度和質量等級提高生產性。
④對于即將到來的故障提供早期的警告。
⑤在屏幕上用顏色顯示出故障，可以快速地辨認出故障的本性和來源。
⑥進行昂貴的印刷材料印刷時，使它的印量最大化，減少超印量。
⑦減少昂貴印刷材料的浪費，使它的用量最小化，降低成本，提高客戶的回頭率。
⑧改善公司的形象，使之具有競爭力。
⑨能夠按照iso9000標準的要求使用。
⑩容易進行短線產品的生產，效率更高。
有助于最大限度的利用已有設備。
今天，全自動印刷故障檢測是一種相對來講還不是很成熟的技術，但隨著照相機以及計算機系統的進一步發展和工作流程的網絡化以及數據管理功能的集成化，該項技術必將獲得全新的發展，屆時印刷質量和效率必將得以大大的提高。
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在印刷質量檢測方面，歐美及日本等國家都已經取得了很大的進步。早在20世紀70年代，就已經有廠商積極致力于采用圖像處理系統，對視覺信息數碼化，通過電腦實現印刷質量的“看見”和“認知”，對印刷品進行高速度、高精度的、100%的實時檢測，徹底消除人為的失誤，建立統一的、可量化的檢測標準。目前能提供全自動印刷品質量檢測設備的有瑞士的bobst、美國的proimage、日本的dac和tokimec等。
1.類型
當前，全自動印刷故障檢測技術主要有兩種基本類型的檢測系統，即100％取樣型和100％全面型。
100％取樣型系統是指在一個時間內重復選取印刷的一個部位，對該部位進行100％的監控，重復的時間可以由幾秒鐘到幾分鐘不等。100％全面型系統則是對印刷機上加工的產品的每個部分進行100％的監控。這兩種系統采用截然相反的兩種照相機技術：逐行掃描（采用線陣ccd攝像機）和逐塊掃描（采用一般的ccd攝像機）。基于逐塊掃描的100％全面型檢測系統相對而言技術含量更新，在一些包裝上的應用比逐行掃描技術更出色。
100％取樣型系統僅會檢測到照相機在某個特定時刻，特定印刷部位上看到的故障。確切的說，100％取樣型檢測系統不具備查找到整幅印品上故障的功能。它們的優勢在于，能夠對加工質量的某些具體特性，例如顏色、套印、條紋和重復性故障進行精確監控。而100％全面型檢測技術則可以幫助你找到整幅印品上的欠缺，但這種系統的投資是通常類型的3倍以上，客戶必須證明有確實需要，投入才能有切實的回報。印刷生產商在實際購買檢測系統之前必須做一定的調查工作，必須調查好當前正面臨著的印刷廢料種類和形成原因，根據不同的原因來選擇合適的檢測系統，對癥下藥才能根治頑癥。
2.工作原理
全自動印刷故障檢測系統是一種新型的輔助設備，設計這種設備是用來在印刷的過程中能夠積極主動地尋找印刷頁面上可能出現的毛病。全自動印刷故障檢測系統可以幫助操作員在印刷過程中對產品質量進行全方位的監控，保證印刷出來的每一張產品都為合格品。它采用的檢測系統多是先利用高清晰度、高速攝像鏡頭拍攝標準圖像，在此基礎上設定一定標準；然后拍攝被檢測的圖像，再將兩者進行對比。ccd線性傳感器將每一個像素的光量變化轉換成電子信號，對比之后只要發現被檢測圖像與標準圖像有不同之處，系統就認為這個被檢測圖像為不合格品，如下圖一所示。印刷過程中產生的各種錯誤，對電腦來說只是標準圖像與被檢測圖像對比后的不同，如污跡、墨點色差等故障都包含在其中。
其中，100％取樣型系統使用的技術與滾筒觀察系統的相似。實際上這種類型的檢測系統只是在滾筒觀察系統中添加了額外的軟件。將一臺視頻照相機固定在一個裝有發動機的橫梁上，并配備閃光設備。在一系列的印刷過程中，該系統可以不停地掃描，在每次閃光拍照的時候，已經從一個標記的地方移動到另一個標記。在這段時間內，每個位置的標記都被掃描到了，但是只有一小部分的標記，經過閃光后，被相機拍攝到。將每一個標記的印刷圖像與內存中的主圖像進行比較。任何一點差別都可以顯示在屏幕上報告給操作者，并發出警告。對于滾筒圖像的觀察來說，該系統是很不錯的，因為畢竟操作者每一次都可以看到一個小區域內的圖像。然而，對于自動質量檢測系統來說，似乎是有時可以挑出印刷中的毛病，有時卻不能。換句話說，這種系統是間歇性地工作的。
100％全面型系統則采用了一套完全不同的方法。它仍需要一個裝有發動機的橫梁，并在整個滾筒的長度方向上永久性地安裝幾臺照相機。這些相機通常是線掃描類型的。這意味著，它不是用一個閃光燈對印品拍一個矩形的快照，而是該相機通過一個連續的照明系統一次可以采樣到滾筒長度方向一行的樣品。當滾筒滾動，完成印刷時，該系統采樣到下一行的樣品。取回的樣品信息不斷地同存儲在內存中的主圖像進行比較。主圖像是與印品具有相同的長度，滾筒長度相同的寬度的印刷信息組成。一旦檢測系統檢測到某種毛病，那么它們不只是在滾筒長度方向上相匹配，而且與印刷機的運行速度同步，它總是可以檢測到對應位置上的像素的質量。
另外，全自動印刷故障檢測系統檢測出的故障信息除了可用來作為警告和報警外，還可以用于故障的報告和數據的收集。信息通常被收集進一個數據庫，通過接口進入已有的pc網絡，從而脫離開印刷機對數據進行分析。屏幕上可顯示出速度和故障發生在滾筒橫向上的位置，還有捕獲故障的類型。滾動條可以幫助操作者查看早期的數據和前面的數據。在印刷結束時，印刷報告會自動地制作出來。
3.檢測精度
最早用于印刷品質量檢測的技術是將標準影像與被檢測影像進行灰度的對比，現在較先進的是以rgb三原色為基礎進行對比。全自動機器檢測與人眼檢測相比，區別在哪里呢？以人的目視為例，當我們聚精會神地注視某印刷品時，如果印刷品的對比色比較強烈，則人眼可以發現的、最小的缺陷，是對比色明顯、不小于0.3mm的缺陷，但依靠人的能力很難保持持續的、穩定的視覺效果。可是換一種情況，如果是在同一色系的印刷品中尋找缺陷，尤其是在一淡色系中尋找質量缺陷的話，人眼能夠發現的缺陷至少需要有20個灰度級差。而自動化的機器則能夠輕而易舉地發現0.1mm大小的缺陷，即使這種缺陷與標準圖像僅有一個灰度級的區別。
但是從實際使用上來說，即便是同樣的全色對比系統，其辨別色差的能力也不同。有些系統能夠發現輪廓部分及色差變化較大的缺陷，而有些系統則能識別極微小的缺陷。對于白卡紙和一些簡約風格的印刷品來說，如日本的kent煙標、美國的萬寶路煙標，簡單地檢測或許已經足夠了，而國內的多數印刷品，特別是各種標簽，具有許多特點，帶有太多的閃光元素，如金、銀卡紙，燙印、壓凹凸或上光印刷品，這就要求質量檢測設備必須具備足夠的發現極小灰度級差的能力，也許是5個灰度級差，也許是更嚴格的1個灰度級差。這一點對國內標簽市場是至關緊要的。
標準影像與被檢印刷品影像的精確對比是檢測設備的關鍵問題，通常情況下，檢測設備是通過鏡頭采集影像，在鏡頭范圍內的中間部分，影像非常清晰，但邊緣部分的影像可能會產生虛影，而虛影部分的檢測結果會直接影響到整個檢測的準確性。從這一點來說，如果僅僅是全幅區域的對比，并不適合于某些精細印刷品。如果能夠將所得到的圖像再次細分，比如將影像分為1024dpi×4096dpi或2048dpi×4096dpi，則檢測精度將大幅提高，同時因為避免了邊緣部分的虛影，從而使檢測的結果更加穩定。
4.檢測參數
在質量檢測參數設定后，利用高速度、自動化質量檢測設備是否會帶來超標的廢品率呢？廢品率的提高，無疑會導致利潤降低。但是實際上所有的質量標準都是相對的，如一般無法接受的微小缺陷，如果是在某些特定的區域（上膠、糊口部位）卻是可以接受的。采用人工檢測的情況下，可以自動形成一個適當放寬的、具有彈性的標準，那么理性的、數據化的檢測是怎樣完成檢測的呢？比較合理的做法是印刷商與最終用戶達成協議，對印刷品采取分區域的、分等級的質檢標準設定。這僅是一個硬性的規定，而必須是可以操作的、被各方所接受的、可量化的標準。而且這些標準必須是用戶自行設定的各類數據，如需要檢測的區域、每個區域的檢測等級、每個檢測等級執行的檢測標準等。例如，首先我們對被檢測的印刷品進行分區，如將印刷品分為最嚴格檢測區–印刷品最重要部分（商標、產品）、嚴格檢測區–重要部分（產品）、普通檢測區–背景、忽略區–隱蔽部分（上膠翼、糊口部分）。然后，對每個檢測等級進行設定。這一點非常關鍵，會直接關系到發現故障的能力，也直接關系到廢品率的多少，所以客戶必然會要求設定一個可以接受的、合理的公差范圍，包括設定可接受的、故障大小的范圍公差，可接受的、故障灰度公差。
5.優點
①連續的，積極主動的觀察–100%的滾筒，100%的時間。
②保證觀察到一致的質量，與操作者的經驗或換班無關。
③通過優化印刷機的速度和質量等級提高生產性。
④對于即將到來的故障提供早期的警告。
⑤在屏幕上用顏色顯示出故障，可以快速地辨認出故障的本性和來源。
⑥進行昂貴的印刷材料印刷時，使它的印量最大化，減少超印量。
⑦減少昂貴印刷材料的浪費，使它的用量最小化，降低成本，提高客戶的回頭率。
⑧改善公司的形象，使之具有競爭力。
⑨能夠按照iso9000標準的要求使用。
⑩容易進行短線產品的生產，效率更高。
有助于最大限度的利用已有設備。
今天，全自動印刷故障檢測是一種相對來講還不是很成熟的技術，但隨著照相機以及計算機系統的進一步發展和工作流程的網絡化以及數據管理功能的集成化，該項技術必將獲得全新的發展，屆時印刷質量和效率必將得以大大的提高。
淺談PU油漆的生產注意事項
點陣圖轉矢量圖常用方法(二)
對比國外 如何看待中國的數碼印刷市場
適用于薄膜材料的九種印刷方式
UPM推出可降解的全新抗滲透紙系列
農夫山泉價值130億的三個字，助其領跑飲用水市場
金圖PB-6000全自動膠裝機
“二次元”千億市場，會成為巨頭們下一個風口嗎