CN100394166C - 一种印刷品质量在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种印刷品质量在线检测装置，能对生产线上印刷品进行实时图像采集与处理，准确检测各种质量缺陷并报警。其主机与从机采用网络连接，主机设置采集参数和发布控制指令，并对从机上传数据进行处理；从机接主机指令控制对应摄像机进行图像采集，对采集图像信息进行处理并将处理结果传送给主机；摄像机组采用线阵工业摄像机，通过四自由度可调摄像机装夹机构安装于印刷品上方；主机与从机分别设有报警器对图像缺陷进行报警；光电编码器安装在印辊侧面，用来测量印辊上印刷品位移并输出脉冲信号到摄像机扫描控制端口；封闭式灯箱位于摄像机组与印刷品之间，摄像机通过灯箱中间与印辊轴线平行的狭缝对印刷品图像进行扫描采集。

Description

一种印刷品质量在线检测装置

技术领域

本发明属于机器视觉技术和工业检测领域技术领域，具体地说，是一种可应用于印刷生产线上的分布式的印刷品质量在线检测装置。

背景技术

机器视觉是一项包括数字图像处理技术、机械工程技术、控制技术、电光源照明技术、光学成像技术、计算机软硬件技术和人机接口技术等技术的一项综合技术。因为机器视觉系统可以快速获取大量信息，而且易于同设计信息及加工控制信息集成，因此，机器视觉技术作为一种检测手段已经日益引起人们的重视并在工业检测中得到了越来越广泛的应用。

印刷产品的在线检测属于机器视觉技术在工业检测领域的应用范畴。对印刷产品质量传统的检测方法主要包括人工印后复查、人工在线肉眼监视、通过监视器对生产线进行监控并对产品随机抽样定格检查等几种，存在着原材料浪费严重，容易造成视觉疲劳，以及抽样检测不能对产品质量进行全面保证等不足之处。随着印刷技术的不断发展，印刷速度和图像复杂程度都越来越高，人工控制印刷质量的生产方式已无法适应目前印刷生产的实际需要。因此，要全面保证印刷品印刷质量和提高生产效率，对印刷品质量进行在线实时检测就显得十分重要。

最近几年，高速CCD工业摄像技术和高性能微机得到广泛应用，为实现印刷产品在线全面质量检测提供了良好的硬件基础，与高实时性算法和软件处理技术相配套，印刷品质量在线检测装置的研制与开发就成为了现实需求。目前世界上该类产品厂商主要有目前能提供视觉检测设备的有美国的Cognex，瑞士的BOBST，日本的TOKIMEC、Futec和Nireco等，而且都是采用单机控制或者计算机加专门的处理卡方式进行图像采集和处理，开发周期长，可维护性和可扩充性受到很大限制。而网络化分布式的印刷品在线质量检测装置，尚未见到相关公开文献的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种印刷品质量在线检测装置。该检测装置为分布式结构，能够对印刷生产线上印刷品图像进行实时采集、处理和传输，高精度地检测、定位并存储印刷品中飞墨、刀丝、异物等质量缺陷信息并及时提供报警。

本发明提供的一种印刷品质量在线检测装置，其特征在于：主机与各从机通过网络相连接，用于设置采集参数和发布控制指令，并对各从机上传的数据进行处理；摄像机组采用线阵工业摄像机，通过摄像机装夹机构安装于印刷品的上方，各摄像机与对应的从机相连；主机设有主机报警器对图像缺陷进行报警；从机根据主机的指令控制摄像机组进行图像采集，并对采集图像信息进行处理，然后将处理结果通过网络传送给主机；各从机设有从机报警器对图像缺陷进行报警；光电编码器安装在印辊上的印刷品表面，测量印辊的转速并输出脉冲信号，为各摄像机提供线扫描控制信号；封闭式灯箱位于摄像机组与印刷品之间，灯箱中间设有狭缝，狭缝方向与印辊轴线平行；摄像机通过该狭缝对印刷品图像进行扫描采集；上述封闭式灯箱内左右对称分布有灯管，灯箱上部的中间设置有一对挡板形成狭缝，挡光板位于灯箱下方两侧，用于防止下灯管的光直接照在印辊表面，并起到封闭作用；挡板和挡光板都与端板相连；玻璃片安装在挡光板与挡板之间；反光板的上端与挡板的上端相接，反光板的下端与挡光板相连接，反光板的上部为反射面，反射面垂直于上灯管的轴线与印辊上表面中心线组成的平面，反光板的下部为漫反射面，漫反射面垂直于下灯管轴线与印辊上表面中心线组成的平面；上灯管通过玻璃片后直接照射印辊上印刷品表面，并经反射面增加光强，下灯管经过漫反射面照射到印刷品表面。

上述摄像机装夹机构的结构为：框架上开有供摄像机镜头穿过的圆孔，其左右两侧各安装有一个支撑轴，支撑轴通过轴承与U形座相连接，框架可绕支撑轴在U形座的槽形空间转动；在框架和U形座之间安装有两根拉伸弹簧，拉伸弹簧一端固定在U形座的侧板上，另一端固定在框架下方两侧的支撑座上；直角支撑固定在U形座的一边侧板的下部，拨块固定在框架的一侧，调节螺钉安装在直角支撑上，调节螺钉上端顶在拨块上；在拨块与直角支撑之间加有导轨片，导轨片上端通过锁紧螺栓与拨块相连接，下端通过导轨片的导向槽和导向螺栓与直角支撑连接；U形座与底板之间设有二组螺栓，一组用于紧固连接U形座与底板，另一组的一端通过螺纹连接穿过U形座后顶在底板的表面；底板通过固定螺栓安装在摄像机箱体壁上的导轨滑槽中，底板上固定螺栓的安装孔为上下长圆孔。

本发明采用采用高性能的计算机和高分辨率的高速线阵CCD工业摄像机，实现了一种分布式的印刷品质量在线检测装置。该装置能够对印刷过程中出现的细微缺陷进行实时检出、显示、存储并发出报警信号，还可以通过数据库操作对产品型号、版长、缺陷类型等参数进行设置与显示。本发明的检测精度可以达到宽度方向检测分辨率0.15mm，行走方向检测分辨率0.375mm。

附图说明

图1为本检测装置结构示意图；

图2为本检测装置功能框图；

图3为封闭式灯箱的端面结构示意图；

图4为摄像机装夹机构示意图；

图5为主机工作流程图；

图6为从机工作流程图。

具体实现方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。

如图1、2所示，主操作控制台3布置在生产线附近合适的位置，按照人机工程学进行外形与操作设计，操作控制台3里面有主机4、各个操作按钮的控制电路和掉电保护装置等，表面为操作面板、液晶显示器和鼠标操作区，主操作控制台3与主机4二者之间的信息传递通过操作面板(操作按钮和鼠标、显示器)来完成。

主机4可以通过软件控制打印机来输出产品参数及检测缺陷信息，也可以在接收到从机11缺陷信息后控制主机端报警器1进行缺陷报警输出，主机4与从机11的通过千兆以太网进行连接，可以通过网络实现远程采集参数和控制指令的设置。同时，主机4还可以实现对缺陷历史记录的管理和打印输出，并具有辅助的静态画面检测功能，如图5为主机4的工作流程图。

从机11可以接受主机4的指令完成采集卡采集参数设置，也可接收主机4指令开始图像采集并进行采集图像信息的处理，在检测出缺陷时，向主机4传送缺陷图像数据和图像处理结果信息，并及时保存缺陷图像信息和控制从机报警器9进行报警。图6为从机11的工作流程图。

摄像机组7采用3CCD高速线阵工业摄像机，置于摄像机箱6里面，通过摄像机装夹机构来进行定位与调整，摄像机组7与从机11的连接通过安装在从机11里面的图像采集卡来实现，摄像机组7的采集参数设置和是否开始图像采集由主机4通过网络通讯对从机11里面的图像采集卡的命令来完成，摄像机组7的线扫描控制由光电编码器2的脉冲信号来决定。

光电编码器2安装在印辊12上的印刷品表面，能精确测量印辊的转速并输出脉冲信号，经滤波器滤波后为摄像机线扫描提供控制信号；

光源采用封闭式灯箱5进行照明，位于摄像机组7与采集对象(印刷品8)之间，电源由从机11输出电流经稳压与整流器整流后提供，光源性质为线光源，摄像机通过灯箱中间狭缝对图像进行扫描采集，狭缝方向与印辊轴线平行。

封闭式灯箱的端面结构示意图3所示，封闭式灯箱5采用钢板件拼接而成，四根灯管左右对称分布，灯管安装座固定在两端板22上；灯箱中间采用一对挡板19、形成狭缝21，挡板19与两端板22之间采用焊接连接；反光板17由钢板按照一定角度折弯而成，上边以合页与挡板18连接，并可向两侧掀开以更换灯管，下边以搭扣与挡光板13相连接，反光板17上的反射面20垂直于上灯管18的轴线与印辊12上表面中心线组成的平面，为钢板表面加涂高亮反光漆来形成镜面反射以增强反射光强度，漫反射面16垂直于下灯管14轴线与印辊12上表面中心线组成的平面，并在钢板表面加涂白漆形成漫反射效果；上灯管18通过玻璃片15后直接照射印辊12上印刷品表面，并经反射面20增加光强，下灯管14经过漫反射面16照射到印刷品表面；挡光板13为钢板弯折而成，与端板22之间采用焊接连接，作用为防止下灯管14的光直接照在印辊12表面，并起到封闭作用；透明的玻璃片1 5通过螺钉和压条安装在挡光板13与挡板19之间，其作用是透光和封闭灯箱，也可根据光路需要采用毛玻片；狭缝21的方向与印辊轴线平行，摄像机通过狭缝21对印辊12上的印刷品图像进行扫描采集。

封闭式灯箱5采用了高频电子整流器，以保证照明的无频闪，采用三基色灯管，以保证图像的色彩艳丽和真实，并且在灯光控制中可以对每根灯管单独控制开关。

摄像机装夹机构如图4所示，摄像机竖直放置在方形框架33上并通过螺栓32固定，框架两侧各一个短支撑轴30通过滚动轴承支撑与U形座25相连接，方形框架33可以绕短支撑轴30在U形座25的槽形空间转动，用来调节摄像机的俯仰角度。为了平衡俯仰角度调节而造成的偏心力和增强机构减震性，在方形框架33和U形座25之间安装有两根拉伸弹簧24，固定柱23一端在U形座侧板上，另一端在方形框架33下方支撑座29上。

旋转U形架25上的直角支撑37上的调节螺钉38可以在一定范围内顶着拨块34带动方形框架33旋转，可以对摄像机角度进行精细的调整。调整过程中旋松与拨块34连接的锁紧螺栓36和与直角支撑37连接的导向螺栓39，调整到位后再旋紧锁定位置。可调范围由在拨块34与直角支撑37之间的导轨片35上导向槽的弧长决定。

U形座25与底板31之间的八个连接螺栓分为两组，每组四个，一组为紧固螺栓组27，用来紧固连接U形座25与底板31，另一组为调整螺栓组28，一端通过螺纹连接穿过U形座25后顶在底板31的表面，通过丝杠螺母的原理来调节U形座25在水平方向前后平移的自由度。

底板31是通过四个固定螺栓26安装在摄像机箱箱体壁上的滑槽中，通过固定螺栓26在滑槽中左右移动来实现水平方向左右位置调整。底板31上固定螺栓26的安装孔为上下长圆孔，固定螺栓26在长圆孔中上下可以调节位置，用来实现摄像机在竖直方向上下平移的自由度。

根据以上对附图和实例的详细说明，本发明可以具有以下技术特点：

(1)本发明采用了主机/从机的分布式处理方式，主操作控制台(主机)布置在适于操作的位置，从机的位置则紧靠图像采集点，保证了在生产线的设备布置范围内进行有效的检测控制，有利于车间布置和对图像采集进行远程操作。

(2)本发明的主机与从机都可以采用高速图像处理器，并使用千兆以太网来完成大量的图像数据与控制指令的网络传输功能，保证了图像采集、处理、传输和存储的实时性。

(3)本发明设计了符合人体工学的操作控制台和友好的人机交互界面，便于用户操作和对缺陷图像进行清晰显示，操作人员不易感觉疲劳。

(4)本发明采用高分辨率的线阵工业摄像机，通过高精度的光电编码器脉冲信号进行扫描控制，精确定位印刷品版长和图像采集位置，能够捕捉到高速印刷生产线印刷品上的细小缺陷和色彩变化。

(5)本发明采用了主机与从机两级报警方式，主机采用报警灯和蜂鸣器同时报警，从机只采用报警灯报警，并且报警灯的布置位置同缺陷发生位置相一致，有利于在分布式处理方式下及时提醒操作人员进行报警处理。

(6)本装置的主操作控制台的控制电路可采用两级开关控制，防止误操作；在数据处理上，主、从机可采用双硬盘冗余操作系统，一个硬盘出故障后可以切换硬盘继续工作；在数据保护上有断电保护装置，增强了检测装置系统工作的可靠性，

(7)本发明采用封闭式照明灯箱，设计了专门的光路，可以使摄像机采集到的图像色彩逼真，细节清晰，无反光和炫光干扰，有效的保证了采集图像质量。

(8)本发明中设计了四自由度摄像机装夹机构，不仅可以在四个自由度上对摄像机位置和俯仰角度进行方便的调整，配合摄像机镜头与照明光源来调整摄像机达到最佳采集位置，还可以吸收摄像机在工作中所受到的震动，防止摄像机采集图像时靶面抖动。

Claims (2)

1.一种印刷品质量在线检测装置，其特征在于：

主机(4)与各从机(11)通过网络相连接，用于设置采集参数和发布控制指令，并对各从机(11)上传的数据进行处理；摄像机组(7)采用线阵工业摄像机，通过摄像机装夹机构安装于印刷品的上方，各摄像机与对应的从机(11)相连；主机(4)设有主机报警器(1)对图像缺陷进行报警；

从机(11)根据主机(4)的指令控制摄像机组(7)进行图像采集，并对采集图像信息进行处理，然后将处理结果通过网络传送给主机(4)；各从机(11)设有从机报警器(9)对图像缺陷进行报警；

光电编码器(2)安装在印辊(12)上的印刷品表面，测量印辊的转速并输出脉冲信号，为各摄像机提供线扫描控制信号；

封闭式灯箱(5)位于摄像机组(7)与印刷品之间，灯箱中间设有狭缝，狭缝方向与印辊轴线平行；摄像机通过该狭缝对印刷品图像进行扫描采集；封闭式灯箱(5)内左右对称分布有灯管(14、18)，灯箱上部的中间设置有一对挡板(19)、形成狭缝(21)，挡光板(13)位于灯箱下方两侧，用于防止下灯管(14)的光直接照在印辊(12)表面，并起到封闭作用；挡板(19)和挡光板(13)都与端板(22)相连；玻璃片(15)安装在挡光板(13)与挡板(19)之间；反光板(17)的上端与挡板(19)的上端相接，反光板(17)的下端与挡光板(13)相连接，反光板(17)的上部为反射面(20)，反射面(20)垂直于上灯管(18)的轴线与印辊(12)上表面中心线组成的平面，反光板(17)的下部为漫反射面(16)，漫反射面(16)垂直于下灯管(14)轴线与印辊(12)上表面中心线组成的平面；上灯管(18)通过玻璃片(15)后直接照射印辊(12)上印刷品表面，并经反射面(20)增加光强，下灯管(14)经过漫反射面(16)照射到印刷品表面。

2.根据权利要求1所述的检测装置，所述摄像机装夹机构的结构为：框架(33)上开有供摄像机镜头穿过的圆孔，其左、右两侧各安装有一个支撑轴(30)，支撑轴(30)通过轴承与U形座(25)相连接，框架(33)可绕支撑轴(30)在U形座(25)的槽形空间转动；在框架(33)和U形座(25)之间安装有两根拉伸弹簧(24)，拉伸弹簧(24)一端固定在U形座(25)的侧板上，另一端固定在框架(33)下方两侧的支撑座(29)上；直角支撑(37)固定在U形座(25)的一边侧板的下部，拨块(34)固定在框架(33)的一侧，调节螺钉(38)安装在直角支撑(37)上，调节螺钉(38)上端顶在拨块(34)上；在拨块(34)与直角支撑(37)之间加有导轨片(35)，导轨片(35)上端通过锁紧螺栓(36)与拨块(34)相连接，下端通过导轨片的导向槽和导向螺栓(39)与直角支撑(37)连接；U形座(25)与底板(31)之间设有二组螺栓(27、28)，一组用于紧固连接U形座(25)与底板(31)，另一组的一端通过螺纹连接穿过U形座(25)后顶在底板(31)的表面；底板(31)通过固定螺栓(26)安装在摄像机箱体壁上的导轨滑槽中，底板(31)上固定螺栓(26)的安装孔为上下长圆孔。

Images