CN103674899B - 一种镭射印刷品质量检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于镭射印刷品质量检测系统的成像设备及相应检测系统。本发明的成像设备包括：漫射照明光源、图像采集装置，所述漫射照明光源朝向被检产品提供漫射光，所述图像采集装置用于以预定倾斜角度对所述被检产品或所述被检产品的镜像进行图像采集。本发明的成像设备能够更好地对镭射产品上采用烫金、压凸等工艺获得的印刷图案进行成像，以便相应检测系统能够基于所获得的图像，对上述工艺的生产质量问题进行检测。本发明的成像设备尤其适于对印刷产品上的凹凸信息进行成像分析。

Description

一种镭射印刷品质量检测系统

技术领域

本发明涉及质量检测领域，具体涉及一种镭射印刷品质量检测系统。

背景技术

近年来，随着技术的不断进步、材质材料的日益丰富，为了增强视觉效果、提高产品的附加值，高档印刷品往往采用各式镭射纸、镭射膜作为承印材料，在普通油墨印刷工艺之外还会添加烫金、压凸等较为复杂的附加工艺。

基于机器视觉的印刷质量自动检测技术凭借其高速、稳定、可全天候运转等优势，有效避免了传统人工目检方式存在的由于个体差别、疲劳等因素导致的漏检、错检的情况，并能解决其人员用量大、企业成本高、检测效率低的问题，已经成为行业发展的必然趋势。

为了避免镭射材质表面压制的光栅结构产生衍射光线、对检测系统获取图像的稳定性带来干扰，目前基于机器视觉的印刷质量自动检测技术均采用具有高漫射特性的、均匀的照明装置配合相机高角度(90°左右)进行图像采集。这种图像采集方案虽然能有效地避免镭射花纹对产品图像带来干扰，但也严重削弱了相机对产品上的凹凸信息的获取能力，因此对于伴随凹凸效果产生的烫金、压凸等工艺的生产质量问题无法进行有效的检测。

因此，人们迫切需要一种能够对烫金、压凸等工艺的生产质量进行准确、高效检测的系统。

发明内容

针对现有技术方案中存在的问题，本发明提供一种用于镭射印刷品质量检测系统的成像设备及采用该成像设备进行镭射印刷品质量检测的检测系统。

一方面，本发明提供一种用于镭射印刷品质量检测系统的成像设备，所述成像设备包括：漫射照明光源、图像采集装置，所述漫射照明光源朝向被检产品提供漫射光，所述图像采集装置用于以预定倾斜角度采集所述被检产品或所述被检产品的镜像的图像。

在一种实现方式中，所述漫射照明光源包括发光光源和漫反射弧，所述发光光源朝向所述漫反射弧发出照射光，所述漫反射弧罩在所述被检产品上方并对所述照射光进行漫反射。

在另一种实现方式中，所述漫反射弧侧部具有一开口，所述图像采集装置位于所述漫反射弧之外，对着所述开口朝向所述被检产品进行图像采集。

在另一种实现方式中，所述漫反射弧侧部具有一开口，所述成像设备还包括反射镜，所述反射镜位于所述漫反射弧的开口之外，所述图像采集装置对所述反射镜中所述被检产品所成的镜像进行图像采集。

在另一种实现方式中，所述漫反射弧呈半圆柱状，该半圆柱状的漫反射弧的内表面涂覆有高漫反射率材料，所述开口呈狭缝状，该狭缝平行于所述半圆柱状的漫反射弧的中心轴，所述反射镜的长度等于所述狭缝的长度，并且平行于所述狭缝放置于所述漫反射弧的外侧部。

在另一种实现方式中，所述预定倾斜角度为12-20度或14-18度。

在另一种实现方式中，所述漫反射弧顶部开有第二狭缝，所述第二狭缝的长度方向平行于所述半圆柱的中心轴，所述被检产品置于承载装置上，放置在所述漫反射弧的第二狭缝的正下方。

在另一种实现方式中，所述发光光源为若干LED，所述LED分别放置在所述被检产品两侧，置于所述漫反射弧下，朝向所述漫反射弧。

另一方面，本发明提供一种镭射印刷品质量检测系统，所述系统包括：

如上所述的成像设备；

图像处理器，所述图像处理器与所述成像设备中的图像采集装置相连以从所述图像采集装置接收其所采集到的被检产品的图像，并且基于所述图像确定所述被检产品的印刷质量。

在另一种实现方式中，所述图像处理器基于所述图像采集装置所采集 到的反射光通量信息确定所述被检产品表面的凹凸信息。

本发明的成像设备主要用于对镭射产品上采用烫金、压凸等工艺获得的印刷图案进行成像，以便检测系统能够基于所获得的图像，对上述工艺的生产质量问题进行检测。本发明的检测系统利用该成像设备进行图像采集，然后基于所采集的图像进行印刷产品的质量检测。

本发明的成像设备能够在均匀照明下，更好地获取印刷产品上的凹凸信息，从而更准确地对印刷质量进行检测。

本发明的发明人通过对照明和图像采集的过程建立数学模型、分析总结出在均匀照明下如何才能更好地获取凹凸信息，进而设计出了本发明的成像设备，该成像设备可以用在镭射印刷品质量检测系统中，促进对镭射材质上采用烫金、压凸等印刷工艺的所生产的产品的质量检测。本发明弥补了当前镭射材质印刷品质量自动检测技术中的不足。本发明的优势还在于可以同时满足自动检测镭射材质上普通(油墨)印刷工艺的生产质量问题对成像设备的要求。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施例的成像设备的结构示意图；

图2为根据本发明的另一个实施例的成像设备的结构示意图；

图3为图2中所示成像设备中的光源部分和反光镜部分的局部视图；

图4为计算表面反射光通量的示意性视图；

图5为根据本发明对具有一定倾角的表面进行光通量分析的原理示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一个实施例的成像设备。如图1所示，该成像设备包括漫射照明光源1和图像采集装置2。在本实施例中，漫射照明光源1包括若干LED光源3和漫反射弧4。可选地，该成像设备还包括反射镜5，用于折返图像采集装置的采集光路，使本发明的成像设备更加紧凑。

在本实施例中，漫反射弧4呈半圆柱状，该半圆柱状的漫反射弧4的内表面涂覆有高漫反射率材料。例如，该漫反射弧4的内表面喷涂一种由 硫酸钡、乳白胶和水混合而成的材料。本领域技术人员应该理解，虽然在本实施例中将采用LED光源和漫反射弧4作为照明光源，但是，本发明并不排除采用其他漫射光源替代LED光源和漫反射弧4。

图1是沿垂直于该半圆柱状漫反射弧4的轴线方向的视图，从该视图看到的是半圆柱的半圆形截面。从图中可以看到，被检产品6放置在漫反射弧4的中央，其位置略低于LED光源或与LED光源平行。LED光源分别放置在被检产品6的两侧、漫反射弧4内部的下方，并且LED光源的发光方向朝向漫反射弧4。漫反射弧4的侧部开有一开口7，反射镜5位于漫反射弧4的开口之外，将来自被检产品的光线反射至图像采集装置2。图像采集装置2朝向反射镜5，并且对反射镜中被检产品所成的镜像进行图像采集。

优选地，被检产品的中心、开口7沿着圆弧的中点以及反射镜5的中心在一条直线上。另外，图像采集装置2的镜头的中心和反射镜5的中心(竖直方向)的连线与被检产品的中心和反射镜的中心的连线关于反射镜的法线方向对称。这样，就可以保证被检产品的镜像恰好落在图像采集装置2的镜头的中。

需要说明的是，在本发明中反射镜5要位于被检产品的侧部，使得被检产品在反光镜中的镜像相对于图像采集装置2的图像采集方向是倾斜的，具有一倾斜角，即，图像采集装置采集到的是从侧部看到的被检产品的图像。优选地，该倾斜角低于30度，更优选地，该倾斜角的角度在10度到30度之间，更优选地，该倾斜角度为12-20度、14-18度等。

在另一个实施例中，可以不采用反光镜5，而是将图像采集装置2直接置于漫反射弧的侧部开口的外侧，即，反射镜5的位置处。这样，通过图像采集装置2直接从侧部以预定倾斜角度采集被检产品的图像，同样地，该倾斜角度可以在10度到30度之间，更优选地，该倾斜角度为12-20度、14-18度等。

图2为根据本发明的另一个实施例的成像设备的结构示意图。在本实施例中，图像采集装置2、LED光源以及反光镜5的结构和位置关系与图1中类似，只是在本实施例中，漫反射弧4包括两个开口，两个开口均为细长结构，并且两个开口的长度方向均与漫反射弧的中心轴平行。第一 开口7设置在漫反射弧的侧部，第二开口8设置在漫反射弧4的顶部。

此外，在漫反射弧4的第二开口8的上方还设置第二图像采集装置9，该第二图像采集装置9对向第二开口8，并且由于被检产品放置在漫反射弧4的中央部分(不排除其放在其他位置，则第二开口8将适应性调整)，第二图像采集装置9能够透过第二开口8拍摄到被检产品的正面的图像。

图3为图2中所示成像设备中的光源部分和反光镜部分的局部视图。图3更详细地画出来图2中的各个部件的结构以及位置关系。如图3所示，每个LED光源3通过各自的LED光源基座安装在用于检测被检产品的检测位置两侧。

反光镜5通过反光镜安装基座10安装在漫反射弧4的侧部的开口附近。反射镜安装基座的中间安装有一水平旋转轴，该反射镜安装基座能够绕着旋转轴在竖直平面内旋转。优选地，该旋转轴与狭缝的上边缘在同一高度，旋转轴与狭缝的水平距离略大于反光镜5宽度的一半，反光镜宽度优选为20-50mm。所述反射镜的宽度至少要大于被检产品的宽度的一半，优选大于被检产品的宽度。优选地，所述旋转轴与所述开口7的距离为所述旋转轴与所述开口的中心的高度差的两倍。

在漫反射弧的下方，优选设置支撑装置11，该支撑装置11承载被检产品，并且能够相对于漫反射弧发生平移。优选地，该支撑装置11为矩形，矩形的长边内侧用于放置LED阵列。优选地，第一开口的上边缘距离支撑装置11的距离为50mm，第一开口的下边缘距离支撑装置11的距离为40mm。图3中，12和13分别表示成像装置所能够拍摄到的极限位置。

在本发明的成像设备工作时，LED光源朝向漫反射弧的内表面发出照射光。漫反射弧对照射光进行漫反射以后，均匀地照射到位于漫反射弧下方的被检产品上。然后，利用图像采集装置从被检产品的侧面穿过漫反射弧的侧部开口以预定倾斜角度采集被检产品的图像。或者利用反射镜将从开口倾斜出射的光线引导到图像采集装置。这也相当于图像采集装置从侧面以预定倾斜角度采集被检产品的图像，因为采集的是被检产品的镜像。

该预定倾斜角度不宜过大，优选在15-30度之间。

之所以要以一定的倾斜角度来采集被检产品的图像，是因为本申请的发明人经过仔细研究发现，采用这样的倾斜角度进行图像采集，能够更好 地对印刷产品的凹凸信息进行检测。

具体而言，本发明采用下述方式对镭射印刷品质量检测进行了分析，从而发现了对印刷产品的凹凸信息进行准确检测的原理。

1.建立照明与采集系统的数学模型。

1)建立照明目标表面的光照模型

在采用漫反射弧的照明光源中，LED发出的光由底面直射到具有高漫反射率的半柱形内表面后，被均匀地反射到照明目标表面(即被检产品的表面)。理想状态下，均匀照明使得目标平面各处的照度相等，也就是目标平面上单位面积的照射光通量处处相等。目标平面上单个面元的照度与其光通量间的关系可用下式表达：

$E=\frac{d\mathrm{\φ}}{dS}$

当被检产品的局部表面处具有与被检产品所放置的平面(通常为水平面)存在一定夹角的斜面时，斜面上的单个面元与水平面上相同投影面积面元的照射光通量相同：

dφ'＝dφ

对于同种材质，对于光能的反射效率是相同的(参见图4)。因此在照射光通量相等的情况下，反射光通量也是相等的，为k·dφ，其中k为与材料反光效率。

2)建立成像装置对照明目标表面光通量的采集模型

使用相机等感光器件对目标进行信息采集时，输出信号的强度与其采集分辨率、曝光时间和目标表面的反射光通量相关。由于在基于机器视觉技术的自动检测系统中，针对具体目标的采集分辨率和曝光时间一般都是相同的，因此在建立采集模型时，可以将采集分辨率和曝光时间两项略去，仅分析相机输出的信号强度与目标表面反射光通量之间的关系。

如图5所示，当相机采集的一个均匀照射下的平面目标上出现一个倾角为θ的斜面(即凹凸)时，将对相机的采集位置和面积造成影响，相应的也会影响相机单个像元获取的反射光通量。经分析，相机单个像元获取的反射光通量ψ与斜面倾角θ和观测角度α之间的数学关系为：

Ψ_{[ θ , α ]}＝K·k·φ

其中k为该被测产品的材料的反光效率。

2.分析在均匀照明下凹凸信息的获取方法。

通过对上述模型的分析可知，相机输出的信号强弱与观测角度以及目标表面的倾角有关，梳理之后可总结为两条规律：

1)当斜面倾角θ固定时，观测角度α越小，相机获取的信号与采集目标平面时的信号差异越大，越利于缺陷的检出；

2)当观测角度α固定时，斜面倾角θ越大，相机输出的信号与目标平面时的信号差异越大，越利于缺陷的检出。

由于对实际被检产品来说，伴随凹凸形成的斜面倾角θ是由产品的设计及生产设备所决定的，而且有大有小，因此检测系统只能通过尽量减小观测角度α来增强对凹凸信息的获取能力、增强检测能力。

然而，虽然理论上来讲观测角度α越小越容易检测到凹凸信息，但是，随着观测角度的减小，图像采集装置所能采集到的来自被检产品的总的光量也会减少，所以，观察角度小到一定程度，如果继续减小，则可能会带来负面效果。

因此，在本发明中将图像采集装置与被检产品所在平面之间的倾斜角的角度设在10度到30度之间，更优选地，将倾斜角度设为12-20度、14-18度等。需要说明的是，本发明中所提到的倾斜角度指的是图像采集装置的采集方向与被测产品(尤其是印刷品)所在平面之间的夹角。在采用反射镜的情况下，该倾斜角度可以理解为图像采集装置的采集方向，与被测产品在反射镜中的镜像所在平面之间的夹角，该夹角基本上等于反射镜的中心和被检产品的中心之间的连线与被检产品所在平面之间的夹角。

在本发明的另一个实施例中，提供了一种镭射印刷品质量检测系统，该系统包括上述的成像设备以及图像处理器处理器，该图像处理器与成像设备中的图像采集装置相连以从图像采集装置接收其所采集到的被检产品的图像，并且基于该图像确定被检产品的印刷质量。具体而言，图像处理器基于图像采集装置所采集到的反射光通量信息确定被检产品表面的凹凸 信息。

在一种优选实现方式中，图像处理器分别从来自第一图像采集装置和第二图像采集装置的图像，并且，基于第一图像采集装置的图像确定待测产品的凹凸信息，然后，基于第二图像采集装置的图像确定图像的整体轮廓和图案。

需要说明的是，本发明的附图中的各个部件的形状均是示意性的，附图仅用于对本发明的原理进行说明，本领域技术人员在阅读并理解了本发明的技术方案的基础上，可以对本发明进行适应性地修改和变化，而这些修改和变化均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种镭射印刷品质量检测系统，所述镭射印刷品质量检测系统包括：漫射照明光源、图像采集装置、图像处理器，其特征在于，

所述漫射照明光源朝向被检产品提供漫射光，所述漫射照明光源包括发光光源和漫反射弧，所述发光光源朝向所述漫反射弧发出照射光，所述漫反射弧罩在所述被检产品上方并对所述照射光进行漫反射，

所述漫反射弧侧部具有一开口，所述图像采集装置位于所述漫反射弧之外，

所述镭射印刷品质量检测系统还包括反射镜，所述反射镜位于所述漫反射弧的开口之外，使得所述被检产品在反光镜中的镜像相对于所述图像采集装置的图像采集方向是倾斜的，具有一倾斜角，所述倾斜角在10度到30度之间，所述图像采集装置对所述反射镜中所述被检产品所成的镜像进行图像采集；

所述图像处理器与所述图像采集装置相连以从所述图像采集装置接收其所采集到的被检产品的图像，并且基于所述图像确定所述被检产品的印刷质量，并且所述图像处理器基于所述图像采集装置所采集到的反射光通量信息确定所述被检产品表面的凹凸信息。

2.根据权利要求1所述的镭射印刷品质量检测系统，其特征在于，所述漫反射弧呈半圆柱状，该半圆柱状的漫反射弧的内表面涂覆有高漫反射率材料，所述开口呈狭缝状，该狭缝平行于所述半圆柱状的漫反射弧的中心轴，所述反射镜的长度等于所述狭缝的长度，并且平行于所述狭缝放置于所述漫反射弧的外侧部。

3.根据权利要求1所述的镭射印刷品质量检测系统，其特征在于，所述倾斜角为12-20度或14-18度。

4.根据权利要求2所述的镭射印刷品质量检测系统，其特征在于，所述漫反射弧顶部开有第二狭缝，所述第二狭缝的长度方向平行于半圆柱状漫反射弧的中心轴，所述被检产品置于承载装置上，放置在所述漫反射弧的第二狭缝的正下方。

5.根据权利要求1所述的镭射印刷品质量检测系统，其特征在于，所述发光光源为若干LED，所述LED分别放置在所述被检产品两侧，置于所述漫反射弧下，朝向所述漫反射弧。