CN108593581B - 一种基于紫外光谱的涂布油墨印刷质量检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
为了解决现有单张纸涂布质量检测手段检测效果差、效率极低的技术问题，本发明提供了一种基于紫外光谱的涂布油墨印刷质量检测系统及方法。本发明利用涂布油墨吸收紫外光的特性，采用线阵相机配合紫外光源对经过UV干燥后的涂布产品进行成像，利用成像后涂布区域和未涂布区域的明显灰度差异，实现了印刷过程中实时对涂布印刷质量进行在线检测，极大提高了检测效率。
Description
技术领域
本发明属于涂布印刷质量检测技术领域，涉及一种涂布油墨印刷质量检测系统及方法。
背景技术
涂布是在纸张基材上涂一层特定功能的胶、涂料或油墨等，经过UV固化后可明显提高纸张的耐用性，达到长期防腐、耐污的目的。
目前对单张纸涂布印刷质量是依靠人工抽样检测，具体有两种方法：第一种是对涂布前后产品进行称重，通过前后质量差，定性判断涂布质量，这种方法仅能判断产品是否涂布，以及涂层平均厚度；第二种是利用荧光笔在涂布产品上划，然后用橡皮擦划印处，若能擦掉荧光笔的划印，说明此处为涂布区域，若擦不掉荧光笔的划印，则说明此处为未涂布区域，这种检测方法虽然能够检测涂布产品是否全部被涂覆，但是检测效率极低。
发明内容
为了解决现有单张纸涂布质量检测手段检测效果差、效率极低的技术问题，本发明提供了一种基于紫外光谱的涂布油墨印刷质量检测系统及方法。
本发明的发明构思：
本发明采用模拟人眼观察涂布质量的方式，利用涂布区域较暗，未涂布区域较亮，从而有灰度差异的特点，先是采用可见光大角度成像方法对涂布产品进行成像，但成像后发现涂布区域与未涂布区域灰度差异较小，达不到有效检测的要求；然后，本发明又从油墨本身特性入手，对多种涂布油墨进行了大量实验分析，得出涂布油墨对UV波段的特定波长光线有吸收作用，因此，本发明尝试采用线阵相机配合两个条形紫外光源，对经过UV干燥(涂布印刷工艺中的一个环节)后的涂布产品进行成像，同时配合可见光截止滤镜，滤除不必要波段光线对成像的影响，成像后，涂布区域与未涂布区域形成超过15％的灰度差异，进而根据明显的灰度差异判断涂布产品的印刷质量，该方案在实验室静态展平后的单张纸上获得了良好的检测效果；但是，实际验证中发现，该检测方案极易受到纸张不平的影响，并且线阵相机拍摄产生的阴影对检测影响非常大，致使无法有效检测，于是，本发明在原有紫外成像方案基础上，采用吹风方式对纸张展平，达到良好的采图效果，提高了检测效率。
基于上述发明构思，本发明的具体技术方案如下：
一种基于紫外光谱的涂布印刷质量检测系统，其特殊之处在于：包括龙门框架、设置在龙门框架上的成像装置、条形紫外光源、吹风展平装置，还包括装载有数据采集处理软件的计算机；
成像装置包括至少两台线阵相机和与线阵相机配合使用的相机镜头以及可见光截止滤镜；所有线阵相机间距安装在龙门框架的上横梁上，均沿涂布印刷机的送纸滚筒法线方向成像，用于实时采集涂布产品图像；所有线阵相机作为一个整体能拍摄到涂布产品宽度方向的完整幅面；可见光截止滤镜设置在线阵相机的相机镜头前端，用于滤除可见光的干扰；
条形紫外光源有两个，每个条形紫外光源的两个端部分别固定安装在所述龙门框架的左立柱和右立柱上；两个条形紫外光源对称设置于线阵相机视轴的两侧，且均与涂布印刷机的送纸滚筒法线方向具有夹角；两个条形紫外光源应能照射到涂布产品宽度方向的完整幅面，且两个条形紫外光源之间具有间隙；
吹风展平装置设置在龙门框架的下横梁上，用于在涂布产品运动过程中可对涂布产品吹风使之展平；
数据采集处理软件用于实时获取线阵相机拍摄的图像，并对图像按照R、G、B三个通道进行分割，将任一通道图像的灰度与未涂布产品模板灰度进行比较，输出检测结果。
优选的，所述夹角为30°～45°。
优选的，所述条形紫外光源为320nm-390nm波长的紫外光光源。
优选的，单个条形紫外光源在500mA工作电流下的光能量至少为450mW。
优选的，单个条形紫外光源的亮度至少为130流明。
优选的，单个条形紫外光源的亮度为130-200流明。
优选的，线阵相机为彩色线阵相机。
优选的，可见光截止滤镜采用ZWB2型滤镜。
优选的，所述条形紫外光源为紫外LED光源，包括多个呈直线排布的LED单元，LED单元的数量应满足条形紫外光源能照射涂布产品宽度方向的完整幅面。
本发明同时提供了一种基于紫外光谱的涂布印刷质量检测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1，在涂布印刷机送纸滚筒上方设置两个条形紫外光源和至少两台线阵相机，其中，线阵相机沿涂布印刷机的送纸滚筒法线方向成像，两个条形紫外光源对称设置于成像装置的两侧，且均与涂布印刷机的送纸滚筒法线方向具有夹角；所有线阵相机作为一个整体应能拍摄到涂布产品宽度方向的完整幅面，两个条形紫外光源应能照射到涂布产品宽度方向的幅面，不留照射盲区；
步骤2，用条形紫外光源照射涂布产品的同时，利用线阵相机实时拍摄涂布产品图像并输出；
步骤3，实时获取线阵相机输出的涂布产品图像，将所有线阵相机当前输出的图像均按照R、G、B三个通道进行分割；
步骤4，任选一个通道的图像，将所选图像中各像素或者像素窗口的灰度与未涂布产品图像模板中相应像素或者像素区域位置处的灰度进行比较，得到灰度差；
步骤5，将步骤4得到的灰度差中的最小差值与预设的灰度差阈值进行比较：
若超出预设灰度差阈值，则当前所检测的涂布产品为合格品；
若小于或等于预设灰度差阈值，则当前所检测的涂布产品为不合格品。
优选的，步骤4中选择R通道图像中各像素或者像素窗口的灰度与未涂布产品图像模板中相应像素或者像素区域位置处的灰度进行比较。
与现有技术相比，本发明的优点：
本发明利用涂布油墨吸收紫外光的特性，采用线阵相机配合紫外光源对经过UV干燥后的涂布产品进行成像，利用成像后涂布区域和未涂布区域的明显灰度差异，实现了印刷过程中实时对涂布印刷质量进行在线检测，极大提高了检测效率和检测效果。
附图说明
图1是本发明涂布油墨印刷质量检测系统示意图一；
图2是本发明涂布油墨印刷质量检测系统示意图二；
图3是本发明安装位置示意图。
附图标记说明：
1-成像装置；11-线阵相机；12-可见光截止滤镜；13-相机镜头；2-条形紫外光源；21-LED单元；3-吹风展平装置；4-龙门框架；41-上横梁；42-下横梁；43-左立柱；44-右立柱；6-涂布印刷机的送纸滚筒；7-法线。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本发明的技术原理、技术方案作详细说明。
参见图1-3，本发明的涂布油墨印刷质量检测系统在使用时，安装在现有的涂布印刷机上，位于涂布印刷机的送纸滚筒6的上方,不与涂布印刷机的送纸滚筒6接触，为非接触式检测。
本发明包括龙门框架4、设置在龙门框架4上的成像装置1、条形紫外光源2、吹风展平装置3，还包括装载有数据采集处理软件的计算机(与成像装置1相连，图中未示出)。
龙门框架4包括上横梁41、下横梁42、左立柱43和右立柱44。
成像装置1包括至少两台线阵相机11(至少两台线阵相机才能拍摄到纸张宽度方向的完整幅面，优选为两台)和与线阵相机配合使用的相机镜头以及可见光截止滤镜；两台线阵相机间距安装在龙门框架的上横梁41上，均沿涂布印刷机的送纸滚筒6法线7方向成像，用于实时采集涂布产品图像；为了提高成像效果，线阵相机11优选彩色线阵相机；可见光截止滤镜12设置在线阵相机11的相机镜头13前端，用于滤除可见光的干扰；根据涂布油墨的吸收曲线，经过对不同类型的进行实验，本发明可见光截止滤镜12优选ZWB2型滤镜。
条形紫外光源2有两个，每个条形紫外光源的两个端部分别固定安装在龙门框架的左立柱和右立柱上；两个条形紫外光源2对称设置于成像装置1的两侧，且均与涂布印刷机的送纸滚筒6法线7方向呈一定夹角，以消除线阵相机11拍照的阴影；鉴于涂布油墨对320nm以上紫外光的吸收度并未处于峰值，为保证明显灰度差异以进一步提高检测效果和效率，本发明对单个条形紫外光源的光源亮度有较高要求，单个条形紫外光源的亮度至少应为130，优选亮度范围为130-200流明，单个条形紫外光源在500mA工作电流下的光能量(optical power)至少为450mW；本实施例中，单个条形紫外光源采用紫外LED光源，包括多个呈直线排布的LED单元21，LED单元21的数量应满足能照射整个纸张宽度方向的完整幅面，不留照射盲区，如图1所示；在其他实施例中，单个条形紫外光源也可采用条形紫外光灯管；考虑到320nm以下波长的紫外光对人体有严重伤害，因此本发明选择了对人体无害的320nm-390nm波长的紫外光光源，并且采用利于工程化的彩色线阵相机。另外，为提升对比度，两个条形紫外光源与线阵相机之间的夹角应尽可能的小，这样涂布产品反光度才会高，且同时要避免线阵相机拍摄时由于纸张不平整产生的阴影，因而本发明使线阵相机沿送纸滚筒法线方向成像，并将两个条形紫外光源与线阵相机视轴的夹角均设计为30-45°(两个条形紫外光源之间的夹角为60-90°)，以取得良好的采图效果。
吹风展平装置3设置在龙门框架4的下横梁42上，吹风展平装置3可采用现有常用的吹风设备，包括通风电机、风管和出风口；吹风展平装置3的出风口应正对涂布印刷机的送纸滚筒6，在纸张(涂布产品)运动过程中可对纸张吹风进行展平，以降低纸张不平整对成像产生的不利影响。
数据采集处理软件用于实时获取所有线阵相机11输出的图像(所有线阵相机同一时刻输出的图像拼接后为单张纸的完整图像)，将各线阵相机11同一时刻输出的图像划分为一组，将当前组图像按照R、G、B三个通道进行分割，选取任一通道的图像，将所选图像中各像素或者各像素区域/窗口(例如3*3或者4*4像素区域)的灰度与未进行涂布的产品图像模板中相应像素或者像素区域/窗口位置处的灰度进行比较，若灰度的最小差值超出预设灰度差阈值，则当前所检测的涂布产品为合格品；若灰度的最小差值小于或等于预设灰度差阈值，则当前所检测的涂布产品为不合格品。经实际验证，G通道和B通道的图像与未进行涂布的产品图像模板的灰度差异没有R通道大，检测效果不如R通道，因而本实施例优选R通道图像进行判定。本发明紫外照射成像检测的原理：
涂布光油固化的原理是在紫外线的照射下，油墨中的光聚合引发剂吸收一定波长的光子后转为游离态分子，成为自由基，然后通过分子间能量的传递，聚合性预聚物和感旋光性单体变为激发态，产生电荷转移络合体，络合体间不断交联聚合，固化成膜。
涂布光油的固化过程是一个光化学反应的过程，即在紫外线能量的作用下，预聚物在极短的时间内固化成膜，紫外线除了造成油墨的表面固化外，更能渗透深入液状的紫外线固化油墨中，并刺激深层墨膜的进一步固化。
根据光油特性，其在270nm—350nm波段的固化效果最为理想，根据这点，我们进行了光油对不同波段光线吸收特性的试验验证，验证结果与其特性一致。
根据油墨的紫外吸收特性，经过试验，在紫外光源的照射下，涂布产品上涂布区域因为油墨吸收紫外光的原因较暗，而未涂布区域较亮，基于此，可实现涂布产品的检测。
Claims (6)
1.一种基于紫外光谱的涂布油墨印刷质量检测系统，其特征在于：包括龙门框架(4)、设置在龙门框架(4)上的成像装置(1)、320nm-390nm波长的条形紫外光源(2)、吹风展平装置(3)，还包括装载有数据采集处理软件的计算机；
成像装置(1)包括至少两台线阵相机(11)和与线阵相机(11)配合使用的相机镜头(13)以及可见光截止滤镜(12)；所有线阵相机(11)间距安装在龙门框架(4)的上横梁(41)上，均沿涂布印刷机的送纸滚筒(6)法线(7)方向成像，用于实时采集涂布产品图像；所有线阵相机(11)作为一个整体能拍摄到涂布产品宽度方向的完整幅面；可见光截止滤镜(12)采用ZWB2型滤镜，设置在线阵相机(11)的相机镜头(13)前端，用于滤除可见光的干扰；
条形紫外光源(2)有两个，单个条形紫外光源(2)在500mA工作电流下的光能量至少为450mW，亮度至少为130流明；每个条形紫外光源(2)的两个端部分别固定安装在所述龙门框架(4)的左立柱(43)和右立柱(44)上；两个条形紫外光源(2)对称设置于线阵相机(11)视轴的两侧，且均与涂布印刷机的送纸滚筒(6)法线(7)方向具有30°～45°的夹角；两个条形紫外光源(2)应能照射到涂布产品宽度方向的完整幅面，且两个条形紫外光源(2)之间具有间隙；
吹风展平装置(3)设置在龙门框架(4)的下横梁(42)上，用于在涂布产品运动过程中可对涂布产品吹风使之展平；
数据采集处理软件用于实时获取线阵相机(11)拍摄的图像，并对图像按照R、G、B三个通道进行分割，将任一通道图像的灰度与未涂布产品模板灰度进行比较，输出检测结果。
2.根据权利要求1所述的基于紫外光谱的涂布油墨印刷质量检测系统，其特征在于：单个条形紫外光源(2)的亮度为130-200流明。
3.根据权利要求2所述的基于紫外光谱的涂布油墨印刷质量检测系统，其特征在于：线阵相机(11)为彩色线阵相机。
4.根据权利要求1所述的基于紫外光谱的涂布油墨印刷质量检测系统，其特征在于：所述条形紫外光源(2)为紫外LED光源，包括多个呈直线排布的LED单元，LED单元的数量应满足条形紫外光源能照射涂布产品宽度方向的完整幅面。
5.一种利用权利要求1所述的基于紫外光谱的涂布油墨印刷质量检测系统的涂布油墨印刷质量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，用条形紫外光源(2)照射涂布产品的同时，利用线阵相机(11)实时拍摄涂布产品图像并输出；
步骤2，实时获取线阵相机(11)输出的涂布产品图像，将所有线阵相机(11)当前输出的图像均按照R、G、B三个通道进行分割；
步骤3，任选一个通道的图像，将所选图像中各像素或者像素窗口的灰度与未涂布产品图像模板中相应像素或者像素区域位置处的灰度进行比较，得到灰度差；
步骤4，将步骤3得到的灰度差中的最小差值与预设的灰度差阈值进行比较：
若超出预设灰度差阈值，则当前所检测的涂布产品为合格品；
若小于或等于预设灰度差阈值，则当前所检测的涂布产品为不合格品。
6.根据权利要求5所述的基于紫外光谱的涂布油墨印刷质量检测系统的涂布油墨印刷质量检测方法，其特征在于：步骤3中选择R通道图像中各像素或者像素窗口的灰度与未涂布产品图像模板中相应像素或者像素区域位置处的灰度进行比较。
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| GR01 | Patent grant | ||
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