CN1747836A - 感测设备 - Google Patents

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Abstract

一种发光感测设备，包括多个光传感器子单元，每个所述子单元包括使样品(7)发光的发光装置；包括摄像机头部(6)的数字摄像机装置；将从所述样本发出的光导向至所述摄像机头部的镜装置(4，5)；以及数字信号处理器单元(DSP)，处理由所述摄像机头部产生的信号。

Description

感测设备
技术领域
本发明涉及一种发光感测设备，和一种用于探测、检查纸张馈送证券纸印刷机中的荧光或磷光墨水印刷的检查系统。
背景技术
印刷机系统典型地受限于由于墨水流变能力、墨水水平衡、温度等变化造成的诸多变动和缺陷。这些变动和缺陷导致印刷进程中印刷物中色彩的持续变化。
用于监视在印刷起动和持续运行阶段颜色偏差的色彩质量控制系统在本技术领域为人所知。例如，US6,024,018揭示了一种用以维持在一种印刷机常数下一件印刷页的色彩控制系统，该系统联系人类感知色彩空间系统，包括同质发光印刷材中一窄条的加长荧光灯，获取印刷纸页实际图像的CCD摄像机，以及用于分析实际纸页色彩，测量与参考值之间的偏差，并作用于印刷机墨水键的处理部件。
在已使用的钞票和其它证券纸的分类中越来越普遍运用非可视特征，尤其是荧光或磷光特征来辨别不同面额或检测伪造品。
因此有必要控制非可视发光墨水的印刷——即应用于印刷机的、吸收紫外光并再发射可见光的荧光或磷光墨水，以满足印刷质量和信号强度的要求。
因而本发明目的之一是提供一种发光墨水检查系统，以高达和大于印刷机最大速度，实时探测和检查印刷的证券纸纸张。
本发明的另一目的是提供一种对于能发出光谱中红外区域的可视墨水制作的印刷材具有同样能力的检查系统。本发明更进一步的目的是用于由虹彩墨水制作的印刷材料的一种检查系统。
本发明的一个特殊目的是提供一种发光感测设备，能够实时运行和审查印刷纸张，并且处理将该纸张的发光图像传送至主PC机的数据。
这样一种检查系统应该将操作者考虑在内，使其能够快速鉴别缺陷印刷，并且在缺墨或多墨的情况下采取正确行动。
这些目标由一种感测设备装置实现，其包括多个光传感器子单元，每个所述子单元包括：
-发光装置，尤其是紫外线发光装置，能够产生一个样本已确定部分的发光；
-数字摄像装置，包括一摄像机头；
-镜装置，用于收集、引导所述样本发射的光至所述摄像机；以及
-一种数字信号处理器(DSP)单元，处理所述摄像机产生的信号。
采用本发明的发光感测设备，在运行模式下，一个紫外发光源阵列激励已印刷的不可视墨水荧光或磷光点，引入发光。一种联合的摄像机阵列和数字信号处理器探测和处理此发光发射并发送数据至主PC机。这台计算机的软件将使分开的子单元所获得和处理的数据汇合起来，在控制屏幕上显示被检查材料的一个单幅图像。
优选地，子单元排列成一行，其长度足够感测和检查有着能馈送进印刷机的最大宽度的纸张。优选地，此子单元阵列存放在一种共同密封的外壳内。由于此外壳密封，感测器件的精密内部与灰尘、滑润剂和所有通常在印刷机内部存在的溶剂隔绝。此外壳可以配备紫外线透明窗口。这些窗口至少应配置在紫外线发光装置发射紫外线射束的路径上。
合适的数字摄像机装置包括CMOS摄像机。每个子单元摄像机发出的信号由数字信号处理器单元处理。此DSP单元连接到一种接口，所述接口包括一火线总线(fire wire bus)，将所有DSP单元连接至外部计算机。
一个样本发出的发光可能强度过低，因此，每个光传感器子单元的镜装置优选地包括一种抛物面镜用来采集被检查样本发出的光线。光线被集中传到一个配对镜，其再发射所述光线并使其穿过摄像机头部的物镜到达摄像机的光传感器。
本发明改进了纸张馈送证券纸印刷机，此改进包括在探测和检查墨水印刷尤其是发光墨水印刷的检测系统中，所述检测系统包括一种如上文所述的发光感测器件，通过一种接口将所述器件连接至计算机装置，从而将获得的每件印刷纸张的图像与已编程设定值进行比较，尤其是与一件或多件所述纸张设定的图像进行比较。
另外，此检测系统可以包括一种增量编码器，用来识别纸张和局部最终错印，和一种纸张存在探测器，用来触发校对和检查操作。
对于感测和检查带有有微弱发光的荧光和磷光墨水的印刷纸，检查系统可以包括一种附加的紫外发光装置。此附加的发光单元可以包括一个导向传感器子单元下方区域的紫外管阵列。
优选地，含有排成一行地传感器子单元的传感器外壳被设计在内，这样所述一行子单元和印刷纸张平行，并且和所述纸张的位移方向交叉。
测量的精确度和一页纸张图像的质量可以得到进一步加强，通过在印刷纸的下方与传感器子单元的行平行布置的抽吸板，这样使测量距离常数。
互相面对的传感器和抽吸板可以放至位于应用发光墨水步的下游的任何位置，例如在印刷机传递部分中，特别是在正好第一传递堆(delivery pile)的上游。这样允许包含有缺陷印刷在内的纸张的偏差通过检查系统和机器之间的接口被传送至一分开的检查堆(inspectionpile)。
附图说明
本发明进一步的特征和优点对于本技术领域的技术人员可以通过联系附图更具体直观的描述得以体现，其中：
-图1为根据本发明所述配备校对系统的印刷机示意侧视图，指示了传感器外壳和抽吸板可能安置的位置；
-图2为安置在印刷机上的传感器外壳和抽吸板的照片；
-图3为本发明所述发光感测器件透视图，该外壳的上盖被去除；
-图4为子单元示意侧视图，显示其各部件功能；
-图5为发光感测器件沿图4的AA’线横剖示意图；
-图6显示控制台的一个生产窗口和生产监视器窗口的示例。
具体实施方式
图1显示在存在的纸张馈送印刷机上，根据本发明的检查系统可作为印刷部分本身的改进的下游部分，在打印纸张的传送部分中，刚好在第一传纸堆(delivery pile)的上游。图1示意性指示了传感器外壳1在印刷纸长轨道上方的位置，以及抽吸板20的位置，面向传感器外壳1，刚好位于印刷纸轨道下方，由此提供被检查纸张表面和发光感测器件之间的固定的间距。
图2为一张显示在一台可通过商业渠道得到的印刷机里传感器外壳与抽吸板的布置的照片，该印刷机为纸张馈送旋转铅印机，机器型号为SuperNumerota 121(TM)，生产厂商为KBA-GIORI。正如可在图2中看到，发光感测器件的长度可以调节以覆盖印刷纸轨道整个宽度。整个传感器外壳的长度略大于800mm。光传感器子单元的数目(本实例为五个子单元)被选择以便覆盖大约800mm的整个检查长，并稍有被各个子单元检查的交叠的区域，被每个摄像机/DSP子单元覆盖的该区域在宽度上略大于160mm。
图2所示的抽吸板包括一种穿孔薄片金属板，一组将通过的纸张向下吸至板上的阵列风扇，以确保固定的纸张至传感器间距。
图3显示传感器外壳1的透视图，为显示清楚上盖被去除。每个传感器子单元2包括一种发光装置3。考虑到被检查墨水的吸收/激励带，该发光装置可选用合适的单色或宽带光源，如能发出例如375nm光的紫外LED，白光LED，红外LED，汞UV灯，氘UV灯等。每个发光装置的光束被聚焦在印刷纸上，以便覆盖被分配给对应子单元的纸张区域。因而，与使用单一拉长管照明整个印刷纸宽度相比，被测信号的密度和控制都得到加强。
如图4与图5所示，每个子单元2还包括一个抛物面镜4和一个与摄像机头部6相对的配对镜(counter mirror)5。图4示意性地显示光路，从LED3至行进中纸张7，重发射荧光或磷光至抛物面镜4，该抛物面镜将接受到的光线聚焦到配对镜5，该配对镜接着将所述光线反射至摄像机头部。光通过一6mm物镜被接受到每个摄像机的光传感器上。
LED3发射的光跨过第一紫外线透明窗口10到达纸张，重发射的光线通过第二窗口11反向穿透进入传感器外壳。若第二窗口11不能穿透紫外线，只有可见光，包括被荧光/磷光重发射的光可以跨过它，反射的紫外光被吸收。
如图3所示，每个子单元2包括一完整CMOS摄像单元和一DSP单元9。CMOS摄像机和DSP单元可从商业渠道得到。通过CMOS摄像机可以读出阵列中任意特定的行，这对于基本型CCD摄像机不可能。这种能力使得众多摄像机可以简单地一个挨一个排列，而不需要复杂的机械程序：该排列可通过选择每个摄像机相对应的行来实现，这样从一个摄像机得到的图像和下一个摄像机得到的图像排列起来，提供一种线扫描摄像机。因此，优选CMOS摄像机。
图5显示可以感测整个纸张7宽度的五个子单元阵列。每个抛物面镜的宽约16mm。五个自治(autonomous)摄像机和DSP单元的行通过载电总线(Fire Wire bus)连接至主PC机用作数据链接，还连接至一单独电源供应，并连接至纸张启动和线触发(line impulse)器件。
以上描述的五个单元的排列方法允许覆盖整个略大于800mm宽度的完整、持续的检查行。针对与纸张表面100mm的检查距离该感测器件被优化。然而该器件可方便地适应至其它距离。在传感器外壳里，分开的发光装置与每个子单元相联系的布置允许非常紧凑的结构。
检查系统还包括安置在传送柱的一种增量编码器(未在图上显示)，传送柱对每张纸旋转一次。纸张的存在由光电近控开关控制。在这两部件的输出的基础上，安置在操作者控制台上的单独的控制器单元保证固定的垂直解析度，比如0.5mm。控制器单元为每张纸张提供一开启信号，且为通过的纸张每行提供一脉冲(impulse)传给发光感测装置。这些脉冲只在纸张存在时产生。
控制台(未显示)为操作者给感测装置提供一接口。该控制台配置了PC机，一平面屏幕，键盘和鼠标，用于设置和处理感测装置。另外，台上可以安置信号灯，以指示装置的实际状态，比如蓝灯指示检查操作是否正在运行，绿灯、橙色灯和红灯用来直观警告，提示在印刷过程中与可接受限制的偏差。控制台还可带有众多命令和按钮，允许切断感测装置、发光和编码器控制器的电源。控制台还可包含一不可中断电源供应，为电势中断提供缓冲。同样在控制台上安置的PC机可以配置一CD刻录机来备份检查设置数据。控制台还可为台上警告灯供电与前述控制器单元提供电源供应与继电器。
检查系统的用户界面(interface)提供了下述功能：
a.感测装置设置：
感测装置的设置只能在第一步操作之前进行一次，在一个具体的感测装置的连续操作时间内保持同样设置。
b.检查设置：
为了开始一个新的检查设置的定义，一张或多张参考纸张被采集并被记录，各种感兴趣的区域(ROI)及其参数被设置。在纸张设置过程中，通过设定印刷区域周围的边界来确定印刷纸张的总宽度和高度。银行票据或其它证券纸的总体布局也根据输入的列数和行数被确定并分布在纸张上。布局的精细调节可以人工进行。该感兴趣的区域(ROI)可以针对单一的银行票据/证券纸定义，然后根据行和列自动复制至所有其它。
在检查系统软件中可实现控制感兴趣的区域的不同可能性。首先一个方法适合于评估铅版类型(clichétype)ROI 22。它计算定义的0ROI区域的平均强度，并将此平均数与操作者定义的阈值相比较。
第二种算法在定义的ROI 23中探测条形码并将其与一主模板比较。
c.检查、运行模式：
在生产过程中，检查系统软件以一种清晰的方式显示不同ROI的实际状态并不断通知印刷机在印刷过程中可能出现的问题。该软件还可划分墨水不足或墨水过量的趋向，以允许印刷机甚至在有缺陷印刷出现之前采取矫正操作。检查结果可以在警报器警告与优良检查辨别中实时显示。
在生产过程中-若检查操作是激活的-传感器的输出以两种不同的方式在控制台屏幕可视化(见图6)：
主窗口21提供了纸张的概览。瞬时ROI状态22与23可以以有色帧而被可视化，且在每张纸张后都更新。若一切正常且ROI的平均值在设定的阈值内或条形码被正确辨认，该帧画面为绿色。
ROI的平均值一旦超过阈值之一，其帧画面颜色即逐渐变为蓝色或红色。偏向蓝色意味着过多着墨或ROI平均值过高。另一方面，偏向红色显示出少墨或ROI平均值过低。变化的颜色伴随显示测量的平均值离定义的阈值差了多少灰度这一消息。消息“-1”至“-9”或“+1”至“+9”或诸如此类为警告，伴随点亮黄色警告灯。消息“(过低)toolow”或“(过高)too high”代表发生了阈值超过了例如10灰度级的差错。差错同时伴随着点亮控制台上的黄灯或红灯。
作为主窗口的补充，生产监视窗口24显示印刷过程的趋势。其显示最后一张印刷的结果。显示五个参数：每张纸的一般差错次数，“low(低)”警告次数，“low(低)”差错次数，“high(高)”警告次数，“high(高)”差错次数，以及条形码差错次数。条形码差错在检查系统未探测到条形码或探测到差错条形码时发生。
本技术领域的技术人员会理解在本发明的框架中，发光装置也可以根据墨水的吸收波长在可视或红外发光源中选择，合适的相应摄像光传感器可探测被印刷所重发射的光线，例如通过具有不同发射红外线波长的虹彩墨水或可视墨水印刷的各个图像。

Claims (10)

1.发光感测设备，包括在共同密封的外壳(1)中排练成行的多个光传感器子单元(2)，每个所述外壳中的所述子单元包括
-可为一个样本的确定的部分提供发光的发光装置(3)；
-数字摄像机装置(6，8)，包括摄像机头部(6)；
-镜装置(4，5)，收集从所述样本的所述部分发出的光，并将其导向至所述摄像机头部；以及
-数字信号处理器(DSP)单元(9)，处理由所述摄像机头部产生的信号。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述摄像机装置为CMOS摄像机，所述设备还包括一种接口，所述接口包括将所述DSP单元连接至计算机的载电总线。
3.如权利要求1或2所述的设备，其中每个所述子单元的镜装置包括抛物面镜(4)和配对镜(5)。
4.如权利要求1至3中任一个所述的设备，其中所述发光装置为UV发光装置，其中所述外壳包括一UV透明窗口。
5.检查系统，用于探测和检查纸张馈送证券纸印刷机中的荧光或磷光墨水印刷，所述检查系统包括如权利要求1所述的设备，和连接到所述设备的计算机装置，该计算机装置将获得的所述纸张的每一图像与所述纸张的一个设定图像相比较。
6.检查系统，用于探测和检查纸张馈送证券纸印刷机中的荧光或磷光墨水印刷，所述检查系统包括如权利要求2-4中任一个所述的设备，和通过所述接口连接到所述设备的计算机装置，该计算机装置将获得的所述纸张的每一图像与所述纸张的一个设定图像相比较。
7.如权利要求5或6所述的检查系统，其中所述行平行于所述纸张布置，并且交叉于所述纸张的位移。
8.如权利要求7所述的检查系统，还包括与所述行平行布置的抽吸板(20)。
9.如权利要求5至8中任一个所述的检查系统，还包括在所述外壳外部的附加的发光装置。
10.如权利要求5至9中任一个所述的检查系统，安置在所述印刷机的传递部分上，特别是第一收纸堆的上游。
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