图案信息检测技术原理与应用.pdf

印艺技术48以前人工检查柔印产品质量是边印刷边检测，有些细小的文字、糊版、墨点可能观察不到，容易造成整卷印刷材料报废，生产效率低且产品质量难以保证。随着产品需求量不断增加，在保证产品质量的同时也要求工作高效，研究开发使用设备检测印刷图案信息并产业化，可有效突破生产瓶颈。设计思路是采用视觉检测系统，视觉检测对象是复杂图形及可变数据的防伪标示，操作目标是检测设备对采集到的标签图像及可变数据进行智能算法处理，分工艺对印刷检测区域和可变信息区域进行自动分层建模检测，检测到问题自动停机，画线标注。本文从视觉检测的硬件、流程、测量误差及其在印刷机上的应用方面进行论述。一、硬 件视觉检测设备的硬件主要包括光源、相机、图像采集卡、工控机、存储设备、传感器。1.光源：通过适当的光源照明设计，可以很好图案信息检测技术原理与应用葛晓森 许学峰 张鹏波 地分离图像中的目标信息与背景信息，降低图像处理算法的难度，同时提高测量精度，从而提升系统的综合性能。2.相机：相机是机器视觉检测系统的核心组件之一，负责捕获被检测物体的图像。根据不同的应用场景和需求，可以选择不同类型的相机，如CCD相机、CMOS相机等。相机的构成包括镜头、感光传感器和控制芯片。镜头的作用是将被检测物体的图像聚焦至相机传感器上，根据不同的检测需求，可以选择不同焦距和规格的镜头，以确保获取清晰准确的图像。感光传感器将光信号转换为电信号，控制芯片的曝光时间、调节相机系统以及进行信息存储等。3.图像采集卡：图像采集卡的作用是将相机捕获的图像信号转换成数字信号。4.工控机：工控机为PC主机，主要用于图像采集、处理以及相关的控制和接口。在机器视觉系统中，工控机的性能直接影响整个视觉系统的处理速度和运行时间，是整个视觉系统的关键。印艺技术49PRINTING FIELD 2024.035.存储设备：用于存储图像、视频数据、模型参数和处理结果。高效的存储设备可以提高数据的读取和写入速度，从而加速算法的运行。6.传感器：用于获取数据，以便更好地分析和处理图像数据。二、基本流程视觉检测的基本流程包括以下4个步骤。1.图像获取：光学系统采集图像，将图像转换成数字格式并传入计算机存储器。通过相机获取目标物体的图像信息，将图像转换为数字信号，以便后续处理和分析。2.图像处理：处理器运用不同的算法进行滤波、增强、二值化等操作，以提高图像的质量和清晰度，便于后续的识别和测量。3.特征提取：从处理后的图像中提取出目标物体的特征信息，例如形状、大小、颜色等，以便后续的模式识别和分类。处理器识别并量化图像的关键特征，例如位置、数量、面积等模式识别和分类。根据提取的特征信息，利用机器学习和模式识别技术对目标物体进行识别和分类，将目标物体归到相应的类别中。4.控制与调整：根据识别和分类的结果，对目标物体进行控制和调整，例如分拣、定位等操作，实现自动化生产线上的检测和控制。处理器的控制程序根据接收到的数据得出结论。三、测量误差视觉检测系统的测量误差主要源于以下五方面。1.硬件选择：工业相机的选择对于测量精度有很大影响。例如，CMOS相机在拍摄时，图像边缘轮廓的对比度较差、噪声较大，会给测量带来误差。此外，光源的选择也是视觉检测精度中很重要的一环。在某些应用场景要求高的情况下，背光源在某一点产生的光会向空间任意角度发散。2.软件算法：即使视觉检测方法、计算公式和图像处理方法非常严谨，在不同的环境与设备影响下，也会对检测系统的测量精度产生影响。3.机械误差：这是由系统机电执行部分硬件导致的，例如，在一幅图像内可能无法完成对工件的测量，工件需要移动位置来采集多幅图像。这时，机电运动系统的运动精度将会对测量精度产生很大的影响。4.标定误差：标定误差是指在视觉检测系统中，标定过程中的误差使实际测量值与理论值之间存在差异。5.分析误差：分析误差是指在视觉检测系统中，由于人眼的主观判断，或者由于检测系统本身的局限性，导致实际测量值与理论值之间存在差异。为了减小上述误差，可以采取以下措施。一是简化机电系统运动步骤，提高机电系统的硬件精度。二是在多步运动过程中会产生累积误差，应尽量减少测量过程中的运动步数。三是采用较高精度标定算法和标定模板，提高标定的精度，从而减小标定误差。四是提高工业相机的图像质量，尽量采用较小的物像比，可以提高图像的清晰度，减小图像噪声，从而提高测量的精度。四、应 用视觉检测在印刷上的应用主要体现在以下三印艺技术50方面。1.标签字符识别：视觉系统采用高分辨率工业相机，可以快速获得目标产品图像，通过图像识别、自动计算获取标签的内容信息。视觉系统可以快速判断标签是否合格，报警装置快速做出反应。2.标签缺陷检测：机器视觉技术可以检测标签上的各种缺陷，如糊字、漏印、色差、套印不准等。3.标签质量、污渍、异物等检测：机器视觉系统可以对标签的质量、污渍、异物等进行检测，对不合格产品进行剔除或报错，避免进入下一道工序。总之，视觉检测的优点是对于观测者与被观测者都不会产生任何损伤，从而提高系统的可靠性；具有较宽的光谱响应范围，例如人眼看不见的红外测量；长时间稳定工作，机器视觉可以长时间地进行测量、分析和识别任务。通过对视觉检测技术的掌握，结合图案信息检测关键技术的研究及产品开发，成功解决了印刷检测效率低的问题，设备开机速度提高了1.5倍，且减少了人工成本，产品质量进一步提高。此技术不仅可在防伪标签行业推广，还可以在其他智能制造领域，作为智能视觉检测技术来替代人工，具有广泛的经济效益和社会效益。作者单位：山东泰宝信息科技集团有限公司关键词：检测 可变信息数据 视觉检测系统