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旧设备误报率高!新设备价钱太贵!请这样改造你的机器视觉检测设备

时间:2018-07-12 10:20:37来源:科印网

  近年来,随着烟包印刷行业的发展,在烟包印刷中,使用镭射、金、银卡纸等高光、高反射率材料的情况越来越普遍,但高光、高反射率材料的色差检测却一直是一个困扰烟包印刷品质量的问题。我公司原有数台离线烟包检测设备,在检测以白卡纸为基材的烟包时,没有任何问题,但在检测以高光、高反射率材料为基材的烟包时,就会产生大量误报,无法用于正常生产。为避免设备闲置造成浪费,我们决定对其进行技术改造。

  原有设备系统结构

  公司原有工业机器视觉应用系统包括如下部分:光源、镜头、CCD照相机、图像处理单元(或图像捕获卡)、图像处理软件、监视器、通讯/输入输出单元等。其工作原理:首先采用摄像机获得被测目标的图像信号,然后通过A/D转换变成数字信号传送给专用的图像处理系统,根据像素分布、亮度和颜色等信息,进行各种运算来抽取目标特征,再根据预设的判别准则输出判断结果,去控制驱动执行机构进行相应处理。机器视觉强调实用性,要求能够适应工业现场恶劣的环境,要有合理的性价比、通用的工业接口、较高的容错能力和安全性,并具有较强的通用性和可移植性,更强调实时性,要求高速度和高精度。

  印刷品质量检测设备采用的检测系统多是先利用高清晰度、高速度摄像镜头拍摄标准图像,并在此基础上设定一定标准,然后拍摄被检测图像,将两者进行对比。CCD线性传感器将每一个像素的光量变化转换成电子信号,对比之后只要发现被检测图像与标准图像有不同之处,系统就认为这个被检测图像为不合格品。印刷过程中产生的各种错误,对电脑来说只是标准图像与被检测图像对比后的不同,如污迹、色差等缺陷。

  存在问题分析

  传统人工检测印刷品质量时,采用人工加色差仪的方式,在一个检测区域内,仅取样一个点或几个点,就可以比较准确地做出检测。但由于镭射纸光柱的存在,在遇到光柱与没遇到光柱的位置,会出现很大的色差。而人为地避开或者选取光柱位置,又受到人眼观察角度的影响,无法精确选取位置。

  而近年来兴起的机器视觉技术,本身就是一种标准化观察方式的技术,代替人眼以标准化的方式来观察一个产品,以烟包整体作为一个面来取样,而不是一个产品上的某个点。这虽然具备巨大的优势,是技术的巨大进步,但还是无法彻底解决检测高光、高反射率材料时产生大量误报的问题。

  这个问题发生的根本原因是,每一个烟包的位置、烟包表面的平整度等都是有差异的。所以镭射纸光柱的产生时间和位置有一定的随机性,只要有光柱产生并被CCD镜头捕获到,进而反映在最终图片上就会是成片的灰黑色阴影。这些阴影在标准图像上是没有的,这样的烟包,即使本身没有印刷质量问题,仍然会被系统认为是废品被剔除,从而造成大量误报。在实际生产过程中,这样的误报率最高时可达到80%以上。

  解决方法分析及实践

  1.改造技术路线

  改造技术路线如图1所示。


 

  2.相场问题

  普通工业相机相场范围有限,拍摄宽度只在40cm左右,对于一些烟包条盒产品,可能出现拍摄取样范围不够的情况。这个问题可以通过安装两台相机,或者单台相机平移两次拍摄的方法来解决。

  3.光源问题

  首先解决照射方式、角度恒定的问题,这样才能很好地选取观察位置;然后拆除原设备上的光源,重新布置3组电源,为保证光源亮度,采用标准的D65光源,使之均匀地照射在产品上,所有光源均经过均匀场校正。

  4.软件算法及构架

  如果是普通的在线机器视觉产品质量检测系统,国内外已经有多款成熟的产品及相关软件。但是作为一台对高光、高反射率材料检测有特殊要求的机器视觉检测系统,软件必须根据实际使用情况和项目实施情况来定制。

  5.一种更稳定的送纸机构

  传统的送纸机构一般采用送纸皮带+压纸轮组成,这种方式的优点为结构简单、技术成熟,因而使用最为广泛。但是这种送纸方式的缺点在于输送不太稳定,需要经常对机构进行调整。在过去以白卡纸为基材的烟包产品中,这个缺点还不太明显,在出现输送烟包不稳的情况时,可以靠调节皮带松紧、更换皮带、调整上压纸轮的位置及下压力度等方法解决。但在使用镭射、金、银卡纸等高光、高反射率材料为基础进行印刷的产品中,该缺点会被无限放大。在用这种方式输送烟包的过程中,烟包轻微的抖动,或者位置的改变,都会出现不同程度的反光,从而产生大量误报,而这种情况通过传统的调节皮带、压纸轮等方式,是无法从根本上解决问题的。

  为此,我们在本次设备改造中,对该送纸机构进行了如下改造:

  (1) 去掉了原机构中的压纸轮;

  (2)原设备上的输纸皮带有15条,每条3cm,现改为1条80cm宽的宽皮带;

  (3) 在皮带下方安装吸风风机,靠风机产生的负压稳定烟包。

  经过测试,改造后的输纸机构走纸较原传统机构走纸更平稳,使镭射纸光柱产生的反光得到了有效控制,大量减少了系统误报。

  经过以上改造,现误报率已成功降到10%以下。我们相信,经过进一步的系统优化和调试,以及软件的进一步更新,误报率还有很大的下降空间。


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