高光材料检测设备中的机器视觉技术

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。以前，烟包大多使用普通白卡纸进行印刷，由于材质、印刷方式简单，仅凭肉眼或者简单的色差分析仪器就可以解决印刷品色差检测的问题。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。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。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。但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。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。

相机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。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。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。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。