机器视觉在印刷工业中的应用

多年来，印刷行业一直使用光电传感器进行配准控制和印到印控制。多年来，基于机器视觉的传感器取代了原来的光电传感器。随着机器视觉技术变得越来越强大，它取代了人们坐着观看打印，使用闪光灯基本上停止单个打印的动作，并观察与原始打印图案的任何变化。这些基于摄像头的系统通常安装在一个横移机构上，允许通过网络对样品或图案的部分进行检查。

这些原始的系统更多的是对操作人员的帮助，只要观察到重复模式的变化，就会发出警报。这些变化可能是由于配准错误，颜色错误或实际缺陷-缺失或增加的打印，条纹等。进步的今天,所有底层机器视觉的基础设施组件(光学、摄像机、照明、微处理器)和能够处理更复杂的算法在更高的速度,许多公司现在提供的系统将执行100%检查整个网络或印刷材料。此外，大多数这些系统现在提供处理网页漫游和网页拉伸的能力。有些还提供了缺陷分类，从而对印刷过程进行反馈控制。

印刷线速度和网幅宽度对机器视觉提出了挑战。因此，许多这类系统使用线扫描相机来获取图像数据，通常是彩色的，并利用廉价的存储器来组装图像数据，以进行操作。高速确实给线扫描相机带来了挑战，高水平的照明对于提供足够数量的光子来克服信号噪声问题是至关重要的。

此外，系统提供了更友好的界面，使操作人员更容易获得系统的所有权。数据分析和报告与这些系统中的大多数直接集成到工厂范围的管理信息系统中，提供了许多层次的管理，以处理质量问题几乎即时。

在大多数情况下，印刷生产可以被定性为高混合/高容量 - 在同一个记者很多不同的生产运行。随着用户界面的进步，这些系统现在应对快速方便地换该行经营者执行的要求。
然而，并不是印刷行业的所有部门都在接受这项新技术。在大多数情况下，它被用于印刷货币、钞票、邮票、彩票、标签和包装材料的打印机。为制药工业印刷的标签和纸箱必须100%检查，以确保每一个细节都符合原图。在包装方面，更注重质量的印刷客户往往要求他们的印刷材料也要100%检查。

机器视觉系统自动检测适用于印刷行业的最新应用之一是印刷反映RFID电路的电子图案，以及柔性电路上的图案。仍然令人困惑的是，为什么印刷行业的一些高价值领域，如墙纸和复层板，没有广泛采用机器视觉。
了解打印应用中基于机器视觉的系统的现状;本文的输入来自此类系统的所有已知供应商。以下公司慷慨地提供了意见:

• Gal Shamri -高级视觉技术(AVT)营销副总裁
• 斯蒂芬·克雷布斯博士 - 业务部打印检验头 - ERHARDT +莱默尔有限公司
• Juergen Kreis - ISRA VISION业务部门经理
• Roberto Salgari - PARVIS系统和服务总裁
• 约翰伍利 - 副总裁 - PC产业
• 克里斯蒂安布拉修斯 - 销售和市场营销助理 - TEMA有限公司

1.你们的机器视觉产品涉及哪些特定的印刷工业应用?在每一种情况下，具体的应用是采用基于100%的检验还是基于样品的检验?在每种情况下，场景解释是全自动的还是需要人工干预?

[Gal Shamri -先进视觉技术]AVT评估了不同的印刷市场段和基于机器视觉解决方案的要求。该公司开始解决包装段，然后进入标签部门，最近是纸张折叠纸箱市场。专业从事印刷行业的解决方案，我们为每个市场部门开发了专门的解决方案。

包装市场,这部分通常运行宽网印刷机，要求过程控制和100%的质量保证。AVT拥有多种基于机器视觉的解决方案，以满足这一细分市场日益增长的需求，包括:

• 过程控制:基于区域扫描摄像头，该印刷解决方案提供自动检查和印刷缺陷的早期预警。该系统旨在检测工艺缺陷，允许操作人员在产生废料之前解决问题。过程控制解决方案包括承载许多附加模块的能力，如条形码验证，在线颜色测量和压机控制解决方案。
• 新闻控制的解决方案:AVT开发了闭环解决方案，可以完全自动化印刷机，大大减少了安装时间。这些解决方案包括用于CI柔性版印刷机的自动色标控制和压力控制。
• 100％质量保证解决方案：使用高质量的线扫描CCD相机，质量保证解决方案检测所有打印缺陷的时间100%。AVT质量保证解决方案可以安装在压力机上，作为一个单独的系统或作为基于区域扫描摄像头的过程控制系统的组合。在许多情况下，质量保证解决方案安装在印后阶段，如医生机器，覆膜机或分切复卷机。

标签市场 -由制药，化妆品和其他优质段驱动，在过去几年中，标签市场的100％自动检查需要100％的自动检查。为了回答该市场段的挑战，AVT开发了专用的线路扫描基于CCD的100％自动检测解决方案，可以在按下或on-REWINDER安装。在安装在复卷机上时，AVT解决方案检测所有转换过程缺陷，并自动停止回复器，以便有效地拆除有缺陷的材料。

单张纸折叠纸盒市场 -AVT正在为这个市场开发基于线扫描相机的专用解决方案。解决方案将包括在线和离线系统，提供对完整的板材和模切零件的自动检测(“信号包”)，包括对有缺陷零件的全自动分类。

[博士斯蒂芬·克雷布斯 - ERHARDT +莱默尔有限公司]我们的NYSCAN系统用于100%打印检查。这意味着在100%的时间里对网站进行100%的检查。我们提供单摄像头解决方案以及多摄像头解决方案，取决于网页宽度和所需的分辨率。我们的目标市场是标签，薄膜，箔印刷和一般包装行业。我们的系统用于关键应用，如制药或安全行业，以及标准印刷。根据应用程序，我们使用高速高分辨率灰度线扫描相机或高质量的3 CCD彩色线扫描相机。公司为印刷行业提供额外的产品线:基于线扫描相机技术的ELSIS表面检测解决方案和基于区域扫描相机的ELSCAN网络浏览系统。

在复卷机安装的情况下，我们的NYSCAN检测系统是一个完全集成的解决方案，如果检测到打印或工艺缺陷，将自动停止复卷机。信息显示在屏幕上供操作人员使用，操作人员将采取纠正措施。

在安装印刷机的情况下，需要更多的人机交互。NYSCAN检测系统提供了重要的信息，使压机操作人员能够做出明智的决定，是停止压机并避免进一步的浪费生产，还是在商业上可接受的质量水平上继续生产。

[Juergen Kreis - ISRA VISION]对于表面视觉，我们提供了全面的可扩展系统组合，几乎可以提供任何基材的100%检测，从纸张、塑料和薄膜，到无纺布和金属。PRINT业务部门专注于印刷表面的检查系统，我们解决了网纸和单张纸的应用，以及空白/单张检查的专用解决方案。此外，我们还为印刷电子产品提供专门的解决方案，特别关注柔性电子产品，包括板材和卷筒对卷筒工艺。

我们分别为印刷和转换行业提供独特的解决方案组合，涵盖所有相关的生产步骤，包括印前(基材和原材料的检验)、印中和印后检验，其中我们提供离线打印空白、单张和在卷筒纸加工的情况下，用于检查复卷机/医生机器和分切机。

我们所有的系统都能提供100%全自动的货物检验。这种方法确保了每一次重复都能以全速生产速度监控整个卷材/纸张宽度。我们的印刷检查方法是基于参考比较(黄金模板匹配)，包括，在必要时，实时补偿网页漫游。

现在，我们看到打印检查在所有环节的需要，打印增加了产品的实质性价值或是一个基本的安全功能。这尤其适用于印刷高质量的包装材料和医药包装。以下最常见的包装材料要么是由柔性基材制成，通过卷筒对卷筒工艺生产，要么是作为折叠纸箱生产，主要通过纸片印刷、染色切割和胶水/折叠生产，有时还伴有增值应用，如热箔层压或冷封应用和冲压/压花。在单张打印机的情况下，有一种趋势是采购卷筒纸，并将它们切成单张，以降低成本。在这种情况下，建议在切割前对纸卷进行额外的衬底检查。

下面，我想用两个例子来说明我们的检测系统解决方案在包装印刷过程中如何以及在哪里使用:

1.灵活的包装物柔性包装印在柔性基板上，由各种类型的塑料或金属膜制成。在这里，ISRA Vision提供来自我们的粉碎系列的内联检查系统，用于100％检查加工基板（诸如铝的金属膜，或挤出线上的塑料薄膜）。该材料在卷轴到卷轴（Web馈送）过程中处理。我们分别将我们的打印检测系统（SMASH PRINT系列）集成到Web馈电印刷机中，以便在每次重复上进行100％检查印刷图案，用于全长的印刷材料。

尽管任何印刷技术都有可能，但最常见的工艺采用柔版印刷或凹版印刷。今天，典型的网页速度在150米/分钟到600米/分钟之间，网页宽度为500到1500mm。ISRA技术的自由可扩展性使我们能够提供足够的布局(在跨网络和机器方向上合适的分辨率和覆盖范围)，覆盖在该领域发现的全部流程。在通常较宽的卷筒纸上印刷后，印刷的卷筒纸被切开，允许在切开机或复卷机上进行额外的印后检查。

2.折叠纸盒,折叠纸箱在包装行业(用于谷物、消费电子产品、烟草和许多其他产品)中被发现，也被广泛用于药品包装，在药品包装中(包装盒上的信息)的完美质量是强制性的。硬纸板大多是单张加工，然后在胶印机上印刷。在纸张生产过程中，ISRA VISION的纸张表面检测解决方案(SMASH系列)可以帮助纸张制造商监控其生产质量。

当加工成卷纸时(例如，在报纸业务中使用的高速凹版印刷机上)，印前检查的另一个应用是ISRA的印前检查系统的部署。这个系统监控送进印刷机的纸张，如果纸张被撕裂(可能导致打印机关闭印刷机几个小时)，就对撕裂传感器做出反应，并看到造成撕裂的纸张部分的表面质量。该全面的文档简化了故障原因的客观讨论，并在最坏的情况下加强了纸张供应商和打印机之间的建设性合作关系;它还有助于强制要求纸张供应商报销相关费用，通过提供有缺陷的原材料(即纸张质量)的证明。

在单张纸印刷机上，ISRA VISION的印中检测系统，类似于它们在卷筒纸印刷机上的使用，同样可以监控每一张印刷纸张的完整重复，并将安全地检测印刷质量和表面缺陷。

印刷之后，客户在折叠纸盒业务可以考虑附加的脱机打印的纸张的分拣，从而使他们能够打印的纸张从几个压力机来一个单一站进行排序。这种方法决定只需要最高质量标准的产品进行100％的检查时提供了更多的灵活性。另外，它允许从B级片材的级的分离，并且从B-分级栈来然后坯件具有被检查件逐片（同样，手动或完全ISRA的空白检查系统的自动化）。

对于高质量的折叠纸箱，在印刷后对产品进行附加应用变得越来越普遍，如金属化薄膜热箔复合、结构压纹等应用。在这里，离线检查解决方案也提供了检查这些特性的方法。

对于上述离线检测解决方案，ISRA VISION与我们的合作公司之一，提供专门的检测和分类系统，包括板材和毛坯的材料处理，以及不同宽度和分辨率。在染整后，检查坯料可使缺陷得以清理，而不是将整张坯料全部处理掉。考虑到用于高质量印刷的纸板的价格，这允许额外的节省。

ISRA VISION的空白检查系统可作为独立的检查站(同样，包括一个分拣单元);正在考虑的解决方案是作为普通折叠胶合系统的补充，从而有助于标记有缺陷的毛坯和使用集成在文件夹胶合机中的分类器。

3.金属印刷- - - - - -金属片被印刷并用于制作盒子(例如，昂贵的化妆品包装)和罐头。抛开钣金本身的制造(ISRA VISION也提供金属表面检测系统，用于热轧和冷轧)，印刷质量的检测(类似于纸板印刷)，可以在印刷中或离线完成。在处理金属薄板时，必须特别注意，避免在处理这些薄板时划伤基板。印刷后，金属片通常用额外的漆或压花处理。ISRA的多摄像头/多银行系统允许在各自申请之前和之后进行检查。

[Roberto Salgari - PARVIS]我们的应用主要是在防伪印刷领域，包括印花税票、邮票、身份证、彩票等。但我们所涉及的最重要和最具体的市场是纸币生产市场。我们做在线100%检查和离线取样。

第一种主要用于卷筒纸印刷机或生产线的末端(最终检查和分类)。第二种用于单张纸印刷机，当需要高分辨率和精度控制以检测工艺漂移时。

我们所有的系统都是以全自动的方式分析图像内容(它们不仅仅是图像抓取和显示系统)。操作员可以决定如何干预压力机，以纠正检测到的问题。

[John Wooley - PC Industries]我们有三个主要的应用:

• 关键或高价值印刷的100%检验，如药品标签
• 100%检验可变打印，通常用于安全打印
• 非关键、低价值印刷的抽样检查

[克里斯蒂安布拉休斯 - TEMA GmbH的]我们的系统主要应用于:

• Can, cup, and tube industry (PI-Cylinder): 100% inspection of decoration, full automatic
• 钣金行业(pi - sheet): 100%装饰检测，全自动
• 防伪印刷行业(PI-Sheets, NASC): 100%检查纸张(胶印和凹版)，额外控制防伪特征和序列号，全自动
• 卷筒纸印刷行业(PI-Web): 100%检测装饰卷筒纸材料，全自动

我们的视觉系统要么集成到客户的印刷机器中，要么作为独立单元提供完整的纸张处理，从进料到接受和拒绝分类。

2.使用贵公司基于机器视觉的产品对印刷业有什么好处?

[斯蒂芬]100%的检查使打印机在印刷机运行期间做出明智的决定。这有助于大大减少新闻界产生的浪费。基于样本的系统在大多数情况下无法提供这种反馈，因为它只覆盖了web的一小部分。在今天的计算机技术下，所有的缺陷都可以存储在一个叫做卷图的数据库中，使用户对每一个产生的卷完全透明。这些数据可以在印刷机运行后作为“虚拟卷”进行审查，并可以作出进一步处理的决定。今天，拥有一个100%的检查系统为打印机提供了一个竞争优势。它通常是一种销售工具，当竞标一个大数量的印刷工作。

[尔根]检验系统提供真正100%的生产检查的主要好处是完整的监控整个生产批次，并提供全面的文件和生产质量和生产线性能的历史。获得的信息可以用于内部优化流程，也可以用于外部与客户沟通，作为致力于卓越质量的证明，在索赔的情况下，作为客观文件。

我们的每个系统都具有增值功能，包括提供多个印刷网页的同时实时视觉效果(与在同一台机器上安装多个网页浏览者进行比较，从而允许监控web上的多个位置)，监控颜色偏差、拉伸、或者错配，这为打印机在所有流程步骤提供了有价值的信息，导致更短的启动时间(“快速打印”);以及对过程的全面监控。特殊的算法允许早期趋势指示。

作为一个例子，我想提到我们的高级条纹检测(ASD)功能，它允许提前检测条纹，比人类操作员能够做的更早。条纹是凹版印刷机上最常见的缺陷，源于污染或损坏的医生刀片，开始时条纹很小，对比度低，用标准算法很难识别视觉系统。

通过在印刷过程中采用100%的检验系统来证明对最高质量标准的承诺，这一非金钱效应可以使印刷车间从竞争中脱颖而出。早期的趋势指示和对印刷作业的全程监控和文档记录可以提高产量，减少浪费，并产生更高的roi。

(罗伯特。)使用在线或“近线”过程控制系统，通常可以显著减少浪费。理想情况下，所有系统错误都可以避免。此外，生产结果更加稳定(可重复)，这使得在生产线末端使用自动检测和分拣系统更加容易。

这些最后类型的系统，自动最终分拣机，在许多印钞厂被使用，代替人工检查。他们以非常高的速度检查100%的成品，提供更快、更便宜和更可靠的控制。

(约翰)提高质量，减少浪费，降低责任，提高生产率。

(克丽丝汀)简单地说：节省时间和金钱。100％全检涵盖所有相关标准，保证在高吞吐速率恒定的质量。然而，这仅仅是一个方面。另一个重要的好处是降低成本。检查结果是永久可用，并允许快速干预，以防止材料的浪费。整个检查过程中被记录，并详细记录 - 提供给客户的数据管理系统的有价值的信息。与不同的公差，精度，和算法个别检查区域能够进行精确的缺陷检测，并在同时，可容忍的质量变化的验收 - 不必要的浪费降到最小。

我们的视觉系统甚至可以在空间有限的条件下被整合到不同类型的机器;老机器升级是可能的。我们的印刷检测系统节省时间 - 而时间就是金钱。他们可以迅速调整以达到新的产品类型。大多数参数由系统自动确定，并且不需要硬件调整。换能在几分钟内就可完成。在开发我们的GUI，我们一次又一次地问自己两个问题：我们能做些什么，更容易使用此系统进行以及哪些信息确实在什么时候操作员需要什么？其结果是：无保留意见，认为只需要很短的训练时间运营。

(加)基于机器视觉的产品优势分为以下几类:
降低生产成本和质量成本:自动检测解决方案使打印机减少了70%以上的准备时间和材料(与人工操作相比)和运行时的材料浪费超过50%。这些令人难以置信的节省直接反映在底线，提高利润在这个边际压力市场。
提高生产利用率:通过使用机器视觉，打印机倾向于运行他们的生产机器更快和更少的停止，提高生产能力，而使用相同的设备。

消除客户拒绝和提高客户满意度:质量保证解决方案消除客户拒绝，并经常被用作获得高质量、高利润工作的营销工具。

基于我们在700多家客户安装的1600多台自动检测平台所获得的经验，这些好处得到了充分的证明，是自动检测解决方案以及现有客户重复和多单元订单需求不断增长的主要驱动因素。

3.您能简要描述一下您为印刷行业提供的基于机器视觉的解决方案吗?指定机器视觉硬件的类型(帧抓取器，智能相机，嵌入式视觉处理器等)，照明安排和相机细节。为什么在你的设计中选择特定的组件?

[尔根]我们的目标是提供标准化的解决方案，而不是针对每个客户的具体解决方案。因此，广泛的标准化组件选择和极其灵活的硬件概念使我们能够提供标准的解决方案，为每个特定的客户进行优化，同时非常健壮和易于维护。

我们所有的100%检查系统都采用了线扫描摄像机。对于打印检查(SMASH print系列)，我们通常使用彩色线扫描相机。ISRA检查系统的开放和多用途架构允许我们使用各种供应商的摄像机，并在合理的情况下提供黑白、彩色或其组合的系统。
我们选择了采用高性能的线阵相机从领导品牌，而不是开发这些应用的专有解决方案。我们认为，这一决定的具体利益提供了最新的技术，（为什么与有专门的优化相机技术公司竞争？），加上持久的零部件供应额外的优势。由于客户在印刷行业经常使用的印刷机了几十年，这也算，是一个重要的标准。

特别是在更广泛的网络上，由执行100%检查的合适的视觉系统产生的数据量超过了市场上最新的个人电脑的性能能力。为了根据应用程序的需要来扩展我们的系统，我们在ISRA VISION使用我们自己的智能帧抓取卡，SMASH WEB处理器卡。针对表面视觉应用进行了优化，这些卡本身是可伸缩的，并执行图像预处理、web漫游补偿、参考比较和其他几个任务的主要部分。这些卡，集成到一个主从pc环境共同的所有我们的表面视觉系统，保证了我们的解决方案的前所未有的性能。

这种方法的灵活性不仅允许在一个视觉系统中使用和同步多个行扫描摄像机，而且还可以在一个系统中组合多个摄像机(称为摄像机组)。举个例子，想象一下打印软包装，其中一个摄像头组在顶部监控打印结果，而另一个摄像头组在网的背面监控，那里已经应用了冷密封。

对于印刷检测，我们的系统必须处理各种基材，从不透明的扩散材料到(部分)透明、光泽或高镜面产品。有了广泛的标准化照明模块，我们可以为任何工艺提供理想的照明条件。在印刷检测应用中，我们主要使用CCFL光源，与led相比，具有经济优势。然而，如果光源的空间或寿命是最重要的问题，充足的LED光源也随时可用。

软件结构和用户界面(GUI)的目的是通过提供有用的信息来帮助打印机，而不是制造另一个需要克服的负担或障碍。因此，我们的软件工程师特别关注一个最通用的框架，它和一个用户管理系统一起，可以很容易地配置到我们不同的客户的个人喜好。底层SQL数据库不仅跟踪当前的巡检任务，还跟踪在系统中执行的巡检任务的全面历史。

在企业层面,可选的数据挖掘软件,可用于所有的表面视觉系统,允许一个统一视图的性能数据从几个生产线甚至生产基地,包括建立一个广泛的可能性的报告给生产效率的综合概述,产量,以及不同生产线和站点的质量水平。

(罗伯特。)PROXIMA是一种“近线”印刷过程控制系统。它是全自动和精确的。它是内部校准。它的主要应用是在钞票行业监控过程的所有步骤(印刷机、印版、原材料、操作人员)。事实证明，在偏差达到临界水平之前，它能非常有效地检测出偏差。PROXIMA是一种统计过程控制系统，通过在100秒(600 Mb数据)内全面分析一张印刷单张，执行基于几何、比色、安全特征和印刷完整性措施和控制的自动检测，防止浪费的产生。
第二个系统是REGOLO。这是一个在线窄网打印检测系统。

REGOLO是非常灵活的，适应性强，以提供最有效和成本方便的解决方案。它的范围可从1至6的相机来检查打印完整性，板对准，颜色，在纤维网的两面荧光和可变数据（OCR，条形码），在300米/分钟（全分辨率，正方形像素）。我们的系统可以检查不同的产品尺寸：单纸币（4’ ‘），窄幅（20’‘）或片材（32’“）。

暂时，我们不使用智能相机。我们利用图像采集卡和最强大的个人电脑（双至强四核）。我们的大多数应用的是基于线扫描摄像机，灰度处理，使用彩色棱镜和色三线（线扫描仪）。像素的数目的范围从512至10200;4K-8K是最常见的。当需要时（主要用于钞票的检查），我们使用根据我们的规格（MTF，光圈渐晕和变形是我们精确地指定所有参数）设计的镜头。

在照明方面，过去我们已广泛使用光纤光线、卤素灯和光圈荧光灯。经过广泛的测试，一年前我们转向了白色led，它现在有足够的功率，稳定性和可接受的光谱(白色)。

(约翰)PCI通常使用基于数字非帧捕捉器的摄像机和PCI设计的氙频闪。PCI选择数字是因为它不需要专用的帧捕捉器，并且在分辨率和帧速率方面提供了相对较高的性能。选择氙气频闪灯是因为我们的大多数应用是高速的。

(克丽丝汀)我们的系统是基于pc的，带有帧抓取器。我们使用高端标准产品。目前的操作系统是Windows XP。