基于光电对比技术的印刷品背面检测系统研究

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烟包印刷生产场地的环境复杂,产品链工序较多,受这些因素的影响,印刷品可能存在偶发性质量缺陷,如大面积油污、原料接头等;同时,由于人为失误,有些前道工序生产中未清理彻底的过版纸等废品夹杂在正常印刷品中,可能会流入下道工序,一旦作为合格产品交付,将造成重大质量事故。

印刷品正面检测的传统手段是通过采用在线高速摄像机线性成像,再对比学习模板的方式,检测产品缺陷。由于正面检测和背面检测的侧重点不同(正面检测需要对印刷图文精密质检,剔除各类细微缺陷,而背面检测仅需对大面积缺陷进行质检),对背面的检测如采用正面检测的相同方式,将面临功能过剩,投入大,且在设备内部安装硬件和系统操作不便利等一系列问题。

光电检测技术是一种集成了通信、电子、光学的技术,将光强度信号转换成为电信号,并具有很强的抗干扰能力,反馈精度高,对环境要求低,成本低廉,并可以有效避免当前图像处理系统信号采集方法中存在的误报率高、稳定性差、价格昂贵等难题。

随着光电传感技术不断成熟,通过设计改进,已经可以在印刷品的质检工艺中应用。本文提出一种基于光电对比技术的印刷品背面检测方式,仿真和生产结果表明,本方法可以获得精准的印刷品缺陷信息采集结果,并具有很强的实时性。

1.控制系统组成

 

生产流水线中,印刷品通过输送带送往收纸堆。在输纸平台下部,设置印刷品背面检测系统,如图1。背面检测系统主要由控制部分和检测部分组成。

控制部分包括PLC模块和报警模块。PLC模块接收各类信号及反馈信息,经处理后,输出指令到报警模块。报警模块对反光率不同于学习模板的印刷品实施报警并停机。

检测部分包括进纸光电传感器、检测光电传感器和可调式传感器支架。进纸光电传感器检测印刷品就位信息,触发后进纸光电传感器传输信号到PLC模块。检测光电传感器对印刷品背面进行光强度反射率实时检测,获取反射率范围值,传输直流信号到PLC模块。报警器经过PLC模块输出指令,对反光率不同于学习模板的印刷品实施报警。

2.控制原理

 

检测过程分为学习阶段、检测阶段、报警阶段(见图3)。

在学习阶段,光电传感器对定义为正品的印刷品背面反射率进行学习,将光电反射强度值转化为电压信号,并记录反射率的范围(如白色背面强度值为2 500~2 700),将强度值范围传输到PLC模块作为基值。

在检测阶段,印刷品进入检测区域后,触发进纸光电传感器,检测光电传感器对印刷品背面进行检测,传感器高频采集品背面反射率,并将反光率实时转化为电压信号,传输到PLC模块。根据学习阶段记录的反射率范围值,对检测结果进行比对,看是否在范围值之内,据此判定印刷品为合格或不合格。

在报警阶段,PLC模块对强度值与学习值进行自动对比,如不处于范围内,则定义为不合格产品,报警器会发出不合格产品警示,存储模块记录检测时间及异常检测值。

1.检测硬件选型

 

进纸检测仅需要对纸张位置进行检测,检测工作开始后,处于常闭状态,对检测精确度要求较低,可选用国产邦拓斯YS-18E色标传感器。

检测光电传感器可选用KEYENCE-PZ-G5XB色标传感器,该款型体积相对较小,安装可靠性高,且示教简单,可操作性强。

自带LED白色光源,保证检测点RGB真实性,光照强度对检测结果影响不大,纸张的浮动、细微异常点不影响检测结果。

 

2.颜色识别效果测试

 

⑴静态测验

通过对检测光电传感器示教学习,模拟检测到印刷品背面基色为白色时,警示灯绿色长亮,基色为其他颜色时,则红灯闪烁报警(模拟过版纸、大面积油污);如进纸光电传感器未发出印刷品到位信息,检测光电传感器灯灭。

在光线较弱或较强的情况下,均可正常检出背面颜色变化,说明KEYENCE-PZ-G5XB色标传感器不受外界光照强度的影响。

经验证,检测光斑聚焦情况由近及远呈现逐步缩小又逐渐变大的趋势,聚焦在8~12 mm最佳。

⑵动态测试

将传感器固定于辅助过桥板上距印刷品10 mm的位置,安装在设备的印刷品咬口区与送料皮带之间,测试不同影响因素下的检出情况。

关于光电检测入射角度对检测精度的影响,检测传感器在垂直印刷品背面入射角度,从上下左右四个方向变换。经验证,偏移各个角度15°以内,检出率100%。

关于光照强度对检测精度的影响,在正常光照强度和外源光照强度明显降低以及外源光照强度明显增强的情况下,经验证光电传感器检测结果不受影响,检出率100%。

 

3.运行测试

 

系统完成安装调试后运行一周,统计检测系统检出情况,统计检测数据见表1。由表1可知,过版纸(包含人为放入)、大面积油污(油污面积超过10 cm2)检出率达100%,误报警异常率为12.63%。

统计结果表明,该技术可以检测出所有大面积油污、所有误放入的过版纸,存在一定误报的概率,多是由于纸张变形造成的。

上述研究妥善解决了当前背面检测的技术及经济难题,实现了印刷品生产背面质量的有效管控,消除了售后隐患,为全面推广自动化生产提供了保障,也为检测技术发展提供了新思路。通过机组运行的实际考验,光电检测技术在印刷品背面检测的运用是成功的,测速准确,安全可靠;同时该系统操作简单,安装、运行、维护方便,并能实时反馈质量信息,给生产有序进行提供保障。此项研发工作为光电检测技术的应用提供了借鉴。

(本文刊载于《印刷杂志》202001期)

2021年6月10日 13:49
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