专利名称：印刷品表面质量检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种印刷品表面质量检测装置，属于印刷品检测领域。
背景技术：
近年来，随着检测技术的不断进步、材质材料的日益丰富，为了加强视觉效果或增强表面的某种特性(如耐磨性、耐腐蚀性等)，印刷品表面往往需要覆着多层材质。如果印制环节出现差错，致使印刷品表面上介质的覆着情况与设计不符，则不仅会影响印刷品的外观，还会影响到印刷品的相应特性，因此需要对印刷品表面进行检测，以保证质量。目前，大多数印刷品生产厂家还是采用人工目检方式来对印刷品进行检测，但是，由于个体差别、易疲劳等因素，这种人工目检方式存在检测人员多、企业成本高、易出现漏检错检、检测效率低等问题，无法保证产品质检的稳定性。针对人工目检方式的缺陷，目前出现了一种基于机器视觉实现的印刷品表面质量检测装置，该装置通过获取印刷品表面上的介质对照明光线谱段选择吸收和反射的情况，来对印刷品表面的颜色缺陷进行检测，且检测精度高、速度快、稳定性高。但是，该装置仅能对印刷品表面的颜色缺陷进行检测，不能对印刷品表面的光泽度相关缺陷进行检测，如透明介质(如光油、覆膜)缺失、划伤、凹凸、凹凸与图案套印不准等缺陷，更谈不上在检测颜色缺陷的同时对印刷品表面的光泽度相关缺陷进行检测。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种印刷品表面质量检测装置，该装置能够对印刷品表面质量进行快速、准确、全面的检测。为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案—种印刷品表面质量检测装置，其特征在于它包括平行均匀高亮光源、图像摄取装置，该平行均匀高亮光源、图像摄取装置的控制端分别与计算机控制系统的相应控制端连接，其中该平行均匀高亮光源向检测区域发射均匀的平行高亮光，以照亮处于该检测区域内的印刷品表面，入射到处于该检测区域内的该印刷品表面的该均匀的平行高亮光的入射角为一个锐角，该图像摄取装置接收该平行均匀高亮光源发射出的光线经由处于该检测区域内的该印刷品表面发生反射后射出的光线，该图像摄取装置的摄取端的光轴与该检测区域所在平面的法线的夹角等于入射到处于该检测区域内的该印刷品表面的该均匀的平行高亮光的入射角。所述图像摄取装置为线扫描相机，所述检测区域呈线状，所述平行均匀高亮光源向呈线状的所述检测区域发射均匀的平行高亮光，该线扫描相机接收所述平行均匀高亮光源发射出的光线经由处于呈线状的所述检测区域内的所述印刷品表面发生反射后射出的光线；所述印刷品放置在传送装置上传送，该传送装置使得所述印刷品上待检测的各个表面部分依次在经过所述检测区域时被该线扫描相机拍摄，以进行表面质量检测。所述印刷品为平面印刷品，所述传送装置包括传送链以及安装在该传送链上的传送带，该平面印刷品在该传送带上传送。所述印刷品为曲面印刷品，所述传送装置包括滚筒以及驱动该滚筒转动的控制构件，该曲面印刷品在该滚筒上传送。若同时采集印刷品表面的光泽度、颜色信息，则令入射到处于所述检测区域内的所述印刷品表面的所述均匀的平行高亮光的入射角大于O度且小于等于35度；若仅采集印刷品表面的光泽度信息，则令入射到处于所述检测区域内的所述印刷品表面的所述均匀的平行高亮光的入射角大于35度且小于90度。若同时采集印刷品表面的光泽度、颜色信息，则令入射到处于所述检测区域内的所述印刷品表面的所述均匀的平行高亮光的入射角大于等于10度且小于等于35度；若仅采集印刷品表面的光泽度信息，则令入射到处于所述检测区域内的所述印刷品表面的所述均匀的平行高亮光的入射角大于等于55度且小于等于75度。所述平行均匀高亮光源包括高亮度发光体，在该高亮度发光体的发射面前方设有光线准直装置和光线漫射装置，其中该高亮度发光体为大功率LED颗粒光源阵列，该光线准直装置为汇聚透镜，该光线漫射装置为增亮膜和/或扩散构件。本实用新型的优点是本实用新型能够对各种组成材质制成的平面或曲面印刷品表面质量进行快速、准确检测，检测精度高、稳定性高、检测效率高，不易出现误检、漏检。
图1是本实用新型印刷品表面质量检测装置的第一实施例的组成示意图；图2是本实用新型印刷品表面质量检测装置的第二实施例的组成示意图；图3a是入射光与印刷品表面相互作用的示意图；图3b是入射光与表面形状发生变化的印刷品表面相互作用的示意图；图4是平行均匀高亮光源的组成示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实用新型提出了一种印刷品表面质量检测装置，它包括平行均匀高亮光源102、图像摄取装置101，该平行均匀高亮光源102、图像摄取装置101的控制端分别与计算机控制系统103的相应控制端连接，其中该平行均匀高亮光源102向检测区域发射均匀的平行高亮光，以照亮处于该检测区域内的印刷品表面(如图1和图2中标不出的标号400即为印刷品，该印刷品400朝上的一面即为此处所称的印刷品表面)，入射到处于该检测区域内的该印刷品表面的该均匀的平行高亮光的入射角为一个锐角，该图像摄取装置101的摄取端朝向该检测区域，该图像摄取装置101接收该平行均匀高亮光源102发射出的光线经由处于该检测区域内的该印刷品表面发生反射后射出的光线，该图像摄取装置101的摄取端的光轴与该检测区域所在平面的法线的夹角等于入射到处于该检测区域内的该印刷品表面的该均匀的平行高亮光的入射角，如图1和图2所示，该均匀的平行高亮光的入射角为i，该图像摄取装置101的摄取端的光轴与该检测区域所在平面的法线L之间的夹角也为i。在实际中，为了提高检测精度和检测效率，可对本实用新型装置进行如下设计图像摄取装置101选为线扫描相机，检测区域呈线状，在本实用新型中，根据线扫描相机的分辨率，线状检测区域的尺寸一般设定为长度介于10mm-2000mm之间且宽度介于O. 01mm-5mm之间，具体尺寸大小应根据实际需求而设计。平行均匀高亮光源102向呈线状的检测区域发射均匀的平行高亮光，该线扫描相机接收平行均匀高亮光源102发射出的光线经由处于呈线状的检测区域内的印刷品表面发生反射后射出的光线；印刷品400放置在传送装置上传送，该传送装置使得印刷品400上待检测的各个表面部分依次在经过检测区域时被该线扫描相机拍摄，以进行表面质量检测。在实际中，线状检测区域的长度方向与传送装置的运动方向(也就是印刷品400的传送方向)垂直。对于线扫描相机、传送装置和线状检测区域的设置，可令多个印刷品400在传送装置上匀速、平稳地传送。对于一个印刷品400，线扫描相机可对该印刷品400上连续的多个表面部分分别进行拍摄，将拍摄的该多个表面部分后得到的各个表面图像合成为一张表面图像，通过对该合成的表面图像进行分析处理，来实现对该印刷品400上相应表面的质量检测。对于线扫描相机、传送装置和线状检测区域的设置，在实际检测中，印刷品可为平面印刷品，也可为曲面印刷品。若印刷品为平面印刷品，则传送装置包括传送链以及安装在该传送链上的传送带104，该平面印刷品在该传送带104上传送，如图1所示。若印刷品为曲面印刷品，则传送装置包括滚筒105以及驱动该滚筒105转动的控制构件，该曲面印刷品在该滚筒105上传送。需要提及的是，当检测曲面印刷品表面质量时，虽印刷品表面为曲面，但由于检测区域为线状，宽度极窄，因此，在本实用新型中，视该呈线状的检测区域没有弯曲度，该呈线状的检测区域所在面为平面。本实用新型检测时所依据的原理是印刷品一般由处于上层的表层部分和处于下层的基材部分构成。表层部分包括覆膜层和/或光油层，覆膜层、光油层是光滑透明的材质，即光泽度高而漫射特性弱的材质。基材部分包括油墨层，油墨层是漫射特性较强的材质。当光线入射到印刷品表面时，印刷品材质自身特性决定了其对光线的吸收、反射和折射的能力，印刷品表面的反射介于漫反射与镜面反射之间，即一部分反射能量满足镜面反射规律，而另一部分满足漫反射规律。镜面反射光线的方向符合反射定律，漫反射的光强空间分布符合朗伯余弦定律。如图3a所示，当平行均匀高亮光源102发出的光束以入射角度i入射到印刷品400的表面上时，光束与印刷品表面相互作用后的能量分布形式如图所示，图中，入射光线301的一部分光线被印刷品400吸收及折射，折射光线见图3a中的标号302，另一部分光线被反射，以反射光线303的形式射出，分布形式近似于漫反射，轮廓线304为反射光束能量分布的包络线，其中，光束经由印刷品表面发生镜面反射后射出的镜面反射光线303a在符合反射定律的方向上。在本实用新型中，印刷品表面的光泽度信息是指印刷品表面的镜面反射信息，它由镜面反射光线的反射能量和反射方向来表征。因此，在本实用新型中，当图像摄取装置101的摄取端的光轴与检测区域所在平面的法线的夹角和入射光线的入射角之间符合反射定律时，图像摄取装置101采集入射光线经由印刷品表面反射后射出的各个光线，其中主要包含镜面反射光线，于是便可通过对镜面反射光线的反射能量和反射方向进行分析来判断印刷品表面是否存在各种光泽度相关缺陷。例如，凹凸缺陷、划伤缺陷会改变镜面反射光线的反射方向，透明介质缺失缺陷会改变镜面反射光线的反射能量。举例来说，与图3a示出的印刷品相比，当印刷品表面的形状发生变化(图3b中凸起的三角形表示形状发生变化的表面)时，如图3b所示，镜面反射光线303a的方向发生变化。而当图像摄取装置101处于其它角度下拍摄时，其采集到的图像是透明的，无法进行光泽度相关缺陷的判断。在本实用新型中，印刷品表面的颜色信息是指印刷品表面所展现出来的颜色信息，而印刷品表面的颜色主要由油墨层来体现，因此，可通过油墨层对入射光线的吸收、反射作用来判断印刷品表面的颜色，而油墨层是漫射特性较强的材质，且无论图像摄取装置101处于何种角度拍摄，其拍摄到的图像亮度都接近均匀分布，具有较好的一致性，因而，无论图像摄取装置101处于何种角度拍摄，通过对图像摄取装置101采集到的镜面反射光线进行分析，便可判断出印刷品表面是否存在颜色缺陷。综上所述，在本实用新型中，通过采集处于符合反射定律方向上的镜面反射光线，便可获取印刷品表面的光泽度信息和颜色信息，从而对印刷品表面的颜色、形状等进行检测。需要提及的是，只有将图像摄取装置的摄取端的光轴与该检测区域所在平面的法线的夹角设置为等于入射到处于该检测区域内的该印刷品表面的该均匀的平行高亮光的入射角时，才能实现获取印刷品表面的光泽度信息的目的，而图像摄取装置101不论怎样摆放，只要能接收平行均匀高亮光源102发射出的光线发生反射后射出的光线，即可获取印刷品表面的颜色信息。除上所述，是否能通过获取的印刷品表面的颜色信息、光泽度信息对印刷品表面质量进行准确检测，还取决于对入射光线的入射角度i的设置，当然，图像摄取装置101的设置方位角度应随入射角i的变化而相应调节。具体设置如下当入射角i处于大于0°且小于等于35°这个范围内时，印刷品表面的反射率相对稳定，并不随入射角i的变化而产生明显的差异，因此，表面图像中的光泽度信息与颜色信息所占权重基本恒定。也就是说，在实际检测中，若要同时采集印刷品表面的光泽度、颜色信息，则令入射到处于检测区域内的印刷品表面的均匀的平行高亮光的入射角i大于0°且小于等于35°，例如2°、10°、15°、30°、35°。在实际中可以发现，当令入射到处于检测区域内的印刷品表面的均匀的平行高亮光的入射角i大于等于10°且小于等于35°，这样拍摄到的表面图像中的光泽度信息与颜色信息会更加均衡，利于检测。当入射角i处于大于35°且小于90°这个范围内时，随着入射角i的增大，印刷品表面的反射率急剧增大，表面图像中的光泽度信息权重增大，而颜色信息权重减少。也就是说，在实际检测中，若仅采集印刷品表面的光泽度信息，则令入射到处于检测区域内的印刷品表面的均匀的平行高亮光的入射角i大于35°且小于90°，例如36°、55°、60°、75°、85°、89°等。在实际检测中可以发现，入射角i优选处于大于等于55°且小于等于75°范围时，光泽度差异在表面图像中的对比度增强，可提高对光泽度相关缺陷的检测精度。在本实用新型中，该平行均匀高亮光源102发出的光线是均匀的，该平行均匀高亮光源102发出的各个光线之间的出射方向是一致的，即各个光线之间是近似相互平行的，且该平行均匀高亮光源102发出的光线的亮度是高亮度的。该平行均匀高亮光源102使到达印刷品表面的光强较高，以能够满足图像摄取装置101对快速运动中的印刷品表面进打闻速曝光。在实际设计中，该平行均匀高亮光源102可包括高亮度发光体201，在该高亮度发光体201的发射面前方设有光线准直装置202和光线漫射装置203。例如，如图4所示，该高亮度发光体201的发射面前方可依次设有光线准直装置202、光线漫射装置203。当然，该高亮度发光体201的发射面前方也可依次设有光线漫射装置203、光线准直装置202。也就是说，该光线准直装置202和该光线漫射装置203在高亮度发光体201前的安装次序是没有限制的，该高亮度发光体201、光线准直装置202、光线漫射装置203可按照实际需要而顺序依次前后排列安装。在实际中，该高亮度发光体201可选为大功率LED颗粒光源阵列，该光线准直装置202可选为汇聚透镜，该光线漫射装置203可选为增亮膜和/或扩散构件，扩散构件为扩散膜或扩散板。本实用新型印刷品表面质量检测装置的检测方法包括如下步骤平行均匀高亮光源102向处于检测区域内的印刷品表面发射均匀的平行高亮光，该均匀的平行高亮光经由处于检测区域内的印刷品表面进行反射后射出，射出的反射光被图像摄取装置101获�。雇枷裆闳∽爸�101对处于检测区域内的印刷品表面进行拍摄，从而通过比较图像摄取装置101对处于检测区域内的印刷品表面拍摄的表面图像与相应的标准表面图像(相同条件下获取的标准表面图像)之间的差异，计算机控制系统103对处于检测区域内的该印刷品表面的质量进行检测。在实际中，在发射均匀的平行高亮光之前，首先应根据印刷品400的光学吸收、反射特点、检测精度和待检测信息(如光泽度信息、颜色信息等待检测信息)，来调节平行均匀高亮光源102、图像摄取装置101分别与检测区域之间的方位、角度、距离。平行均匀高亮光源102与检测区域间的距离一般在50mnTl00mm之间，图像摄取装置101与检测区域间的距离主要由检测精度决定。对于本实用新型印刷品表面质量检测装置，若需要同时获取光泽度和颜色信息，则令入射到处于检测区域内的印刷品表面的均匀的平行高亮光的入射角i为大于0°且小于等于35°，且对于本实用新型的检测方法来说计算机控制系统103通过图像摄取装置101拍摄的表面图像获取光泽度信息和颜色信息，比较图像摄取装置101拍摄的表面图像与相应的标准表面图像之间的光泽度差异和颜色差异，判断处于检测区域内的该印刷品表面是否存在异常区域，并对异常区域的形态、聚类进行分析，从而判断出处于检测区域内的该印刷品表面是否存在凹凸缺陷、划伤缺陷、透明介质缺失缺陷、颜色缺陷和凹凸与图案套印不准缺陷(凹凸与图案套印不准缺陷是一种与光泽度和颜色均相关的缺陷)。若存在其中任意一种缺陷，则认为该印刷品表面质量不合格。对于本实用新型印刷品表面质量检测装置，若仅获取光泽度信息，则令入射到处于检测区域内的印刷品表面的均匀的平行高亮光的入射角为大于35度且小于90度，且对于本实用新型的检测方法来说计算机控制系统103通过图像摄取装置101拍摄的表面图像获取光泽度信息，比较图像摄取装置101拍摄的表面图像与相应的标准表面图像之间的光泽度差异，判断处于检测区域内的该印刷品表面是否存在异常区域，并对异常区域的形态、聚类进行分析，从而判断出处于检测区域内的该印刷品表面是否存在凹凸缺陷、划伤缺陷和透明介质缺失缺陷。若存在其中任意一种缺陷，则认为该印刷品表面质量不合格。在实际中，对于选用线扫描相机、传送装置以及检测区域设定为线状的本实用新型来说，多个印刷品400在传送装置上匀速、平稳地传送，该多个印刷品400先后经过检测工位进行表面质量检测，实现了多印刷品连续检测的高效率检测过程。在一个印刷品400经过检测工位的过程中，线扫描相机对该印刷品400上连续的多个表面部分分别进行拍摄，然后将拍摄该多个表面部分后得到的各个表面图像合成为一张表面图像，通过对该合成的表面图像进行分析处理，实现对该多个表面部分对应的印刷品表面的缺陷检测。在本实用新型中，图像摄取装置101、计算机控制系统103、传送装置为公知设备，其具体构成不再详述。本实用新型的优点是本实用新型能够对各种组成材质制成的平面或曲面印刷品表面质量进行快速、准确检测，检测精度高、稳定性高、检测效率高。需要提及的是，在本实用新型中，正是由于令图像摄取装置的摄取端的光轴与该检测区域所在平面的法线的夹角等于入射到处于该检测区域内的该印刷品表面的该均匀的平行高亮光的入射角，本实用新型才可实现获取印刷品表面的光泽度信息的目的。特别地，当令入射到处于检测区域内的印刷品表面的均匀的平行高亮光的入射角为大于0°且小于等于35°的角度时，本实用新型可同时获取印刷品(指各种组成材质制成的平面或曲面印刷品)表面的光泽度、颜色信息，从而对印刷品表面是否存在凹凸缺陷、划伤缺陷、透明介质缺失缺陷、颜色缺陷和凹凸与图案套印不准缺陷做出判断，实现对印刷品表面缺陷的全面检测。而当令入射到处于检测区域内的印刷品表面的均匀的平行高亮光的入射角为大于35°且小于90°的角度时，本实用新型可获取印刷品(指各种组成材质制成的平面或曲面印刷品)表面的光泽度信息，从而对印刷品表面是否存在凹凸缺陷、划伤缺陷、透明介质缺失缺陷做出判断，实现对印刷品表面光泽度相关缺陷的精确检测。另外，在本实用新型中，由高亮度发光体、光线准直装置和光线漫射装置组成的平行均匀高亮光源发射出的光线之间互相平行(即光线出射方向一致)、亮度高且高度均匀，能够在线扫描相机进行高速扫描的过程中，在线扫描相机极短的曝光时间内，使线扫描相机获取足够亮度的反射光线，以利于检测。上述是本实用新型的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。
权利要求1.一种印刷品表面质量检测装置，其特征在于它包括平行均匀高亮光源、图像摄取装置，该平行均匀高亮光源、图像摄取装置的控制端分别与计算机控制系统的相应控制端连接，其中 该平行均匀高亮光源向检测区域发射均匀的平行高亮光，以照亮处于该检测区域内的印刷品表面，入射到处于该检测区域内的该印刷品表面的该均匀的平行高亮光的入射角为一个锐角，该图像摄取装置接收该平行均匀高亮光源发射出的光线经由处于该检测区域内的该印刷品表面发生反射后射出的光线，该图像摄取装置的摄取端的光轴与该检测区域所在平面的法线的夹角等于入射到处于该检测区域内的该印刷品表面的该均匀的平行高亮光的入射角。
2.如权利要求1所述的印刷品表面质量检测装置，其特征在于 所述图像摄取装置为线扫描相机，所述检测区域呈线状，所述平行均匀高亮光源向呈线状的所述检测区域发射均匀的平行高亮光，该线扫描相机接收所述平行均匀高亮光源发射出的光线经由处于呈线状的所述检测区域内的所述印刷品表面发生反射后射出的光线；所述印刷品放置在传送装置上传送，该传送装置使得所述印刷品上待检测的各个表面部分依次在经过所述检测区域时被该线扫描相机拍摄，以进行表面质量检测。
3.如权利要求2所述的印刷品表面质量检测装置，其特征在于 所述印刷品为平面印刷品，所述传送装置包括传送链以及安装在该传送链上的传送带，该平面印刷品在该传送带上传送。
4.如权利要求2所述的印刷品表面质量检测装置，其特征在于 所述印刷品为曲面印刷品，所述传送装置包括滚筒以及驱动该滚筒转动的控制构件，该曲面印刷品在该滚筒上传送。
5.如权利要求2所述的印刷品表面质量检测装置，其特征在于 若同时采集印刷品表面的光泽度、颜色信息，则令入射到处于所述检测区域内的所述印刷品表面的所述均匀的平行高亮光的入射角大于O度且小于等于35度； 若仅采集印刷品表面的光泽度信息，则令入射到处于所述检测区域内的所述印刷品表面的所述均匀的平行高亮光的入射角大于35度且小于90度。
6.如权利要求2所述的印刷品表面质量检测装置，其特征在于 若同时采集印刷品表面的光泽度、颜色信息，则令入射到处于所述检测区域内的所述印刷品表面的所述均匀的平行高亮光的入射角大于等于10度且小于等于35度； 若仅采集印刷品表面的光泽度信息，则令入射到处于所述检测区域内的所述印刷品表面的所述均匀的平行高亮光的入射角大于等于55度且小于等于75度。
7.如权利要求2所述的印刷品表面质量检测装置，其特征在于 所述平行均匀高亮光源包括高亮度发光体，在该高亮度发光体的发射面前方设有光线准直装置和光线漫射装置，其中 该高亮度发光体为大功率LED颗粒光源阵列，该光线准直装置为汇聚透镜，该光线漫射装置为增亮膜和/或扩散构件。
专利摘要本实用新型公开了一种印刷品表面质量检测装置。该装置包括平行均匀高亮光源，其向检测区域发射均匀的平行高亮光，入射到检测区域内印刷品表面的平行高亮光的入射角为锐角，图像摄取装置接收平行均匀高亮光源发出的光线经由检测区域内印刷品表面发生反射后射出的光线，图像摄取装置摄取端的光轴与检测区域所在平面的法线的夹角等于平行高亮光的入射角。本实用新型可对各种平曲面印刷品进行快速、准确的表面质量检测。
文档编号G01N21/89GK202903689SQ20122043538
公开日2013年4月24日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日
发明者孙荣, 刘婕宇, 尹方宏, 潘津, 田立勋, 杨菲, 王亚鹏, 陈绍义 申请人:北京大恒图像视觉有限公司
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