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視覺檢測技術在圖書生產缺陷控制中的應用

時間:2018-10-19 09:47:52來源:科印網作者:杜萬全

  視覺檢測技術綜合了機械、電子、光學、計算機等方面的技術,涉及到計算機、圖像處理、模式識別、人工智能、信號處理、機電一體化等多個領域。視覺檢測系統一般由光源、鏡頭、CCD照相機、圖像處理單元(或圖像采集卡)、圖像處理軟件、監視器、通訊、輸入輸出單元和計算機系統組成,通過照相機將被攝取目標轉換成圖像信號,中央處理單元分析像素分布點、亮度、顏色、距離等信息,轉變成數字化信號;圖像系統再對數字信號進行各種運算來抽取目標的特征,根據預設的容許度和其他條件輸出結果,指揮運動系統或I/O系統執行相應的控制動作。視覺檢測系統的特點是自動化、客觀性、非接觸、高精度和可靠性,廣泛地用于工況監視、成品檢驗和質量控制等領域,提高生產的柔性和自動化程度。專家預測,未來90%的檢測任務都是由視覺檢測技術來完成。

  在印刷包裝領域,視覺檢測技術特別適用于大批量生產過程中的質量檢查,用于檢測缺陷和防止缺陷產品。安徽新華印刷股份有限公司一直高度關注“視覺檢測技術”在生產過程和質量檢測方面的應用,并開始在圖書生產質量控制方面進行探索應用。

  1.視覺檢測技術在配頁機錯帖控制方面的應用探索

  在書刊裝訂過程中,配頁(俗稱“排書”)是一道極為重要的工序。然而,因為配頁工序操作簡單,又常常被列入簡單工序,未引起高度重視。在機器配頁生產過程中,為了保證每一個不同的書帖按正確的順序排列組合成一本書,不至于造成“錯帖”而釀成嚴重的質量事故,裝訂車間一般都在每一個書帖的工作位置上,醒目懸掛正確的書帖樣張,還用特殊記號筆進行標注,提醒“架書工”不要架錯書帖。同時,在半成品、成品工序階段,還安排專門人員進行“錯貼”檢查。盡管費了九牛二虎之力,但是還是有“錯貼”的書流出生產線,弄得領導狼狽不堪,員工叫苦不迭。究其原因,主要還是“人為”的不可控因素。一般印刷企業裝訂員工工作時間長,雖注意力高度集中,但畢竟有疲憊的時候,稍不留神,可能就會拿錯書帖架錯位置,造成錯帖,特別是在夜班和長期連續不間斷生產時期;其次,印刷企業在生產忙季,可能都會招聘一些臨時性季節性用工,或者科室干部下生產線“架書帖”“碼書頁”,更容易造成“錯貼”;再次,因生產流程管控和質量管控存在瑕疵,書帖在轉序和暫存過程中,碼在上方的書帖不嚴實,存在被風吹散后撿回放錯、被人隨意拿看后放錯等等現象,從而造成排書“錯貼”;再者,盡管后道還有對半成品、成品書的檢查,但無法做到逐本檢查,人工的“海量”檢查也有眼睛疲勞的時候,前道工序出現的錯貼,靠最后幾個人抽查,是無法全部檢查出來的。當然,管控錯貼,各家都有自己的高招。

  為了避免“錯帖”,我們選擇了“技防+人防”的措施。技防就是運用視覺檢測技術,在排書機的每一個工作站(當然,可根據情況選擇部分工作站)加裝照相機、傳感器、PLC排廢系統,進行布線,四組(或六組配頁工位)共用一臺操作顯示器,連接至電腦,并與排書機控制系統連接,形成“錯帖視覺檢測系統”,對錯帖進行自動檢測、排廢。

  其工作原理是:當某一本書需要配頁時,在機器配頁站上對相應的書帖選一塊區域進行取像,電腦系統進行記憶。當正常工作時,書帖下落觸發傳感器,照相機進行拍照,并與系統的取像進行對比,判斷書帖的正確性。當為正確書帖時,系統不采取任何動作。如果判斷為錯誤書帖,立即輸出信號給排書機,排書機在排廢出口自動排出的帶有錯誤書帖的整本書帖。同時,系統給出錯誤顯示和警報提示。智能錯帖檢測系統有五種檢測模式,圖片、文字、字母、數字都能檢測,也可以通過檢查白頁、黑頁、條形碼和二維碼模式來達到無混料錯帖的效果。

  為了謹慎起見,避免出現其他意想不到的問題,安徽新華先在一臺膠訂線的排書機上進行加裝,通過長時間高強度生產試驗,并與日常管理進行對接,確認達到預想效果后,再對全公司5條膠訂線、騎訂線的排書進行逐次加裝改造,基本全面實現配頁錯貼自動檢測,在正確操作情況下,保證了配頁“不錯帖”。

  2.視覺檢測技術在折頁機錯頁控制方面的應用探索

  單張紙印刷后的印品,可能存在錯頁、白頁,或單面漏印,特別是漏印頁面正好朝下,折頁機時難以發現,從而埋下質量隱患。視覺檢測系統在配頁機上應用取得的效果,使我們對該技術應用更加感興趣,公司又開始對折頁機加裝視覺檢測系統。不同的是,我們在折頁機的上下兩面都加裝了照相機,正反兩面全部進行視覺檢測。當紙張從飛達進入折頁機還沒有開始折頁之前,正反兩面都進行視覺檢測,一旦檢測結果與取像結果不符,折頁機立即停機,員工拿出壞片即可。

  折頁機錯頁視覺檢測系統不僅解決了錯頁、白頁、漏印、過版紙等質量問題,解放了折頁過程中需要始終查看印品的工作時間,還大大提高了折頁效率。同樣,我們在一臺折頁機試驗得到滿意成果后,再逐次推廣到所有折頁機,徹底解放了折頁工的“眼睛”。

  3.鎖線機錯帖視覺檢測系統探索改造

  鎖線產品一般書帖較多,基本都是精裝書,質量要求較高,如果出現錯帖,造成的影響和成本浪費都是巨大的。為此,我們又將視線轉移到鎖線機,開始研究對鎖線書帖錯貼進行檢測。

  與配頁機、折頁機不同的是,鎖線書帖檢測在一個循環內,每一個書帖都不一樣,每次取像與系統對比都是不一樣的。每一個品種的所有書帖,每一個循環周期與另一個循環的書帖檢測都是相同的。因此,在程序設計上要進行調整,操作設置時,按鎖線書帖的順序先進性一個循環的整體設置,得到正常生產時每次取像與對應的系統存儲值進行對比,系統判斷正確或錯誤。正常生產時,“系統”一旦發現“錯誤”,將驅動鎖線機停機,操作人員對錯誤的書帖再進行處理。系統加裝后,操作人員主要精力就轉移到鎖線質量提高和效率提高上了,無需在正常生產過程中時刻去關注書帖是否出錯,因為視覺系統已解決了這些問題。

  體會與展望

  視覺檢測技術的應用確實為解決錯帖質量帶來了自動化、智能化,減少了檢查人員,提升了生產效率。僅是膠訂線加裝該系統后,一個班一條生產線就減少了兩人,人力成本的節約就相當可觀。節約下來的人力,正好可以補充到其他工序,同時解決招工難和人力不足問題。

  需要注意的是,智能不等于萬能,有了視覺檢測系統,不等于就完全進入了保險箱,還需要根據企業具體情況進行有效管理,對系統進行有效維護,要按照規程嚴格執行。要制訂針對性的管理制度,促進員工積極使用,把系統用好,用積極的態度和有效的辦法擁抱新技術,而不是舍不得老傳統進行抵觸。在技術管理和維護保養上,也要進行加強,不能一裝了事,一用出事。

  首先,要加強對系統的清潔保養。照相機、傳感器都是精密光敏器件,一旦被紙灰等贓物污染,就會喪失靈敏度,因此,要跟隨配頁機保養時進行清潔擦拭,使其干凈整潔;其次,要選擇重要特征取像。每次調試取像時,要注意書帖圖文區域場景的選擇,一定要選擇區別于其他書帖特別是臨近書帖的重要特征,避免因取像相似而造成無法識別;第三,根據系統自帶光源,調整相機與書帖的角度。有效照明會使被測特征對比度最大化,更利于識別檢測,據統計,90%視覺檢測系統應用的成功案例來自于恰當的照明;第四,人為隨機放置錯帖檢查機器連接是否正常,開機后用錯帖對系統進行一次隨機測試,養成好習慣,同時也是對系統性能和識別精準度的掌握;第五,要注意檢查元件緊固不松動。在實際生產中可能會因為調節機器或塞紙堵車,觸碰到加裝的元件和線路,造成元件松動、位移,從而影響檢測識別;第六,配置的電腦要專用。不要在電腦上安裝其他軟件,不要隨意刪除電腦里的程序,不要將電腦直接連接外網,外來U盤不要直接往電腦里插拔;第七,要檢查屏幕顯示的操作是否正確。生產過程中,要注意檢查顯示屏幕,特別是當有其他人員靠近屏幕時,不要讓人用手觸摸屏幕,以免無意的觸摸造成對檢測模式和精度的修改,造成錯誤的操作設定。

  隨著技術的進步和對智能制造的不斷需求,視覺檢測技術在印刷品質量控制和細節管理上潛力巨大。在印前環節,可利用視覺定位技術實現印版打孔機高精度定位,打孔準確,保證版材在上膠印機前第一道工序合格;可利用視覺檢測技術,對印版進行拍照,與模版文件進行對比,檢查印版是否有圖片、文字、符號等信息缺失,避免造成質量問題和生產資料的浪費。在印刷環節,可利用在線/離線的視覺系統發現印刷過程中的質量問題,如堆墨、飛墨、缺印/淺印、套印不準、顏色偏差等,同時在線設備可將顏色偏差和墨量多少的檢測結果反饋給印刷系統,控制印刷設備的供墨量,對供墨量進行在線調節,提高印刷質量和效率。在印后環節,可利用視覺檢測系統自動化的色碼掃描技術、數量檢測技術、形狀識別技術,在線/離線實現對成品圖書的儲運管理。視覺檢測系統還可與MES系統對接,對作業信息進行感知、處理、反饋,實現作業管理智能化;通過與印刷設備互聯,實現信息互通,與ERP系統對接進行數字交互,為印刷企業信息化管理系統裝上“千里眼”。

  解決印刷發展困境,智能化新技術的應用應是首選之策,視覺檢測技術應用空間巨大。一方面,降低勞動強度、減少人力成本迫切需要新技術;另外一方面,產品質量要求越來越高、智能制造迫切需要新技術。利用視覺檢測技術,對傳統印刷設備進行改造,實現數量質量檢測、設備數據采集、生產信息管理,不失為智能制造的一劑良方。為此,我公司與惠度智能科技(上海)有限公司合作進行研發,探索智能技術在印刷質量在線檢測、錯帖混料檢測、設備自動化改造、設備數據采集與集成、設備物聯通訊等方面的應用,力爭在印刷技術創新、管理創新、智慧管理和智能生產上提供新的更好的服務和支持。


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