论文部分内容阅读
在印刷过程中，印刷缺陷不可避免，快速的缺陷检测与纠正对印后以及印刷质量管理非常重要。传统的人工缺陷检测由于视觉生理机制的限制，无法持续地实现快速和准确的缺陷检测和纠正，因此需要进行基于机器视觉的缺陷检测、快速的在线实时缺陷纠正以及综合性的缺陷管理。我公司以烟包印刷业务为主，针对烟包印刷缺陷进行了前期研究，确定了刀丝、色差和套印误差3类常见的印刷缺陷，仔细研究了缺陷的产生原因，并设计了一种基于JDF的印品缺陷纠正与管理系统，通过数据共享，提高缺陷管理的信息化水平和自动化生产水平。
系统设计
1.系统结构
该系统主要由纠正系统、喷码系统、警报系统、Web管理系统和数据库系统组成（结构图如图1所示），其中缺陷纠正系统由刀丝、色差和套印误差纠正3个子系统组成。
2.模块化设计
该系统采用模块化设计，可在模块内进行优化，系统升级时只需添加或修改模块，通过配置文件实现系统的灵活性和可扩展性，无需进行整个系统的修改。主要体现在以下3方面。
（1）缺陷检测、缺陷处理和机器驱动的分离，3个模块之间仅传递必要的参数，具体的实现和管理由该模块在内部处理。
（2）数据库存储和基于数据的应用分离，数据库中存储了印刷缺陷以及纠正机构、设备、印品后期处理结果反馈等数据，这些数据以最原始的状态存在于数据库中，上层的应用通过数据库接入层获取具体数据。
（3）通过目录和配置执行回调操作。
3. 缺陷信息结构
本文对3类缺陷进行了分类，为便于存储和处理缺陷，将正常的印品状态一起存储，因此本研究中共有4种状态，即刀丝、色差、套印缺陷以及正常，仅需2位即可完成存储，具体编码与参数如表1所示，其中缺陷参数作为纠正机构操作的输入。为便于系统扩展，需要将该编码进行封装，如果需要添加新的缺陷处理，仅需操作这一部分，暂时不设置预留位，避免空间浪费。
4.缺陷解析
缺陷解析模块从JDF文档中读取出每一种缺陷的参数，确定下一步需要执行的操作，然后发出调用具体函数的指令，并传递对应参数。
纠正机构的实现
本研究设计的纠正机构主要针对缺陷解析模块给出的指令和参数，设计相应的机械和电气控制机构，实现对印刷缺陷的实时纠正。
1.刀丝纠正机构
产生刀丝的原因有多方面，包括刮墨刀的材质、形状、磨损情况以及油墨的属性等，但我们通过对刀丝进行研究后发现，在实际印刷生产中，当刮墨刀和油墨的属性确定以后，刀丝主要由刮墨刀的角度误差引起。因此，本研究设计的刀丝纠正装置主要解决刮墨刀运行一段时间后的角度误差问题，该角度值由缺陷解析模块提供。在接收到具体的角度值之后，刀丝纠正机构会发出电机驱动信号，使刮墨刀安装座转动对应的角度，从而改变刮墨刀角度。由于刮墨刀机构的安装精度对刮墨刀角度的调整具有重要影响，刀丝纠正机构会在运行一段时间后，定期检测刮墨刀底部的水平度，以确保刮墨刀角度的正确纠正。
2.色差纠正机构
色差纠正机构由墨量纠正和刀丝纠正两部分组成，根据色差产生的原因采取对应的纠正方法。
墨量纠正部分由油墨黏度计和墨泵组成，当缺陷解析模块向色差控制器传入的参数标示色差存在时，色差纠正机构会比较油墨当前的黏度值以及正常印刷时的黏度值，如果两者之间的差异超出正常范围，则判断为因油墨储量少而引起的色差，色差纠正机构会发出驱动信号，启动墨泵，增加墨槽的油墨储量；如果两者之间的误差在允许范围内，则判断为因印版网穴储墨量发生变化而引起的色差，色差纠正机构会向刮墨刀角度调节电机发出驱动信号，微调刮墨刀角度，使印版网穴储墨量略微改变。
值得一提的是，由于油墨的属性及印品的需求不同，我们会对正常印刷时的油墨黏度值进行动态更新，以确保色差纠正机构在判断色差原因时做出正确的纠正决策。
3.套印误差纠正机构
套印误差的处理涉及到CMYK4个印版的调节，调节参数包括位移和角度，这些参数的值由缺陷解析模块传入。为提高缺陷纠正的实时性，本研究对4个印版的调节采取并行方式。由于4个印版纠正机构的机械和电气控制机构相似，因此4个印版调节所需时间近似相等，即使在4个印版都需要调节的极端情况下，整个套印误差的纠正时间也只是1个印版的调节时间。虽然印版调节需要横向和纵向两个方向的调节，需要相同的4套纠正机构，与1套纠正机构调节4个印版相比，增加了一定的设备成本，但这种以设备换时间的方法，可以提高纠正机构的整体工作效率。
喷码系统的实现
传统的人工处理方式因速度较慢而影响整体缺陷处理速度，为提高缺陷处理的实时速度，特别设计了喷码系统。
喷码系统的喷码操作在纠正系统控制器完成纠正的同时，异步操作完成。为更加高效地对缺陷处理进行管理，本研究采用喷码索引的方式进行操作。喷码索引主要包括两部分，一是印品上的喷码，二是数据库中对应的缺陷信息。喷码的内容根据缺陷类型，按表1进行操作，简洁的喷码有利于提高缺陷处理速度，而存储在数据库中的缺陷信息可以长时间保存，以便检索使用。因此，即使在索引缺失的情况下，缺陷信息仍然可以作为数据共享服务的一部分继续使用。
警报系统的实现
本研究设计的警报系统主要包括两种，一种是缺陷处理提醒，另一种是停机要求。
缺陷处理提醒是指在系统检测到印品有缺陷时，根据缺陷类型发出相应的警报声音，以此通知相应的生产人员对这些缺陷印品做进一步处理。
停机要求是指在3种情况下需要及时停机，即某一次检测到的缺陷过于严重，设备已经不能继续运转；出现周期性误差；某种缺陷持续出现超过一定时间。在停机要求中，只有第一种情况是实时检测的结果，另外两种情况都需要控制器做一定统计，然后根据统计结果做出停机要求。
数据共享服务的实现
由于缺陷检测与纠正同生产环境的光照、承印材料等都有适应性联系，因此检测的准确度和纠正的精确度依赖于实际生产中的这些参数。本研究以数据共享的方式为检测算法和纠正机构提供必要的数据支持，使得纠正操作参数可以更快地发现并纠正缺陷。
设备的运转情况也是影响印品质量的重要因素之一，印品缺陷纠正与管理系统将设备的纠正信息及操作相应地记录在数据库中，以方便设备管理，同时可以预防因设备老化或者设置不当而引起的印品缺陷。
由于印品缺陷纠正与管理系统只是作为印刷质量及管理信息系统的一个组件，因此有必要为系统的其他组件或者服务提供数据服务。为此，本研究设计了一个独立的数据库配置、访问和服务管理层，用来解析JDF文档中的数据、存储其他组件的数据请求以及管理基于该数据库的服务。
由于数据存储在数据库服务器中，为远程或者移动访问带来了不便，为此本研究提供了基于Web的访问接口，采用浏览器/服务器模式对外提供数据服务，而数据库中的数据为印品缺陷或者设备及生产环境的原始数据，采用MVC模式来分离数据及服务，其中服务包括界面和控制器两个部分，由实际需求定制开发，如生产统计报表、设备运转监控和配置等。
印品缺陷的及时和准确处理，是印刷质量的又一重要保障，我公司根据缺陷分类结果设计的纠正机构能实现在线实时纠正，以及对缺陷的后续处理，同时结合JDF实现缺陷纠正和管理以及印刷系统的整合。相信随着信息化和自动化技术的逐渐应用，结合机械技术的印品缺陷纠正与管理，会更加实时和智能化。
系统设计
1.系统结构
该系统主要由纠正系统、喷码系统、警报系统、Web管理系统和数据库系统组成（结构图如图1所示），其中缺陷纠正系统由刀丝、色差和套印误差纠正3个子系统组成。
2.模块化设计
该系统采用模块化设计，可在模块内进行优化，系统升级时只需添加或修改模块，通过配置文件实现系统的灵活性和可扩展性，无需进行整个系统的修改。主要体现在以下3方面。
（1）缺陷检测、缺陷处理和机器驱动的分离，3个模块之间仅传递必要的参数，具体的实现和管理由该模块在内部处理。
（2）数据库存储和基于数据的应用分离，数据库中存储了印刷缺陷以及纠正机构、设备、印品后期处理结果反馈等数据，这些数据以最原始的状态存在于数据库中，上层的应用通过数据库接入层获取具体数据。
（3）通过目录和配置执行回调操作。
3. 缺陷信息结构
本文对3类缺陷进行了分类，为便于存储和处理缺陷，将正常的印品状态一起存储，因此本研究中共有4种状态，即刀丝、色差、套印缺陷以及正常，仅需2位即可完成存储，具体编码与参数如表1所示，其中缺陷参数作为纠正机构操作的输入。为便于系统扩展，需要将该编码进行封装，如果需要添加新的缺陷处理，仅需操作这一部分，暂时不设置预留位，避免空间浪费。
4.缺陷解析
缺陷解析模块从JDF文档中读取出每一种缺陷的参数，确定下一步需要执行的操作，然后发出调用具体函数的指令，并传递对应参数。
纠正机构的实现
本研究设计的纠正机构主要针对缺陷解析模块给出的指令和参数，设计相应的机械和电气控制机构，实现对印刷缺陷的实时纠正。
1.刀丝纠正机构
产生刀丝的原因有多方面，包括刮墨刀的材质、形状、磨损情况以及油墨的属性等，但我们通过对刀丝进行研究后发现，在实际印刷生产中，当刮墨刀和油墨的属性确定以后，刀丝主要由刮墨刀的角度误差引起。因此，本研究设计的刀丝纠正装置主要解决刮墨刀运行一段时间后的角度误差问题，该角度值由缺陷解析模块提供。在接收到具体的角度值之后，刀丝纠正机构会发出电机驱动信号，使刮墨刀安装座转动对应的角度，从而改变刮墨刀角度。由于刮墨刀机构的安装精度对刮墨刀角度的调整具有重要影响，刀丝纠正机构会在运行一段时间后，定期检测刮墨刀底部的水平度，以确保刮墨刀角度的正确纠正。
2.色差纠正机构
色差纠正机构由墨量纠正和刀丝纠正两部分组成，根据色差产生的原因采取对应的纠正方法。
墨量纠正部分由油墨黏度计和墨泵组成，当缺陷解析模块向色差控制器传入的参数标示色差存在时，色差纠正机构会比较油墨当前的黏度值以及正常印刷时的黏度值，如果两者之间的差异超出正常范围，则判断为因油墨储量少而引起的色差，色差纠正机构会发出驱动信号，启动墨泵，增加墨槽的油墨储量；如果两者之间的误差在允许范围内，则判断为因印版网穴储墨量发生变化而引起的色差，色差纠正机构会向刮墨刀角度调节电机发出驱动信号，微调刮墨刀角度，使印版网穴储墨量略微改变。
值得一提的是，由于油墨的属性及印品的需求不同，我们会对正常印刷时的油墨黏度值进行动态更新，以确保色差纠正机构在判断色差原因时做出正确的纠正决策。
3.套印误差纠正机构
套印误差的处理涉及到CMYK4个印版的调节，调节参数包括位移和角度，这些参数的值由缺陷解析模块传入。为提高缺陷纠正的实时性，本研究对4个印版的调节采取并行方式。由于4个印版纠正机构的机械和电气控制机构相似，因此4个印版调节所需时间近似相等，即使在4个印版都需要调节的极端情况下，整个套印误差的纠正时间也只是1个印版的调节时间。虽然印版调节需要横向和纵向两个方向的调节，需要相同的4套纠正机构，与1套纠正机构调节4个印版相比，增加了一定的设备成本，但这种以设备换时间的方法，可以提高纠正机构的整体工作效率。
喷码系统的实现
传统的人工处理方式因速度较慢而影响整体缺陷处理速度，为提高缺陷处理的实时速度，特别设计了喷码系统。
喷码系统的喷码操作在纠正系统控制器完成纠正的同时，异步操作完成。为更加高效地对缺陷处理进行管理，本研究采用喷码索引的方式进行操作。喷码索引主要包括两部分，一是印品上的喷码，二是数据库中对应的缺陷信息。喷码的内容根据缺陷类型，按表1进行操作，简洁的喷码有利于提高缺陷处理速度，而存储在数据库中的缺陷信息可以长时间保存，以便检索使用。因此，即使在索引缺失的情况下，缺陷信息仍然可以作为数据共享服务的一部分继续使用。
警报系统的实现
本研究设计的警报系统主要包括两种，一种是缺陷处理提醒，另一种是停机要求。
缺陷处理提醒是指在系统检测到印品有缺陷时，根据缺陷类型发出相应的警报声音，以此通知相应的生产人员对这些缺陷印品做进一步处理。
停机要求是指在3种情况下需要及时停机，即某一次检测到的缺陷过于严重，设备已经不能继续运转；出现周期性误差；某种缺陷持续出现超过一定时间。在停机要求中，只有第一种情况是实时检测的结果，另外两种情况都需要控制器做一定统计，然后根据统计结果做出停机要求。
数据共享服务的实现
由于缺陷检测与纠正同生产环境的光照、承印材料等都有适应性联系，因此检测的准确度和纠正的精确度依赖于实际生产中的这些参数。本研究以数据共享的方式为检测算法和纠正机构提供必要的数据支持，使得纠正操作参数可以更快地发现并纠正缺陷。
设备的运转情况也是影响印品质量的重要因素之一，印品缺陷纠正与管理系统将设备的纠正信息及操作相应地记录在数据库中，以方便设备管理，同时可以预防因设备老化或者设置不当而引起的印品缺陷。
由于印品缺陷纠正与管理系统只是作为印刷质量及管理信息系统的一个组件，因此有必要为系统的其他组件或者服务提供数据服务。为此，本研究设计了一个独立的数据库配置、访问和服务管理层，用来解析JDF文档中的数据、存储其他组件的数据请求以及管理基于该数据库的服务。
由于数据存储在数据库服务器中，为远程或者移动访问带来了不便，为此本研究提供了基于Web的访问接口，采用浏览器/服务器模式对外提供数据服务，而数据库中的数据为印品缺陷或者设备及生产环境的原始数据，采用MVC模式来分离数据及服务，其中服务包括界面和控制器两个部分，由实际需求定制开发，如生产统计报表、设备运转监控和配置等。
印品缺陷的及时和准确处理，是印刷质量的又一重要保障，我公司根据缺陷分类结果设计的纠正机构能实现在线实时纠正，以及对缺陷的后续处理，同时结合JDF实现缺陷纠正和管理以及印刷系统的整合。相信随着信息化和自动化技术的逐渐应用，结合机械技术的印品缺陷纠正与管理，会更加实时和智能化。