基于CCD攝像頭的套準檢測控制技術
發布時間：2024-05-29 點擊：83
近年來，設備可視技術成為印刷業的一大熱點，并逐漸得到行業人士的認同和重視。設備可視技術除了可以為印刷企業帶來高速、高品質、高性能的印刷之外，其還有一重要貢獻在于圖像處理和分析。目前的自動檢測設備可支持所有的印刷技術、承印物和工作流程。檢測系統可配置陣列式攝像頭，如avt的jupitor系統，也可以配置100% ccd攝像頭，如avt的apollo質量檢測設備，或者是兩者的復合型攝像頭，如avt的argus，從而滿足不同客戶的不同需求和不同的工作流程。作者的關注點是基于ccd攝像頭的套準檢測控制系統，通過實踐對套準檢測控制系統及其應用進行簡單剖析。
套準原理
圖像傳感器是利用光電器件的光-電轉換功能，將其感光面上的光像轉換為與光像呈相應比例關系的電信號“圖像”的一種功能器件。電荷耦合器件（charge couple devices，簡稱ccd)，是固態圖像傳感器的敏感器件，與普通的mos、ttl等電路一樣，屬于一種集成電路，但ccd具有光電轉換、信號儲存、轉移(傳輸)、輸出、處理以及電子快門等多種獨特功能 。
在印前處理過程中，單色印版（通常為cmyk四色）上分別包含不同的色彩標記（即套準標記），這些標記被設計為十分精確的水平或豎直排列組。
1.套準標記的檢測過程
在印刷過程中，攝像機監視印刷品上的套印檢測標記，將標記圖像信息高速傳于控制器內，利用圖像識別和處理技術計算出各個標記點的相對偏差，然后控制器基于這個偏差來調節驅動電機，調整相應的周向或軸向偏差，從而實現自動套準功能。
2.套準的維持
套準的維持，實質是一個處理過程，這個過程就是保證每個顏色排列整齊（成一行）而形成最好的印刷混合色。自動套準系統通過掃描套準標記并保證它們在準確的位置來實現自動套準。
系統組成
自動套準控制系統主要由檢測系統、計算機控制系統和執行機構組成，如圖1所示。檢測系統通過檢測標記、整理信號，得到標記信號，然后再由計算機控制系統將標記信號變成驅動伺服電機的脈沖信號，最后通過伺服電機調節印刷機版滾筒的轉速和運轉方向，實現圖文的周向和軸向調整。由于ccd圖像傳感器能實現信息的獲取、轉換和視覺功能的擴展，可以給出直觀、真實、多層次的內容豐富的可視圖像信息，所以已經廣泛應用于各種工業檢測和自動控制系統。
1.硬件設計
硬件結構如圖2。系統的嵌入式控制器采用microchip的dspic33fj128gp706高性能16位數字信號控制器。此控制器具有64引腿、128k的rom和16k的ram，處理速度可以到40mips，器件采用強大的16 位架構，此架構將數字信號處理器（digital signal processor，dsp）的計算能力與單片機（mcu）的控制特性無縫地集成在一起。這種集成的功能對于需要高速、重復計算和控制的應用非常理想。
2.圖像的采集與傳遞
ccd圖像傳感器的視頻解碼芯片采用saa7113。saa7113是飛利浦公司視頻解碼芯片的一種，在很多視頻產品，諸如電視卡、mpeg2、mpeg4中都有著成熟的應用。saa7113的主要作用是把輸入的模擬視頻信號解碼成標準的“vpo”數字信號，相當于一種“a/d”器件。saa7113兼容全球各種視頻標準，使用也十分簡單。
自動套準控制系統具有tcp/ip網絡接口，可以直接和電腦通信，可以將采集的信息和處理的數據傳到計算機系統，讓使用者一目了然。
網絡控制芯片采用enc28j60，目前市場上大部分以太網控制器的封裝均超過80 引腳，而符合ieee 802.3 協議的enc28j60只有28引腳，既能提供相應的功能，又可以大大簡化相關設計，減小空間。
裝置具有蜂鳴器報警功能，當有錯誤產生時，可以自動發出報警，提示操作人注意。
自動套準的實現
首先，印刷操作人員根據活件的特性等信息進行程序設定（在操作控制臺上完成），信息包括套準標記在承印物上的位置、印刷的標記規格、色組單元的分配、套準標記和電機的分配等。當印刷機工作時，攝像機就開始追蹤紙張上的每一個自動套準標記，系統根據攝像機的數據顯示印刷套準標記的位置和質量。然后，系統就可以決定哪一個印刷色組需要調整（超出套準誤差范圍）。印刷作業人員便可以在自動或手動調節模式下，在印刷操作控制臺進行套準校正調節。
1.理論上的完全套準
當所有的套準標記都整齊地排列在適當的位置上時，就達到了理論上的完全套準。標記從左至右的全部排列整齊被稱為橫向的完全套準，同理，標記從上至下的全部排列整齊被稱為周向的完全套準。
2.跟蹤套準標記
自動套準系統的攝像機可以檢測到印刷在紙帶上的套準標記。若攝像機在它的可識別范圍內不能夠檢測到套準標記，就會在通常位置上左右移動來重新檢測。攝像機的移動速度和位置可以根據紙張的類型或者印刷速度進行調整。攝像機在它開始向反方向移動前，可以向一個方向移動1/2英寸，最多可達2英寸。
3.印刷機數據存儲表
套準標記的數據存儲表格稱為印刷機數據存儲表，這些數據具有1/1000英寸（1/100毫米）的精度，每個標記的理論位置和實際調整后位置相比較，誤差都在千分之幾英寸的范圍內。無論周向套準數據還是橫向套準數據，它們都存儲在印刷機數據存儲表中。
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在印前處理過程中，單色印版（通常為cmyk四色）上分別包含不同的色彩標記（即套準標記），這些標記被設計為十分精確的水平或豎直排列組。
1.套準標記的檢測過程
在印刷過程中，攝像機監視印刷品上的套印檢測標記，將標記圖像信息高速傳于控制器內，利用圖像識別和處理技術計算出各個標記點的相對偏差，然后控制器基于這個偏差來調節驅動電機，調整相應的周向或軸向偏差，從而實現自動套準功能。
2.套準的維持
套準的維持，實質是一個處理過程，這個過程就是保證每個顏色排列整齊（成一行）而形成最好的印刷混合色。自動套準系統通過掃描套準標記并保證它們在準確的位置來實現自動套準。
系統組成
自動套準控制系統主要由檢測系統、計算機控制系統和執行機構組成，如圖1所示。檢測系統通過檢測標記、整理信號，得到標記信號，然后再由計算機控制系統將標記信號變成驅動伺服電機的脈沖信號，最后通過伺服電機調節印刷機版滾筒的轉速和運轉方向，實現圖文的周向和軸向調整。由于ccd圖像傳感器能實現信息的獲取、轉換和視覺功能的擴展，可以給出直觀、真實、多層次的內容豐富的可視圖像信息，所以已經廣泛應用于各種工業檢測和自動控制系統。
1.硬件設計
硬件結構如圖2。系統的嵌入式控制器采用microchip的dspic33fj128gp706高性能16位數字信號控制器。此控制器具有64引腿、128k的rom和16k的ram，處理速度可以到40mips，器件采用強大的16 位架構，此架構將數字信號處理器（digital signal processor，dsp）的計算能力與單片機（mcu）的控制特性無縫地集成在一起。這種集成的功能對于需要高速、重復計算和控制的應用非常理想。
2.圖像的采集與傳遞
ccd圖像傳感器的視頻解碼芯片采用saa7113。saa7113是飛利浦公司視頻解碼芯片的一種，在很多視頻產品，諸如電視卡、mpeg2、mpeg4中都有著成熟的應用。saa7113的主要作用是把輸入的模擬視頻信號解碼成標準的“vpo”數字信號，相當于一種“a/d”器件。saa7113兼容全球各種視頻標準，使用也十分簡單。
自動套準控制系統具有tcp/ip網絡接口，可以直接和電腦通信，可以將采集的信息和處理的數據傳到計算機系統，讓使用者一目了然。
網絡控制芯片采用enc28j60，目前市場上大部分以太網控制器的封裝均超過80 引腳，而符合ieee 802.3 協議的enc28j60只有28引腳，既能提供相應的功能，又可以大大簡化相關設計，減小空間。
裝置具有蜂鳴器報警功能，當有錯誤產生時，可以自動發出報警，提示操作人注意。
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首先，印刷操作人員根據活件的特性等信息進行程序設定（在操作控制臺上完成），信息包括套準標記在承印物上的位置、印刷的標記規格、色組單元的分配、套準標記和電機的分配等。當印刷機工作時，攝像機就開始追蹤紙張上的每一個自動套準標記，系統根據攝像機的數據顯示印刷套準標記的位置和質量。然后，系統就可以決定哪一個印刷色組需要調整（超出套準誤差范圍）。印刷作業人員便可以在自動或手動調節模式下，在印刷操作控制臺進行套準校正調節。
1.理論上的完全套準
當所有的套準標記都整齊地排列在適當的位置上時，就達到了理論上的完全套準。標記從左至右的全部排列整齊被稱為橫向的完全套準，同理，標記從上至下的全部排列整齊被稱為周向的完全套準。
2.跟蹤套準標記
自動套準系統的攝像機可以檢測到印刷在紙帶上的套準標記。若攝像機在它的可識別范圍內不能夠檢測到套準標記，就會在通常位置上左右移動來重新檢測。攝像機的移動速度和位置可以根據紙張的類型或者印刷速度進行調整。攝像機在它開始向反方向移動前，可以向一個方向移動1/2英寸，最多可達2英寸。
3.印刷機數據存儲表
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