凹版印刷電雕網(wǎng)點(diǎn)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

孟艷敏

(佛山廣播電視大學(xué)計(jì)算機(jī)教研室，廣東佛山 528000)

凹版印刷制版最常用的方法是采用電雕制版。在電雕制版中，要對(duì)各基色進(jìn)行分色，然后在各基色版輥上布置網(wǎng)點(diǎn)值為微米級(jí)的凹印網(wǎng)點(diǎn)，凹印網(wǎng)點(diǎn)值的大小直接影響印刷過(guò)程中的色彩還原能力［1-2］。而在電雕制版前，必須先進(jìn)行試雕來(lái)調(diào)整電雕機(jī)工藝參數(shù)，即對(duì)電雕機(jī)的網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，以便正式雕刻時(shí)能準(zhǔn)確測(cè)量出網(wǎng)點(diǎn)大小，保證其符合設(shè)計(jì)要求。在自動(dòng)化檢測(cè)過(guò)程中，高檔的電雕機(jī)需要邊雕刻邊自動(dòng)檢測(cè)雕刻網(wǎng)點(diǎn)的大小，動(dòng)態(tài)測(cè)量試雕網(wǎng)點(diǎn)的大小，以提高雕刻機(jī)的效率。

目前國(guó)內(nèi)主要引進(jìn)國(guó)外電雕制版設(shè)備，筆者在網(wǎng)點(diǎn)測(cè)試儀開發(fā)完成的基礎(chǔ)上，針對(duì)國(guó)外設(shè)備的自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了電雕網(wǎng)點(diǎn)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在網(wǎng)點(diǎn)專業(yè)儀器測(cè)量技術(shù)上的空白。

1 硬件構(gòu)成與基本原理

凹版印刷電雕網(wǎng)點(diǎn)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)包括同步脈沖電路、脈沖相移電路、機(jī)械位移支架、頻閃燈、視頻攝像頭、特殊光學(xué)顯微鏡，以及電腦與視頻輸入卡。為了能夠在動(dòng)態(tài)情況下看清楚某一周期性運(yùn)動(dòng)的圖像，將頻閃燈對(duì)著同一位置的圖像進(jìn)行同步周期的燈光明暗閃光，達(dá)到一定頻率(＞24 Hz)后，因視頻攝像頭比肉眼的敏感度更高，所看到的圖像即為靜止的清晰可見的圖像。為了達(dá)到圖像的同步頻率，在運(yùn)動(dòng)的滾筒端頭裝一個(gè)光電耦合器，在滾筒上裝一個(gè)遮斷片周期性地遮斷光電耦合器，經(jīng)放大電路整合成同步方波，即可得到需要的同步信號(hào)。將同步信號(hào)輸入頻閃燈觸發(fā)端輸入口，即可發(fā)出頻率相同的閃光，使得周期性的圖像看上去好像定位在某一個(gè)位置上不再運(yùn)動(dòng)。為了能看到滾筒上各縱向的運(yùn)動(dòng)圖像，可把同步信號(hào)輸入一個(gè)可調(diào)節(jié)角度的脈沖移相電路，把同步信號(hào)脈沖移位一定角度，然后再輸入頻閃燈觸發(fā)端，即可調(diào)節(jié)滾筒縱向圖像的位置。對(duì)于滾筒橫向，采用機(jī)械移位支架左右移動(dòng)頻閃燈位置，即可實(shí)現(xiàn)滾筒全方位的圖像定位。然后在頻閃燈位置安裝一個(gè)高速視頻攝像頭，將圖像攝入電腦的視頻卡中，由于網(wǎng)點(diǎn)為微米級(jí)，需在一種特殊的顯微鏡下把雕刻在版輥上的網(wǎng)點(diǎn)放大，以便于肉眼觀察。在網(wǎng)點(diǎn)測(cè)量?jī)x中，在特殊顯微鏡上接一個(gè)視頻攝像頭，將視頻攝像頭獲得的圖像通過(guò)視頻信號(hào)線接入計(jì)算機(jī)視頻接收卡，然后在電腦屏幕上顯示。筆者采用AVER Pcimager可編程視頻卡，視頻卡內(nèi)部包含可編程程序包，對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行處理。

光電耦合電路如圖1所示。典型的有源RC移相電路如圖2所示。不同頻率的正弦波電壓通過(guò)RC電路時(shí)，輸出端的電壓幅度與相位都與輸入端不同［3］。為了得到與輸入端不同的電壓幅度和相位，采用了如圖2所示的有源RC移相電路。同時(shí)在電路中，為了保證負(fù)載在接近全電壓時(shí)不會(huì)發(fā)生突然停止的現(xiàn)象，減小負(fù)載受電源電壓波動(dòng)的影響，采用了雙運(yùn)放作移相電路［4-7］。

圖1 光電耦合電路

圖2 典型的有源RC移相電路

由于網(wǎng)點(diǎn)需要特殊顯微鏡，顯微鏡需要光路設(shè)計(jì)，使得顯微鏡聚焦時(shí)網(wǎng)點(diǎn)邊沿呈白色反光，被雕刻機(jī)挖去的凹面顯示為黑色，因此頻閃燈必須裝在顯微鏡上［8］。頻閃燈屬于微型頻閃燈管，只適合于印刷行業(yè)動(dòng)態(tài)觀察印刷效果，不需要通過(guò)顯微鏡觀察。

2 軟件開發(fā)與編程實(shí)現(xiàn)

2.1 編程基本邏輯

視頻信號(hào)經(jīng)顯微鏡聚焦以后，從視頻卡輸入到計(jì)算機(jī)中，屏幕出現(xiàn)如圖3(a)所示的實(shí)際網(wǎng)點(diǎn)圖像。為了研究方便，將圖3(a)簡(jiǎn)化成如圖3(b)所示的理想的網(wǎng)點(diǎn)圖像，圖3(c)為程序自動(dòng)定位圖，圖中白線部分表示網(wǎng)點(diǎn)值標(biāo)記線，封閉實(shí)際電雕機(jī)雕刻圖像的通溝，便于簡(jiǎn)化編程邏輯探討。

圖3 網(wǎng)點(diǎn)圖像

在實(shí)際測(cè)量中，圖3(c)是要測(cè)量網(wǎng)點(diǎn)中的橫向白線長(zhǎng)度，即網(wǎng)點(diǎn)值大小，先設(shè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸為k，通過(guò)顯微鏡聚焦后，標(biāo)尺上兩個(gè)刻度坐標(biāo)值為(x1，x2)，網(wǎng)點(diǎn)白線左右的坐標(biāo)記為(wx1，wx2)，再按線性比例計(jì)算出網(wǎng)點(diǎn)值為k|wx2-wx1|/|x2-x1|。在自動(dòng)化檢測(cè)過(guò)程中，高檔電雕機(jī)需要邊雕刻邊自動(dòng)檢測(cè)雕刻的網(wǎng)點(diǎn)大小，以動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)雕刻，這需要一個(gè)自動(dòng)檢測(cè)網(wǎng)點(diǎn)的程序來(lái)完成。以下介紹以計(jì)算機(jī)輔助自動(dòng)檢測(cè)網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行編程邏輯研究與實(shí)現(xiàn)的方法。

2.2 編程邏輯與實(shí)現(xiàn)

在實(shí)際設(shè)備的圖像采集中，視頻圖像并不是理想的黑白分明，而是如圖3(a)所示帶有噪點(diǎn)，只有過(guò)濾掉噪點(diǎn)才可以準(zhǔn)確定位圖像的特征，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)點(diǎn)并檢測(cè)［9-10］。

圖3(c)中的圖像，白線的兩端在左右兩條弧線的水平對(duì)稱切點(diǎn)上，是網(wǎng)點(diǎn)橫向最大值。在網(wǎng)點(diǎn)圖上白色部分與黑色部分界限分明，為了過(guò)濾掉噪點(diǎn)，并定位出某一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)是亮點(diǎn)還是暗點(diǎn)，設(shè)基準(zhǔn)值CONTR，每個(gè)亮點(diǎn)的RGB分量值之和大于CONTR，暗點(diǎn)的RGB分量之和小于CONTR。把每一個(gè)需要定位的點(diǎn)和與該點(diǎn)鄰近的8個(gè)方向點(diǎn)的RGB分量計(jì)算出來(lái)，如果共為9個(gè)亮點(diǎn)，則該定位的點(diǎn)為亮點(diǎn)。

實(shí)際亮點(diǎn)旁邊有噪點(diǎn)，首先定義一個(gè)亮點(diǎn)，假設(shè)旁邊8個(gè)方向的亮點(diǎn)之和大于某個(gè)值NUMB(≤8，一般NUMB值取6，取決于圖像質(zhì)量)，稱之為真亮點(diǎn)，否則就為假亮點(diǎn)(實(shí)際為暗點(diǎn))。CONTR和NUMB的值、標(biāo)準(zhǔn)尺寸k和坐標(biāo)值都保存在全局變量中，關(guān)閉測(cè)量軟件時(shí)保存在文件中，每次啟動(dòng)測(cè)量軟件時(shí)從文件中把兩個(gè)參數(shù)調(diào)出來(lái)再保存在全局變量中，以避免重復(fù)設(shè)置。測(cè)量網(wǎng)點(diǎn)大小的編程邏輯框圖如圖4所示。

在自動(dòng)檢測(cè)過(guò)程中，采集到的實(shí)際圖像有些并不是完整的，如圖3(b)所示的圖像，就需要在程序中考慮邊界條件判斷，并且調(diào)用主程序中的全局變量和使用宏來(lái)調(diào)用子程序。

2.3 結(jié)果驗(yàn)證

在圖3(c)中，兩根垂直平行線為網(wǎng)點(diǎn)圓弧的切線，之間的橫線距離即為網(wǎng)點(diǎn)值，大小為k|wx2-wx1|/|x2-x1|。實(shí)際網(wǎng)點(diǎn)值測(cè)量的精度主要取決如下因素:顯微鏡圖像的線性度、基準(zhǔn)的精度、自動(dòng)測(cè)量判斷坐標(biāo)準(zhǔn)確度、基準(zhǔn)圖像的坐標(biāo)和自動(dòng)檢測(cè)定位等。顯微鏡圖像的線性度即變形量越小越好，基準(zhǔn)圖像的坐標(biāo)越大越好，其中自動(dòng)檢測(cè)定位對(duì)精度的影響起著決定性的作用。

圖4 測(cè)量網(wǎng)點(diǎn)大小的編程邏輯框圖

在電雕網(wǎng)點(diǎn)檢測(cè)時(shí)，要盡量使網(wǎng)點(diǎn)充滿整個(gè)屏幕，然后對(duì)基準(zhǔn)值作相應(yīng)調(diào)整。過(guò)濾視頻信號(hào)噪點(diǎn)時(shí)，要根據(jù)旁邊的坐標(biāo)亮度情況來(lái)判斷一個(gè)坐標(biāo)是否為亮點(diǎn)。由于在自動(dòng)定位中，坐標(biāo)點(diǎn)的誤差大致為兩個(gè)，基準(zhǔn)標(biāo)尺取100 μm，當(dāng)屏幕分辨率為640×480時(shí)，|x2-x1|≈600，假設(shè)一個(gè)網(wǎng)點(diǎn)值約為 100 μm，兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的誤差為2/|x2-x1|=2/600=0.33%，此時(shí) 100 μm 的網(wǎng)點(diǎn)誤差為0.33 μm，達(dá)到檢測(cè)精度要求;當(dāng)屏幕分辨率為1024×768時(shí)，除掉邊沿橫向無(wú)效區(qū)200個(gè)點(diǎn)，有效分辨率為800，測(cè)量誤差為2/800=1/400=0.025%，測(cè)量精度更加精確。

3 結(jié)論

該電雕網(wǎng)點(diǎn)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際凹版印刷電雕網(wǎng)點(diǎn)自動(dòng)檢測(cè)中經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，在應(yīng)用中得到廠商的一致認(rèn)可和好評(píng)。實(shí)際應(yīng)用證明，該系統(tǒng)高效、準(zhǔn)確、定位精度高、性能穩(wěn)定。該系統(tǒng)既可以用在電雕網(wǎng)點(diǎn)檢測(cè)設(shè)備上，還可以應(yīng)用在動(dòng)態(tài)圖像定位領(lǐng)域，如在高速印刷過(guò)程中不需要停止印刷機(jī)即可直接觀察印刷效果。

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