基于JDF的印品缺陷糾正與管理系統(tǒng)

何萬(wàn)斌+吳永飛+湯樹(shù)海+段華偉

在印刷過(guò)程中，印刷缺陷不可避免，快速的缺陷檢測(cè)與糾正對(duì)印后以及印刷質(zhì)量管理非常重要。傳統(tǒng)的人工缺陷檢測(cè)由于視覺(jué)生理機(jī)制的限制，無(wú)法持續(xù)地實(shí)現(xiàn)快速和準(zhǔn)確的缺陷檢測(cè)和糾正，因此需要進(jìn)行基于機(jī)器視覺(jué)的缺陷檢測(cè)、快速的在線實(shí)時(shí)缺陷糾正以及綜合性的缺陷管理。我公司以煙包印刷業(yè)務(wù)為主，針對(duì)煙包印刷缺陷進(jìn)行了前期研究，確定了刀絲、色差和套印誤差3類常見(jiàn)的印刷缺陷，仔細(xì)研究了缺陷的產(chǎn)生原因，并設(shè)計(jì)了一種基于JDF的印品缺陷糾正與管理系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)共享，提高缺陷管理的信息化水平和自動(dòng)化生產(chǎn)水平。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)主要由糾正系統(tǒng)、噴碼系統(tǒng)、警報(bào)系統(tǒng)、Web管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成（結(jié)構(gòu)圖如圖1所示），其中缺陷糾正系統(tǒng)由刀絲、色差和套印誤差糾正3個(gè)子系統(tǒng)組成。

2.模塊化設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可在模塊內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化，系統(tǒng)升級(jí)時(shí)只需添加或修改模塊，通過(guò)配置文件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性，無(wú)需進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的修改。主要體現(xiàn)在以下3方面。

（1）缺陷檢測(cè)、缺陷處理和機(jī)器驅(qū)動(dòng)的分離，3個(gè)模塊之間僅傳遞必要的參數(shù)，具體的實(shí)現(xiàn)和管理由該模塊在內(nèi)部處理。

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)和基于數(shù)據(jù)的應(yīng)用分離，數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)了印刷缺陷以及糾正機(jī)構(gòu)、設(shè)備、印品后期處理結(jié)果反饋等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)以最原始的狀態(tài)存在于數(shù)據(jù)庫(kù)中，上層的應(yīng)用通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)接入層獲取具體數(shù)據(jù)。

（3）通過(guò)目錄和配置執(zhí)行回調(diào)操作。

3. 缺陷信息結(jié)構(gòu)

本文對(duì)3類缺陷進(jìn)行了分類，為便于存儲(chǔ)和處理缺陷，將正常的印品狀態(tài)一起存儲(chǔ)，因此本研究中共有4種狀態(tài)，即刀絲、色差、套印缺陷以及正常，僅需2位即可完成存儲(chǔ)，具體編碼與參數(shù)如表1所示，其中缺陷參數(shù)作為糾正機(jī)構(gòu)操作的輸入。為便于系統(tǒng)擴(kuò)展，需要將該編碼進(jìn)行封裝，如果需要添加新的缺陷處理，僅需操作這一部分，暫時(shí)不設(shè)置預(yù)留位，避免空間浪費(fèi)。

4.缺陷解析

缺陷解析模塊從JDF文檔中讀取出每一種缺陷的參數(shù)，確定下一步需要執(zhí)行的操作，然后發(fā)出調(diào)用具體函數(shù)的指令，并傳遞對(duì)應(yīng)參數(shù)。

糾正機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)

本研究設(shè)計(jì)的糾正機(jī)構(gòu)主要針對(duì)缺陷解析模塊給出的指令和參數(shù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)械和電氣控制機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)印刷缺陷的實(shí)時(shí)糾正。

1.刀絲糾正機(jī)構(gòu)

產(chǎn)生刀絲的原因有多方面，包括刮墨刀的材質(zhì)、形狀、磨損情況以及油墨的屬性等，但我們通過(guò)對(duì)刀絲進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際印刷生產(chǎn)中，當(dāng)刮墨刀和油墨的屬性確定以后，刀絲主要由刮墨刀的角度誤差引起。因此，本研究設(shè)計(jì)的刀絲糾正裝置主要解決刮墨刀運(yùn)行一段時(shí)間后的角度誤差問(wèn)題，該角度值由缺陷解析模塊提供。在接收到具體的角度值之后，刀絲糾正機(jī)構(gòu)會(huì)發(fā)出電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使刮墨刀安裝座轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的角度，從而改變刮墨刀角度。由于刮墨刀機(jī)構(gòu)的安裝精度對(duì)刮墨刀角度的調(diào)整具有重要影響，刀絲糾正機(jī)構(gòu)會(huì)在運(yùn)行一段時(shí)間后，定期檢測(cè)刮墨刀底部的水平度，以確保刮墨刀角度的正確糾正。

2.色差糾正機(jī)構(gòu)

色差糾正機(jī)構(gòu)由墨量糾正和刀絲糾正兩部分組成，根據(jù)色差產(chǎn)生的原因采取對(duì)應(yīng)的糾正方法。

墨量糾正部分由油墨黏度計(jì)和墨泵組成，當(dāng)缺陷解析模塊向色差控制器傳入的參數(shù)標(biāo)示色差存在時(shí)，色差糾正機(jī)構(gòu)會(huì)比較油墨當(dāng)前的黏度值以及正常印刷時(shí)的黏度值，如果兩者之間的差異超出正常范圍，則判斷為因油墨儲(chǔ)量少而引起的色差，色差糾正機(jī)構(gòu)會(huì)發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)墨泵，增加墨槽的油墨儲(chǔ)量；如果兩者之間的誤差在允許范圍內(nèi)，則判斷為因印版網(wǎng)穴儲(chǔ)墨量發(fā)生變化而引起的色差，色差糾正機(jī)構(gòu)會(huì)向刮墨刀角度調(diào)節(jié)電機(jī)發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，微調(diào)刮墨刀角度，使印版網(wǎng)穴儲(chǔ)墨量略微改變。

值得一提的是，由于油墨的屬性及印品的需求不同，我們會(huì)對(duì)正常印刷時(shí)的油墨黏度值進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新，以確保色差糾正機(jī)構(gòu)在判斷色差原因時(shí)做出正確的糾正決策。

3.套印誤差糾正機(jī)構(gòu)

套印誤差的處理涉及到CMYK4個(gè)印版的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)參數(shù)包括位移和角度，這些參數(shù)的值由缺陷解析模塊傳入。為提高缺陷糾正的實(shí)時(shí)性，本研究對(duì)4個(gè)印版的調(diào)節(jié)采取并行方式。由于4個(gè)印版糾正機(jī)構(gòu)的機(jī)械和電氣控制機(jī)構(gòu)相似，因此4個(gè)印版調(diào)節(jié)所需時(shí)間近似相等，即使在4個(gè)印版都需要調(diào)節(jié)的極端情況下，整個(gè)套印誤差的糾正時(shí)間也只是1個(gè)印版的調(diào)節(jié)時(shí)間。雖然印版調(diào)節(jié)需要橫向和縱向兩個(gè)方向的調(diào)節(jié)，需要相同的4套糾正機(jī)構(gòu)，與1套糾正機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)4個(gè)印版相比，增加了一定的設(shè)備成本，但這種以設(shè)備換時(shí)間的方法，可以提高糾正機(jī)構(gòu)的整體工作效率。

噴碼系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)的人工處理方式因速度較慢而影響整體缺陷處理速度，為提高缺陷處理的實(shí)時(shí)速度，特別設(shè)計(jì)了噴碼系統(tǒng)。

噴碼系統(tǒng)的噴碼操作在糾正系統(tǒng)控制器完成糾正的同時(shí)，異步操作完成。為更加高效地對(duì)缺陷處理進(jìn)行管理，本研究采用噴碼索引的方式進(jìn)行操作。噴碼索引主要包括兩部分，一是印品上的噴碼，二是數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)的缺陷信息。噴碼的內(nèi)容根據(jù)缺陷類型，按表1進(jìn)行操作，簡(jiǎn)潔的噴碼有利于提高缺陷處理速度，而存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的缺陷信息可以長(zhǎng)時(shí)間保存，以便檢索使用。因此，即使在索引缺失的情況下，缺陷信息仍然可以作為數(shù)據(jù)共享服務(wù)的一部分繼續(xù)使用。

警報(bào)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

本研究設(shè)計(jì)的警報(bào)系統(tǒng)主要包括兩種，一種是缺陷處理提醒，另一種是停機(jī)要求。

缺陷處理提醒是指在系統(tǒng)檢測(cè)到印品有缺陷時(shí)，根據(jù)缺陷類型發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)聲音，以此通知相應(yīng)的生產(chǎn)人員對(duì)這些缺陷印品做進(jìn)一步處理。

停機(jī)要求是指在3種情況下需要及時(shí)停機(jī)，即某一次檢測(cè)到的缺陷過(guò)于嚴(yán)重，設(shè)備已經(jīng)不能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；出現(xiàn)周期性誤差；某種缺陷持續(xù)出現(xiàn)超過(guò)一定時(shí)間。在停機(jī)要求中，只有第一種情況是實(shí)時(shí)檢測(cè)的結(jié)果，另外兩種情況都需要控制器做一定統(tǒng)計(jì)，然后根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果做出停機(jī)要求。

數(shù)據(jù)共享服務(wù)的實(shí)現(xiàn)

由于缺陷檢測(cè)與糾正同生產(chǎn)環(huán)境的光照、承印材料等都有適應(yīng)性聯(lián)系，因此檢測(cè)的準(zhǔn)確度和糾正的精確度依賴于實(shí)際生產(chǎn)中的這些參數(shù)。本研究以數(shù)據(jù)共享的方式為檢測(cè)算法和糾正機(jī)構(gòu)提供必要的數(shù)據(jù)支持，使得糾正操作參數(shù)可以更快地發(fā)現(xiàn)并糾正缺陷。

設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況也是影響印品質(zhì)量的重要因素之一，印品缺陷糾正與管理系統(tǒng)將設(shè)備的糾正信息及操作相應(yīng)地記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中，以方便設(shè)備管理，同時(shí)可以預(yù)防因設(shè)備老化或者設(shè)置不當(dāng)而引起的印品缺陷。

由于印品缺陷糾正與管理系統(tǒng)只是作為印刷質(zhì)量及管理信息系統(tǒng)的一個(gè)組件，因此有必要為系統(tǒng)的其他組件或者服務(wù)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。為此，本研究設(shè)計(jì)了一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)配置、訪問(wèn)和服務(wù)管理層，用來(lái)解析JDF文檔中的數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)其他組件的數(shù)據(jù)請(qǐng)求以及管理基于該數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)。

由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，為遠(yuǎn)程或者移動(dòng)訪問(wèn)帶來(lái)了不便，為此本研究提供了基于Web的訪問(wèn)接口，采用瀏覽器/服務(wù)器模式對(duì)外提供數(shù)據(jù)服務(wù)，而數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)為印品缺陷或者設(shè)備及生產(chǎn)環(huán)境的原始數(shù)據(jù)，采用MVC模式來(lái)分離數(shù)據(jù)及服務(wù)，其中服務(wù)包括界面和控制器兩個(gè)部分，由實(shí)際需求定制開(kāi)發(fā)，如生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)控和配置等。

印品缺陷的及時(shí)和準(zhǔn)確處理，是印刷質(zhì)量的又一重要保障，我公司根據(jù)缺陷分類結(jié)果設(shè)計(jì)的糾正機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)糾正，以及對(duì)缺陷的后續(xù)處理，同時(shí)結(jié)合JDF實(shí)現(xiàn)缺陷糾正和管理以及印刷系統(tǒng)的整合。相信隨著信息化和自動(dòng)化技術(shù)的逐漸應(yīng)用，結(jié)合機(jī)械技術(shù)的印品缺陷糾正與管理，會(huì)更加實(shí)時(shí)和智能化。endprint