苏州佰视元：“中国智造2025”之印刷质量过程控制

苏州佰视元技术有限公司位于中国苏州市，是一家高新技术企业。公司一直致力于印刷质量检测自动化设备的研发生产和销售。核心成员专注于机器视觉产品开发及市场推广近20年，是国内工业视觉产品的开拓者之一。

公司产品在图像处理软件技术、光学成像技术、智能缺陷检测技术等具有核心竞争力，拥有自主知识产权。

公司研发的基于深度学习的图像检测平台(Deep Printing Inspection)以及基于深度学习的对版检测平台（Deep Proof System)在国内同行业中处于领先地位。2020年，该项技术获得了“苏州市高铁新城领军技术人才”的支持。

苏州佰视元技术有限公司将持续为印刷行业提供速度快，智能化水平高的质量检测自动化设备，和客户共同启航“中国智能制造2025”。

——编者按

数字化趋势势在必行

众所周知，印刷厂有三大工序：印前、印刷以及印后。

其中印刷环节涉及的因素最多，包括电子文件、制版、油墨、压力、纸张、机长状态，等等。

目前印刷工序的产品质量主要通过人工抽检的方法来控制，弊端较多，主要表现在以下几个方面：受人的主观因素的制约，对产品质量的判定缺乏一个客观科学的评价标准；在印品质量标准的执行上无法为后续工序提供严格的数据标准；人工抽检无法为印刷设备提供墨量调整的数据依据；无法实现以标准生产模式代替人工经验操作，最大限度保证产品的一致性的目的。

因此，采用检测设备对印刷的产品质量进行过程控制势在必行。

质量过程控制要点

印刷内容一般有图案、文字、线条，颜色有多色、专色，因此质量控制需要考虑以下几个方面：

1．色差变化。墨量的多少对颜色影响最大，颜色深的地方油墨厚，颜色浅的地方油墨薄。由于油墨的粘度会随温度的升高而降低，一般在开机时油墨的粘度大，印刷的产品颜色一般都偏深，随着机器运行的时间加长，温度升高，油墨粘度减小，印刷产品的颜色逐渐变浅，所以难于控制，不同工厂、不同车间、不同时间和不同批次间的产品通常会表现出较大的色差。

目前色差的检查和控制主要是由机台操作人员通过目视观察和比较来进行的，人眼对产品颜色判断的主观因素较大，很难控制其一致性。也曾经使用过密度计等仪器进行检查的，但效果不理想，人眼感知的颜色是由白纸和线条颜色综合的结果构成的，色块检查的结果不等同于图案的感知结果，另外由于纸张白度和厚度变化较大，更增加了感知色彩的变化。

2．印刷精度。套印精度是体现印刷水平的一个标志。

3．连续印刷缺陷也是印刷质量控制的一个要点。设备零件原因经常会造成连续缺印，异物会导致连续拉脏、缺印，对于比较小的此类印刷缺陷，人工抽查经常会漏掉。

传统印刷质量控制方法介绍

目前，传统的彩色印品的质量控制检测主要有以下几种。

1. 人工直接观察法。工人采用简单手持式放大镜观察印品，再根据经验，与样张对比后，适当调节给墨量（水胶印还要调节给水量）。这种方式完全由人工完成，调墨的准确性完全取决于工人的经验。目前，行业内对胶印的墨色控制大多采用这种方式。

2. 密度测量法。印刷呈色原理就是色料减色法，也就是印在纸张上的油墨，从照射光线中选择性地吸收了一定波长的光，反射其他的光，从而形成颜色。因此在油墨墨层一定范围内，光的吸收量与墨层厚度和浓度成正比，所以密度值反 映了墨层的厚度。

在印品质量控制过程中，用密度计测量，检测者通过密度值间接反映墨层厚度。但是密度测量有一定的缺陷，它与人眼的视觉不相吻合，无法用密度测量语言和用户交换色彩信息，同时由于测量原理的限制，只能针对色块来进行检测，对复杂图案的颜色测量则无能为力。

3. 色度测量法。通过直接测量或者间接测量，得到与颜色的三刺激值成比例的仪器响应数值，换算出颜色的三刺激值。色度计获得三刺激值的方法是由仪器内部光学模拟积分来完成的，也就是用滤色器来校正仪器光源和探测元件的光谱特性，使输出电信号大小正比于颜色的三刺激值。

国内外有许多设备商已经开发出了各自的印刷图像色彩监测和控制系统。

虽然有些著名印刷设备商的色彩控制系统各有特色，但是总的来说还是有一些局限性，比如，大部分只能检测特殊的检测条；只能整机引进，成本的提高对于国内大多数印刷厂来说是不可接受的，而且对工人的素质要求较高。

佰视元离线抽检设备进行质量控制

我们知道，印刷的主要控制对象是控制墨色的深浅，提高颜色一致性以及保证各项印刷精度。通过离线抽检设备可以对印刷所有的工艺内容进行定量或者定性的检测。但是，必须要将检测设备和生产实践相结合起来，才能实现生产过程的反馈，起到控制质量的作用。

印刷需要进行控制的内容很多，最终的质量评价需要对这些内容进行综合考虑，因此可以设计各项考核指标的加权系数来对产品的质量进行综合评定。对于其中的一项内容很显然可以通过统计学的方法，用方差大小和均值的波动来对产品的一致性进行描述。

如图1在产品印刷状态变化超过质量要求上限之前对印刷机进行调整，将产品质量波动始终控制在要求范围内。

假设产品的质量是呈正态分布的（如图2），则通过检测设备的控制，可以将质量波动的均值控制在要求范围内，同时减小质量波动的方差。

在实际生产中，为了方便工人操作，可以通过对各项指标的均值和方差进行统计，制定“验收标准”。

检测系统可以设定相应的阈值，在阈值之内的属于精品，阈值之外的属于一般产品。综合对各项参数指标的结果来权衡每个机台印刷产品的好坏。

操作工人使用时，通过离线抽检设备对抽样的产品进行检测。当印刷机进入稳定状态后，每间隔一定时间抽取一张产品。离线抽检设备通过局域网按照检测前输入的机台信息将检测数据发送到相对应机器的看相台上，机台操作人员根据检测结果对印刷机做调整。每个机台的产品检测结果都存储在数据库内，数据处理时，按照精品率的评价标准给每个机台制定处奖惩措施，以促进精品率的提高。

通过制定产品质量评定标准，对印刷产品质量控制从以前的定性分析转向定量分析，利用统计学的方法来评价产品质量，这也遵循了客观规律，消除了以前人为进行判断的弊病。

鉴于对印刷质量管理的分析，废品通常产生于生产印刷过程中，因此如果在印刷过程中，引入在线检测功能，不论是从成本角度（实时监控连废与墨色,避免最直接的损失），还是从工艺链角度（原先的工艺保持不变，避免增加新的工艺环节带来的时间与经济成本）均是最优的。

安装在线检测系统需要注意的问题：

1、安装位置与空间的问题，由于在线检测系统均是安装在印刷机上，而这些设备在设计时并没有考虑过检测设备的安装问题，因此这是首要问题。通过我们对目前海德堡、罗兰、小森、海德堡等相关机型的了解，均找到了合适的安装方案。

2、维护问题，视觉检测设备是通过光学成像成数字图像的方式进行检测的。其要求整个光路无污染，电子设备工作在一定温度范围内，而现场环境往往是粉尘严重污染的环境。这些问题我们均得到了巧妙的解决。

3、效率问题，效率决定了产量，单位时间的产量决定了利润。这是最重要的问题。比如，一般单张胶印机的机速在12000-15000张/时之间，单张产品的数据量为500M左右，这样就相当于在250ms内处理500M的数据，这是一个非常大的挑战。我们在算法层面做了极度优化，速度可满足18000张/时。

4、稳定性问题，这是人们最关心的问题，程序的不稳定会导致诸多问题。如漏废，频繁停机及时间成本等问题。我们的系统在重新设计时，采用多种方法进行监控，避免程序的不稳定。

5、易用性问题，实际印刷生产过程中，操作人员是非常忙碌的，特别是转产频率非常高。且转产时间也比较长，这样如果系统难于使用，无形中增加了时间成本。目前检测系统转产只需要1-2分钟。

6、废品如何分拣的问题，实际的生产过程是连续印刷的过程，偶发的缺陷，频繁停机会影响效率，但连续废必须停机，不然在线检测的作用将大打折扣。

另外一般的印刷设备只有一个仓位，废品如何与好品进行区别，是最大的问题。我们采用对产品进行插标的方式，保证其唯一性。同时连续废在线报警提示，插标、停机处理，其余的废品以打印报告的形式，在后工艺将废品分拣出来。

印刷行业自金融危机以后特别是疫情以来，一直在进行行业调整和整合。印刷行业自身必须通过提高生产效率，降低人力成本来提升自身的竞争力，这个观点已经得到了大家的公认。

中国将在未来的几年内达到人工结构变化的转折点，有效劳动力数量减少是所有企业尤其是沿海的企业必须要考虑的问题，另外从规模化的生产要求来讲，必须提升生产的自动化水平。

从整个印刷工序来讲，质量控制点前移，重点就应该放在印刷工序。

苏州佰视元技术有限公司愿意将20年的过程控制经验分享给广大客户，共可时艰，携手前行！欢迎广大客户、行业专家光临洽谈、合作！