基于JDF的印品缺陷糾正與管理系統

何萬斌+吳永飛+湯樹海+段華偉

在印刷過程中，印刷缺陷不可避免，快速的缺陷檢測與糾正對印后以及印刷質量管理非常重要。傳統的人工缺陷檢測由于視覺生理機制的限制，無法持續地實現快速和準確的缺陷檢測和糾正，因此需要進行基于機器視覺的缺陷檢測、快速的在線實時缺陷糾正以及綜合性的缺陷管理。我公司以煙包印刷業務為主，針對煙包印刷缺陷進行了前期研究，確定了刀絲、色差和套印誤差3類常見的印刷缺陷，仔細研究了缺陷的產生原因，并設計了一種基于JDF的印品缺陷糾正與管理系統，通過數據共享，提高缺陷管理的信息化水平和自動化生產水平。

系統設計

1.系統結構

該系統主要由糾正系統、噴碼系統、警報系統、Web管理系統和數據庫系統組成（結構圖如圖1所示），其中缺陷糾正系統由刀絲、色差和套印誤差糾正3個子系統組成。

2.模塊化設計

該系統采用模塊化設計，可在模塊內進行優化，系統升級時只需添加或修改模塊，通過配置文件實現系統的靈活性和可擴展性，無需進行整個系統的修改。主要體現在以下3方面。

（1）缺陷檢測、缺陷處理和機器驅動的分離，3個模塊之間僅傳遞必要的參數，具體的實現和管理由該模塊在內部處理。

（2）數據庫存儲和基于數據的應用分離，數據庫中存儲了印刷缺陷以及糾正機構、設備、印品后期處理結果反饋等數據，這些數據以最原始的狀態存在于數據庫中，上層的應用通過數據庫接入層獲取具體數據。

（3）通過目錄和配置執行回調操作。

3. 缺陷信息結構

本文對3類缺陷進行了分類，為便于存儲和處理缺陷，將正常的印品狀態一起存儲，因此本研究中共有4種狀態，即刀絲、色差、套印缺陷以及正常，僅需2位即可完成存儲，具體編碼與參數如表1所示，其中缺陷參數作為糾正機構操作的輸入。為便于系統擴展，需要將該編碼進行封裝，如果需要添加新的缺陷處理，僅需操作這一部分，暫時不設置預留位，避免空間浪費。

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，確定下一步需要執行的操作，然后發出調用具體函數的指令，并傳遞對應參數。

糾正機構的實現

本研究設計的糾正機構主要針對缺陷解析模塊給出的指令和參數，設計相應的機械和電氣控制機構，實現對印刷缺陷的實時糾正。

1.刀絲糾正機構

產生刀絲的原因有多方面，包括刮墨刀的材質、形狀、磨損情況以及油墨的屬性等，但我們通過對刀絲進行研究后發現，在實際印刷生產中，當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，本研究設計的刀絲糾正裝置主要解決刮墨刀運行一段時間后的角度誤差問題，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，刀絲糾正機構會發出電機驅動信號，使刮墨刀安裝座轉動對應的角度，從而改變刮墨刀角度。由于刮墨刀機構的安裝精度對刮墨刀角度的調整具有重要影響，刀絲糾正機構會在運行一段時間后，定期檢測刮墨刀底部的水平度，以確保刮墨刀角度的正確糾正。

2.色差糾正機構

色差糾正機構由墨量糾正和刀絲糾正兩部分組成，根據色差產生的原因采取對應的糾正方法。

墨量糾正部分由油墨黏度計和墨泵組成，當缺陷解析模塊向色差控制器傳入的參數標示色差存在時，色差糾正機構會比較油墨當前的黏度值以及正常印刷時的黏度值，如果兩者之間的差異超出正常范圍，則判斷為因油墨儲量少而引起的色差，色差糾正機構會發出驅動信號，啟動墨泵，增加墨槽的油墨儲量；如果兩者之間的誤差在允許范圍內，則判斷為因印版網穴儲墨量發生變化而引起的色差，色差糾正機構會向刮墨刀角度調節電機發出驅動信號，微調刮墨刀角度，使印版網穴儲墨量略微改變。

值得一提的是，由于油墨的屬性及印品的需求不同，我們會對正常印刷時的油墨黏度值進行動態更新，以確保色差糾正機構在判斷色差原因時做出正確的糾正決策。

3.套印誤差糾正機構

套印誤差的處理涉及到CMYK4個印版的調節，調節參數包括位移和角度，這些參數的值由缺陷解析模塊傳入。為提高缺陷糾正的實時性，本研究對4個印版的調節采取并行方式。由于4個印版糾正機構的機械和電氣控制機構相似，因此4個印版調節所需時間近似相等，即使在4個印版都需要調節的極端情況下，整個套印誤差的糾正時間也只是1個印版的調節時間。雖然印版調節需要橫向和縱向兩個方向的調節，需要相同的4套糾正機構，與1套糾正機構調節4個印版相比，增加了一定的設備成本，但這種以設備換時間的方法，可以提高糾正機構的整體工作效率。

噴碼系統的實現

傳統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時速度，特別設計了噴碼系統。

噴碼系統的噴碼操作在糾正系統控制器完成糾正的同時，異步操作完成。為更加高效地對缺陷處理進行管理，本研究采用噴碼索引的方式進行操作。噴碼索引主要包括兩部分，一是印品上的噴碼，二是數據庫中對應的缺陷信息。噴碼的內容根據缺陷類型，按表1進行操作，簡潔的噴碼有利于提高缺陷處理速度，而存儲在數據庫中的缺陷信息可以長時間保存，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據共享服務的一部分繼續使用。

警報系統的實現

本研究設計的警報系統主要包括兩種，一種是缺陷處理提醒，另一種是停機要求。

缺陷處理提醒是指在系統檢測到印品有缺陷時，根據缺陷類型發出相應的警報聲音，以此通知相應的生產人員對這些缺陷印品做進一步處理。

停機要求是指在3種情況下需要及時停機，即某一次檢測到的缺陷過于嚴重，設備已經不能繼續運轉；出現周期性誤差；某種缺陷持續出現超過一定時間。在停機要求中，只有第一種情況是實時檢測的結果，另外兩種情況都需要控制器做一定統計，然后根據統計結果做出停機要求。

數據共享服務的實現

由于缺陷檢測與糾正同生產環境的光照、承印材料等都有適應性聯系，因此檢測的準確度和糾正的精確度依賴于實際生產中的這些參數。本研究以數據共享的方式為檢測算法和糾正機構提供必要的數據支持，使得糾正操作參數可以更快地發現并糾正缺陷。

設備的運轉情況也是影響印品質量的重要因素之一，印品缺陷糾正與管理系統將設備的糾正信息及操作相應地記錄在數據庫中，以方便設備管理，同時可以預防因設備老化或者設置不當而引起的印品缺陷。

由于印品缺陷糾正與管理系統只是作為印刷質量及管理信息系統的一個組件，因此有必要為系統的其他組件或者服務提供數據服務。為此，本研究設計了一個獨立的數據庫配置、訪問和服務管理層，用來解析JDF文檔中的數據、存儲其他組件的數據請求以及管理基于該數據庫的服務。

由于數據存儲在數據庫服務器中，為遠程或者移動訪問帶來了不便，為此本研究提供了基于Web的訪問接口，采用瀏覽器/服務器模式對外提供數據服務，而數據庫中的數據為印品缺陷或者設備及生產環境的原始數據，采用MVC模式來分離數據及服務，其中服務包括界面和控制器兩個部分，由實際需求定制開發，如生產統計報表、設備運轉監控和配置等。

印品缺陷的及時和準確處理，是印刷質量的又一重要保障，我公司根據缺陷分類結果設計的糾正機構能實現在線實時糾正，以及對缺陷的后續處理，同時結合JDF實現缺陷糾正和管理以及印刷系統的整合。相信隨著信息化和自動化技術的逐漸應用，結合機械技術的印品缺陷糾正與管理，會更加實時和智能化。endprint