基于面阵相机的印刷品在线成像系统及方法

1.一种基于面阵相机的印刷品在线成像系统，其特征是包括：
一个面阵相机（1），该面阵相机（1）的成像镜头正对着印刷品；
一个第一运动机构（2），该第一运动机构（2）与印刷品两者的运动方向保持一致；
一个伺服电机（3），该伺服电机（3）用于驱动第一运动机构（2）；
一个光电编码器（4），该光电编码器（4）通过光电转换将印刷品的传输辊（7）或印刷辊（8）的角速度ω转换成脉冲或数字量；
以及，一个伺服控制器（5），该伺服控制器（5）通过光电编码器（4）反馈的传输辊（7）或印刷辊（8）的角速度ω计算得到对应辊面的线速度v线，进而控制伺服电机（3）驱动第一运动机构（2）与印刷品的设定区域实现同步运动；
其中，上述的面阵相机（1）固定至第一运动机构（2）上，并与其作同步动作；上述伺服电机（3）的输出轴与第一运动机构（2）相传动连接；上述伺服控制器（5）与光电编码器（4）以及伺服控制器（5）与伺服电机（3）均信号连接，且光电编码器（4）安装至印刷机的印刷辊（8）或传输辊（7）上；
另外基于面阵相机的印刷品在线成像系统还包括一个第二运动机构（6），该第二运动机构（6）与印刷品两者的运行方向保持垂直；上述第一运动机构（2）活动连接至第二运动机构（6）上，且沿着第二运动机构（6）的运动方向能够进行往复调节；
上述第一运动机构（2）包括：
一个第一导轨支架（2-1），在所述第一导轨支架（2-1）上铰接有一对皮带轮（2-2），该对皮带轮（2-2）的轮中心点位于同一条直线上，且直线方向与印刷品的直线输送方向保持平行；
一条传动皮带（2-3），该传动皮带（2-3）传动套接至上述一对皮带轮（2-2）上；
以及，一个固定至传动皮带（2-3）上的滑块（2-4），该滑块（2-4）上形成有面阵相机（1）固定位；
其中，上述一对皮带轮（2-2）中的任意一个与前述中的伺服电机（3）相传动连接，且该伺服电机（3）固定至上述的第一导轨支架（2-1）上；
第二运动机构（6）包括：
一个第二导轨支架（6-1），在所述第二导轨支架（6-1）设有一对转动轴承座（6-2），该对转动轴承座（6-2）的轴承中心点位于同一条直线上，且直线方向与印刷品的直线输送方向保持垂直；
一条丝杆（6-3），该丝杆（6-3）的两端分别衬套至对应的一个转动轴承座（6-2）内；
一个滑台（6-4），在上述丝杆（6-3）转动过程中该滑台（6-4）能够沿着丝杆（6-3）的轴线方向进行直线移动；
以及，一个电机（6-5），该电机（6-5）与上述丝杆（6-3）相传动连接；
其中，前述的第一导轨支架（2-1）固定至上述滑台（6-4）上。
2.一种如权利要求1所述的基于面阵相机的印刷品在线成像系统的在线成像方法，其特征是包括如下步骤：
一、光电编码器（4）通过光电转换将印刷品的传输辊（7）或印刷辊（8）的角速度ω转换成脉冲或数字量反馈至伺服控制器（5）的步骤；
二、伺服控制器（5）通过光电编码器（4）反馈的传输辊（7）或印刷辊（8）的角速度ω计算得到对应辊面的线速度v线，进而控制伺服电机（3）驱动第一运动机构（2），促使面阵相机（1）与印刷品的设定区域实现同步运动的步骤；
三、面阵相机（1）与印刷品同步运动的情况下完成拍摄操作的步骤；
其中控制面阵相机与印刷品的设定区域实现同步运动的具体步骤如下：
a、在印刷品的运动轨迹上预设一个指定位置，并标记为O1的步骤；
b、伺服控制器（5）通过光电编码器（4）反馈的传输辊（7）或印刷辊（8）的角速度ω计算印刷辊（8）实际转过角度值从而对印刷品上需成像的设定区域中心点O2进行实时追踪，并计算该需成像的设定区域中心点O2距离步骤a中指定位置O1的直线距离S1的步骤；
c、伺服控制器（5）通过光电编码器（4）反馈的传输辊（7）或印刷辊（8）的角速度ω计算得到对应辊面的线速度v1 ，并计算得到步骤b中需成像的设定区域中心点O2运动至步骤a中指定位置O1的耗时t1的步骤；
d、伺服控制器（5）计算第一运动机构（2）上面阵相机（1）的镜头中心点O3距离步骤a中指定位置O1的直线距离S2 ，并在设定第一运动机构（2）的运动速度为V2的情况下，计算得到该第一运动机构（2）上面阵相机（1）的镜头中心点O3动至指定步骤a中指定位置O1的耗时t2的步骤，其中t2＞t1；
e，伺服驱动器计算t2与t1两者的时间差值t△，控制前述中的伺服电机（3）按该时间差值
t△提前驱动第一运动机构（2），促使面阵相机（1）的镜头中心点O3与印刷品的设定区域中心点O2同步到达步骤a中指定位置O1 ，之后伺服控制器控制面阵相机（1）与印刷品实现同步运动的步骤。

基于面阵相机的印刷品在线成像系统及方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种印刷品在线成像系统，特别是一种基于面阵相机的印刷品在线成像系统，以及一种基于面阵相机的印刷品在线成像方法。\n背景技术\n[0002] 先进的印刷机，其印刷速度普遍达到了200米/分钟，甚至更高。高速度给印刷品的在线质量检测带来了极大的挑战，具体表现为：\n[0003] 首先，高速印刷情况下，图像的采集困难；\n[0004] 其次，高速印刷情况下，一旦出现质量问题，将会是连续的，大面积的报废；\n[0005] 再者，印刷机需要很精确的张力控制，使得无法在印刷过程中对印刷品进行采样；\n[0006] 最后，在放卷→印刷→收卷的印刷过程中，如果无法对产品进行有效的质量监测，一旦存在印刷问题，那么所有的印刷品都将报废。\n[0007] 目前，现有的的印刷品在线检测方案有以下三种：\n[0008] 1、基于频闪仪器的质量检测；通过同步频闪仪和印刷机,在印刷品到特定位置时（比如每一个产品长度）给一次短而急促的闪光，操作人员直接观察印刷品表面，可以在连续印刷的过程中看到静止的印刷面，该方案实现简单，成本低，但是需要质保人员具备丰富的经验，同时存在以下问题：\n[0009] 1.1、质保人员必须通过肉眼直接观察,在连续闪光的情况下,短时间内就会出现视觉疲劳；\n[0010] 1.2、临时性的成像，无法进行全面的观察；\n[0011] 1.3、由于频闪仪和印刷机很难做到真正意义上的同步，两者总是存在一定的误差，因此质保人员肉眼观察到的印刷面会产生连续的漂移，无法观测到细节。\n[0012] 2、基于线阵相机的成像系统，该方案是用线阵相机作为印刷品的图像采集设备，通过安装在印刷机上的编码器，采集连续的像素行，最后通过采集卡对图像进行拼接，并在显示器上进行显示。该方案存在以下问题：\n[0013] 2.1、设备成本高，4000像素的线阵相机价格大约在3-4万元；\n[0014] 2.2、成像面积小，4000像素，如果按照质量控制要求0.05毫米，其面积只有4厘米；\n[0015] 2.3、高速印刷下，精度无法达到要求，按照之前提到的20000行/秒的线阵相机在拍摄200米/分钟的印刷品时，每一个像素精度对应印刷品上0.167毫米，远远无法满足0.05毫米（5丝）的质量控制要求。\n[0016] 3、基于面阵相机配合闪光控制的成像系统，该方案存在以下问题：\n[0017] 3.1、由于通常面阵相机的快门速度在1000分之一秒左右，极少专业相机能达到\n10000分之一秒，按照200米/分钟，即3.3米/秒的印刷速度，就算是10000分之一秒的快门速度，快门打开的时间内，印刷纸张已经产生了0.33毫米的位移，远远无法满足0.05毫米的质量控制精度；同时通过闪光装置（例如闪光灯）的闪光时间曝光，常用的闪光设备其闪光时间在1/1000到1/3000秒，同上一条描述,这样的曝光时间无法满足要求；近年来，专业的闪光灯可以达到1/10000秒，甚至是1/20000秒，这样的闪光设备价格不菲，并且标称为1/\n20000之一秒的闪光设备，其实是指其亮度超过最高亮度50%以后到亮度降低到最高亮度\n50%之前的这段时间间隔，但在实际的应用中，亮度低于最高亮度50%的这段时间通常是超过50%这段时间的两倍，这段时间的闪光也会在面阵相机的传感器上成像，从而造成相片模糊；如某品牌闪光灯闪光持续时间表示为——闪光持续时间t=0.5：1/2000S，那该闪光灯真正的发光时间是3/2000S，大约在1/700S。导致，上述面阵相机对印刷品进行拍摄时，由于印刷品的高速运动，成像非常模糊；\n[0018] 3.2、由于快门时间不好把握，无法对被拍摄印刷品的位置进行定位，导致很多重复位置的抓拍，加大质量控制的难度。\n发明内容\n[0019] 本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种基于面阵相机的印刷品在线成像系统。\n[0020] 为了实现上述目的，本发明所设计的一种基于面阵相机的印刷品在线成像系统，其包括：\n[0021] 一个面阵相机，该面阵相机的成像镜头正对着印刷品；\n[0022] 一个第一运动机构，该第一运动机构与印刷品两者的运动方向保持一致；\n[0023] 一个伺服电机，该伺服电机用于驱动第一运动机构；\n[0024] 一个光电编码器，该光电编码器通过光电转换将印刷品的传输辊或印刷辊的角速度ω转换成脉冲或数字量；\n[0025] 以及，一个伺服控制器，该伺服控制器通过光电编码器反馈的传输辊或印刷辊的角速度ω计算得到对应辊面的线速度v线，进而控制伺服电机驱动第一运动机构与印刷品或印刷品的设定区域实现同步运动；\n[0026] 其中，上述的面阵相机固定至第一运动机构上，并与其作同步动作；上述伺服电机的输出轴与第一运动机构相传动连接；上述伺服控制器与光电编码器以及伺服控制器与伺服电机均信号连接，且光电编码器安装至印刷机的印刷辊或传输辊上。\n[0027] 上述一种基于面阵相机的印刷品在线成像系统，因为面阵相机拍摄过程中，面阵相机和印刷品是相对静止的，所以能够获得非常清晰的成像图片。\n[0028] 为了方便第一运动机构整体在印刷品运动方向相垂直的方向上能够进行位置调整，从而使得第一运动机构上面阵相机的镜头在印刷品运动方向相垂直的方向上能够进行位置调节，改变面阵相机镜头所对的印刷品区域，即改变面阵相机的成像区域，上述一种基于面阵相机的印刷品在线成像系统，其还包括一个第二运动机构，该第二运动机构与印刷品两者的运行方向保持垂直；上述第一运动机构活动连接至第二运动机构上，且沿着第二运动机构的运动方向能够进行往复调节。\n[0029] 作为一种优选，上述第一运动机构包括：一个第一导轨支架，在所述第一导轨支架上铰接有一对皮带轮，该对皮带轮的轮中心点位于同一条直线上，且直线方向与印刷品的直线输送方向保持平行；一条传动皮带，该传动皮带传动套接至上述一对皮带轮上；以及，一个固定至上传动皮带上的滑块，该滑块上形成有面阵相机固定位；其中，上述一对皮带轮中的任意一个与前述中的伺服电机相传动连接，且该伺服电机固定至上述的第一导轨支架上。\n[0030] 上述第二运动机构包括：一个第二导轨支架，在所述第二导轨支架设有一对转动轴承座，该对转动轴承座的轴承中心点位于同一条直线上，且直线方向与印刷品的直线输送方向保持垂直；一条丝杆，该丝杆的两端分别衬套至对应的一个转动轴承座内；一个滑台，在上述丝杆转动过程中该滑台能够沿着丝杆的轴线方向进行直线移动；以及，一个电机，该电机与上述丝杆相传动连接；其中，前述的第一导轨支架固定至上述滑台上。\n[0031] 同时，本发明中还提供了一种基于面阵相机的印刷品在线成像方法，其具体包括如下步骤：\n[0032] a、光电编码器通过光电转换将印刷品的传输辊或印刷辊的角速度ω转换成脉冲或数字量反馈至伺服控制器的步骤；\n[0033] b、伺服控制器通过光电编码器反馈的传输辊或印刷辊的角速度ω计算得到对应辊面的线速度v线，进而控制伺服电机驱动第一运动机构，促使面阵相机与印刷品或印刷品的设定区域实现同步运动的步骤；\n[0034] c、面阵相机与印刷品同步运动的情况下完成拍摄操作的步骤。\n[0035] 作为一种优选，一种基于面阵相机的印刷品在线成像方法，其控制面阵相机与印刷品的设定区域实现同步运动的具体步骤如下：\n[0036] a、在印刷品的运动轨迹上预设一个指定位置，并标记为O1的步骤；\n[0037] b、伺服控制器通过光电编码器反馈的传输辊或印刷辊的角速度ω计算印刷辊实际转过角度值从而对印刷品上需成像的设定区域中心点O2进行实时追踪，并计算该需成像的设定区域中心点O2距离步骤a中指定位置O1的直线距离S1的步骤；\n[0038] c、伺服控制器通过光电编码器反馈的传输辊或印刷辊的角速度ω计算得到对应辊面的线速度v线，并计算得到步骤b中需成像的设定区域中心点O2运动至步骤a中指定位置O1的耗时t1的步骤；\n[0039] d、伺服控制器计算第一运动机构上面阵相机的镜头中心点O3距离步骤a中指定位置O1的直线距离S2，并在设定第一运动机构的运动速度为V第一运动机构的情况下，计算得到该第一运动机构上面阵相机的镜头中心点O3动至指定步骤a中指定位置O1的耗时t（2 t2＞t1）的步骤；\n[0040] e，e，伺服驱动器计算t2与t1两者的时间差值t△，控制前述中的伺服电机按该时间差值t△提前驱动第一运动机构，促使面阵相机1的镜头中心点O3与印刷品的设定区域中心点O2同步到达步骤a中指定位置O1，之后伺服控制器控制面阵相机与印刷品实现同步运动的步骤。\n[0041] 本发明得到的一种基于面阵相机的印刷品在线成像系统，其在印刷设备上具体应用后，因为面阵相机拍摄过程中，面阵相机和印刷品是相对静止的，因此面阵相机只要根据拍摄环境明的亮度来自适应控制闪光灯，就能够获得非常清晰的成像图片，方便对印刷设备的印刷效果进行实时监控，从而保证印刷设备的印刷效果。\n附图说明\n[0042] 图1是实施例1所提供一种基于面阵相机的印刷品在线成像系统的结构示意图；\n[0043] 图2是实施例1中伺服控制器工作原理示意图；\n[0044] 图3是实施例2所提供一种基于面阵相机的印刷品在线成像系统的结构示意图；\n[0045] 图4是实施例2中第二运动机构的结构示意图。\n[0046] 图中：面阵相机1、第一运动机构2、第一导轨支架2-1、皮带轮2-2、传动皮带2-3、滑块2-4、伺服电机3、光电编码器4、伺服控制器5、第二运动机构6、第二导轨支架6-1、转动轴承座6-2、丝杆6-3、滑台6-4、电机6-5、传输辊7、印刷辊8。\n具体实施方式\n[0047] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。\n[0048] 实施例1：\n[0049] 如图1和图2所示，本实施例中所提供的一种基于面阵相机的印刷品在线成像系统，其包括：\n[0050] 一个面阵相机1，该面阵相机1的成像镜头正对着印刷品；\n[0051] 一个第一运动机构2，该第一运动机构2包括：一个第一导轨支架2-1，在所述第一导轨支架2-1上铰接有一对皮带轮2-2，该对皮带轮2-2的轮中心点位于同一条直线上，且直线方向与印刷品的直线输送方向保持平行；一条传动皮带2-3，该传动皮带2-3传动套接至上述一对皮带轮2-2上；以及，一个固定至上传动皮带2-3上的滑块2-4，该滑块2-4上形成有面阵相机1固定位；\n[0052] 一个伺服电机3，该伺服电机3与上述任意一个的皮带轮2-2相传动连接，且该伺服电机3固定至上述的第一导轨支架2-1上；\n[0053] 一个光电编码器4，该光电编码器4固定至印刷品的传输辊7的一侧，且通过光电转换将对应的传输辊7的角速度ω转换成脉冲信号；\n[0054] 以及，一个伺服控制器5，该伺服控制器5通过光电编码器4反馈的传输辊7的角速度ω计算得到对应辊面的线速度v线，进而控制伺服电机3驱动第一运动机构2以同样速度运行，确保第一运动机构2上的面阵相机1与印刷品两者实现同步运动；\n[0055] 其中，上述的面阵相机1固定至第一运动机构2上，并与其作同步动作；上述伺服控制器5与光电编码器4以及伺服控制器5与伺服电机3均信号连接。\n[0056] 上述一种基于面阵相机的印刷品在线成像系统，因为面阵相机1拍摄过程中，面阵相机1和印刷品是相对静止的，所以能够获得非常清晰的成像图片。\n[0057] 同时，本实施例中还提供了一种基于面阵相机的印刷品在线成像方法，其具体包括如下步骤：\n[0058] a、光电编码器4通过光电转换将印刷品的传输辊7的角速度ω转换成脉冲信号反馈至伺服控制器5的步骤；\n[0059] b、伺服控制器5通过光电编码器4反馈的传输辊7的角速度ω计算得到对应辊面的线速度v线，进而控制伺服电机3驱动第一运动机构2，促使面阵相机1与印刷品实现同步运动的步骤；\n[0060] c、面阵相机1与印刷品同步运动的情况下完成拍摄操作的步骤。\n[0061] 实施例2：\n[0062] 本实施例中所提供的一种基于面阵相机的印刷品在线成像系统及方法，其中的一种基于面阵相机的印刷品在线成像系统与实施例1大体相一致，但是当通过预先在印刷品的运动轨迹上设定一个指定位置，并标记为O1的情况下，本实施例中所述的伺服控制器5能够通过光电编码器4反馈的传输辊7或印刷辊8的角速度ω计算印刷辊8实际转过角度值从而对印刷品上需成像的设定区域中心点O2进行实时追踪，并计算该需成像的设定区域中心点O2距离上述指定位置O1的直线距离S1，并计算上述需成像的设定区域中心点O2运动至指定位置O1的耗时t1，其还能够计算第一运动机构2上面阵相机1的镜头中心点O3距离上述指定位置O1的直线距离S2，并在设定第一运动机构2的运动速度为V2的情况下，计算得到该第一运动机构2上面阵相机1的镜头中心点O3动至指定位置O1的耗时t（2 t2＞t1），最后，上述伺服驱动器计算t2与t1两者的时间差值t△，控制伺服电机3按该时间差值t△提前驱动第一运动机构2，促使面阵相机1的镜头中心点O3与印刷品的设定区域中心点O2同步到达上述指定位置O1，此后伺服控制器5就控制上述面阵相机1与印刷品实现同步运动。\n[0063] 本实施例中所提供的一种基于面阵相机的印刷品在线成像方法，其成像方法具体包括以下步骤：\n[0064] a、在印刷品的运动轨迹上预设一个指定位置，并标记为O1的步骤；\n[0065] b、伺服控制器5通过光电编码器4反馈的传输辊7的角速度ω计算印刷辊8实际转过角度值从而对印刷品上需成像的设定区域中心点O2进行实时追踪，并计算该需成像的设定区域中心点O2距离步骤a中指定位置O1的直线距离S1的步骤；\n[0066] c、伺服控制器5通过光电编码器4反馈的传输辊7的角速度ω计算得到对应辊面的线速度v1，并计算得到步骤b中需成像的设定区域中心点O2运动至步骤a中指定位置O1的耗时t1的步骤；\n[0067] d、伺服控制器5计算第一运动机构2上面阵相机1的镜头中心点O3距离步骤a中指定位置O1的直线距离S2，并在设定第一运动机构2的运动速度为V2的情况下，计算得到该第一运动机构2上面阵相机1的镜头中心点O3动至指定步骤a中指定位置O1的耗时t（2 t2＞t1）的步骤；\n[0068] e，伺服驱动器计算t2与t1两者的时间差值t△，控制前述中的伺服电机3按该时间差值t△提前驱动第一运动机构2，促使面阵相机1的镜头中心点O3与印刷品的设定区域中心点O2同步到达步骤a中指定位置O1，之后伺服控制器控制面阵相机1与印刷品实现同步运动的步骤。\n[0069] 实施例3：\n[0070] 本实施例中所提供的一种基于面阵相机的印刷品在线成像系统，为了方便第一运动机构2整体在印刷品运动方向相垂直的方向上能够进行位置调整，从而使得第一运动机构2上面阵相机1的镜头在印刷品运动方向相垂直的方向上能够进行位置调节，改变面阵相机1镜头所对的印刷品区域，即改变面阵相机1的成像区域，上述一种基于面阵相机的印刷品在线成像系统，如图3和图4所示，本实施例中所提供一种基于面阵相机的印刷品在线成像系统，其还包括一个第二运动机构6，该第二运动机构6与印刷品两者的运行方向保持垂直；上述第一运动机构2活动连接至第二运动机构6上，且沿着第二运动机构6的运动方向能够进行往复调节。\n[0071] 上述第二运动机构6包括：一个第二导轨支架6-1，在所述第二导轨支架6-1设有一对转动轴承座6-2，该对转动轴承座6-2的轴承中心点位于同一条直线上，且直线方向与印刷品的直线输送方向保持垂直；一条丝杆6-3，该丝杆6-3的两端分别衬套至对应的一个转动轴承座6-2内；一个滑台6-4，在上述丝杆6-3转动过程中该滑台6-4能够沿着丝杆6-3的轴线方向进行直线移动；以及，一个电机6-5，该电机6-5与上述丝杆6-3相传动连接；其中，前述的第一导轨支架2-1固定至上述滑台6-4上。