摘"要：為解決當(dāng)前目測或色差儀檢驗卷煙商標(biāo)紙色差過程中存在的人工工作量大、效率及準(zhǔn)確性低的問題，研究一種商標(biāo)紙色差自動檢測方法，并設(shè)計和制造了色差自動檢測裝置。通過掃碼器自動識別牌號或選擇單牌號模式，適用于不同規(guī)格商標(biāo)紙。該裝置經(jīng)過在用商標(biāo)紙的實際測試：單點檢測效率提高了11倍，檢測的穩(wěn)定性優(yōu)于人工檢測。其可用于卷煙生產(chǎn)企業(yè)控制產(chǎn)品外包裝質(zhì)量，也可用于供貨商材料質(zhì)量檢測。

關(guān)鍵詞：商標(biāo)紙；色差；檢測方法

中圖分類號：TP277""文獻標(biāo)志碼：B""文章編號：1671-5276（2024）02-0271-03

Development of Automatic Detection Device for Color Difference

of Trademark Paper

DING Qiang，LIU Jun，ZHENG Huaileng

（Guangzhou Cigarette Factory，China Tobacco Guangdong Industrial Co.，Ltd.，Guangzhou 510385，China）

Abstract：To reduce the heavy manual workload and improve the low efficiency and accuracy in the process of checking the color difference of cigarette label paper by visual or color difference meter， this paper studies an automatic color difference detection method of cigarette label paper， and designs and implements an automatic color difference detection device. By scanner， brands are automatically identified or a single brand mode is selected， which applies to different specifications of trademark paper. The device tested in actual trademark paper proves that the efficiency of single point detection is increased by 11 times， and the stability of detection is better than manual detection， which can be used for cigarette manufacturers to control the quality of product packaging， as well as for supplier material quality inspection.

Keywords：trademark paper；color difference；detection method

0"引言

卷煙商標(biāo)紙色差是指在印刷品輸出過程中，由于印刷原材料和印刷工藝等原因造成的印刷品與原稿之間存在的顏色差異。目前，商標(biāo)紙色差評價主要依靠目測和色差儀分析。目測作為直觀定性的鑒別方法，無法提供具體數(shù)據(jù)分析，認(rèn)定過程偏主觀。若采用傳統(tǒng)色差儀，則存在以下問題：1）商標(biāo)紙數(shù)量多，人工檢測工作量大、效率低；2）為加快檢測速度而減少檢測點，檢測準(zhǔn)確率降低；3）每一牌號均需人工選擇，容易出錯且效率低。針對上述問題，李超等［1］開發(fā)了一種基于機器視覺識別的色差檢測裝置，對高光性鐳射商標(biāo)紙色差進行檢測，但僅適用于高光性鐳射商標(biāo)紙；郭麗娟等［2］對比了近紅外和色差儀對商標(biāo)色差分析的優(yōu)劣，為卷煙商標(biāo)紙色差檢測提供了理論依據(jù)；楊冬梅等［3］提出了一套針對商標(biāo)紙脫色性能進行檢測的裝置設(shè)計方案，并對軟包商標(biāo)紙脫色性能的上機適應(yīng)性進行了預(yù)測。本文基于自動控制技術(shù)設(shè)計一種商標(biāo)紙色差自動檢測裝置，從而實現(xiàn)色差自動檢測，以提高檢驗的效率及準(zhǔn)確性，為供應(yīng)商保障材料質(zhì)量及卷煙生產(chǎn)企業(yè)控制產(chǎn)品外包裝質(zhì)量提供支持。

1"系統(tǒng)設(shè)計

1.1"工作原理

商標(biāo)紙色差自動檢測裝置由檢測裝置本體、顯示界面、狀態(tài)指示燈、急停按鈕等構(gòu)成。

本裝置工作時首先對牌號參數(shù)進行設(shè)置，輸入牌號名稱、牌號條形碼、采樣點坐標(biāo)、吸紙位置坐標(biāo)、NG標(biāo)記位置坐標(biāo)、掃碼起始位置坐標(biāo)等參數(shù)，對標(biāo)準(zhǔn)樣板的預(yù)設(shè)采樣點進行顏色取樣［4］，完成牌號參數(shù)設(shè)置。商標(biāo)紙色差開始檢測時，將待檢測商標(biāo)紙放入料倉中，驅(qū)動電機驅(qū)動料倉的頂升機構(gòu)上升至位置檢測開關(guān)處，條碼掃碼器自動識別牌號，驅(qū)動組件驅(qū)動顏色采樣機構(gòu)運行至預(yù)設(shè)的采樣點處，顏色采集器下降至待測商標(biāo)紙?zhí)庍M行顏色數(shù)據(jù)采集，工控機接收顏色數(shù)據(jù)，計算出每個采樣點與標(biāo)準(zhǔn)樣品的色差，根據(jù)預(yù)設(shè)的誤差范圍判定待測商標(biāo)紙是否合格。

1.2"檢測方法

卷煙商標(biāo)紙色差自動檢測裝置實現(xiàn)了商標(biāo)紙色差的自動化檢測，同時具備適應(yīng)不同規(guī)格的條盒及小盒商標(biāo)紙，單次連續(xù)檢測的容量達400張。為了適應(yīng)不同的檢測需求，設(shè)計了兩種商標(biāo)紙色差自動檢測的方法，以進一步增加色差檢測的準(zhǔn)確性。

1）標(biāo)準(zhǔn)樣件預(yù)檢

方法一，通過檢測裝置獲取待測品牌商標(biāo)紙標(biāo)準(zhǔn)樣件（以下簡稱樣件）中所有像素點（即設(shè)備檢測坐標(biāo)點位）的顏色數(shù)據(jù)，得到樣件顏色數(shù)據(jù)集；將樣件顏色數(shù)據(jù)集中顏色數(shù)據(jù)相同的像素點組成像素組，將樣件顏色數(shù)據(jù)集進行劃分得到多個像素組。

方法二，根據(jù)工藝需求在商標(biāo)紙樣件上設(shè)定適量的檢測點，設(shè)定每一個檢測點的坐標(biāo)值，通過檢測裝置獲取每一個預(yù)設(shè)點的顏色標(biāo)準(zhǔn)值，形成牌號參數(shù)表，作為待測商標(biāo)紙色差分析基準(zhǔn)值。

2）色差數(shù)據(jù)檢測

方法一，在待測品牌商標(biāo)紙（以下簡稱待測件）中進行采樣，獲取待測件中對應(yīng)采樣點的顏色數(shù)據(jù)，得到待測件顏色數(shù)據(jù)集，采樣規(guī)則為：在待測件中進行采樣的位置與在樣件中進行采樣的位置相同，并滿足在待測件對應(yīng)樣件第一區(qū)域內(nèi)像素點的位置為部分隨機采樣，在待測件對應(yīng)樣件第二區(qū)域內(nèi)像素點的位置為全部采樣，再根據(jù)待測件采樣的結(jié)果與樣件的數(shù)據(jù)進行比對，從而得出判定結(jié)果。

方法二，根據(jù)待測件牌號預(yù)設(shè)的檢測點，由檢測裝置根據(jù)坐標(biāo)自動巡位，采集預(yù)設(shè)采樣點的顏色數(shù)據(jù)，計算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)對比分析，得出判定結(jié)果。

3）數(shù)據(jù)計算

根據(jù)樣件中對應(yīng)采樣點的顏色數(shù)據(jù)進行差值計算，分別得到每個采樣點的明度差和色度差，并根據(jù)設(shè)備預(yù)設(shè)的顏色空間的色差計算公式和采樣點的明度差及色度差，得到顏色差值；根據(jù)待測件中不同采樣點和樣件中對應(yīng)采樣點的明度差和色度差，得到待測件的總色差。

明度差△L滿足式（1）：

△L=L-L1（1）

式中：L為樣件顏色數(shù)據(jù)集中顏色數(shù)據(jù)的明度指數(shù)；L1為待測件顏色數(shù)據(jù)集中顏色數(shù)據(jù)的明度指數(shù)。當(dāng)明度差△L為正值時，表示待測件比樣件色淺，明度高；當(dāng)明度差△L為負(fù)值時，表示待測件比樣件色深，明度低。

第一色度差△a與第二色度差△b滿足式（2）和式（3）：

△a=a-a1（2）

△b=b-b1（3）

式中：a為樣件顏色數(shù)據(jù)集中顏色數(shù)據(jù)的第一色品指數(shù)；b為樣件顏色數(shù)據(jù)集中顏色數(shù)據(jù)的第二色品指數(shù)；a1為待測件顏色數(shù)據(jù)集中顏色數(shù)據(jù)的第一色品指數(shù)；b1為待測件顏色數(shù)據(jù)集中顏色數(shù)據(jù)的第二色品指數(shù)。當(dāng)色度差△a為正值時，說明待測件比樣件色紅或者少綠；當(dāng)色度差△a為負(fù)值時，說明待測件比樣件色綠或者少紅；當(dāng)色度差△b為正值時，說明待測件比樣件色黃或者少藍；當(dāng)色度差△b為負(fù)值時，說明待測件比樣件色藍或者少黃。

顏色差值為綜合顏色差值△E：

△E=（△L）2+（△a）2+（△b）2（4）

△E數(shù)值越大，說明色差越大。若顏色差值在預(yù)設(shè)的顏色差值閾值范圍內(nèi)，則待測件為合格件。

2"應(yīng)用效果

2.1"實驗設(shè)計

材料： 按照VCT330—2014《卷煙條與盒包裝印刷品》［5］中試樣的要求，以廣州卷煙廠在用某卷煙條盒商標(biāo)紙的標(biāo)準(zhǔn)樣為測試樣品，取15張檢測樣品。

儀器：XRite8200系列臺式色差儀、商標(biāo)紙色差自動檢測裝置。

方法：對每張商標(biāo)紙預(yù)設(shè)10個檢測點，按人工檢測、自動檢測兩種方法對檢測樣品分別進行色差檢驗，對比統(tǒng)計兩種檢測方式下，檢測效率及檢測結(jié)果等數(shù)據(jù)。

2.2"數(shù)據(jù)分析

根據(jù)測試，采用自動檢測裝置檢測時，每張商標(biāo)紙按照工藝要求設(shè)置10個檢測點，每個檢測點平均耗時約為5s；而人工使用臺式色差儀檢測時，每個檢測點平均耗時為1min，自動檢測裝置效率提升了11倍。按照每月平均120批的條盒和小包商標(biāo)紙需要檢測，每批次抽取5張商標(biāo)紙，每張取5個檢測點，與人工檢測方式相比，采用自動檢測方式，一年減少人工作業(yè)時間600h。

3"結(jié)語

以廣州卷煙廠在用商標(biāo)紙為對象對該卷煙商標(biāo)紙色差自動檢測裝置，進行了測試，結(jié)果表明：與人工操作臺式色差儀檢測方式相比，以單張商標(biāo)紙設(shè)置10個采樣點為例，采用色差自動檢測裝置，單點檢測效率提高了11倍，檢測穩(wěn)定性明顯提升；節(jié)省人力成本600h/年。該裝置使用方便，可在商標(biāo)紙色差檢測工作中推廣。

參考文獻：

［1］ 李超，范多青，李娥賢，等. 基于機器視覺識別的高光性鐳射商標(biāo)紙色差測量方法研究［J］. 昆明學(xué)院學(xué)報，2019，41（3）：30-33.

［2］ 郭麗娟，李超，張承明，等. 近紅外和色差儀對卷煙商標(biāo)色差分析的對比［J］. 紙和造紙，2015，34（6）：59-61.

［3］ 楊冬梅，侯鵬娟，李江彩君，等. 軟包商標(biāo)脫色性能檢測裝置的設(shè)計與研究［J］. 設(shè)備管理與維修，2023（15）：58-60.

［4］ 陳壯，陳閃. 基于優(yōu)化ICP算法的機器人雙目相機點云配準(zhǔn)［J］. 機械制造與自動化，2022，51（5）：163-166.

［5］ YC/T 330—2014 卷煙條與盒包裝紙印刷品［S］.

收稿日期：20240307