商標紙色差自動檢測裝置的研制

摘"要：為解決當前目測或色差儀檢驗卷煙商標紙色差過程中存在的人工工作量大、效率及準確性低的問題，研究一種商標紙色差自動檢測方法，并設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，適用于不同規格商標紙。該裝置經過在用商標紙的實際測試：單點檢測效率提高了11倍，檢測的穩定性優于人工檢測。其可用于卷煙生產企業控制產品外包裝質量，也可用于供貨商材料質量檢測。

關鍵詞：商標紙；色差；檢測方法

中圖分類號：TP277""文獻標志碼：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，無法提供具體數據分析，認定過程偏主觀。若采用傳統色差儀，則存在以下問題：1）商標紙數量多，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，對高光性鐳射商標紙色差進行檢測，但僅適用于高光性鐳射商標紙；郭麗娟等［2］對比了近紅外和色差儀對商標色差分析的優劣，為卷煙商標紙色差檢測提供了理論依據；楊冬梅等［3］提出了一套針對商標紙脫色性能進行檢測的裝置設計方案，并對軟包商標紙脫色性能的上機適應性進行了預測。本文基于自動控制技術設計一種商標紙色差自動檢測裝置，從而實現色差自動檢測，以提高檢驗的效率及準確性，為供應商保障材料質量及卷煙生產企業控制產品外包裝質量提供支持。

1"系統設計

1.1"工作原理

商標紙色差自動檢測裝置由檢測裝置本體、顯示界面、狀態指示燈、急停按鈕等構成。

本裝置工作時首先對牌號參數進行設置，輸入牌號名稱、牌號條形碼、采樣點坐標、吸紙位置坐標、NG標記位置坐標、掃碼起始位置坐標等參數，對標準樣板的預設采樣點進行顏色取樣［4］，完成牌號參數設置。商標紙色差開始檢測時，將待檢測商標紙放入料倉中，驅動電機驅動料倉的頂升機構上升至位置檢測開關處，條碼掃碼器自動識別牌號，驅動組件驅動顏色采樣機構運行至預設的采樣點處，顏色采集器下降至待測商標紙處進行顏色數據采集，工控機接收顏色數據，計算出每個采樣點與標準樣品的色差，根據預設的誤差范圍判定待測商標紙是否合格。

1.2"檢測方法

卷煙商標紙色差自動檢測裝置實現了商標紙色差的自動化檢測，同時具備適應不同規格的條盒及小盒商標紙，單次連續檢測的容量達400張。為了適應不同的檢測需求，設計了兩種商標紙色差自動檢測的方法，以進一步增加色差檢測的準確性。

1）標準樣件預檢

方法一，通過檢測裝置獲取待測品牌商標紙標準樣件（以下簡稱樣件）中所有像素點（即設備檢測坐標點位）的顏色數據，得到樣件顏色數據集；將樣件顏色數據集中顏色數據相同的像素點組成像素組，將樣件顏色數據集進行劃分得到多個像素組。

方法二，根據工藝需求在商標紙樣件上設定適量的檢測點，設定每一個檢測點的坐標值，通過檢測裝置獲取每一個預設點的顏色標準值，形成牌號參數表，作為待測商標紙色差分析基準值。

2）色差數據檢測

方法一，在待測品牌商標紙（以下簡稱待測件）中進行采樣，獲取待測件中對應采樣點的顏色數據，得到待測件顏色數據集，采樣規則為：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樣件第一區域內像素點的位置為部分隨機采樣，在待測件對應樣件第二區域內像素點的位置為全部采樣，再根據待測件采樣的結果與樣件的數據進行比對，從而得出判定結果。

方法二，根據待測件牌號預設的檢測點，由檢測裝置根據坐標自動巡位，采集預設采樣點的顏色數據，計算結果與標準參數對比分析，得出判定結果。

3）數據計算

根據樣件中對應采樣點的顏色數據進行差值計算，分別得到每個采樣點的明度差和色度差，并根據設備預設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；根據待測件中不同采樣點和樣件中對應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為樣件顏色數據集中顏色數據的明度指數；L1為待測件顏色數據集中顏色數據的明度指數。當明度差△L為正值時，表示待測件比樣件色淺，明度高；當明度差△L為負值時，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為樣件顏色數據集中顏色數據的第一色品指數；b為樣件顏色數據集中顏色數據的第二色品指數；a1為待測件顏色數據集中顏色數據的第一色品指數；b1為待測件顏色數據集中顏色數據的第二色品指數。當色度差△a為正值時，說明待測件比樣件色紅或者少綠；當色度差△a為負值時，說明待測件比樣件色綠或者少紅；當色度差△b為正值時，說明待測件比樣件色黃或者少藍；當色度差△b為負值時，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數值越大，說明色差越大。若顏色差值在預設的顏色差值閾值范圍內，則待測件為合格件。

2"應用效果

2.1"實驗設計

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紙的標準樣為測試樣品，取15張檢測樣品。

儀器：XRite8200系列臺式色差儀、商標紙色差自動檢測裝置。

方法：對每張商標紙預設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，對比統計兩種檢測方式下，檢測效率及檢測結果等數據。

2.2"數據分析

根據測試，采用自動檢測裝置檢測時，每張商標紙按照工藝要求設置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紙需要檢測，每批次抽取5張商標紙，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，一年減少人工作業時間600h。

3"結語

以廣州卷煙廠在用商標紙為對象對該卷煙商標紙色差自動檢測裝置，進行了測試，結果表明：與人工操作臺式色差儀檢測方式相比，以單張商標紙設置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，檢測穩定性明顯提升；節省人力成本600h/年。該裝置使用方便，可在商標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紙色差測量方法研究［J］. 昆明學院學報，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. 軟包商標脫色性能檢測裝置的設計與研究［J］. 設備管理與維修，2023（15）：58-60.

［4］ 陳壯，陳閃. 基于優化ICP算法的機器人雙目相機點云配準［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