一种新型凹版搅拌机自动套色控制系统的设计与实现

一种新型凹版搅拌机自动套色控制系统的设计与实现

包装和印刷对于美化生活、保护原材料和提高原材料在市场上的竞争力非常重要。在包装方面，包装和印刷的作用非常重视。近年来,国家对包装行业越来越重视,包装技术改造和设备更新进展很快,带有自动套色系统的高速印刷机越来越多的被应用。目前市场上的高速的具有自动套色功能的凹版印刷机大多为国外产品,印刷速度和自动化程度高,但价格也相当的昂贵,且其自动套色系统只能适用于进口印刷机械,对于国产的低档的印刷机却不适用。而目前国内的自动套色系统还有待完善,许多人工套色的凹版印刷机因缺乏高质量的自动套色系统而面临着被淘汰的境地。本文提出了一种自动套色系统的控制方法,并采用多片80C196单片机和一台PC机实现该系统,该系统不要求增加额外的设备,可以适用于任何国内手工可以套准的凹版印刷机。1印刷过程及色标检测套印出现误差有诸多原因,例如导辊和压辊的平行度差、转动不灵活及动平衡不良,张力的波动,印料厚薄不均,印料热变形及印版辊的直径误差等,这种套印偏差在性质上是连续变化的,而差量也不一定。所以必须不断地监视套印误差,并及时加以修正,人工套色时通常由印刷工肉眼观察套印误差,凭经验手动调节修正辊的移动来补偿套印误差,因而大大限制了印刷速度及套色精度,而采用自动套色系统则可以提高印刷速度和套色精度,是完全必要的。图1为凹版印刷机生产线的印刷过程简图(仅画出前面4个印刷单元)。印刷机由开卷机放卷运行依次经过各印刷单元,进行各色的印刷和烘干,由收卷机进行收卷。每色印刷都会在印料的边缘印上以供套色用的色标,该色标线水平长10mm,宽1mm,每个相邻颜色的标志线在套印精确时应相互平行,垂直(纵向)相距20mm。系统中色标的距离的检测是通过双通道色标检测头检测,图1中,光电扫描头S1检测由1单元和2单元印出的色标,依次类推。如果相邻两色色标间隔大于或小于20mm,则说明套印出现了偏差,偏差经微处理器进行运算,输出控制信号驱动执行机构,使相应的套色修正辊ML上下移动来延长或缩短印料自上一单元印刷版辊到该单元印刷版辊的行程来动态修正。各单元印刷套色以前一单元印出的色标为基准。1.1光电编码检测凹印机自动套色系统中最为关键的部分为套印误差的检测,它直接关系到套色的精度,为了准确的测出相邻两色套印误差,本文总结了国内外的检测方法的优缺点,提出了如图2所示的一种套印误差检测方案,光电扫描头有2个光电眼,下面是M1,上面是M2,它们之间的距离为20mm,料的走向为由上到下,扫描套印色标后各输出两路数字信号,经放大整形后分别接入到80C196KC的p2.2和p2.7口,在与印版辊轴同步的主轴上安装了光电编码器,主轴电机转动时产生脉冲信号,其频率与主轴的转速成正比,该信号送80C196KC的p2.3口作为定时器2的时钟源。当套印准确时,M1的输出信号应超前M2的输出信号20mm,也就是M1输出的第二个脉冲信号h2应与M2的第一个脉冲信号k2同时到达。单片机检测时只要记下M1的第二个脉冲信号h1触发时时钟2的时刻t1及M2的第一个脉冲信号k2触发时时钟2的时刻t2,这样就可算出相邻两色的套印信号的色标之间的距离d与20mm的差距e=20mm-d,如图3所示。设光电编码器每一圈产生n个脉冲信号,因为80C196KC中对外部事件计数时是上升和下降都计数的,因而相当于光电编码器转一圈定时器2计数为2n,因为印版辊是与主轴同步转动的,即它转一圈时钟2计数为2n,设印刷辊的直径为D,则套印误差e可以由下式计算出:e=πD2n×(t2−t1)(1)e=πD2n×(t2-t1)(1)这种检测方法的检测精度可以通过提高n而改善,例如印版辊周长πD=1000mm,2n=20000则检测精度可达0.05mm,当印版辊减小时,精度也随之提高。另外采用双光电眼的扫描头可以减小检测误差。1.2补偿电机驱动执行机构的d控制算法当单片机获取检测出套色误差后,根据控制算法(本文在实现中采用了数字模糊PID控制算法)计算出补偿电机(驱动执行机构)的修正量以控制电机作出相应的动作。这里的补偿电机一般采用步进电机,在精度要求不是太高的情况下,也可采用低速同步电机。整个自动套色系统基本上是一个闭环反馈系统,系统的框图如图4所示。2事件捕获和数码管规范硬件原理框图如图5所示。整个系统由5个80C196KC单片机系统(六套色印刷机)为与一上位机PC机构成主从式分布系统,通讯采用RS-485接口,每个单片机系统能独立的完成相邻两色的套印,同时这样单片机与上位机保持联络,将数据、状态传送上位机。每一个80C196KC单片机系统中,光电扫描头输出的两路信号分别输出p2.2和p2.7口,可能存在2个脉冲信号h2,k1同时进入微机的情况(即t2-t1=0),但单片机不可能同时响应两个中断,这样势必产生误差,为了解决这个问题,这里采用了80C196KC的定时器2的外部事件捕捉功能,即在p2.7的上升沿,定时器2内的数值就可以被捕捉到T2CAP寄存器中,同时申请中断,而进入p2.2的脉冲则会触发外部中断EXTINT,其中断优先级高于定时器2捕捉中断,会立即进入中断服务程序,以读取定时器2的数值。虽然定时器2捕捉中断服务程序不一定立即响应,但一段时间后T2CAP中的值是脉冲上升沿的准确触发时间,因而测距误差被大大减小了。单片机系统中的操作键盘可以预置系统运行的参数,如印版辊周长,系统误差,自动或手动,并还可以设置系统运行方式。数码管则可以直接显示这两色的套印误差,以便人工监测和手工调节。当上位PC机不工作时,每一单片机套色系统都能单独的运行。80C196KC单片机采用汇编语言编写,上位机(PC机)的软件采用delphi5语言编写。3印刷速度对质量的影响本文所设计的自动套印系统经过了试验运行,将其安装于一般的凹版印刷机上,印料为OPP膜,宽800mm,在采用人工套色方式时,该机器印刷速度能达到每分钟45m(速度再高,人工将很难进行套色误差的修正),一般套印精度基本在0.45mm内,如投入本系统,在印刷速度为每分钟80m时,套印精度基本可达0.2mm。试验表明本系统可以适用于任何能手工套准的凹版印刷机,