毕业设计（论文）：单张纸印刷机双张控制机构原理与研究

哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文）哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 单张纸印刷机双张控制机构原理与研究 学 生 姓 名： 黄庆祥 指 导 教 师： 张铁锋 专 业 班 级： 印刷工程二班 学 号： 201110830161 学 院： 轻工学院 二一五年六月八日 Undergraduate Graduation Project (Thesis) Harbin University of Commerce The principle and study of double sheet control mechanism for sheet fed press Student Huang Qingxiang Supervisor Zhang Tiefeng Specialty and Class Graphic Communications and Engineering Class Two Student ID 201110830161 School School of Light Industry 2015 - 6 - 8 毕毕业业设设计计（论论文文）任任务务书书 姓名：黄庆祥学院：轻工学院 班级：11-2 班专业：印刷工程 毕业设计（论文）题目： 单张纸印刷机双张控制机构原理与研究单张纸印刷机双张控制机构原理与研究 立题目的和意义： 目前，随着国产印刷设备的快速发展和国内印刷市场的不断扩大，单张纸胶印 机在印刷企业中使用的数量也在迅速的增加。由于各地区印刷行业发展的程度不同， 所使用的印刷设备差异也很大，从一般的国产印刷机到高智能的进口印刷机，都有 所应用。各印刷机生产企业根据所生产印刷机使用性能的不同配备了适合的输纸机 及双张检测装置。为了使各种双张检测装置都能很好的满足印刷机的所印纸张的范 围，该毕业论文将对各种双张检测装置的原理及优缺点进行研究，通过对各检测装 置的结构分析和检测的模拟演示，结合各种承印物的影响检测的主要参数，给出各 检测装置最佳的工作效果的承印物种类及规格，指导操作者合理的选用和准确的调 节双张检测装置，最大限度的降低双张或多张故障检测的误差率。 技术要求与工作计划： 1.完成与毕业论文题目相关文献综述一篇，不少于 5000 字。 2.完成外文翻译一篇，不少于 3000 汉字。 3.完成开题报告一份。 4.毕业设计论文撰写符合规定，涉及国家标准、行业标准要准确。 5.毕业论文条理清晰、文字简洁符合逻辑及科技论文规则。 6.研究双张检测装置原理并分析优缺点。 7.分析双张检测装置的高灵敏度的纸张检测范围。 8.测得纸张的参数精度要达到百分位。 时间安排： 第一周第二周（3 月 2 日3 月 15 日）根据论文题目实习、调研、查阅资 料。 第三周第四周（3 月 16 日3 月 29 日）调研查阅资料，完成论文综述、外 文翻译、实习报告、实习日记、开题报告（第一次会审） 。 第五周第八周（3 月 30 日4 月 26 日）研究双张检测装置原理并分析优缺 点。 第九周第十一周（4 月 27 日5 月 17 日）根据各双张检测装置原理，通过 实际检测过程，分析纸张参数变化后，该装置的检测误差率，完成论文初稿。 （第 二次会审） 第十二周第十四周（5 月 18 日6 月 7 日）整改论文，并完成答辩幻灯片。 （第三次会审） 第十五周（6 月 8 日6 月 12 日）答辩。 指导教师要求： 按要求在规定的时间，保质保量的完成毕业设计内容。 （签字） 年 月 日 教研室主任意见： （签字） 年 月 日 院长意见： （签字） 年 月 日 毕毕业业设设计计（论论文文）审审阅阅评评语语 一、指导教师评语： 指导教师签字： 年 月 日 毕毕业业设设计计（论论文文）审审阅阅评评语语 二、评阅人评语： 评阅人签字： 年 月 日 毕毕业业设设计计（论论文文）答答辩辩评评语语 三、答辩委员会评语： 四、毕业设计（论文）成绩： 专业答辩组负责人签字： 年 月 日 五、答辩委员会主任单位： （签章） 答辩委员会主任职称： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） I 摘 要 随着科学技术的日新月异和人们生活水平的日益提高，人们对印刷机的印刷速 度和稳定性提出了更高的要求。降低印刷过程中的故障率可以提高印刷速度和稳定 性，而双张故障是最基本的印刷故障，所以提高双张控制机构的检测灵敏度可以提 高稳定性。首先介绍了各种双张控制机构的原理，着重对机械式双张控制机构的灵 敏度进行研究，并通过实验得出在检测 60gm2以下的纸张时，灵敏度下降。然后 对接触式与非接触式、机电式与光电式、光电式与超声波式进行分析比较。最后得 出目前光电式与机电式合理的结合比超声波式更适合在国内单张纸印刷机上推广使 用。 关键词：关键词：单张纸印刷机；双张控制机构；双张故障检测 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） II Abstract With the development of science and technology and the rising of peoples living standards，higher requirements for printing speed and stability of the press are put forward. Reduce the printing process of fault rate can improve the printing speed and stability, and a double fault is the most basic printing fault, so as to improve the sensitivity of detection of double sheet control mechanism can improve the stability. First introduce the principle of double sheet control mechanism, the research focuses on the sensitivity of mechanical double sheet control mechanism, and the sensitivity of the paper was decreased when the test was 60gm2. Then the contact type and non-contact，electromechanical type and photoelectric type, photoelectric type and ultrasonic type are analyzed and compared. In the end, it is concluded that the combination of photoelectric and Electromechanical type is more suitable for the application of the sheet fed press in China. Keywords: Sheet fed press；Double control mechanism；Double fault detection 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） I 目 录 摘 要 I ABSTRACTII 1 绪 论1 1.1 国内外研究现状及发展趋势1 1.1.1 国内外现状.1 1.1.2 发展趋势.2 1.2 目的与意义3 2 单张纸印刷机双张控制机构原理分析4 2.1 单张纸印刷机双张控制机构原理简介4 2.1.1 机械式双张控制机构原理.4 2.1.2 光电式双张控制机构原理.6 2.1.3 气动式双张控制机构原理.6 2.1.4 电容式双张控制机构原理.6 2.1.5 超声波式双张控制机构原理.7 2.2 纸张的厚度对机械式双张控制机构的影响7 2.2.1 双张产生原因.7 2.2.2 实验过程.8 2.2.3 实验结果.11 3 分析比较各种双张控制机构12 3.1 各种双张控制机构的比较12 3.1.1 接触式与非接触式的比较.12 3.1.2 机电式与光电式的比较.12 3.1.3 光电式与超声波式的比较.13 3.2 综合比较13 3.2.1 机电式与光电式的结合.13 3.2.2 综合分析.13 结 论15 参考文献16 致 谢19 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 1 1 绪 论 1.1 国内外研究现状及发展趋势 1.1.1 国内外现状 印刷术是中华民族的伟大发明，曾经创造了辉煌历史，它促进了人类文明的传 递、劳动生产的发展壮大和科学技术的进步，都起到了重要作用。但从近现代以来， 我国印刷设备的设计与制造技术远远落后于西方工业发达国家，很多先进的印刷的 技术和印刷的设备都依靠从国外进口。由单张纸印刷机的发展状况来看，前两代单 张纸印刷机的代表机型我国都处于空白状态。目前，国内主要的单张纸印刷机的生 产厂家有北人集团、上海光华、江苏昌界、威海印机、江西中景等几十家公司。国 外主要的单张纸印刷机的制造商主要有德国海德堡(HEIDELBERG)、德国高宝 (KBA)、日本小森(KOMORI)和日本三菱(MITSUBISHI)等几十家1。单张纸高端 印刷机是指具有高速、高精度、高效率的多色印刷机，是结构复杂的精密机电系统， 体现一个国家尖端制造技术和水平。所以业内人士常说“上有航天飞机，下有高端 印刷机”。我国从本世纪初，国产单张纸高端印刷机才逐步进入市场，但总体上与 国际领先企业的先进机型比较还是处于追赶状态，主要的核心技术被德国、日本等 少数的国家垄断，具体体现在保证高质量印刷品的前提下，怎样实现高速印刷。直 到目前为止，随着我国各领域的不断发展和印刷机制造技术的大力研发，国产高端 单张纸印刷机最高时速已经超过了 15000 张，我国单张纸高端印刷机的设计制造水 平已经跻身国际先进行列。高速印刷的实现是需要印刷机从输纸到收纸的各装置准 确、稳定、协调的工作才能够达到的。所以对纸张的分离、输送、检测等装置也提 出了更高的要求，我国自主研发的输纸及纸张检测装置已经能够满足 15000 张/小时 的印速了，单张纸印刷机双张检测装置也从原来的机械式、光电式和电容式，发展 到现在适用承印材料广、灵敏度更高、检测误差率更低的超声波双张检测装置。 我国是印刷大国，在 2013 年印刷工业总产值就已经超过了一万亿，成为全球第 二大印刷国。在各类印刷机中，单张纸印刷机用量最广、所占市场份额最大、在每 年进口的印刷设备中所占份额最高。但想要成为印刷强国，仅仅依靠进口的单张纸 印刷设备是不行的。尽管我们在飞速的发展，但与印刷业发达的国家比，无论发展 规模、格局，还是发展方式、质量，都存在一定差距。可以概括为以下几个方面： 产品结构不尽合理。产业的聚集度较低，科研创新能力较弱。智能化的生产 装备和专门生产的工具工装较少。配套的产品社会化的水平较低。产品水平差 距大2。我国的印刷工业的发展增长速度与国民的经济发展增长速度基本上保持一 致水平，并且随着我国国民经济的快速发展，印刷这个行业已经逐渐成为国民经济 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 2 的一个重要组成部分。在人们对物质生活提出的较高的需求下，对印刷产品的质量 需求已经不只局限在获取信息，更是一种精神上的享受。同时，受国际上和国内经 济的环境的影响，在未来一段时期内中国的印刷工业将面临比以往更加迫切的转型 升级的压力，印刷工业的发展将要从主要要求速度和规模的粗放式增长逐步转变为 更加注重质量和内涵的集约型发展模式上去。 目前美国在印刷行业处于领先地位，尤其是承印材料和印刷产品方面。在德国， 推动印刷产业的发展的是竞争激烈的零售行业和相当健康的图书市场，印刷企业所 处的环境的特点是较高的质量和强大的竞争。日本印刷市场处于停滞状态，一些不 能够适应市场变化的印刷公司还会不断倒闭。 1.1.2 发展趋势 随着互联网的发展，数字化是单张纸印刷机生产制造的新方向。传统单张纸印 刷机要通过数字化的创新模式，在保持原有的大批量的印刷市场的优势的同时，还 可以提高印刷效率和降低印刷成本，这样，传统印刷机还有一定的市场。所以在这 方面，国内单张纸印刷机生产厂商还可以继续生产。印刷行业“十二五” 规划中指 出，采用数字化、网络化控制技术全面提高胶印机、柔印机水平将是未来行业发展 的重点，用数字技术改造和提升传统印刷机械，以完善配套为基础，重点突破墨色 控制系统、纸张张力控制系统、自动套准系统等共性和核心关键技术，加快数字化、 智能化、高速多功能印刷机产业化，这为国产胶印设备制造商的发展提供了良好机 遇3。 国产单张纸胶印机的数字化进展主要体现在以下两方面:驱动技术数字化。国 产单张纸胶印机只有水墨系统采用独立驱动技术，其中传墨辊、传水辊、墨色遥控 等功能已经实现数字化，应该在其他印刷系统中拓展独立驱动技术。最新的进展是 国内又有几家企业开始制造连线的 UV 上光和烘干设备。信息传递数字化。国内 多数单张纸胶印机制造企业还没有设置信息传递的数字化接口，印前的制版信息还 需要在印刷机上进行手工调整和设置，不但占用大量辅助时间，而且重复的调整和 设置还会带来墨色还原的误差。当前，国产单张纸胶印机迫切需要配置的功能有自 动纸张调节功能，包括输纸机、收纸机、叼纸牙排、前侧档规的纸张预置功能和墨 色还原自动调节功能等，只有具备这些功能，数字化接口才有意义4。 随着国产印刷机生产和制造技术的不断发展，我国单张纸高端印刷机的水平也 在不断向上攀升，高速输纸机和快速、准确的纸张监测系统的生产技术也日趋完善。 根据各种机型自身的特点和需求，配有机械式、光电式、电容式和超声式等不同的 双张检测装置，有的机器为了能够更广泛和准确的对承印物进行双张检测，还把双 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 3 张检测装置进行组合或集成，更好的满足印刷生产的需求。随着技术的发展和成本 的降低，更多的单张纸胶印机会向着采用集成光电和超声波的双张检测系统发展。 目前，国产单张纸胶印机在自动化水平、智能化上与国际品牌存在差距，不断 加快国产胶印机的数字化进程。数字的优势主要体现在可变、个性化和短版印刷领 域，并将呈快速增长趋势。国产传统胶印设备也要积极创新，勇于探索，走出一条 适合中国国情的传统胶印设备数字化发展之路3。为了更好地应对竞争环境的变化， 未来我国印刷企业将会在绿色印刷、数字印刷和印刷数字化方面进行更多的探索和 尝试，同时采用更加智能化、自动化的设备，实现从劳动密集型向技术密集型的转 变。随着市场竞争的加剧，印刷企业之间的整合、重组将会加速印刷企业数量的减 少和印刷总产值的增加可能成为行业常态，印刷工业的集约化程度将进一步提高。 1.2 目的与意义 目前，随着国产印刷设备的快速发展和国内印刷市场的不断扩大，单张纸胶印 机在印刷企业中使用的数量也在迅速的增加。由于各地域印刷行业发展的不同，所 使用的印刷设备差异也很大，从一般的国产印刷机到高智能的进口印刷机，都有所 应用。根据各印刷机的需求配备了适合的输纸机及双张检测装置。为了使各种双张 检测装置都能很好的满足各自印刷机的生产，本文将对各种双张检测装置的原理及 优缺点进行研究，通过对各检测装置的结构分析和检测的模拟演示，结合各种承印 物的影响检测的主要参数，给出各检测装置最佳的工作效果的承印物种类及规格， 指导操作者合理的需用和准确的调节双张检测装置，最大限度的降低双张或多张故 障检测的误差率。 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 4 2 单张纸印刷机双张控制机构原理分析 2.1 单张纸印刷机双张控制机构原理简介 双张控制机构是检测单张纸印刷机输纸过程中误送双张或多张的机构。在印刷 机工作过程中，当双张纸或多张纸被输送到双张控制机构时，它就会发出信号使输 纸机构立即停止工作，这样可以防止双张或多张纸进入滚筒，避免造成印刷事故5,6。 双张控制机构可分为机械式、光电式、气动式、电容式、超声波式等，它们的工作 原理大体相同，都是利用双张或多张故障时，纸张的厚度与单张纸不同而产生的一 些变化来检测的。 图 2.1 PZ2720-02 型四开双色平版印刷机双张控制机构 2.1.1 机械式双张控制机构原理 机械式双张控制机构是国内印刷机使用最广泛的双张控制机构，它又分为摆动 式和固定式。摆动式双张控制机构一般安装在输纸机构中送纸辊的上方，印刷机正 常工作时，递纸吸嘴把纸张输送到送纸辊时，压纸轮向上抬起让纸，从而凸轮的大 面与滚子相接触，摆杆通过滑座、调节螺钉和支撑杆推动使检测轮上抬让纸。当压 纸轮压纸输送时，凸轮的小面与滚子相接触，使检测轮下压对纸张进行检测。由此 可知，摆动式双张控制机构的检测灵敏度较高，但它的结构有问题，它必须安装在 送纸辊的上方且需要不停地上抬让纸，它的安装、生产都比较困难，很少用在单张 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 5 纸印刷机上，就不在介绍了6-8。固定式装置的安装和生产都比较简单，并且对定量 不同的纸张调节起来比较方便，检测范围广。尤其是固定式双滚轮控制机构，它比 固定式更可靠，是固定式中应用最广泛的。它主要由双张控制轮、检测轮、微动开 关和调节装置等组成，图 2.1 是 PZ2720-02 型四开双色平板印刷机上的机械式双张 控制机构原图，根据图 2.1 用 Pro/E 软件选定一些参数画出它的三维结构图见图 2.2。印刷机工作正常时，检测轮不会转动，只有当出现双张或多张时检测轮才会受 到摩擦而转动，如果要印刷厚度不同的纸张时，只要调节螺母就可以更改送纸辊与 检测轮的间隙，所以它安装方便且灵活性较大。 图 2.2 机械式双张控制机构 控制轮与检测轮之间的距离应该略大于单张纸的厚度，并小于双张纸的厚度， 如要检测 60gm2的胶版纸两轮的间距应略大于 0.218mm，小于 0.327mm，再根据 纸张的定量调整两轮的间距，保证单张纸通过时控制轮和检测轮有一定的距离，双 张纸通过时两轮恰好相接触，印刷机工作过程中，当有双张或多张纸被输送到双张 控制轮和送纸辊之间时，控制轮被纸张抬起上摆使它与检测轮相互接触，接触即产 生摩擦力，检测轮在控制轮摩擦力的作用下逆时针转动，随后触动了微动开关，电 路开通并发出电信号使输纸机构停止输纸。但它不能安装在送纸辊上方，只能安装 在输纸辊或输纸板上的其他辊子上6。在印刷机正常工作后压纸轮下压，此时在机 械式下面的纸最多，调节机械式上面的螺丝使检测灯亮起，然后在检测轮下面放入 一张与要印刷纸张厚度一样的纸张，调节控制机构，使检测灯恰好熄灭，记下转动 螺丝的圈数，反调其圈数一半后，就可以正常进行检测工作了9,10。如果需要更换其 他纸张，则需要再次调节控制机构。 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 6 2.1.2 光电式双张控制机构原理 光电式双张控制机构是通过检测透射印刷纸张光强度的变化而判断纸张厚度的。 光电式体积小，质量轻，使用方便。由于单张纸与双张或多张纸的透光率不同，光 接收器接收到的光能量不同，从而发出电信号使输纸机构停止工作。光源就是发射 器，安装在纸张的上方，接收器安装在纸张的下方。当有双张纸或多张纸通过时， 接收器接收到的光线强度比单张纸有所减弱，发出双张信号使输纸机构停止工作， 电子线路的输出部位有一个电流继电器11-13。在印刷前要根据待印纸张来调节电子 线路上的相关参数，保证在输送单张纸时电子电路的输出电流为一定值。光电式受 周围环境和纸张白度影响较大，而且对于不同的印刷纸张颜色，灵敏度不同。电信 号是光电传感器发出的，它能将被检测纸张厚度的变化转换成光信号的变化，然后 通过光电元件将光信号转换成电信号。光电传感器具有如下特点: 检测的距离长。 因为光的传播速度最快，所以它能进行长距离检测，检测时间还比其他的少。检 测的分辨率高。通过光路设计技术使投射光光束汇聚为小光点，来提高检测分辨率。 能识别颜色。光电传感器可以根据反射和吸收光线的波长对检测纸张的颜色进行 判断9。 2.1.3 气动式双张控制机构原理 气动式双张控制机构结构较简单，灵敏度较高，但纸张的定量对气动式的灵敏 度影响很大，当纸张定量较小时，气动式不容易检测14,15。另外，当纸张由于摩擦 带有静电时，会对气动式的检测工作造成较大困难。针对厚度不同的纸张，需要调 整空气压缩箱的吸力，调节过程复杂。气动式的基本结构为：压力调节器、传感器、 压力控制阀、显示器等构成。泛采用的一项技术。在纸张厚度发生变化时，只需要 简单调节输纸带下压缩空气箱的气压即可，不需要繁琐地调节数量较多的压纸轮了。 现代自动化程度较高的胶印机，在转换承印物时，只需将承印物厚度输入印刷机控 制系统中，控制系统就可以直接实现气压的自动调节，不需要人为再做任何工作， 有效地降低了辅助时间。气动式对周围环境也有很多要求，如气动式空气压缩箱中 使用的空气不能含有水分和灰尘；其气动回路是个封闭的回路，不应该出现漏气现 象，漏气会导致压力降低等16。 2.1.4 电容式双张控制机构原理 电容式双张控制机构利用电容器的电容量会随通过极板间的纸张数量不同而变 化的原理对纸张进行检测，当双张纸或多张纸从两极板间通过时，电容器的电容量 会随纸张的厚度而改变，随即发出电信号使输纸机构停止输纸17,18。在输纸辊上安 装上下两个极板，当单张纸从两极板间经过时，该电容器的电容量会变化到一个确 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 7 定范围，当双张纸或多张纸经过时，电容器的电容量会改变到另一数值，与那个确 定范围不同，就会发出电信号说明双张故障。电容式灵敏度比较高，对纸张平整度 没有要求，但与光电式一样受纸张颜色的影响。电容式在检测薄纸时，灵敏度会下 降19。两个极板间的总电容是由 3 个等效的电容串联起来组成的，就是上部探头与 纸页间隙内的空气薄层、纸页、纸页与下部探头间隙内的空气薄层。已知空气的性 质及待测纸页的相对介电常数的情况下，测得总电容值即可计算出纸张的厚度由于 纸张匀度和空气水分导致相对介电常数发生变化，还有寄生电容以及漏电的影响， 使这种方法对测试环境要求比较严格，测量时最好能保证恒湿和没有粉尘的影响并 且要有电磁屏蔽；增加极板面积、缩小极板与纸页间的间隙，可以增加灵敏度、降 低外部环境产生的影响20,21。 2.1.5 超声波式双张控制机构原理 超声波式双张控制机构是利用印刷纸张的厚度变化与透过纸张的超声波的超声 量之间的关系来进行检测的9。每个超声波式内部都有一个振子，给压电陶瓷加上 电压来触发振子产生机械振动，然后发射超声波。当无纸时，超声波发射器发出的 声波只需要穿透空气介质后到达接收器，声波在空气中传播的速度较快，声波几乎 没有衰减；当单张纸通过时，发射器向纸张内发射声波，因为声波在纸内传播与空 气中不同，声阻抗也不同，声波的部分能量被纸张反射，还有部分能量渗入到纸张 中去，声波的衰减量比无纸时大；双张纸时，声波穿过第一张纸、空气、第二张纸 和空气四个界质层后，声波衰减量比单张纸时明显增加。根据这个衰减后声波信号 转换为电信号，当遇到双张时发出的电信号使输纸机构停止工作22-24。印刷机周围 环境对超声波式没有影响，纸张上的杂质、灰尘等物质不会影响超声波的传播。超 声波有束射特性，由于超声波的频率高、波长短，所以超声波和光线一样遵守几何 光学的定律，即能够实现反射和折射还能聚焦，从而超声波从纸张表面反射时，入 射角等于反射角，当超声波透过纸张进入空气中时会产生折射即会改变它的传播方 向。超声波还具有吸收特性，声波在任何物质中传播时随着传播距离的增加，强度 会逐渐降低，这是因为物质会慢慢吸收它的部分能量，当对同一物质发出的超声波 的频率越高吸收能力越强，对于频率一定的超声波在空气中传播时吸收能力最强， 在固体中传播时吸收能力最弱25。 2.2 纸张的厚度对机械式双张控制机构的影响 2.2.1 双张产生原因 当输纸机构中的松纸吹嘴吹出的气流与纸边接触时，由于上翘纸张的纸边周围 有一个圆弧形气流，遇到圆弧形气流后会被分成两部分，一部分圆弧形气流会使纸 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 8 张上抬，另一部分气流会使纸张向下转，从而没有办法分开纸张，并使挡纸毛刷失 去作用，无法分离纸张，造成双张和多张故障26,27。纸张粘连也会出现双张，原因 是有纸张在进行裁切时会出现切口钻连或水渍等产生的上下粘连。纸张带静电也会 产生双张，纸张带静电后正反两面电荷极性相反，当两张纸恰好是正反面相接触时， 两张纸异性相吸，就会吸附在一起，输纸时不容易分开，从而出现双张或多张17,28。 新裁出的纸容易产生静电，两张纸之间会相互吸在一起，很难梳理平整边口，有的 梳理齐了边口纸张依然带静电吸附在一起。两张带静电较大的纸较容易被看出，静 电较小的不容易被看出。大家都知道纸张的质量会直接影响到输纸的效果和印品的 质量，还会造成双张故障29。 2.2.2 实验过程 查阅文献可知，输纸过程中出现双张的几率与纸张定量和印速相关，厚度越薄、 印速越快，出现双张的几率越高30,31。当纸张定量超过 200gm2时，双张故障很少 出现。单张纸印刷机所印纸张范围是 28gm2-250gm2，并没有给出准确的双张检 测灵敏度下降的数值。当印刷机转速固定时，纸张定量与检测灵敏度是否呈线性关 系没有做出研究，于是需要做实验来验证。 选用北人印刷机械股份有限公司生产的 PZ2720-02 型四开双色平板印刷机作为 研究对象。它的常规参数见表 2.1。它使用的是机械式双张控制机构，适用于胶版纸、 铜版纸和新闻纸及白板纸等作单色或多色套印印刷。由于机械式在印刷机运转速度 较快时检测灵敏度会将低，纸张的薄厚对检测的灵敏度也有影响。 将印刷机的运行速度调节到 8000s/h，分别选择 1000 张 40gm2条纹纸、 40gm2有光纸、50gm2书写纸、60gm2书写纸、60gm2双胶纸、70gm2书 写纸、70gm2双胶纸、80gm2书写纸、80gm2双胶纸、100gm2双胶纸、 100gm2精牛皮纸、120gm2双胶纸、120gm2精牛皮纸、240gm2梦幻沙龙 01 号纸、240gm2梦幻书皮 05 号纸进行实验。每种纸张的厚度用千分尺测量完成， 如表一所示。 选用的千分尺的零误差为 0.002mm，先对千分尺校准调零，减小相对误差。在 测量时分别选取十张相同材质的纸张，每种纸张测量十次取平均值，从而减小测量 误差。测量结果见表 2.2。由表中数据可知定量相同的纸张，由于材质不同和生产厂 家不同，厚度也不同，但相差不大，一般在 0.030mm 范围内，对于同一台印刷机， 在印刷时最好选用同一批次的纸张进行实验。 实验测得的数据见表 2.3。由数据可初步得出纸张定量在 40gm2-100gm2时， 出现停机故障和未检测出来的次数较多，由于被检测纸张数量较少，无法得出准确 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 9 的结论，因此针对上述情况，再选取 40gm2有光纸、50gm2书写纸、60gm2书 写纸、70gm2双胶纸、80gm2书写纸、100gm2双胶纸 10000 张进行四次追踪 实验，这六种纸是该印刷机印刷 40gm2-100gm2时使用量最大的，所以它们进行 跟踪实验。实验的跟踪结果见表 2.4 和表 2.5。 表 2.1 印刷机技术规格 常规参数 规格 最大纸张尺寸(mm) 520720 最小纸张尺寸(mm)273293 纸张厚度(mm)0.04-0.35 最大印刷幅面(mm)510720 印版尺寸(mm)6007500.3 胶皮布尺寸(mm)7007551.8 衬垫尺寸(mm)6307451 最高印刷速度(s/h)10000 输纸堆最大高度(mm)950 收纸堆最大高度(mm)780 主电机功率(kw)7.5 外形尺寸（长宽高）(mm)489024901860 机器重量（包括输纸机）(kg)11000 表 2.2 测量纸张厚度 纸张类型纸张厚度/mm印数 40gm2条纹纸0.0581000 40gm2有光纸0.0591000 50gm2书写纸0.0671000 60gm2书写纸0.0761000 60gm2双胶纸0.0781000 70gm2书写纸0.0851000 70gm2双胶纸0.0871000 80gm2书写纸0.1001000 80gm2双胶纸0.1031000 100gm2双胶纸0.1161000 100gm2精牛皮纸0.1271000 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 10 120gm2双胶纸0.1261000 120gm2精牛皮纸0.1681000 240gm2梦幻沙龙 01 号纸0.2881000 240gm2梦幻书皮 05 号纸0.3201000 表 2.3 各种纸的检测 纸张类型停机次数未检测出来的次数 40gm2条纹纸02 40gm2有光纸01 50gm2书写纸11 60gm2书写纸10 60gm2双胶纸11 70gm2书写纸11 70gm2双胶纸01 80gm2书写纸10 80gm2双胶纸00 100gm2双胶纸01 100gm2精牛皮纸00 120gm2双胶纸00 120gm2精牛皮纸00 240gm2梦幻沙龙 01 号纸00 240gm2梦幻书皮 05 号纸00 表 2.4 停机次数 追踪实验 纸张 停机 类型 次数 一二三四 40gm2有光纸2212 50gm2书写纸2112 60gm2书写纸3223 70gm2双胶纸2122 80gm2书写纸1001 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 11 100gm2双胶纸0010 表 2.5 未检测出来的次数 追踪实验 未检 纸张 测出来 类型 的次数 一二三四 40gm2有光纸3442 50gm2书写纸3212 60gm2书写纸2121 70gm2双胶纸1122 80gm2书写纸0011 100gm2双胶纸1000 2.2.3 实验结果 由于 PZ2720-02 型四开双色平板印刷机的印刷速度不高，每种纸张选 1000 张进 行印刷不足以说明实验结果，实验设备和实验条件有限，实际操作与理论研究有差 距。上述实验说明机械式双张控制机构在检测定量较小的纸张时，灵敏度降低，容 易出现停机故障，在印刷机运行速度在 8000s/h 并不算太高的运转速度下出现四次 停机故障，而且定量范围在 60gm2以下，这只能说明该印刷机设备老化，不足以 说明机械式的检测精度高低32。另外实验中选取的纸张定量范围较大，纸张材质不 同影响不大，没有得出纸张厚度与检测灵敏度确切的线性关系。如果选用印刷运行 速度较高的印刷机、实验样本纸张的印数增加，实验的可靠性会有所提高。而后针 对 40gm2-100gm2的纸张进行了四次跟踪实验，减小了实验误差，实验结果表明 在印刷 60gm2以下的纸张时，故障率明显提高，检测灵敏度下降明显。 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 12 3 分析比较各种双张控制机构 3.1 各种双张控制机构的比较 由第二章我们知道各种双张控制机构的基本原理，它们都有各自的特点，也有 共同点。下面我们比较一下各种双张控制机构。 3.1.1 接触式与非接触式的比较 接触式包括机械式和气动式，非接触式包括光电式、电容式和超声波式。接触 式优点有灵敏度高、成本较低，在理想状态下接触式更方便，它可以准确的判断出 双张或多张，双张或多张时纸张厚度改变，使检测轮转动，从而触动触点，发出信 号。但在印刷车间纸张所处的环境有限，接触就会产生摩擦力，如果输入的纸张上 面有墨点或其他杂质，通过控制机构后纸张表面会凹凸不平，影响印刷质量，在高 速印刷机上检测时容易出现塞纸故障，不适合应用在高速印刷上。另外由于它的灵 敏度高，所以需要定期维护和更换。非接触式显然是不与纸张接触的，它是利用光 学元件、电学元件和声学元件将接收到的信号转化为电信号，只要检测到与单张纸 不同的信号就会立即发出电信号停止输纸。它的优点在于灵敏度较高、工作稳定， 适合高速印刷，工作前调整好参数就可以连续工作，不需要定期维护。它是通过物 理变化实现检测的，容易受到环境的影响。所以要根据不同的印品和印机选择合适 的控制机构32。 3.1.2 机电式与光电式的比较 机电式分为机械式与电触点的结合和机械式与光电传感器的结合，都是接触式， 只是传输信号的设备不同。机电式对纸张定量的要求没有光电式高，机电式要求纸 张定量大于 60gm2，而光电式要求在 28gm2-170gm2之间。光电式还对印刷纸 张的白度有要求。纸张的白度越高其表面能使油墨色彩的特性准确地表现出来这是 因为白纸要把通过透明墨层减色合成的色光反射回去，所以白度高的纸张可以反射 全部的色光9,20。光电式不能选用白度高的纸张进行检测，一个批次的纸张如果白度 差别较大，会对检测产生影响。当通过的纸张上已经印有图文时，光电式很难检测， 光电式对于一次走纸完成的印刷方式精确性较高，所以光电式不适合检测多色印刷 的纸张。另外，机电式还可以检测金属材料，光电式则不行。光电式的检测速度要 比机电式快，反应灵敏。机电式是国内印刷机生产厂家普遍使用双张控制机构，它 成本较低、安装方便适合但多数单张纸印刷机。由于机电式属于接触式，它与纸张 接触，如果纸张定量较轻，在高速印刷机上容易出现塞纸故障，而光电式属于非接 触式，不存在塞纸问题。对于透光性较差的纸张如纸板，光电式不能正常工作。如 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 13 果把机电式与光电式相结合，就能弥补两者的缺陷，扩大检测范围33。 3.1.3 光电式与超声波式的比较 光电式与超声波式同属于非接触式双张控制机构，分别通过光和声进行检测， 光电式的优缺点在上文已经叙述，超声波式检测范围广，检测精度高。超声波不但 具有和光线一样的特性即反射、折射等，而且它的波长短且集中15,22。这说明超声 波式不受周围环境影响。超声波检测也不受纸张颜色的影响，而光电式在检测不同 颜色纸张时灵敏度明显下降16。这也是光学检测与超声波检测的区别之一。光电式 比超声波式的检测速度快。对于不同材质的纸张超声波式在安装时不需要调整参数， 可以直接进行检测，而对于光电式则需要调整。总体来说光电式不如超声波式，需 要与其他检测装置结合才能扩大其检测范围。超声波式还受印刷速度的影响，检测 位置与剔出翻版机构的距离仅仅有 10cm，当印刷速度不超过 14400 张/时也就是 4 张/秒时，走纸的最大的运行速度约为 2m/s，要求在剔出之前完成检测，所以要求必 须在 50ms 内完成。考虑执行机构的时间有延迟，实际的剔出时间大约为 40ms，这 个时间越短，越难完成双张控制。查阅文献可知印刷纸张的前端留有约 15mm 的叼 边不能进行印刷，即留给传感器检测的距离为 15mm，检测时间约为 8ms。这就要 求在 8ms 内完成双张检测。纸张厚度范围宽也会影响检测，为解决此问题，采用动 态光强控制技术进行程控检测，即用弱光强检测任意厚度纸张的前边沿，确定有纸 经过后再变换成双张检测光强，8ms 后不再检测双张，并恢复弱光强等待被检纸通 过，直到下张纸的前沿再次进入检测的区域，则启动双张检测程序34,35。 3.2 综合比较 3.2.1 机电式与光电式的结合 将机电式与光电式合理的结合，可以提高检测的灵敏度和输纸的稳定性。当纸 张定量在 28gm2-60gm2之间时，如新闻纸，就可以在输纸工作前将光电式安装 在机电式之前，一旦有双张纸通过光电式会发出信号；当纸张定量在 60gm2- 170gm2之间时，如胶版纸，两者能同时检测，机械式放在光电式之前完成检测； 当纸张定量大于 170gm2时，如铜版纸，机械式放在光电式之前，这样既节省了检 测时间，还提高了检测的灵敏度；当纸张白度较高时，机械式刚好能弥补光电式的 不足，提高了输纸稳定性。两者分别属于接触式和非接触式，合理安装能把接触式 和非接触式的优点发挥的更好。光电式还可以提高检测速度，光在介质中的传播速 度最快，所以将机电式和光电式进行合理的结合，会提高两者的检测灵敏度。 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 14 3.2.2 综合分析 上面分析了几种双张控制机构工作原理及优缺点，并进行了比较见表 3.1。超声 波式双张控制机构是最好的控制机构，但成本较高，国内单张纸印刷机生产厂商暂 不适合推广使用17。而将机电式和光电式结合起来，既能达到超声波的检测范围又 节约了成本，可以代替超声波式。超声波式对纸张定量的要求是大于 28gm2，而 光电式可以满足要求，机电式对纸张白度没有要求，可以检测白度较高的纸张，机 电式和超声波式都能检测金属材料。另外，超声波式对于瓦楞纸和带孔的透气型纸 或纸板就具有明显的应用局限性35。目前超声波式的检测时间要比光电式的长，超 声波技术还不够完善。机电式对上述材料都能检测，光电式很好地弥补了机电式的 不足，两者的结合已经在国内单张纸印刷机厂家得到了应用36。 表 3.1 综合比较结果 接触式非接触式检测方式 机电式气动式电容式光电式超声波式 纸张定量要求 gm2606012028-17028 纸张平滑度要求无有无无无 金属材料适用性能不能不能不能能 白度及光泽度影响无无无有无 检测速度慢慢快快较快 检测范围宽窄窄较宽宽 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 15 结 论 本文叙述了国内外单张纸印刷机现状及发展趋势，并说明了论文研究的目的和 意义，针对单张纸胶印机双张控制机构的原理，分析比较了各种双张控制机构的工 作原理和优缺点，并着重研究了机电式、光电式和超声波式的区别以及三者的检测 范围。机电式和超声波式的检测范围广，光电式和超声波式的灵敏度较高，机电式 与光电式结合起来就弥补了各自的不足，是国内单张纸印刷机生产厂家首选的方式。 总结为以下三个方面： 对各种双张控制机构的原理和安装方法进行了介绍，并着重介绍了使用最广 泛的机械式双张控制机构，用 Pro/E 软件绘制出它的机构图进行分析。 用 PZ2720-02 型四开双色平板印刷机作为实验印刷机，它安装的是机械式双 张控制机构，用厚度不同的纸张进行实验。得出的结论是纸张的厚度越小，检测的 灵敏度越低。由于实验设备和实验条件有限，没有得到其他结论。 分析比较了机电式、光电式和超声波式的优缺点，并做出表格，得出的结论 是机电式与光电式的结合要比超声波式的好，目前可以广泛使用。 机电式与光电式的结合扩大了两者的检测范围，机电式可以检测白度较高的纸 张，可以检测光泽度不同的纸张，不受周围环境光线的影响。光电式可以检测较薄 的纸张即定量较小的纸张，还可以在高速印刷机上进行检测。而超声波式几乎具备 了两者所有的优点，还不用在检测不同纸张前调整参数，但超声波式的检测技术还 不够完善，特别是发射器和接收器内部电路结构比较复杂，而且体积较大不适合安 装在输纸机构的输纸辊上，大家都知道声速比光速慢很多，超声波式的检测时间会 比光电式的长，虽然目前也能安装在运转速度较高的印刷机，但随着新技术的研发， 运转速度会加快，超声波检测会遇到困难。国内印刷机绝大多数使用的是机电式和 光电式，改成超声波式浪费人力物力，还提高了成本。所以目前超声波式不适合在 国内印刷机上推广。 哈尔滨商业大学本科毕业设计（论文） 16 参考文献 1 王世玉单张纸高速印刷机印版套准快速检测装置设计D山东大学2013 2 齐福斌中国印刷机械行业现状解析J印刷工业2011，(11)：38-40 3 王志华单张纸胶印机的数字化趋势J中国印刷2015，(1)：78-81 4 韩晓良国产单张纸胶印机数字化进程任重而道远J印刷技术2014，(7)： 17-19 5 徐淑琴单张纸胶印机双张控制装置的发展探讨J今日印刷2011，(12)： 65-67 6 闫飞基于 51 单片机的超声波双张检测器设计J中国印刷与包装研 究2009， (6)：63-69 7 Roberto Raffaeli，Maura Mengoni，Michele Germani，Ferruccio MandorliOff- line view planning for the inspection of mechanical partsInternational Journal on Interactive Design and Manufacturing 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