（测试计量技术及仪器专业论文）多色胶印机套准控制系统的研究.pdf

摘要 目前，多色胶印机的套准控制系统在国外已有成熟的产品，而我国印刷机制 造行业在这方面的发展相对落后，尚无形成产品。本课题针对国内这方面研究的 不足，研究开发了一套多色胶印机套准控制系统。 本文绪论部分主要介绍了印刷行业目前的发展现状及多色胶印机套准控制 系统方面国内与国外的研究现状，针对本课题研究的目的提出了主要研究内容。 第二章介绍了套准控制系统的组成，套准控制系统主要包括：套印偏差检测系统、 套印偏差调整系统及系统操作界面。第三章主要研究了多色胶印机中的调版系 统，并以p l c 控制器为核心开发了套印偏差调整系统，调整系统主要包括：调 版电机控制系统、多色调版控制系统、调版电机位移传感器控制系统、位移传感 器信号采集系统及选色控制系统。第四章主要设计了系统的操作界面，在组态王 6 5 2 开发环境下设计了系统的初始界面、检测结果界面、自动调整界面及手动调 整界面，在系统操作界面下系统可以完成偏差的检测及调整的过程。第五章主要 分析了试验数据，从试验数据中可以看出本系统在多色胶印机偏差的检测及调整 方面基本可以满足印刷行业的要求。 关键词多色胶印机；套准；套准控制；组态软件 a b s t r a c t a b s t r a c t a tt h ep r e s e n tt i m e ，m u l t i c o l o u ro f f s e tp r e s sr e g i s t e rc o n t r o ls y s t e mh a sb e e nt h e m a t u r ep r o d u c t so nb r o a d ，i nc o n t r a s tt ot h e m ，t h e r ea r en op r o d u c t si nc h i n a i no r d e r t oi m p r o v eo u r c o u n t r y st e c h n o l o g yl e v e lo np r i n t i n gi n d u s t r y , o u rs u b j e c ts t a r t st h e r e s e a r c ho nm u l t i c o l o u ro f f s e tp r e s sr e g i s t e rc o n t r o ls y s t e m i nt h ep r e f a c eo ft h i sp a p e r , t h ee x i s t i n gs t a t eo ft h e p r i n t i n gi n d u s t r yi s i n t r o d u c e d ，t h er e s e a r c ho nm u l t i c o l o u ro f f s e tp r e s sr e g i s t e rc o n t r o ls y s t e mi sa l s o p r e s e n t e d ，a c c o r d i n gt ot h et a r g e to fs u b j e c t ，t h er e s e a r c hc o n t e n t si sp r e s e n t e d t h e c o m p o s i t i o no fr e g i s t e rc o n t r o ls y s t e mi si n t r o d u c e di nc h a p t e rt w o r e g i s t e rc o n t r o l s y s t e mi n c l u d e sd e v i a t i o nd e t e c t i o ns y s t e m ，d e v i a t i o na d j u s ts y s t e ma n di n t e r f a c eo f m a n i p u l a t i o n p l a t ec y l i n d e ra d j u s ts y s t e mi sr e s e a r c h e di nc h a p t e rt h r e e , a l s ow i t h p l cc o n t r o l l e rd e v i a t i o na d j u s ts y s t e mi sd e v e l o p e d ，d e v i a t i o na d j u s ts y s t e mi n c l u d e s a d j u s tm o t o rc o n t r o ls y s t e m ，m u l t i c o l o u ra d j u s tc o n t r o ls y s t e m ，s e n s o ro fa d j u s tm o t o r c o n t r o ls y s t e m ，s e n s o rs i g n a lc o l l e c ts y s t e ma n dc o l o u rc h o s es y s t e m i nc h a p t e rf o u r , i n t e r f a c eo f m a n i p u l a t i o ni sd e s i g n e dw i t hk i n g v i e w 6 5 2 ，i n t e r f a c eo fm a n i p u l a t i o n i n c l u d e sb e g i ni n t e r f a c e ，r e s u l to fd e t e c t i o ni n t e r f a c e , a u t oa d j u s ti n t e r f a c ea n dh a n d a d j u s ti n t e r f a c e w i t hi n t e r f a c eo fm a n i p u l a t i o nt h ep r o c e s so fd e t e c t i o na n da d j u s t i n g c a l lb ea c c o m p l i s h m e n t e d t h er e s u l to fe x p e r i m e n ti sa n a l y s e di nc h a p t e rf i v e ，t h e c o n c l u s i o ni st h a tr e g i s t e rc o n t r o ls y s t e mm e e tr e q u i r ei np r i n t i n gi n d u s t r y k e y w o r d sm u l t i c o l o u ro f f s e tp r e s s ；r e g i s t e r , r e g i s t e rc o n t r o l ；c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e u 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：刻摄巫日期：! 星：墨：丝 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：童i 监查导师签名： 一吼业必 第1 章绪论 1 1 引言 印刷工业在国民经济和人们的r 常生活中占有重要的地位，它不仅是国民经 济中重要的工业部门，又是人类文明进步的重要因素。因此，在工业发达的国家 和地区，印刷工业已成为支柱性的产业，印刷机制造业则是为印刷工业提供成套 技术和设备的工业部门n 。 随着经济的发展和工业自动化程度的提高，印刷机的技术水平取得了长足的 进步，满足个行业不同用途、不同规格的印刷机相继投放市场，从而扩大了印刷 机的应用范围：印刷机的印刷速度也有了显著的提高，基本上实现了高速多色化； 印刷机的自动控制系统，包括：墨色控制系统、读版控制系统、自动套准系统、 张力自动控制系统、自动接纸系统以及印刷品页面质量检测系统也都在印刷中得 到了广泛的应用。这样不仅增加了设备的功能，而且使印刷机成为机电一体化的 典型产品。为进一步提高效率、降低成本，以满足多品种、小批量印刷市场的需 求，目前印刷行业已开始推广联机直接制版胶印机和数字式印刷机，从而使印刷 机的发展进入一个新的阶段，即数字化时代，这将对印刷技术的发展产生巨大的 影响。 美国的鲁贝尔在1 9 0 5 年发明了白j 接印刷的方法，即先将图像文字信息转移 到橡皮布上，然后再转印到承载印物上所以将这种印刷方式成为胶印。橡皮布 具有弹性，通过它的传递不仅提高了印刷速度，减少了印版磨损，从而延长了印 版的使用寿命而且可以在较租糙的纸张上印出细小的网点和线条，这样的印刷 方式比直接印刷更为清晰，所以从直接印刷的石版印刷发展到胶印在印刷史上是 一次大的进步。 幽卜l 胶印机 f i gl - 1o f f s e t m a c h i n e 腔印机如蚓卜1 ，是印刷机中的一种，它是按照问接印刷的原理，将印版上 的| 圭e 文通过橡皮巾滚筒转移倒承载物上进行印刷。这种印刷机区别于其他印刷机 之处就是设有润湿装置和橡皮滚筒。印刷时，先将印版上涂上润湿液然后再涂上 北京t 业大学t 学硕十学何论文 油墨，利用油水相斥原理，图文部分附着上油黑，而空白部分不附着油墨，再将 图文印到包覆在橡皮滚筒的橡皮布上经过压印即可转印到承印物上。 胶印机一般由输纸、定位、递纸、印刷、润湿、输墨、收纸及其他辅助装置 组成。印刷时，纸张由自动输纸机构把纸分开并输送到前规、侧规处定位，再由 递纸牙将纸张传给压印滚筒。压印滚筒叼着纸张经过橡皮滚筒和压印滚筒之间的 挤压，将印版传给橡皮滚筒的图文再次转印到纸张上。完成印刷后的纸张由压印 滚筒交给收纸滚筒，经链条传送，再次经过整纸机构收齐整纸，即完成了印刷工 作。 1 2 多色胶印机套印和套准 在多色胶印机中，将印刷稿分色后制得不同网线角度的单色印刷版，然后按 照印刷颜色的色序依次重叠套合，最终印刷得到与与原稿层次、色调相同的印品， 称为印刷的套印。各种颜色在套印的过程中，每种颜色的印刷版之间很容易出现 偏差，这种偏差称为套印偏差。套印偏差是印刷过程中各种偏差的在印张上的综 合反映。 f、 飞 ， 图卜2 套印标记 f ig 1 - 2b a d g eo fc h r o m a t o g r a p h y 套印偏差的测量方法是：在印第一色时，在印张上印上一个套印标记，标记 可以是圆、十字细线等如图l - 2 所示，印第二色时在同样的位置再印上一个同样 的标记，如果印刷过程中两种颜色的印刷版没有出现印刷偏差那么印张上的两个 标记就是完全重合的，如果存在套印偏差两个标记之间就会错开一些距离，错开 的距离就是两种颜色间的套印偏差值。 套印偏差的工程允许值是以人们的肉眼观察能力为依据规定的，一般在正常 的观察条件下，人眼的分辨两条细线间距离的能力可以达到0 1 m m ，所以工程 上以0 1 m m 为套印偏差的允许值。对于湿叠干型的单色套印，将套印允许误差 规定为0 1 m m 能满足要求；但对于湿叠湿型的多色套印允许的套印误差必须等 于或小于0 0 3 m m 。一般情况下，套印标准常定在0 0 5 - - - 0 1 m m 范围即可，而 对于质量要求不高的印刷品，套印的标准甚至可放宽到o 1 5 o 2 m m 。 第1 章绪论 轴向周向 斜向 图卜3 套印偏差 f i g 1 - 3d e v i a t i o n o fc h r o m a t o g r a p h y 目前，多色胶印机在套印过程中主要在三个方向上存在套印偏差，十字细线 标记为例如图2 - 3 即：周向( 纵向) 偏差、轴向( 横向) 偏差、斜向也称对角线 方向( 歪斜) 偏差。 产生以上几种套印偏差的原因主要有以下几方面： ( 1 ) 印前方面。主要由照相误差、排版误差和晒版误差等因素引起。 ( 2 ) 纸张方面。主要由纸张的吸水性能、纸张的紧边及静电等因素引起。 ( 3 ) 操作方面。主要由润版液的控制、橡皮布及印版的安装等因素引起。 ( 4 ) 机械方面。主要由输纸机构、传动部分机构及套准机构等因素引起。 由于多色胶印机在印刷过程中采用的是多种颜色之间的套印，各种颜色在套 印中容易出现套印的偏差。为了保证印刷品的质量多色胶印机必须要有套准控制 机构，以消除各种颜色在套印过程中出现的套印偏差。 1 3 国外研究现状 自从1 9 7 2 年德国罗兰公司成功的研制出多色胶印机遥控装置和质量控制系 统以后的三十多年里，胶印机的自动控制系统得到了迅猛的发展。目前国外比较 大的多色胶印机自动套准控制系统主要有德国海德堡公司的c p c 控制系统、 v i s i o ne x p e r t s 公司的p r i n te x p e r t4 0 0 0 印刷质量检测系统及奥地利k b a g i o r i 公司的质量检查机。 ( 1 ) 德国海德堡公司的c p c 控制系统。海德堡公司的计算机印刷控制系统 即c p c ( c o m p u t e rp r i n t i n gc o n t r 0 1 ) 系统，是海德堡应用于平版印刷机上用来预 调给墨量、遥控给墨、遥控套准以及监控印刷质量的一种可扩展式的系统。该系 统有墨量控制和套准控制装置c p c i 、印刷质量控制装置c p c 2 、印版图像阅读 装置c p c 3 、套准控制装置c p c 4 及数据管理系统c p c 5 。 海德堡c p c i 印刷控制装置由遥控给墨装置和遥控套准装置组成，基本的给 墨和套准遥控装置通过控制台上的按键对墨斗电机进行控制实现墨量的调节，对 套准电机进行控制以实现多色的套准。墨量的控制通过印刷机在轴向上将墨辊分 为3 2 个区域，在印刷机组进行墨量调节时，可以通过调节单个的墨区墨量来实 北京t 业大学t 学硕十学何论文 现。整个墨斗出墨量的调节可以通过控制台上的按键改变墨斗问歇回转角度的大 小来实现，墨斗辊回转角度的调节也是通过微电机控制的，回转角度的大小可以 在按键上方的显示器上显示，这时显示的数值为实际回转角度与最大回转角度的 百分数。 套准的控制通过控制台上的两组按键控制印版滚筒轴向和周向的套准，控制 过程是通过安装在印版滚筒轴端的微电机实现的。同样，控制调整的数值可以在 各自按键的上方显示出来。在控制台上用放大镜观察印张的十字套准线，确定各 色的套准误差。然后通过机组选择按键选择对应的机组，并通过套准控制进行调 节。 c p c 2 印刷质量控制装置是一种利用印刷质量控制条来确定印刷品质量标准 的测量装置。印刷质量控制条可放置在印刷品的前口或拖稍处，也可以放置在两 侧。c p c 2 可以和多台印刷机或c p c i - 0 3 相连，测量值可以用数据传输线输送到 多达7 台的c p c i - 0 3 控制台或c p c 终端设备。若配有打印终端，就可以将资料 打印出来；若与c p c i - 0 3 联机，则可以直接将测量数据传输到c p c 卜0 3 上进行 控制，从而缩短了更换印刷作业所需要的时间，并减少了调机的废品。在印刷中 通过计算机把实际的光密度值转换成控制给墨量的输入数据来保证高度稳定的 印刷的质量。 c p c 3 印版图像阅读装置是一种通过测量印版上网点区域所占百分比从而确 定给墨量的装置。与c p c i 对应，c p c 3 也是将图像分为若干个区域，测量时单 独计算每个墨区的墨量。c p c 3 印版图像阅读装置可对逐个给墨区上感测印版上 墨层所占面积的百分率。感测孔宽度3 2 5 m m ，相当于计算墨辊有效宽度或海德 堡印刷机墨斗上墨斗螺丝之间的距离。对最大图像部分，刚采用2 2 个前后排列 成一行的传感器，同时测量一个给墨区，每组传感器安装在一根测量杆上，根据 需要测量杆上的传感器可以同时工作也可以让其中一部分工作。 c p c 4 套准控制装置是c p c 4 通过无电缆的红外遥控装置，是一个专门用来 测量套准的控制器。可以用来测量纵、横两个方向的套准误差值，并能显示和存 储测定结果。测量时把c p c 4 放在印品上，可以测出十字线套准误差并进行记录 然后再把c p c i 控制台的控制版上方，按动按钮就可以通过红外线传输方式将数 据传送给c p c i ，而通过c p c i 的遥控装置驱动步进电机调整印版位置，完成必要 的校正。 海德堡c p c 5 把数据控制与管理、印前、印刷和印后运作联系在一起。这个 复杂的印刷厂管理系统是以数据网络为基础的。它对高效生产计划、自动机器预 置以及有效生产数据的获取等信息的变化进行最佳化和自动化处理。其结果是加 快了作业的准备时间和生产时间；同时加速了订单方面的信息数据。与c p c 窗 数据控制系统相联系，数据控制也为印刷厂家和销售公司、机器制造厂家之间的 第l 章绪论 遥控诊断提供了依据。 ( 2 ) p r i n te x p e r t4 0 0 0 印刷质量检测系统。德国v i s i o ne x p e r t s 公司的p r i n t e x p e r t4 0 0 0 印刷质量检测系统能够方便的应用于印刷生产过程的各个阶段。该 系统检测速度可达6 0 0 m m i n ，检测纸张的幅宽可以达到2 0 0 0 m m ，可以检测出印 刷颜色的失真度和不均匀度、糊版、条纹、污点、蹭脏、字符的缺印漏印及套印 不准等印刷缺陷等。在欧美一些工业比较发达的国家，大多数印刷机制造厂商已 经把图像检测系统定为标准配置。该系统现阶段所面临的问题是优化系统结构设 计以及成本。 ( 3 ) k b a g i o r i 公司的质量检查机。k b a g i o r i 公司生产的n o t a c h e c k i i 全自动大张检查机主要用于钞票和有价证券的质量检测。其工作原理是：采用 线扫描c c d 采集待检测印张的图像与标准模板进行比较，根据一定的算法规则 对合格品与不合格产品进行分类。处理对象是整幅画面，通过比较对应像素点的 灰度值来完成质量检测。n o t a c h e c ki i 质量检查机由硬件和软件两部分组成。 软件系统包括：标准模板生成系统、检测系统和控制系统等，是目前比较成熟的 印品质量检测系统。但该系统也有不足之处，主要是针对特定产品而研制的，产 品的通用性较差。另外，n o t a c h e c ki i 质量检查机属于国外专利产品，无法了 解其核心算法。 综上所述，国外的印刷机质量检测及控制系统的研究起步较早，技术水平和 设备的自动化程度都处于国际领先水平，许多设备都已经形成成熟的系列产品应 用于到了实际生产中，极大的极高了生产效率和印刷品的质量。 1 4 国内研究现状 我国的印刷机自动控制系统的研究起步较晚，和国外的印刷机检测及控制系 统相比，我国的技术水平相对落后。在多色胶印机自动套准检测及控制系统方面， 国内一些企业和很多专家一直致力于这方面的研究，在偏差图像的采集、套印偏 差的检测方法等方面取得了一定的成果。 在标记的图像采集装置方面，国内最早用于套印标记检测的图像采集装置是 光电扫描头，这种装置主要用于凹版印刷机的自动套准系统。光电扫描头属于间 接测量装置，检测结果易受外界因素影响，可靠性较差船1 。为了改善这样的问题， 赵亮方提出了塑料印刷机自动套准装置单光电头方案口1 。之后，西安光机所的陈 烽设计了一种新型光电型扫描式套测系统，这种系统采用双光电直接测量，不受 走纸情况的影响，测量结果更加可靠h ，5 i 。为使检测结果更加精确，冯晓强等设 计了一种高精度色标检测系统阳1 。 在偏差的检测方法上，近年来随着光电技术和c c d 技术的迅速发展，数字 图像处理技术已经广泛的应用于各个领域。在印刷领域里，数字图像处理的方法 主要应用于自动检测套准误差和实时监控印刷品的质量，在一些检测算法方面取 北京t 、i k 人学1 i 学硕十学何论文 得了一定的成果。 王岩松提出了一种基于互相关的图像定位匹配算法，利用互相关实现待检测 图像与标准图像的定位匹配，提出用金字塔分层口1 来弥补互相关匹配运算量大的 不足。匹配的精度达亚像素甚至1 1 0 0 像素级，这种方法可用于印刷品质量自动 检测系统。章毓晋提出了利用图像技术实现精细印刷品缺陷自动检测方案阳1 ，这 种检测方案结合逐像素匹配和分区域匹配的优点，应用分区域的思想对图像进行 逐像素的匹配。这两种方法都是采用整幅图像的全部或局部作为模板，进行相关 性运算求模板匹配的。韩斌设计了一种基于数字图像处理的印刷品缺陷计算机自 动检测系统，提出了印刷缺陷检测的边缘提取算法和图像对准算法，采用二阶微 分算子对标准图像进行边缘的提取，提高了算法的效率。该检测系统能从印刷品 图像中提取缺陷图像，实现印刷品表面的印后缺陷自动检测阳1 们。蔡叶青提出了 一种基于机器视觉的凹版印刷机位置控制及产品检测系统，利用彩色边缘检测等 方法对在线印刷品的图像进行实时图像处理和分析，可动态或静态显示在线印刷 品图像，并得到与产品图像质量相关的参数，以检测产品的质量n u 。 以上是近年来国内一些专家学者在印刷品质量检测与控制方面所做的研究， 这些研究在印刷标记的获取装置和对获取标识后的数字图像处理算法方面取得 了一定的成果。对于多色胶印机的套印标识的检测及套印偏差的调整控制方面在 国内研究的较少。 1 5 本课题的主要研究内容 多色胶印机在印刷时采用的是各种颜色套印的方法，在套印过程中由于印 前、纸张、操作、机械等方面的因素而导致各种套印颜色之间容易出现套印偏差。 由于套印偏差的存在而容易使印刷品出现颜色失真、字体模糊等缺陷，严重影响 印刷品的质量。所以，为保证印刷品的质量，在多色胶印机必须有套准控制系统。 套准控制系统应包括：套印偏差检测系统及套印偏差调整系统，即在印刷过程中 套印偏差检测系统根据印刷样张上的套印标记检测出各种颜色之间的套印偏差， 然后调整系统根据偏差的数值控制各种颜色的调版电机以消除套印偏差，这样就 可以保证印刷品的印刷质量。 目前，在胶印机套准控制方面，国外已经有比较成熟的产品，而在国内在这 方面尚处于研究阶段。国内的一些研究多集中在套印标记图像处理的算法上，对 于套印偏差的调整装置及整套的偏差检测控制系统的研究还不够深入。本课题针 对国内在这方面的空白，对多色胶印机套印偏差检测及调整系统进行研究，目标 是研究出一套多色胶印机套准控制系统。 套准控制系统应包括套印偏差检测系统、套印偏差调整系统及整个系统的操 作界面。套印偏差检测系统的任务是根据印刷样张的套印标记采用c c d 采集套 印标记的图像然后根据数字图像处理的理论将采集后的套印标记的图像进行处 第1 章绪论 理，最终检测出各种颜色之间的偏差值，应包括周向( 纵向) 、轴向( 横向) 、斜 向( 歪斜) 三个方向的偏差值；套印偏差调整系统的任务是根据检测系统的检测 结果调整调版电机以消除套印偏差；系统操作界面的任务是连接检测系统及调整 系统，最终完成整套系统的检测及调整过程。 根据以上目标本课题要完成以下几方面的任务： ( 1 ) 研究一套多色胶印机调版控制系统，使控制系统根据套印偏差检测系 统检测出的套印偏差值控制调版电机以消除套印偏差。 ( 2 ) 搭建整套的套印偏差检测及控制系统，最终完成检测系统和控制系统 的通信。 ( 3 ) 制作整套检测及控制系统的操作界面，使偏差的检测及调整在操作界 面上完成。 1 6 本章小结 本章主要叙述了本课题的主要研究背景及国内外的研究现状，重点介绍了多 色胶印机的套印及套准，分析了多色胶印机在套准控制系统方面国内和国外的研 究现状，并根据国内在套准控制系统方面研究的不足，提出了本课题的研究目标。 最后根据课题的研究目标，制定了本课题的主要研究任务。 北京t 业人学 ：学硕十学何论文 第2 章套准控制系统的组成 2 1 套印偏差检测系统 套印偏差检测系统的功能是检测出各种颜色在套印过程中的套印偏差，根据 多色胶印机印刷版的结构偏差值应包括周向( 纵向) 、轴向( 横向) 、斜向( 歪斜) 三个方向。具体的检测方法是采用c c d 采集印刷样张上的套印标记，将套印标 记存储到p c 机中，然后根据数字图像处理的知识处理套印标记的图像最终检测 出各种颜色在三个方向的偏差值。 2 1 1 套印标记的检测方法 多色胶印机在印刷过程中在印每种颜色时会印刷一定的套印标记如图2 1 所示，图2 1 为四色胶印机在印刷黑色、品红、黄色及青色时印刷的标记。在标 记上四条十字线间的距离可以反映出四种颜色印刷版间的偏差，检测的任务就是 检测四条十字线间的距离。 ii f ”1f i i 鳓1 rj l _ j i j ：萋1 i 图2 1 十字线标记 f i g 2 - 2b a d g eo fc r o s sc u r v e 对于套印标记的测量，有如下几种方法： ( 1 ) 刻度尺直接测量。直接测量法就是将套印标记用放大镜放大一定的倍 数，然后用刻度尺测量套印标记的像中十字线间的距离，再将测量结果除以放大 的倍数即可得到各种颜色套印偏差的数值。 由于套印标记中各条线间的距离一般比较小，用刻度尺直接测量无法测出， 所以必须将套印标记进行放大再测量，这种方法的不足之处在于测量过程繁琐而 且耗费时间，另外在测量的结果不精确容易受人工的影响。这种方法在胶印机刚 出现时广泛的应用于工厂中。 ( 2 ) 光电扫描。随着光电技术与信息处理技术的发展，光电技术逐渐应用 到套印标记的检测中。光电扫描头如图2 2 用光发射接收原理，先发出调制光然 第2 章套准控制系统的组成 后接收被物体的反射光并根据接收光信号的强弱来区分不同的颜色，对十印刷 在某种颜色的色标或其它可作为标记的图案色块、线条或物体的有无进行检测， 可实现自动定位、定长、辨色、纠偏、对版、计数等功能。 光电扫描头检测套印偏差的原理是：先用单光电头读取两种颜色的色标间隔 的时差信号，然后根据印刷机的速度计算两色标白】距，与标准色标间距进行比较 即可得出套印偏差。这种方法应用光电技术采集套印标记，检测的速度及精度比 直接测量法有所提高，不足之处在于这种方法属于间接测量法，测量的结粜易受 走纸速度和速度波动的影响，可靠性不高。 番 网22 光i u 扫描头 图23c c d 摄像头 f i g2 - 2s c 龃n i n go f o h o t o d 氍订i c l t y f i g2 - 3 c c d c 一 ( 3 ) 数字图像处理。目l j i ，c c d 技术迅速发展，数字图像处理技术己广 泛的应用于各个领域。 住工程实际中，一般先用c c d 摄像头如图2 3 所示将被摄取目标转换成图 像信号传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，将图像 变成数字化信号，图像处理系统对这些信号进行各种运算来提取目标的特征，如： 面积、长度、数量、位置等，然后根据预设的容许度和其他条件输出结果，如： 尺寸、角度、偏移量、个数、合格不合格、有无等。 在印刷行业，应用数字图像处理检测多色胶印机套准偏差的原理是：先用 c c d 采集印刷样张的套印标记，然后将套印标记的图像存储到计算机中，再根 据数字图像处理的理论研究一定的算法对套印标记的图像进行处理，印可得到套 印偏差。这种方法具有检测速度快、精度高、受外界干扰小等特点目前被广泛 的应用。 212 基于数字图像处理的套印偏差检测 数字图像处理( d i g i t a l i m a g e p r o c e s s i n g ) 又称为计算机图像处理t 它是指将 图像信号转换成数字信号并利片i 算机对其进行处理的过程。革于数字图像处理 的套印偏筹检测系统如图24 ，系统。 j 包括：c c d 摄像头、工业计算机及检测软 件等。 北京t 业大学下学硕十学何论文 图2 4 偏差检测系统 f i g 2 - 4d e v i a t i o nd e t e c t i o ns y s t e m 2 1 3 本课题中的套印偏差检测系统 本课题中的套印偏差检测系统主要包括硬件部分和软件部分，硬件部分主要 包括：c m o s 摄像机、光学镜头、光源及镜头套筒等。软件部分为基于数字图像 处理套印偏差检测软件。 2 1 3 1 硬件部分 系统的硬件由c m o s 摄像机，光学镜头，内外套筒，环形光源，台式计算机。 c m o s 摄像机 系统采用的是工业检测专用的彩色数字摄像机。 主要设备参数如下： 分辨率：1 6 0 0 1 2 0 0 象素尺寸：4 2 i - t mx4 2 t t m 传感器类型：逐行扫描c m o s 信噪比： 4 2 d b 输出方式：u s b 2 0 可编程控制：图像尺寸，亮度，增益，帧率，曝光时间 供电要求：5 v 功耗：最大2 2 5 w 外形尺寸：5 4 5 5 4 5 4 1 5 净重：1 9 5 9 编程环境：、m n 9 x m e 2 0 0 0 ) ( p 这款摄像机静态采集适用于文字识别，p c b 检测，半导体及元器件检测， 显微图像及医学图像采集等，动态采集适用于机器人视觉等领域。 第2 章套准控制系统的组成 光学镜头 光学镜头的主要参数如下： 焦距：5 5 m m 罔像晟大尺寸h x v x d ：88 r a m 66 r a m ( e l l m m ) 尺寸：5 3o m m 9 29 r a m 霞量：3 2 0 9 l e d 环形光源 系统采用的光源是高密度的l e d 伞状环形阵列结构，在照明光源中心区域 光亮高度集中，这是l e d 照明光源系统的标准模式，已被广泛采用。 内外套筒 为了灵活地移动和调节镜头与待检测样本之间地成像距离以及将光源和镜 头一体化，特别设计了内外套简结构。内套筒将镜头固定，外套筒和内套筒之 f u j 的相对移动f 螺纹实现，同时外套简下端固定住光源从而将整个硬件输入模 块集成在一起。硬件的各部分如图2 5 所示，其工作示意图如图2 - 6 所示。 幽2 - 5 硬什模块的再组成部分 f i 9 2 5p a r i so f t h e i n p u t m o d u l e 图26 硬件模块的丁作示意图 f i 9 2 - 6 i n p u t m o d u l e p a r t sa sa w h o l e 2132 软件部分 软件部分界面主要包括：标定界面、检测界面及检测结果界面分别如图 2 7 、图2 - 8 及图2 - 9 所示： 口，口丑q 。：- x 凸t 图2 7 标定界面 f i 9 2 7 i n t e r f a c e o f s t a n d a r d i z a t i o n - i p 户9 且 卑：卜x 毋盈p j j ： 1 图2 - 8 检测界面 f i g 2 _ 8 i n t e r f a c z o f d e t e c t i o n 管户口匠一龟。：一卜x 舀圃t j i p j ，+ 一 一w 等等。警 ； r - 一_ _ 图2 - 9 检测结果界面 f i g2 - 9 i n t e r f a c e o f d e t e c t i n gr e s u i t 22 套印偏差调整系统 套印偏差检测系统检测出的套印偏差反映的是各种颜色印刷版之间的偏移 量。调整系统的功能是根据检测系统的检测结果即各种颜色之间的套印偏差值控 制滴版电机，以消除各种颜色印刷版之间的偏差。调整系统主要包括：p l c 、调 北京t 业大学t 学硕十学何论文 版电机、电机位移传感器等。 2 2 1 胶印机调版系统 一般多色胶印机中都装有调版系统，调版系统的作用是在各种颜色的印刷版 出现偏差时调整印刷版，下面以四色胶印机为例介绍胶印机调版系统的组成。四 色胶印机装有四个印刷版，分别是黑色、青色、品红和黄色。调版系统主要包括 调版电机、电机位移传感器和减速机构。套印偏差可以分为周向( 纵向) 、轴向 ( 横向) 、斜向( 歪斜) 三个方向，所以相应的在每种颜色的调版系统也包括周 向( 纵向) 调版电机、轴向( 横向) 调版电机、斜向( 歪斜) 调版电机，这样可 以很方便的调整印刷版在各个方向的偏移量。对于四色胶印机而言包括四种颜 色，每种颜色有各自的调版系统，每个调版系统中有三个方向的调版电机，所以 四色胶印机四种颜色调版系统共有十二个调版电机，分别是黑色周向( 纵向) 调 版电机、黑色轴向( 横向) 调版电机、黑色斜向( 歪斜) 调版电机、青色周向( 纵 向) 调版电机、青色轴向( 横向) 调版电机、青色斜向( 歪斜) 调版电机品红周 向( 纵向) 调版电机、品红轴向( 横向) 调版电机、品红斜向( 歪斜) 调版电机、 黄色周向( 纵向) 调版电机、黄色轴向( 横向) 调版电机、黄色斜向( 歪斜) 调 版电机。套印偏差调整系统的任务就是根据检测系统的检测结果，采用一定的算 法或控制方式控制调版系统的十二个调版电机以消除各种颜色印刷版之间的偏 移量。 2 2 2 调版电机特性 本课题中的调版电机采用的是三相异步电机，其基本的工作原理是：在圆柱 体的转子铁心上，嵌有均匀分布的导条，导条两端分别用铜环把它们连接成一个 整体，当气隙中存在着旋转的磁场时，根据电磁感应定律，在转子导条中将有感 应电动势产生，由于转子导条已构成闭合回路，所以在转子导条中有电流通过， 并且电流的有功分量与感应电动势同相位。所以，根据电磁力定律可知，转子导 条中的电流与旋转磁场相互作用，使转子导条受电磁力的作用，电磁力的方向符 合左手定则。转子上全部导条所受的电磁力形成一个电磁转矩，如果此时该电磁 转矩克服了负载的转矩，电机就会按照一定的方向转动，从而实现了电能向机械 能的转换。三相异步电机具有结构简单、易于控制、效率高和功率大等优点，目 前被广泛的应用于各中工业控制中。 第2 章套准控制系统的细成 a c 3 图2 一l o 电机原理图 f i g 2 1 7s c h a n a t i co f m o t o r 图2 1 0 所示为本课题中四色胶印机中调版电机的电机原理图，电机的工作 过程如下：当l 、2 、3 分别接3 8 0 v 交流电的a 、b 、z 三相时电机开始j 下转， 当a 、b 、z 三相中的任意两相交换位置即4 、5 、6 接通时电机开始反转，电机 转动的过程中，当接入2 4 v 直流电压时即7 、8 接通时电机制动。 2 2 3 调版电机位移传感器原理 传感器的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号 的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能 感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或 其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制 等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。可以用不同的标准对传感器 进行分类：可以按它们的转换原理( 传感器工作的基本物理或化学效应) 、它们的 用途、它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等对传感器进行分类。按 照传感器的用途可以将传感器分为：温度传感器、压力传感器、液位传感器、速 度传感器、加速度传感器、位移传感器等。 位移传感器是利用各种元件检测对像物的物理变化量，通过将该变化量转换 为距离，来测量从传感器到对象物的距离位移。根据使用元件的不同，可分为光 学式位移传感器、线性接近传感器、超声波位移传感器、电容式位移传感器、电 阻式位移传感器等。 调版电机位移传感器功能是在电机转动时检测调版电机所驱动的印刷版的 位置，本课题中调版电机位移传感器采用的是电阻式位移传感器，所谓电阻式位 移传感器就是将印刷版位置的变化转变成电阻值的变化，再将传感器上加上一定 的电压即可将印刷版位置的变化转变成电压的变化。 北京t 业人学i ：学硕- k 。浮何论文 图2 1 1 传感器原理图 f i g 2 11s c h e m a t i co f s e n s o r 传感器的工作原理如图2 - 1 1 ，在电阻r 两端加一定的电压，活动触头与调 版电机连接，这样当调版电机转动时活动触头也随之滑动，在输出端即可得到不 同的电压，印刷版位置的变化即可转变成输出端电压的变化。将传感器的输出的 电压送入a d 转换模块即可变为数字量，再根据一定的对应关系将传感器进行标 定即可建立数字量与印刷版位置的对应关系。 2 2 4 偏差调整系统总体设计 偏差调整系统主要包括p l c 、调版电机、调版电机位移传感器、a d 模块等， 其中p l c 的作用是接收检测系统的检测出的各种颜色的偏差值，然后控制各种 颜色的调版电机，同时p l c 接收经a d 模块转换的调版电机位移传感器所采集 印刷版的位置信号，根据a d 模块转换后的信号即可判断调版电机转动时所驱动 的印刷版的位置，这样，依据判断结果即可以控制调版电机的启停；调版电机的 作用是通过一定机械装置( 一般是多级减速齿轮) 与印刷版连接，当电机转动时 即可驱动印刷版的移动；调版电机位移传感器与调版电机连接，电机转动时位移 传感器即可采集电机所驱动的印刷版的位置信号，并将位置信号转变成可测量的 电信号；a d 模块的作用是将调版电机位移传感器的电信号转变成数字量，以便 于p l c 的处理。 图2 一1 2 总体框图 f i g 2 12g e n e r a ld i a g r a m 1 6 第2 币套准控制系统的乡r 成 如图2 1 2 所示为偏差调整系统总体框图设计，系统的工作过程为：当检测 系统将各种颜色的套印偏差以一定的通信方式传送给p l c 控制器以后，p l c 控 制器对偏差值进行转换( 转换关系依据位移传感器的标定结果) ，转换完成后p l c 控制器即可判断各种颜色印刷版当前的位置关系，根据这种位置关系p l c 控制 器即可以判断各种颜色的调电机的正转与反转。在调版电机转动的过程中，位移 传感器实时采集各种颜色印刷版的位置信号，经a d 转换后将位置信号转变成数 字信号传送到p l c 控制器，根据接收到的位移传感器信号p l c 控制器即可判断 各种颜色的印刷版是否已经调整到位，如果印刷版已调整到位则使电机停止转 动，否则继续使电机转动直到调整到位。这样在调版电机转动时，印刷版的位置 实时的都有反馈的信号到p l c 控制器，从而使调版系统成为了一个闭环的控制 系统。 2 3 系统操作界面 对于套印偏差检测系统和偏差调整系统而言，完成所有的操作过程都要在一 定的操作界面下来实现，系统操作界面就是为完成偏差的检测及偏差的调整而设 计的，在系统操作界面上不仅可以完成从采集印刷样张的图像到图像处理中相关 参数的设定，并最终将偏差数值检测出来，而且也可以完成对偏差调整系统中调 整中相关操作方式的设定。所以，在操作界面上可以很方便的完成检测及调整的 过程。 2 3 1 系统操作界面的控制对象 系统操作界面的控制对象主要是偏差检测系统和偏差调整系统，偏差检测系 统的主要包括硬件部分和软件部分，硬件部分主要是c m o s 摄像机、光学镜头、 内外套筒、环形光源等，软件部分主要是在v i s u a lc + + 环境下开发的应用程序， 检测系统的所有数据的处理及检测结果的显示都要在基于v i s u a lc 抖环境下开 发的应用程序中实现，同时应用程序完成和系统操作界面之间的通信，以完成数 据的传输。 对于偏差调整系统主要是以p l c 控制器为核心，包括调版电机、调版电机 位移传感器、a d 模块等。其中p l c 控制器作为整个检测及控制系统的下位机， 主要完成对调版电机的控制及a d 数据的采集，并且完成和系统操作界面间的通 f 兰 1 日o 2 3 2 系统数据通信方式 对于整个套准检测及控制系统主要包括上位机和下位机两部分，其中系统操 作界面及检测系统软件部分均在上位机中，p l c 控制器作为整个系统的下位机。 系统问的通信方式如图2 - 1 3 。 北京7 n k 人学- t i 学硕十学何论文 图2 1 3 系统通信方式 f i g 2 - 1 3t h em o d eo f c o m m u n i c a t i o n 2 3 2 1 检测系统与操作界面之间的d d e 通信方式 由图2 2 0 可知，在上位机中系统操作界面程序和套准检测程序采用d d e 的 方式通信。d d e 是一种动态数据交换机制( d y n a m i cd a t ae x c h a n g e ，d d e ) 。使 用d d e 通讯需要两个w i n d o w s 应用程序，其中一个作为服务器处理信息，另外 一个作为客户机从服务器获得信息。客户机应用程序向当前所激活的服务器应用 程序发送一条消息请求信息，服务器应用程序根据该信息作出应答，从而实现两 个程序之间的数据交换。 两个同时运行的程序间通过d d e 方式交换数据时是客户服务器关系，一旦 客户和服务器建立起来连接关系，则当服务器中的数据发生变化后就会马上通知 客户。通过d d e 方式建立的数据连接通道是双向的，即客户不但能够读取服务 器中的数据，而且可以对其进行修改。 d d e 和剪贴板一样既支持标准数据格式( 如文本、位图等) ，又可以支持自 定义的数据格式。但它们的数据传输机制却不同，一个明显区别是剪贴板操作几 乎总是用作对用户指定操作的一次性应答，如从菜单中选择粘贴命令。尽管d d e 也可以由用户启动，但它继续发挥作用，一般不必用户进一步干预。 d d e 有三种数据交换方式，即 ( 1 ) 冷连接( c o o ll i n k ) 。数据交换是一次性数据传输，与剪贴板相同。 当服务器中的数据发生变化后不通知客户，但客户可以