基于plc的单光电头检测误差的实现

基于plc的单光电头检测误差的实现

0印刷工艺的要求现代的彩色印刷通常采用ymck4色印刷。在印刷过程中，如果涂层位置不允许，严重影响了涂层和颜色的再现，降低了图像的分辨率。为了得到理想的彩色图像,就必须保证不同颜色的单色图像准确地重合在一起。因此,套印准确是印刷的最基本要求。开发和设计高性能的自动套印控制系统可以有效地提高印刷机质量,其中,如何准确检测套印偏差信号是最为关键的部分。1种多系统模型由于各单色图像之间是简单的平移关系,因此在印刷每一种单色图像的同时,若在印品的某个位置(通常是在印品的边缘位置)印一个长度和宽度都一定的标记,那么此标记的位置就能代表该单色图的套印位置。该标记即通常所说的mark线(各色印刷标志线)。不同的印刷生产中采用的mark线形状可能不同,mark线之间的位置关系也可能不同。一种常用的mark线标记法是事先将mark线刻在相应单色印刷版辊的边缘的固定位置,因而每印刷一单色图像均在印品的边缘相应位置印有该色的mark线。在套印准确的情况下,每相邻两条色标的标准间隔d为一固定值(一般为20mm),见图1。套印误差即体现为mark线实际间隔与其标准间隔之差。因此,可以通过检测相邻mark线的间距来获得套色偏差。2单光电头自动套印误差检测的方案目前使用的自动套色误差检测方法主要是用光电检测传感器(俗称光电头、光电眼)来实现。它根据光发射接收原理,发出调制光,接收被测物体的反射光来判别物体的存在与否。将其作为传感器与其他电路或装置配套使用,可对印品上的色标进行检测,以实现自动检测套印偏差。采用光电头检测套印误差基本上分为两种方法:单光电头检测法和双光电头检测法。从国内研究情况来看,对双光电头法研究较多,而且从实现手段上来看,基本上采取的是专用单片机来实现套印误差的检测。事实上,由于双光电头法成本高,电路设计复杂,并不适合目前国内中低档印刷机生产的现状;同时,无论是何种印刷机,电控部分一般都采用了PLC进行控制,PLC在印刷机领域的应用已经越来越广泛。考虑上述因素,本文提出一种利用PLC来实现的单光电头自动套印误差检测的方案。采用PLC来实现单光电头自动套印误差检测的方案,首要解决的就是实时性的问题。印刷物料上的各色色标依次经过光电头,不论是何种色标,在经过光电头时都会使之产生相应的脉冲信号。单光电头方案的检测方法就是在相邻两脉冲之间进行高速计数或计时,从而求出两色标间距离。然而,PLC采取的是一种循环扫描的工作方式,这就会出现输入、输出滞后现象,导致极大的测量误差;因此不能使用PLC常规的I/O来进行实时检测。事实上,可以充分利用PLC的中断模块和高数计数模块来实现套印误差检测,很多高性能PLC均带有这两种模块。实现方案见图2。将光电头产生的脉冲信号送至PLC中断模块的1通道,只要有脉冲输入,无论PLC扫描在哪段时序,都立即进行中断处理。同时,此信号还用来锁存高速计数器的当前计数值(但不会影响计数器继续计数),此值可由PLC直接读出,不需经过PLC输出传送处理,因而不存在输出滞后。这样,就可以在中断程序中进行数据处理,实时得到套印的误差值。将光电编码器装在印刷机的传动主轴上,随着传动系统的运行,编码器产生连续的脉冲信号,此脉冲信号的频率与主轴的转速成正比,将其A相和B相信号送至PLC高速计数器INA和INB计数输入端子。很明显,只要知道印版滚筒半径,获得两脉冲之间的脉冲计数个数,就可以求出两mark线的距离。从上述套印检测的PLC实现方案来看,还需要考虑下面一些关键技术问题:(1)自动找色标(也称对波、寻址):套印时通常以第1色作为套印基准,在套印准确时,其他各mark线与第1色mark线距离应为d,2d,3d(这样可以避免检测误差积累)。第1色mark线为其他各单元套印误差的检测提供了一个绝对的参照。因此,能正确识别出第1色mark线是进行套印误差检测的前提。(2)速度跟踪:一台印刷机可以用不同印速印刷,而单光电头属于间接测量装置,因此要考虑此方案当走纸速度有波动或者变化时会不会引起检测误差,能否进行准确的速度跟踪。(3)抗干扰能力:由于机械振动,印品产生褶皱以及色标的颜色深浅程度不尽相同等因素均会给光电头的输出信号造成影响,所产生的干扰噪声有时甚至会淹没正常的色标信号,造成误检或漏检的情况。一个可靠的检测方案应能较好地解决这些问题。3中断和对波方法为解决上述单光电头检测方案而设计的PLC算法见图3流程图。它包括在主程序中的初始化程序部分和中断程序部分。检测功能主要在中断程序中完成。印品两点间的距离D与编码器产生的脉冲数n有如下关系:n=KNDLn=ΚΝDL(1)其中,L为印版滚筒周长,N为编码器旋转1周所发出脉冲个数,K为印版滚筒与传动主轴的半径比。若编码器安装在印版滚筒转轴上,则K=1。算法中需要知道印版滚筒周长L(或半径R)以及色标间的标准距离d。这两个数值可在初始化程序部分由用户根据实际情况输入,并根据式(1)计算出标准距离d相当于编码器输出的多少个脉冲,将此值存放入R6,R6的值即间接代表色标间的标准距离d。同时还需要在初始化程序中设置计数器的工作方式为最大值计数方式。在这种方式下,计数器会一直计数,当它计数到最大值时,又会自动从0开始重新计数。常数CMAX表示计数器计数的最大值(本例中为8388607)。对于中断模块,在初始化程序中需要执行中断允许指令。另外,在初始化程序中对其他所用到的寄存器设置初值为0。在中断处理标志ILBL和中断处理结束IEND之间即是中断程序,它完成主要的误差检测工作。由式(1)可以看出,色标间距离D和色标间编码器所发出的脉冲数n的关系与印速无关,表明此方案能自动跟踪速度变化,可以在各种印刷速度下进行误差检测,不受印刷速度波动的影响。这是由方案本身性质决定的,无需算法实现,这也是该方案的一个特色。对波的实现是基于下述的一个事实:通常,对于两幅相邻印刷的图案,第1幅图案最后一次着色的色标与第2幅图案第一次着色的色标间的距离,比同一幅图案里相邻两色标间的距离大得多,因此可以用两色标间距离来判别出每一幅图案的第1个色标。相应地,算法考虑如下:以当前色标与前一色标距离的一半,作为其后色标间距离进行比较的门限值。若后续色标间距离不超过此值,即认定是同组内的色标;否则,则可能是另一色标组的第1色色标,在这种情况下,就用新的距离值修改门限值,以比较下一色标,直至找出第1色色标为止。一旦找到第1色色标,就可进行各组色标间的同步检测,门限值也基本固定在两组色标距离的中点位置(由于套印误差的存在,此位置有小的波动)。这样处理使系统具有跟踪第1色色标的能力,不管出现何种情况丢失了第1色标值,失去检测同步,就可以在下一印张中重新找回第1色标,保证检测每一幅图案色标的同步性;同时,以两组色标距离的中点位置做为判断第1色标的门限值,还可保证在误检和漏检的情况下,最多只能影响1组色标数据。算法还能够自动剔除由于各种因素引起的坏数据。由于干扰噪声的存在和色标本身浓淡的影响,会造成光电头的误检和漏检,这种情况下的数据是没有意义的。考虑到预对版精度都在5mm以下,且套印调节量一般也不会超过5mm,如果在哪组色标内检测出的误差超5mm,即可认为是干扰信号或是漏检,本组数据不做处理,直接等待下一印张的色标来进行处理。因为干扰和误检基本上是属于随机事件,发生概率不大,因此不做处理是不会影响系统正常检测的;但当这样的现象连续出现3次以上,说明干扰因素(如色标标记不明显等原因)的存在是一个客观事实,已严重影响到误差检测系统,此时应停机提示,让用户去处理。根据此算法编写程序,采用光洋SU-5型PLC实现。该款PLC具有U-01NI中断模块,可进行时序误差比较少的高速处理。其高速计数器模块U-01Z具有4种功能(包括计数锁定功能)和6种动作方式[包括倍率、B方式(计数器可计到最大计数值)等],最大计数频率可达100kHz,可以很好完成套印误差检测。编码器采用的是KOYO的TRD-SH系列的旋转编码器,分辨率为1200脉冲/r。在某公司的主流机型上进行试验,该机型与传动主轴的半径比为8,采用4倍频计数,印版滚筒周长为900mm,在印刷速度不超过9000张/h的情况下,检测精度接近0.02mm。4印刷所使用的硬件方面上述用PLC实现的套印误差检测方案有如下一些特点:(1)现在的印刷机电控部分一般都采用了PLC,因此采用PLC来实现套印误差检测能够充分共享资源,除了一些接线电路以外,基本上没有因此而增加额外的硬件。(2)抗干扰能力强。与一些采用计时方式的专用单片机的检测方案相比