模糊寻址自动跟踪彩色套印控制装置的研制

模糊寻址自动跟踪彩色套印控制装置的研制

塑料薄膜凹彩色缝纫机是该软包装线的主要设备之一。通常由几台印刷机串联组合而成。能够自动地将不同颜色的单色图案依次套印在同一印刷材料幅面上,印刷出由多种颜色组成的彩色图案,是典型的多辊联动系统。主电机动力通过V型带一级减速传于纵轴,纵轴是由连接于各印刷单元间的几节构成。各印刷单元的纵轴与蜗杆相连.以进一步减速并实现变向传动,这样动力就分别传递到了版轴与刮刀架上.其纵向传动结构如图1所示。单元导辊可分变向辅助导辊,纵向对版调节补偿辊,横向调偏辊(图1中没有画出),冷却辊(图1中没有画出)。纵向对版调节补偿辊,主要用于自动控制装置自动纠偏误差而设,通过同步电机驱动丝杠螺母机构,带动纵向对版调节补偿辊产生微小移动,从而调整了薄膜与印刷版轴(又称花辊)的相对位置,纠正套印中产生的误差。横向调偏导辊的主要作用是为吸收辊筒制造和安装中的系统误差而设定的.冷却用导辊的主要作用是使薄膜通过烘箱后迅速冷却,稳定薄膜尺寸,防止各色图案发生变形.调整烘箱温度与冷却量以有利控制套印精度。在这种串联式多辊联动系统中,存在着许多导致套印误差的因素,例如印刷材料的伸长或收缩,导辊和压辊所产生的滑动,各花辊间的张力变化等,必然产生套印误差.使图案变得模糊不清,严重影响印刷质量。因此,在印刷过程中必须实时地对产生的误差进行修正,才能保证印刷质量。1设备现状1.1生产套色控制仪在设备所改造的塑料薄膜彩色凹版印刷设备,生产年代较早或因厂家为降低设备成本,没有安装自动套印装置设备。以往在生产过程中,主要采用人工校正,每一组印刷机,均有一操作工人进行手动调整,修正套印误差。操作工人的劳动强度大、工作环境较差。由于人眼的跟踪能力有限,其印刷速度很低,同时套印质量也难以达到要求.随着印刷业竞争日益激烈,原有设备的印刷质量及生产效率无法适应生产的实际需要。为此很多拥有此类设备的厂家,迫切要求对设备进行改造。印品的套印精度在很大程度上取决于设备本身的机械制造精度(印刷机墙板、牵引辊、导辊等)和所使用自动控制系统的技术水平,它直接决定了运行的平稳性。一套版辊在一台印刷机上难以实现有效套准,而在另一台印刷机上则可以实现,说明整机设备对系统的影响很大。某些生产套色控制仪的企业不愿意把自己的控制仪安装在制造精度较差的印刷机上,是很有道理的。所改造设备主要存在以下问题:1)振动问题:印刷机整机设备单薄,振动较为明显。这对于利用光电眼拾取色标(Mark线)信号非常不利。除了安装光电眼的支架随设备振动外,反光板本身也振动,这使得光电扫描头与薄膜之间的间距在测量过程中不是常量,尽管这种变化比较小,但对光电眼输出的基准信号电平影响很大。2)版轴与传动齿轮锁紧装置不可靠,使寻到的正确地址发生偏移:因原印刷机设备设计为手动调整修正套印误差,操作人员对版及修正套印误差过程主要靠调整版轴与传动齿轮相对的角度位移。长期的手动调整,使离合器锁紧装置不可靠。然而,在自动控制中,离合器应绝对禁止开合。此锁定装置一旦未锁紧,将导致印版滚筒在高速运转时因版轴未锁紧而出现前后滑动,造成所寻的地址偏移,难以保证与光电编码器的脉冲信号同步。尽管这种变化较微小,但随着时间的增加,偏移量增大,其纠偏能力下降。若采用常规的控制设备,严格要求同步,甚至难以完成自动控制任务。3)压印辊长度不够:色标(Mark线)大多印在印刷品的边沿上,由于压印辊长度较短,导致印品中间与边沿的拉伸程度不一,使印有色标(Mark线)的位置,产生褶皱。褶皱对光电眼的输出信号影响非常大,在信号的基线电平上叠加了干扰噪声如图2所示,此干扰噪声,有时将正常的色标信号淹没,使自动套印失灵。另外多数配套彩色套印控制装置,采用精确寻址,需要采用波门控制,市区色标信号,屏蔽其他不需要的色标信号或干扰信号。然而精确寻址需要类似于示波器(或CRT显示等)显示波形,来确定色标相对于脉冲编码器Z脉冲的地址位置。对于一些老旧设备,其本身的价值较低,用户对控制设备改造的成本很关心,增加显示装置,对于降低控制系统成本不利。针对上述问题,采用模糊寻址自动跟踪方式,研制了彩色套印控制系统装置,解决了设备中存在的这些问题,完成了对设备的改造,增加设备的附加值。1.2软件改革的效果1)振动问题主要从反光板及光电眼支架着手,加固了光电眼支架,采用方钢结构,并在两端采用螺栓拉紧。尽管原反光板中间为槽型结构,然而两端与整机联接处为一字形,刚度较差,工作时,振动非常明显。为增大联接处刚度,反光板改为全槽型结构,并在背面贴上了阻尼材料。经上述改动,基本消除了对光电眼振动对信号基准电平的影响。2)印刷机实际运行中,将版轴与传动齿轮锁紧装置尽量锁紧,但相对滑动仍时有发生,因此,在套印控制系统装置中,软件增加了自动跟踪寻址方式。由软件根据前次正常脉冲信号的位置,自动修正地址,并将现行地址存于E2ROM中。3)压印辊长度不够,使薄膜边沿产生褶皱,解决方法有二:一是增加压印辊长度;二是在信号调理电路上增加了微分与积分环节,使正常的色标(Mark线)信号得以通过,有效抑制了因褶皱而产生的干扰信号。除此之外,在软件算法上,还增加了正常色标(Mark线)信号的模糊寻找。在人工手动预对版完成后(误差小于±8mm),即可完成自动寻址,不需要精确地调整波门,并将地址存于E2ROM中,简化了寻址过程,降低了设备的改造成本。当地址因滑动发生偏移时,可根据实际信号位置,自动地修改地址参数。2纵向对版监测设备硬件软件设计2.1纵向对版控制装置凹版印刷机,对版系统分为横向对版和纵向对版两部分。横向对版装置比较简单,但对系统的稳定性要求比较高,严格地说,调偏辊不应用于对版,用调偏辊对版可能会使系统变得不稳定。因此其对版主要由纵向对版控制装置来完成。也是自动套印控制装置所完成的主要功能。纵向对版装置主要由微处理器控制机板,旋转编码器,光电扫描头(俗称光电眼),执行电机,浮动补偿辊等装置组成,其电路框图如图3所示。简要说明如下:按键主要设定印刷版辊(花辊)的周长,正序逆序、通道号设定和切换不同的显示状态.LED显示单元由八段LED和两条光柱组成,实时显示偏差数值。光柱的高低代表套印误差的大小,直观,且便于远距离监视。光电隔离电路,使微处理器控制主板的电源和现场电路电源隔离,提高系统的可靠性。2.2软件方案的设计针对彩色凹版印刷机的特点,软件设计包括:1参数设置2自动搜索地址31速度测试41检测颜色信号的脉冲误差5电子监控器6错误警报功能3印版辊参数设计模糊寻址自动跟踪彩色套印控制系统已应用于某凹版印刷设备上,经过运行,得到操作人员的认可,减轻了操作人员的劳动强度。其套印控制速度已达到原印刷设备的额定转速。设备振动、版辊与传动机构的微小偏移、边沿褶皱对光电信号的影响等问题的解决,将对今后同类设备改造,提供有益的参考作用。印刷不同的画面,需要不同的印版辊(花辊),为了保证控制的准确性及正确寻址,需要输入印版辊的周长或直径等参数。通常只须设置印版辊周长、正序逆序和通道号等。参数可通过面板的四按键输入进行设置。套印开始一般先由操作人员预对版,当预调误差小于8mm,自动寻址即可正确寻找到色标脉冲的正确位置,并自动记录寻址位置,用于自动套印控制;同时LED数码管指示寻址完毕,提示操作人员可切换为自动控制。旋转编码器与印刷版滚同步,根据Z脉冲,计算印刷速度。采用双光电眼同时进行色标(Mark线)信号识别,并利用高速流水线结构,混合信号微处理器C8051FXXX的可编程计数阵列(PCA)捕捉T0,T1脉冲的时刻,其PCA的定时分辨率为Δt=1