印刷機(jī)間隙調(diào)節(jié)研究

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本文作者：高振清王儀明白建軍作者單位：北京印刷學(xué)院信息與機(jī)電工程學(xué)院

1引言

由于膠印過程的復(fù)雜性和印刷品、印刷材料的特殊性，印刷過程的實現(xiàn)需要依靠大量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對關(guān)鍵部件進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便設(shè)備正常運(yùn)行。膠印機(jī)的關(guān)鍵部件主要包括滾筒部件、紙張分離機(jī)構(gòu)、紙張輸送裝置、遞紙機(jī)構(gòu)和套準(zhǔn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等。目前，這些關(guān)鍵部件的調(diào)節(jié)過程大多數(shù)采用手動純機(jī)械式結(jié)構(gòu)，精度不高，效率較低。為了改變現(xiàn)有調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的諸多不足，有必要研究一種膠印機(jī)關(guān)鍵部件的自動調(diào)節(jié)方法及裝置。這方面的研究工作有所開展，但未見深入報道。國外一些科研人員分析了印刷滾筒的振動特點，并提出了主動抑制振動策略[1-2]。

國外科研人員在膠印機(jī)內(nèi)使用了內(nèi)置動力吸收器的膠皮滾筒，在設(shè)備受到?jīng)_擊后迅速降低瞬時振動的峰值[3]。蔡吉飛從定量角度研究了運(yùn)動副間隙與遞紙牙運(yùn)動規(guī)律之間的相互關(guān)系[4]。研究采用嵌入式ARM控制器作為控制中心，通過位移傳感器檢測關(guān)鍵部件間隙變化情況，在觸摸屏上進(jìn)行相關(guān)操作，并通過步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)間隙自動調(diào)節(jié)。

2膠印機(jī)關(guān)鍵部件間隙自動調(diào)節(jié)原理

印刷過程中，由于各種工作條件的動態(tài)變化，經(jīng)常需要改變印刷機(jī)關(guān)鍵部件的間隙。間隙自動調(diào)節(jié)方法通常包括信息采集、處理、分析、控制等環(huán)節(jié)，在不停機(jī)的狀態(tài)下完成關(guān)鍵部件間隙的調(diào)節(jié)，從而使其達(dá)到合理要求。間隙的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理，如圖1所示。這里以膠印機(jī)滾筒之間的間隙作為研究對象，其他關(guān)鍵部件的間隙調(diào)節(jié)原理與此相同。在圖1中，1、2、3分別代表印版滾筒、橡皮滾筒和壓印滾筒，4代表位移傳感器。間隙檢測所采用的位移傳感器4是非接觸式位移傳感器，用于測定滾筒之間間隙的變化情況，由于直接測2和3之間的間隙目前難以實現(xiàn)，故這里測2的跳動量，以確定2和3之間的間隙；信號調(diào)理模塊的作用是將傳感器測得的信號放大為可供記錄的信號；信息處理設(shè)備用于對測試信號進(jìn)行采樣、分析，并通過電機(jī)驅(qū)動器對電機(jī)進(jìn)行控制。

3系統(tǒng)硬件邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計需要實現(xiàn)以下六項功能，分別為：（1）參數(shù)輸入功能：通過觸摸屏設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的間隙值，通過位移傳感器反饋當(dāng)前的間隙值。（2）參數(shù)輸出功能：輸出關(guān)鍵部件的間隙狀態(tài)。（3）信息顯示功能：為用戶提供輸入和設(shè)置參數(shù)的界面，同時可以顯示當(dāng)前的間隙狀態(tài)。（4）數(shù)據(jù)通信功能：下載PC機(jī)生成的間隙控制軟件。（5）數(shù)據(jù)存貯功能：存貯下載的間隙控制軟件和運(yùn)行過程中各個時刻的間隙狀態(tài)。（6）程序存貯功能：存貯間隙控制軟件。

針對以上六項功能，膠印機(jī)關(guān)鍵部件間隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)硬件邏輯結(jié)構(gòu)，如圖2所示。嵌入式ARM控制模塊觸摸屏功率放大/變換裝置步進(jìn)電機(jī)間隙檢測信號位移傳感器膠印機(jī)關(guān)鍵部件圖2間隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)硬件邏輯結(jié)構(gòu)圖此系統(tǒng)硬件邏輯結(jié)構(gòu)中，核心是嵌入式ARM控制模塊，并通過配置觸摸屏設(shè)置參數(shù)，完成電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)的位置、速度調(diào)節(jié)。開機(jī)工作時，根據(jù)印刷產(chǎn)品的不同要求，在操作界面中輸入要求的間隙值范圍，軟件與嵌入式ARM控制模塊通訊，將信息傳到ARM模塊，通過ARM模塊控制伺服電機(jī)動作，拖動機(jī)械機(jī)構(gòu)做出響應(yīng)，開始正常工作。工作過程中，隨時將傳感器的反饋值送到ARM模塊，與設(shè)定值進(jìn)行比較、分析、處理，如果反饋值不在合理范圍之內(nèi)，則按一定算法控制電機(jī)到達(dá)合適的位置，進(jìn)而將間隙值調(diào)整到正常范圍。

研究采用Micro2440開發(fā)板（主芯片為某公司的S3C2440）作為整個系統(tǒng)的控制中樞，該開發(fā)板采用基于ARM920T內(nèi)核的三星S3C2440A處理器，集成了大量接口資源，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，采用核心板加底板的系統(tǒng)構(gòu)成模式，板上可以直接集成觸摸屏，非常便于圖形化的應(yīng)用程序開發(fā)。運(yùn)行過程中，ARM控制器在位移傳感器檢測到信號后，進(jìn)行計算、處理的同時，還可以通過一個設(shè)定為Output的GPIO發(fā)一個信號出去加以顯示，代表當(dāng)前的間隙狀態(tài)，比如間隙過大還是正常。該開發(fā)板選取Linux的最新內(nèi)核Linux2.6.29為軟件平臺。系統(tǒng)實施過程中，根據(jù)選用的配件不同涉及一些需要注意的實際問題。比如，若選用的是低阻抗電壓輸出型傳感器，需要恒流源供電；若傳感器供電與傳數(shù)據(jù)采用一根線，則應(yīng)在傳感器的數(shù)據(jù)端配置高通濾波器獲得有用信息；由于滾筒本身的振動信號通常很微弱，所以還要采用運(yùn)算放大器將原信號放大等。

4系統(tǒng)軟件邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計

自動調(diào)節(jié)過程要求具有實時性和可靠性，因而膠印機(jī)關(guān)鍵部件間隙自動調(diào)節(jié)的軟件性能是一個關(guān)鍵問題。本系統(tǒng)的軟件部分主要包括ARM控制程序和觸摸屏程序。觸摸屏程序簡單，不做敘述。ARM控制程序大體上包括初始化模塊和間隙檢測與補(bǔ)償模塊，如圖3所示。ARM控制軟件開發(fā)過程中，首先建立起間隙分析模型，確定間隙與控制算法之間的關(guān)系；其次，設(shè)計間隙提取模塊，這需要結(jié)合位移傳感器進(jìn)行開發(fā)；再次，按照預(yù)先確定的算法，分析間隙情況，得到補(bǔ)償策略；最后，結(jié)合補(bǔ)償策略對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。整個ARM控制軟件的流程，如圖4所示。

5試驗樣機(jī)的設(shè)計與開發(fā)

由于試驗條件的限制，本研究參照北人BR622四開雙色印刷機(jī)的印刷部件，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)以適應(yīng)自動化調(diào)節(jié)的要求，用Solidworks三維設(shè)計軟件開發(fā)了實驗系統(tǒng)模型，如圖5所示。實際樣機(jī)已設(shè)計完成，目前已進(jìn)行軟件詳細(xì)設(shè)計，進(jìn)展順利。

6結(jié)論

膠印機(jī)關(guān)鍵部件間隙自動調(diào)節(jié)方法及裝置的研究能大大縮短停機(jī)調(diào)整滾筒位置的時間，提高工作效率，降低工作強(qiáng)度。進(jìn)一步的研究工作，可以在直接測量印刷壓力或滾筒間隙等方面展開，提高系統(tǒng)性能。同時，研究關(guān)鍵部件的間隙與印刷機(jī)各機(jī)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律之間的相互關(guān)系，進(jìn)而提前預(yù)測機(jī)器未來的狀態(tài)，從而使膠印機(jī)運(yùn)行狀態(tài)控制更具有主動性。