基于PID的BHP6127印片机伺服控制系统设计及应用

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西安库现保存有大量胶片素材，但由于时间久远都有不同程度的片基变形与收缩，现有的BHP6127印片机无法做到在不伤害原始素材的情况下印制出高质量的中间片或拷贝。文中对BHP6127印片机的速度控制系统进行系统改造，使其在较低的速度下完成平稳的印制。实验结果表明，改造后的BHP6127印片机速度控制效果良好，所制作的影片质量大有提高。

引言：在数字电影兴起之前，电影存贮的介质为胶片，而胶片中的感光颗粒经过合理曝光后留在屏幕上的影像，是我们无法忘怀的记忆与经典。经过100年的时间，证明电影胶片在保存环境合适的情况下，影片质量非常稳定。而中国电影资料馆西安电影资料库复制科洗印车间，就是为西安电影资料库库存2.7万多部约25万本影片提供技术和质量保证，让我国的电影文化遗产得以长久保存下去。

西安库复制科新建车间于2011年引进一台美国BHP6127干/湿两印连续式印片机，6127型印片机是贝尔浩系列印片机的经典机型，国内各大洗印厂均有贝尔浩系列印片机。此印片机为连续式印片机，可以分将画底、声底、字幕底、生胶片，同时进行四层叠印。所有底片都可以L-R，R-L两个方向反复印制，避免了底片取下倒片、复装的时间，特别适合大规模印制拷贝，此台印片机也是胶片电影洗印设备的技术顶峰，随着电影数字化的发展，贝尔浩系列印片机后续出了升级版的6134后，再也没有新产品出现。

根据资料馆保存的影片素材年代久远，齿孔收缩的原因，这台6127还提供了收缩影片专用的印片机画灯头。因为现有连续式印片机，为了保证在曝光的瞬间，画面的稳定，焦点的清晰，都是采用的齿轮定位，来稳定运动中的胶片，而这个齿轮定位的齿轮牙间距都是6.75毫米，跟影片齿孔间距是一样的，这样就能保证胶片在过画灯头的瞬间是相对静止和稳定的。但是针对齿孔收缩影片就不太合适，容易造成齿孔挑伤，严重时造成劈片、断片的严重事故。这个专用画灯头每个齿轮牙的间距做到6.72毫米左右，这样就能做符合条件的老旧影片的复制。

西安库复制科由于主要是服务于资料馆的大量影片素材，跟各大电影洗印厂以新底片进行大量拷贝复制的工作性质还有一定的区

别，复制科洗印影片的要求是少而精，而且大多数复制任务是直接面对原底片，这跟洗印厂用翻底做大量拷贝也有很大不同。由于原底片是影片素材的第一手资料，如果出现损伤，则是无法修复的。这对于印片机来说就提出了更高的要求。经过复制科这几年的洗印工作后，6127印片机在某些方面还不能完全适应影片素材的复制要求，对影片素材在复制过程中造成的损害的系数还是有些高，主要表现在其印片速度上。

连续式印片机的印片速度一般高于间歇式印片机，复制科的马提波间歇式印片机最高速度为600格/分，6127最慢速度为1920格/分，是马提波印片机的3倍多速度。由于素材影片的特殊性，时间久远，机械强度下降，片基面明胶层由长时间脱水，造成片基发脆，速度过快时，产生的拉力变大，很容易造成素材的损害。

1.印片机降速改造依据

西安电影资料库现保存着大量的珍贵影片素材，其中就有1922年的我国现存最早的影片《劳工与爱情》，这些年限悠久的资料影片由于其本身片基的差异性和保存环境的不同，有些出现了较为严重的收缩变形：

这些影片时间久远，机械强度下降，片基面明胶层由于长时间脱水，造成片基发脆，此时再经过BHP6127去印制中间片或者拷贝时，就很容易扎伤齿孔甚至断裂，给原始素材造成无法弥补的损害；

再者，由于库存素材底片的拍摄环境各有不同，某些底片曝光量过大，造成密度过大，现BHP6127在最慢印片速度下，依然不能完全将底片影像曝光在生胶片上，造成复制后的影像密度过小，色彩不饱和。

为了弥补以上不足，使BHP6127印片机更适合素材影片的印制，特对6217印片机进行降速设计，并设计合适的伺服控制系统，保证印片速度安全可靠。

2.印片机降速改造设计

BHP6127的速度控制为四档，分别是120ft/min、180ft/min、

基于PID的BHP6127印片机伺服控制系统设计及应用

中国电影资料馆西安库 田 奕 陈 楠 张 宇

张晓林 葛向北

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240ft/min、480 ft/min，在传统胶片洗印工艺盛行时期，为保证机器有一定稳定空间，也很少用480 ft/min全速来进行印制影片，所以我们决定对480 ft/min这一档着手进行降速改造，在经过我们多次调研后和对各类影片进行拉力测试，在拉力数据基础上进行研究，认为将120ft/min降至60ft/min时候，对于影片素材的机械伤害能降到最低。

图1为伺服控制系统的硬件原理图，图中模拟开关为DG201，该电子器件采用CMOS加工工艺，耐压为±15V，可以满足本课题要求。伺服控制器实现采用模拟器件运算放大器实现，该运算放大器为TL081，该运算放大器温漂系数小，共模抑制比高。选择合适的

外围电路即可完成伺服控制系统设计。

图1 多速度伺服控制模块原理图

PID控制器可以简化为如图2所示。其中u I 、u 0分别为输入、输出电压，经计算得式1。R 1和R 2决定比例系数的大小。R 1和C 2决定积分系数的

大小，这三个电子器件的参数大小需根据工程经验和试凑法确定。

图2 PID控制器原理示意图

（1）

为了达到降速目的，需要调整输入电阻，电路板里不同转速的电路中电阻阻值各不相同如表1所示。由表1可知，档位每扩大一倍，电阻缩小一倍。故回路的电阻选择为330kΩ。

表1 四个档位下的电阻关系

档位（ft/min）

阻值（kΩ）

12016518011024082.5480

41.2

3.实验设计及印片应用

利用转速器对运行中的机器进行不同档位的转速测量得到的数据如表2所示：

表2 四个档位下的转速测量

档位（ft/min）

转速上限（m/min）

转速下限（m/min）

608.277.9412015.2715.0718022.322.0240

29.84

29.54

根据表2的数据分析可知我们基本实现了降速改造，在60ft/min这一档的控制下转速基本为120ft/min的一半，利用测量验证成功。但是在测量供、收片转速时遇到了难题，其转速并不会降至60ft/min，如果整机转速不统一就无法正常跑片，所以我们又对供、收片电机进行了调整，使其保持在机器可运行的速度范围内，保证了机器的正常运行。

试验片选用库存影片《英雄儿女》的画原底素材，《英雄儿女》画原底素材为1966年拍摄，属于醋酸片，齿孔间距收缩到4.72mm，基本上能够代表大部分旧影片素材的情况，分别在120ft/

min和60ft/min的速度下各印一条试验片，其实验结果如图3所示：

图3 试验片调速前后对比

左侧为120ft/min速度下的试验片，右侧为60ft/min速度下的试验片，电压同为80V，前值同为23-23-23，由图充分表明在60ft/min速度下印出来的画面密度显著增大，反差提升也很明显，经底

检人员鉴定，印片速度下降后，印制过程中原底胶片和生胶片齿孔边均正常，未出现挑伤、断片、劈片等情况出现，画面质量更高，银幕鉴定后认为效果达到改造目的，改造基本成功。

4.结论

文中设计了一款基于PID控制器的印片机伺服控制系统，该伺服控制系统采用电子模拟开关完成速度选择及降速设计，采用PID 控制器完成伺服控制系统设计。

实验结果表明，该伺服控制系统可有效降低印片机速度及印片过程中胶片的拉力，适应影片素材的印制要求，提高拷贝片的质量。