彩色印刷套印误差检测系统的设计与实现

第2期
孙园园等 : 彩色印 刷套印误差检测系统的设计与实现
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[ 4] 沈建华 , 杨艳琴 , 翟骁曙 . M SP430 系列 16 位超低功耗单片机原理与应用 [ M ] . 北京 : 清华大学出版社, 2004: 261 -262. [ 5] 张 晞 , 王德银 , 张 晨 , 等 . M SP430 系列单片机实用 C 语言程序设计 [ M ] . 北京 : 人民邮电出版社 , 2005: 38 -40.
检测结果 理论位移偏差 21. 2 m 31. 8 m 10. 6 m
测试条形码 1 19. 1 m 测试条形码 2 32. 9 m 测试条形码 3 12. 5 m
m. 实验结果显示 , 系统测量误差在 4 结束语
3 m 以内 , 达到项目要求的 10 m 的精度要求.
本文提出了一种新的测量彩色印刷机套印误差的方法 , 采用黑白条形码和现代光电检测技术 , 相比较 传统的纸上十字规矩线标记法 , 可以提高测量的精确性、 全面性和实时性. 该系统已经初步应用在日本某 公司的大型网络胶印机上 , 测试结果表明, 系统具有测试速度快、 准确度高、 稳定性好等优点, 测量误差小 于 3 m , 为彩色印刷机套印误差的测量提供了便利的检测手段和先进的测试方法 . 参考文献
图2
相位偏差检测原理图
图 3 条形码设计图 2. 2 硬件设计 光接收和处理电路部分主要采用光电二极管与施密特触发器, 光电二极管将反射光转变成电信号, 然 后利用施密特触发器的整形及变换功能将输出的非矩形波整形为矩形波作为测量信号. 标准信号的生成则通过锁相环电路 ( P L L ) 实现, PL L 电路是用于 产生与输入信号相位同步 的新的信 号电路 [ 3] . 锁相 环电路由 鉴相器 ( PD) 、 环路滤波器 ( L P) 和压控振荡器 ( VCO) 组成, PD 将输入信号与 VCO 的输出信号进行比相 , 比相结果经 LP 滤波后作为控制 V CO 振 荡频率的控制信号, 用来使 VCO 输出的振荡频率能够跟踪输入信号 的频率. 当环路锁定时, VCO 的输出频率调整到与输入信号频率的均 值完全一样. 在系统中, PL L 的输入信号为测量信号, 当 P L L 锁定后, 图 4 比相模块电路设计图
实验编号
[ 5]
测试结果
实验分析 误差 - 2. 1 m 1. 1 m 1. 9 m
ຫໍສະໝຸດ Baidu
根据上述设计方案, 实验选取了 3 套测试条形码. 3 套测试条形码设计的测试区理论位移偏差分别为: 10. 6 m、 21. 2 m 和 31. 8 m. 实验顺序随机, 每套检测条形 码不间断连续检测 50 次 , 平均处理后得到的测试区位移 偏差测试结果分别为: 12. 5 m 、 19. 1 m 和 32. 9 m, 如 表 1 所示, 测量误差分别 为: 1. 9 m、 - 2. 1 m 和 1. 1
光学原理 , 利用光电转换技术 , 设计和实现了一套非接触式高精度套印误差光电检测系统 , 详 细分析了系统的工作原理与软硬件设计 . 实验结果和现场应用表明 : 该系统具有结构简单 、 工 作稳定、 检测精度高等优点. 关键词: 套印误差; 光电检测系统; MSP 430 中图法分类号 : T S805. 3 文献标识码 : A
* 收稿日期 : 2010 -01 -15
作者简介 : 孙园园 ( 1985- ) , 男 , 安徽省芜湖市人 , 在读硕士生 , 研究方向 : 光信息技术与应用
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我们将这个相位稳恒的信号定义为虚拟零误差标准信号. 标准信号与测量信号同时进入相位比较器, 输出相位比较结果 , 单片机 对比相模块输出的比相结果进行 A/ D 采样 , 采样结果编码后存储在 RAM 中. 待完整一圈的测量数据采集完成之后, 单机片暂停采样 , 将储存在 RAM 中的测量数据以串口通信的方式发送给 P C, 发送完毕后单片机继续采样与 存储 . 如此循环多次 , PC 机接收到若干圈的测量数据, 对这些数据进行分析 处理 , 可以得到单圈或若干圈取均值后的印刷机滚筒表面各点位移偏差的 检测结果 . 2 系统设计 整个光电测量系统的设计包括条形码设计、 硬件设计和软件设计 3 大部分 . 在硬件设计中主要包括光 接收和信号处理、 标准信号生成、 比相和单片机采样通信等部分 . 软件设计部分则主要包括主程序、 采样编 码及通信模块. 2. 1 条形码设计 条形码的设计如图 3 所示 , 目前打印机可打印的最细条纹为 10. 6 m, 将 12 个白条纹和 12 个黑条纹 组成一个黑白条形码周期 , 长度为 254 m . 24 个细条纹构成一个完整的信号周期( 360 ) , 每个细条纹代表 的相位为 15 . 整条条形码分为起始区、 定标区和正常区 . 起始区被设计用来在连续测量时区分每圈的测 量数据, 并且在粘附时处理黑白条形码非整数周期的零头部分. 定标区通过改动前后周期条形码的黑白条 纹数目实现定量相位偏差 , 对测量结果的分析很容易提取出该偏差, 并作为已知的 标尺 衡量正常区的相 位偏差的大小, 从而定量计算出滚筒表面各点的位移偏差.
输出信号与输入测量信号的频率均值保持一致, 且相位恒定 , 可作为标准参考信号用于与测量信号比较相 位偏差. 比相模块的设计如图 4 所示, 标准信号和测量信号分别控制为电容充电及放电的电流源与放电门, 测 量信号与标准信号的相位偏差决定电容的充放电结果 , 同时标准信号控制单片机在脉冲信号上升沿到来 时对电容充电电压进行 A/ D 采样, 采样得到的数字信息准确有效地表征测量信号与标准信号的相位偏 差, 对采样结果计算便可以精确地得到印刷机滚筒表面各点的位移偏差.
孙园园
(1
1, 2
, 陈长缨
1, 2
重大工程灾害与控制 教育部重点实验室 ( 暨南大学 ) , 广东 广州 510632)
510632; 2. 广东省高 等学校光 电信息
与传感技术重点实验室 ( 暨 南大学 , 光电工程系 ) , 广东 广州
摘
要: 为测量彩色印刷机在高速运动状态下的套印误差 , 依据黑白条形码对光能吸收不同的
0 引言 彩色印刷一般采用青色、 品红、 黄色和黑色组成的 4 色印刷方式 , 印刷时 4 种色版的图案依次叠印, 最 后合成一副完整的彩色图像. 在此过程中, 如果套色的位置不准 , 就会影响图案的层次与色彩再现 [ 1, 2] . 现 代计算机技术可以精确控制印刷机滚筒的角速度 , 但由于滚筒本身存在偏心的问题 , 使得套印时滚筒表面 线速度不一致, 滚筒表面产生位移偏差 , 导致套印误差的出现. 因此, 研制一种在高速运动状态下直接测量 滚筒表面位移偏差的光电检测系统对减少套印误差、 提高彩色印刷质量具有重要的意义 . 本文依据黑白条 形码对光能吸收不同的光学原理, 利用现代光电技术, 完成了彩色印刷套印误差检测系统的研究与设计 . 1 检测原理 系统原理框图如图 1 所示 : 待测的印刷机滚筒表面粘附着设计好的等间距黑白条形码 , 调整激光器 , 使激光垂直入射在条形码表面 , 滚筒以恒定的角速度运动 . 由于黑白条形码对光能的吸收不同 , 光电转换 器接受到条形码反射光能的强弱不同, 引起光电转换器输出电压高低的交替变化, 而滚筒表面的位移偏差 会改变信号相位 , 产生一系列相位差异的即时脉冲测量信号 .
DESIGN AND IMPLEMENTATION OF PHOTOELECTRIC SYSTEM FOR DETECTING OVERPRINT DEVIATION IN COLOR PRINTING
SU N Yuan - yuan , CH EN Chang - ying
public o f China( Jinan U niv ersity ) , G uang zhou Guang zho u 510632, China)
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*
陕西科技大学学报 JOU RN A L OF SH A A NX I U N IV ER SI T Y O F SCIEN CE & T ECHN O LO GY
A pr. 2010 V ol. 28
文章编号 : 1000 - 5811( 2010) 02 - 0100 - 04
彩色印刷套印误差检测系统的设计与实现
1, 2 1, 2
( 1 K ey L aborat ory of Disaster F or ecast and Co nt rol in Engineering , M inistr y of Educatio n of the P eo ple s R e 510632, China; 2 K ey L abo rato ry o f Photoelectric Infor mation and Senso r T echno lo gy of G uangdong Pro vince ( Depart ment o f Photo electric Engineer ing, Jinan U niv ersity ) ,
[ 1] 于丽杰 , 李德胜 , 王跃宗 , 等. 离线彩色套印误差测量系统 J . 北京工业大学学报 , 2008, 34( 5) : 466 -467. [ 2] 孟 璇 , 刘 昕 . 自动检测套印误差的研究 J . 西安理工大学学报 , 2006, 22( 2) : 179 -180. [ 3] 远坂俊昭 ( 日 ) . 锁相环 ( PLL) 电路设计与应用 [ M ] . 北京 : 科学出版社, 2004: 134 -135.
图 1 系统原理框图 采用锁相环技术 , 将即时脉冲测量信号累积足够的时间, 得到一组新的相位稳恒的信号. 该信号相位 稳恒 , 可以作为标准参考信号比较原测量信号的相位偏差 , 用来计算滚筒表面各点相对瞬时位移偏差, 如 图 2 所示 . 在实际中 , 同样也是通过比较相对瞬时位移偏差调整印刷机滚筒工作状态 , 提高印刷质量, 所以
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陕西科技大学学报
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单片 机 选 用 T I 公 司 生产 的 16 位 超 低 功 耗 单 片 机 MSP 430F 1611, 主要工作包括对比相结果中断触发采样、 采 样结果的编码及储存、 定期向 P C 机发送储存的采集数据等 . MSP 430F 1611 片内具有 ADC12 位高速模数转换器 , 选用内 部 2. 5 V 参考 电压, 最小 分辨电 压为 2. 5 V/ 4 096= 0. 6 mV, 采样速率快 , 最大可达 200 ksps[ 4] . M SP 430F 1611 片内 的 RAM 容 量 达 10 k, 可 以 满 足 数 据 存 储 的 需 要 . MSP 430F 1611 的串口通信模块 ( U SART ) 能够实现与 PC 机 之间的通信, 设计的串口通信波特率为 115 200 bit / s. 2. 3 软件设计 系统的软件开发基于 C 语言设计, 采用 IAR 公司制作 的开发平台 IAR Embedded Workbench EW430, 该平台 功 能强大, 专门针对 M SP 430 应用而开发 . 整个程序编写运用模块化的编程思想 , 系统软件主要包 图5 软件设计流程图 括主程序和触发中断子程序两大部分, 其中主程序主要包括 初始化模块、 功能判别模块和串口通信模块, 主要功能分别是硬件模块的初始化、 判断选择单片机的工作 状态和实现与 P C 机串口通信等 . 触发中断子程序部分包含两个子模块 : 数据采集周期判别模块和采样数 据编码存储模块 , 分别实现对测量周期端点的判别和数据编码存储等功能. 整个系统程序流程如图 5 所 示. 3 测试结果 为精确分析系统的测量精度, 我们设计了测试条形码 : 在正常区中选取某小段区域为测试区 , 并添加 定量相位偏差, 方法与定标区的设计相同, 但测试区的相位偏差不参与定量计算, 而是作为已知的位移偏 差理论值与系统对测试区位移偏差的检测值比较, 检验系统的测量精度 . 测试使用的印刷机滚筒直径为 175 mm, 平均线速度为 10 m / s, 与实际工作状态一致 . 表1