基于色标点印报机自动套准系统设计

[摘 要]：随着印报业的发展，印报机的自动化程度大大提高。印报机自动准系统的应用也越来越普遍。本文介绍基于色标点的印报机自动套准系统。详细描述色标点套准的原理和系统的构成及特点。系统利用工业摄像机和色标传感器获取套准色标点的图像，对图像进行处理，计算出色标点的相对偏差。基于色标点的相对偏差，由控制器和PLC调节各个印刷轴的位置来实现套准。系统基于传感器、数据传输、计算机控、图像处理和软件开发等技术，保证了套准系统的高精度和稳定性。 0 引言 在传统的印报行业中，由于印报机的塔数少，各个印刷轴位置的套准是靠工人手动调节各个轴的两个步进电机来完成，但这样的调节速度慢、误关节也很难调节。随着印刷行业的发展，印报机的塔数迅速增加，有时可以达到4个塔同时工作，即12根轴需要同时调节，这样各个轴的套准用传统的手动调节是很难完成的。 本文提出了一套基于色标点的套准系统，能准确地采集套准色标点数据、科学的计算套准误差、迅速响应调节，实现对辊轴在轴向和周向的误差控制。 1 套准系统的工作原理 彩色报纸印刷多为四色套印，印刷过程中，首先将彩色原稿经分色处理成四单色底片，晒制成印版，最后把印版按照一定的次序装在彩色印报机上，当报纸先后经过印版时，相应的单色图像成为一幅完整的彩图像。如果各个辊轴位置不准，就会影响层次与色彩的再现，图像会比较模糊，从而降低图像的分辨力，为了得到比较理想的彩色图像，必要性须保证不同颜色的单色图像准确的重合到一起。因此在印报过程中，纠正套色偏差是非常必要的。 将要印刷的几个单色，分别制版成为一个光标点并雕刻在滚筒上，在印报时让报纸依次通过各个滚筒印上不同的颜色的光标。 选定印报机某根轴为基准轴，在这根轴的印版边缘上，印上两个标点，在报纸走纸方向上相距4L在其它轴的印版边缘上，印上一个色标点，不同色彩印版上的色标点的位置也是不同的，印刷顺序相邻的两个印版上的色标点在报纸走动方向上相距一个固定距离。在印报机印完一张报纸的最后一个颜色后，在报纸的边缘上（印版上色标的位置）会出现一系列，不同颜色的色标点，其相对位置如图1。如果各个轴的位置准确的话，各色标点的相对位置也准确。以基准轴A，E色标点为基准，建立了一个坐标系，如果某个轴位置不准确，其对应色标点的位置就会偏离标准位置。利用照相装置拍摄色标点的图像，根据各个色标点位置的变化，即在x轴、y轴方向的偏差调节轴的位置。通过计算色标点之间的相对位置值就可以判定印报机某个塔的三个轴上的色标的相位偏移量（△X和△Y），即轴的相对偏移量。根据各个轴的相对偏移量，调节轴的在周向和轴向的位移来实现套准。利用工业照像机来拍摄色标点，将色标点图像信息高速传入控制器内，然后利用图像识别和处理技术，计算出各个色标点的相对偏差，然后控制器基于这个偏差来驱动调节装置，实现套准功能。 报纸最快的印刷速度达到45000张／小时，为了准确拍摄到高速运动的报纸上的色标点，在报纸的光标点的前方（如图1）印上一个黑色长方形光标点，采用了一个色标传感器装置检测黑色色标点来决定拍摄时机。色标传感器和照相单元的位置，保证当红外探测装置检测到黑色点信号时，触发摄相机快门恰好能拍下全部色标点。色标传感器探测到长方形光标点后，就向照相单元发出一个脉冲信号，触发摄像相机快门，保证在同一位置能拍摄到全部的色标点。 拍摄完毕后，摄像机将当前的图片信息通过IEl394通讯送入控制器，控制器对图片信息进行处理，显示，并得出偏差信号，计算机根据偏差向PLC发出信号，控制轴的移动实现套准。 2 套准系统的构成 该系统构成如图2所示 2．1 色标扫描装置 色标扫描装置由光电传感器和信号调节电路组成。当检测到黑色图标时，向照相机发出一个脉冲信号，触发照相机拍照。色标扫描装置采用反射性的光电传感器，由光发二极管、光电晶体和光滤波器组成。其中发光二极管发出强光，光电晶体是一个光线具有敏感反应的光检测元件，当受光线照射时为低阻抗，未受照射时为高阻抗。如图3。 当光源在报纸的白色部分时，光检测元件接收反射光呈现低阻抗，光电传感器输出高电平。当遇到报纸上的黑色的光标点时，光就被吸收，光检测元件接收不到反射光呈现高电阻，光电开关输出低电平。 2．2 摄像机单元 摄像机单元，由高速数字摄像机，专用LED光源组成。要求高速团数字摄像机的快门触发速度要快，可通过触发外部同步信号方式进行控制。分辨率在满足图像处理要求的情况下越低越好。高速数字摄像机采用德国BASLER公司的A600系列高速数字摄像机，内置图像采集卡将图片转换为数字信息。专用光源采用LED光源。因为传统的光源是闪动，闪光频率为60Hz，在高速拍摄的时，会出现拍摄的画面忽明忽暗。特殊光源还可避免摄取色标点图像时受外界光源的干扰。 2．3 控制器 采用高性能的工控机（研华Pentium4处理器、512M内存），具有多个PCI接口和RS485接口，可根据需要插接I／O模板。控制器上需要扩展的板卡有：用于控制照相专用光源的电源和红外探测器的供电的电源控制输出卡（DO卡）、用于对摄像机的供电、控制和图形的传输的火线接口卡、用于和控制步进电机的PLC进行通讯的RS485接口卡。其中火线接口卡和串口的数目等于控制塔树的2倍。图4描述了控制器的功能模块构成。 2．4 调节装置 采用了三菱公司PLC来调节轴的偏差，控制器输出的偏差信号，用RS485通讯的模式传给PLC系统。由PLC系统控制步进电机的转动，实现轴的套准。 2．5 人机界面 采用高亮度17寸触摸式平板显示器。显示器和控制器之间是标准VGA连接模式。任何设定工作都不需要在印报机上进行，在显示界面上通过触摸的方式就可以轻松完成。所有的套准监测也在该界面上完成。 3 系统的特点 该套准系统具有以下特点： ①自动实现印报机的辊轴在轴向和周向的自动套准，大大降低的工人的劳动强度。 ②套准速度快，响应迅速。系统满足报纸最大行进速度为10m／s的要求。系统在启动后，能在印刷1000张报纸以内，完成系统套准。 ③系统的实时性强，在印报过程中由于轴的震动和其他原因产生的误差可以实现实时调节。 ④套准精度高，误差小。系统套准的精确度可达到为0.15mm。（ISO国际标准）。 ⑤可扩展性强，性价比高。 4 结束语 随着社会的发展，报纸的发行量大幅度增加，对报纸质量要求越来越严格，印报机的自动套准系统能否可靠运行至关重要。本文介绍的套准系统采用了传感器技术、数据传输通讯技术、计算机控制技术、图像识别处理技术等光机电一体化技术，保证了套准系统的精度和稳定性。