印刷机间隙调节研究

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本文作者：高振清王仪明白建军作者单位：北京印刷学院信息与机电工程学院

1引言

由于胶印过程的复杂性和印刷品、印刷材料的特殊性，印刷过程的实现需要依靠大量调节机构对关键部件进行调节，以便设备正常运行。胶印机的关键部件主要包括滚筒部件、纸张分离机构、纸张输送装置、递纸机构和套准调节机构等。目前，这些关键部件的调节过程大多数采用手动纯机械式结构，精度不高，效率较低。为了改变现有调节结构的诸多不足，有必要研究一种胶印机关键部件的自动调节方法及装置。这方面的研究工作有所开展，但未见深入报道。国外一些科研人员分析了印刷滚筒的振动特点，并提出了主动抑制振动策略[1-2]。

国外科研人员在胶印机内使用了内置动力吸收器的胶皮滚筒，在设备受到冲击后迅速降低瞬时振动的峰值[3]。蔡吉飞从定量角度研究了运动副间隙与递纸牙运动规律之间的相互关系[4]。研究采用嵌入式ARM控制器作为控制中心，通过位移传感器检测关键部件间隙变化情况，在触摸屏上进行相关操作，并通过步进电机实现间隙自动调节。

2胶印机关键部件间隙自动调节原理

印刷过程中，由于各种工作条件的动态变化，经常需要改变印刷机关键部件的间隙。间隙自动调节方法通常包括信息采集、处理、分析、控制等环节，在不停机的状态下完成关键部件间隙的调节，从而使其达到合理要求。间隙的自动调节系统原理，如图1所示。这里以胶印机滚筒之间的间隙作为研究对象，其他关键部件的间隙调节原理与此相同。在图1中，1、2、3分别代表印版滚筒、橡皮滚筒和压印滚筒，4代表位移传感器。间隙检测所采用的位移传感器4是非接触式位移传感器，用于测定滚筒之间间隙的变化情况，由于直接测2和3之间的间隙目前难以实现，故这里测2的跳动量，以确定2和3之间的间隙；信号调理模块的作用是将传感器测得的信号放大为可供记录的信号；信息处理设备用于对测试信号进行采样、分析，并通过电机驱动器对电机进行控制。

3系统硬件逻辑结构设计

系统硬件设计需要实现以下六项功能，分别为：（1）参数输入功能：通过触摸屏设定标准的间隙值，通过位移传感器反馈当前的间隙值。（2）参数输出功能：输出关键部件的间隙状态。（3）信息显示功能：为用户提供输入和设置参数的界面，同时可以显示当前的间隙状态。（4）数据通信功能：下载PC机生成的间隙控制软件。（5）数据存贮功能：存贮下载的间隙控制软件和运行过程中各个时刻的间隙状态。（6）程序存贮功能：存贮间隙控制软件。

针对以上六项功能，胶印机关键部件间隙调节系统硬件逻辑结构，如图2所示。嵌入式ARM控制模块触摸屏功率放大/变换装置步进电机间隙检测信号位移传感器胶印机关键部件图2间隙调节系统硬件逻辑结构图此系统硬件逻辑结构中，核心是嵌入式ARM控制模块，并通过配置触摸屏设置参数，完成电机闭环控制系统的位置、速度调节。开机工作时，根据印刷产品的不同要求，在操作界面中输入要求的间隙值范围，软件与嵌入式ARM控制模块通讯，将信息传到ARM模块，通过ARM模块控制伺服电机动作，拖动机械机构做出响应，开始正常工作。工作过程中，随时将传感器的反馈值送到ARM模块，与设定值进行比较、分析、处理，如果反馈值不在合理范围之内，则按一定算法控制电机到达合适的位置，进而将间隙值调整到正常范围。

研究采用Micro2440开发板（主芯片为某公司的S3C2440）作为整个系统的控制中枢，该开发板采用基于ARM920T内核的三星S3C2440A处理器，集成了大量接口资源，具有很强的扩展性，采用核心板加底板的系统构成模式，板上可以直接集成触摸屏，非常便于图形化的应用程序开发。运行过程中，ARM控制器在位移传感器检测到信号后，进行计算、处理的同时，还可以通过一个设定为Output的GPIO发一个信号出去加以显示，代表当前的间隙状态，比如间隙过大还是正常。该开发板选取Linux的最新内核Linux2.6.29为软件平台。系统实施过程中，根据选用的配件不同涉及一些需要注意的实际问题。比如，若选用的是低阻抗电压输出型传感器，需要恒流源供电；若传感器供电与传数据采用一根线，则应在传感器的数据端配置高通滤波器获得有用信息；由于滚筒本身的振动信号通常很微弱，所以还要采用运算放大器将原信号放大等。

4系统软件逻辑结构设计

自动调节过程要求具有实时性和可靠性，因而胶印机关键部件间隙自动调节的软件性能是一个关键问题。本系统的软件部分主要包括ARM控制程序和触摸屏程序。触摸屏程序简单，不做叙述。ARM控制程序大体上包括初始化模块和间隙检测与补偿模块，如图3所示。ARM控制软件开发过程中，首先建立起间隙分析模型，确定间隙与控制算法之间的关系；其次，设计间隙提取模块，这需要结合位移传感器进行开发；再次，按照预先确定的算法，分析间隙情况，得到补偿策略；最后，结合补偿策略对步进电机进行控制。整个ARM控制软件的流程，如图4所示。

5试验样机的设计与开发

由于试验条件的限制，本研究参照北人BR622四开双色印刷机的印刷部件，进行了结构改进以适应自动化调节的要求，用Solidworks三维设计软件开发了实验系统模型，如图5所示。实际样机已设计完成，目前已进行软件详细设计，进展顺利。

6结论

胶印机关键部件间隙自动调节方法及装置的研究能大大缩短停机调整滚筒位置的时间，提高工作效率，降低工作强度。进一步的研究工作，可以在直接测量印刷压力或滚筒间隙等方面展开，提高系统性能。同时，研究关键部件的间隙与印刷机各机构运动规律之间的相互关系，进而提前预测机器未来的状态，从而使胶印机运行状态控制更具有主动性。