電子軸凹印機(jī)橫向套色誤差研究

　　【內(nèi)容摘要】傳統(tǒng)印花機(jī)采用機(jī)械長(zhǎng)軸傳動(dòng)，多套色誤差的調(diào)節(jié)速度慢、難度大; 電子軸傳動(dòng)技術(shù)采用相互獨(dú)立的伺服電機(jī)，進(jìn)行全閉合調(diào)節(jié)，誤差實(shí)時(shí)反饋，在此基礎(chǔ)上為了提高凹版印花套色精度、更快速地減小橫向誤差，提出一種高速印花下自動(dòng)修正橫向誤差的控制策略。在四套色印花系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用若干對(duì)光電對(duì)射傳感器，將其置于主軸導(dǎo)帶兩側(cè)進(jìn)行誤差檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果反饋到控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，對(duì)此進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，提出的若干對(duì)光電對(duì)射檢測(cè)及控制策略對(duì)高速印花下橫向誤差的調(diào)節(jié)具有非常良好的效果，具有比單個(gè)更好的響應(yīng)速度、累積誤差更小的特點(diǎn)。

　　【關(guān)鍵詞】凹版印花; 橫向誤差; 光電傳感器; 控制系統(tǒng)

　　邱康福， 產(chǎn)業(yè)與科技論壇 發(fā)表時(shí)間：2021-11-26

　　電子軸印刷也稱無(wú)軸印刷，電子軸伺服傳動(dòng)技術(shù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。電子軸傳動(dòng)技術(shù)是印刷行業(yè)的技術(shù)革命，電子軸凹印機(jī)最早出現(xiàn)在 1997 年，如今比比皆是，不僅在平面，曲面上也實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用，比如三維曲面印刷電路技術(shù)( 3D - PE 技術(shù)) 、數(shù)控曲面印刷機(jī)等等。電子軸凹印機(jī)最大的缺點(diǎn)是套色誤差，它會(huì)造成印品油墨重疊，導(dǎo)致印花產(chǎn)品精度無(wú)法滿足市場(chǎng)需求，成為印刷電子領(lǐng)域廣泛運(yùn)用的瓶頸。當(dāng)今四大印刷行業(yè)已然成為衡量一個(gè)國(guó)家輕工業(yè)發(fā)展水平的重要指標(biāo)，然而多數(shù)中小型印刷企業(yè)技術(shù)水平和裝備落后，創(chuàng)新能力較差，造成了大量資源浪費(fèi)[1]。我國(guó)的印刷裝備自動(dòng)化水平、印刷技術(shù)相對(duì)于國(guó)外亟待提高，本文以四套色電子軸凹版印花設(shè)備為基礎(chǔ)，利用光電傳感器和控制系統(tǒng)更高效地在線修正套色過(guò)程中的橫向誤差[2]。

　　一、設(shè)備結(jié)構(gòu)

　　拼接式凹版印花電子裝備，是將每個(gè)套色組裝在一起，主要由糾布裝置、矯正裝置、印花裝置和烘干裝置四部分組成[3]。

　　待印布料在進(jìn)入印花之前，需要做預(yù)準(zhǔn)備工作，糾布裝置由一定數(shù)量的圓形導(dǎo)輥組成，皆無(wú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由人工操作，故稱為被導(dǎo)輥[4]。待印布料因受被導(dǎo)輥的牽引，所受的張力較為均衡，印花輥受伺服系統(tǒng)控制，又稱主動(dòng)輥，在勻速狀態(tài)下，被導(dǎo)輥速度的大小和方向由主動(dòng)輥決定，且與主動(dòng)輥一致[5]。對(duì)于拼接式凹版印花電子裝備，每一套色的運(yùn)動(dòng)和調(diào)節(jié)都是由伺服系統(tǒng)直接控制的。待印布料經(jīng)過(guò)糾布裝置后出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象，再由矯正裝置對(duì)布料進(jìn)行矯正，布料在進(jìn)入印花之前還需要經(jīng)過(guò)二次牽引，主軸導(dǎo)輥兩側(cè)的氣動(dòng)元件下壓布料使布料帶有一定的張力，正式進(jìn)入印花部分。印花裝置由油墨、印花輥、刮刀、主軸導(dǎo)輥、主軸導(dǎo)帶、光電傳感器和伺服控制系統(tǒng)組成。刮刀、印花輥與油墨組成一個(gè)套色的結(jié)構(gòu)，稱為上墨裝置，本文以四套色為例[6]。印花輥上雕刻待印的花紋，刮刀和印花輥之間存在松開(kāi)和閉合兩種狀態(tài)，松開(kāi)時(shí)人工將剩余的油墨排出; 閉合時(shí)，刮刀和印花輥呈一定的傾斜角度，人工需將其兩端用棉布堵住，以防油墨側(cè)漏。伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)主軸導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸導(dǎo)輥帶動(dòng)主軸導(dǎo)帶同步轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸導(dǎo)帶是一個(gè)連續(xù)的、封閉的皮質(zhì)材料，其上涂抹一層黏著劑，布料可以很好地固定在導(dǎo)帶上，一前一后兩個(gè)主軸導(dǎo)輥與主軸導(dǎo)帶的速度大小、方向一致。檢測(cè)單元安裝在印花裝置部分。印花結(jié)束后印布上的油墨濕度較大，進(jìn)入烘干裝置。烘干裝置由風(fēng)機(jī)( 吹蒸汽) 和散熱片組成。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 1 所示。

　　二、凹版印花套色原理

　　準(zhǔn)備工作結(jié)束進(jìn)入印花流程，油墨放置于印花輥和刮刀之間，刮刀轉(zhuǎn)動(dòng)到一定角度固定后和印花輥閉合但非絕對(duì)閉合，留有極其微小的間隙，印花輥一直旋轉(zhuǎn)，這樣油墨在間隙中被擠壓在印花輥上凹下去的花紋中; 先啟動(dòng)印花輥轉(zhuǎn)動(dòng)，再倒入油墨，油墨就會(huì)一直處于被擠壓的狀態(tài)，否則油墨容易從間隙滲出。主軸導(dǎo)帶上刷了一層粘著劑，布料黏著在主軸導(dǎo)帶上更穩(wěn)固、不跑偏。印花輥下壓接觸主軸導(dǎo)帶，便開(kāi)始了印花。第一套色油墨對(duì)應(yīng)一種顏色，一共四個(gè)套色對(duì)應(yīng)四種顏色油墨，四個(gè)印花輥的花紋也分別不同，印花從第一套色到第四套色，油墨擠壓到各自對(duì)應(yīng)的花紋區(qū)域上，最后進(jìn)入烘干裝置。烘干裝置是利用蒸汽循環(huán)加熱的原理進(jìn)行烘干，蒸汽通過(guò)風(fēng)機(jī)吹入，經(jīng)過(guò)散熱片加熱，不斷地在裝置內(nèi)部循環(huán)加熱，類似于汽車空調(diào)系統(tǒng)的內(nèi)循環(huán)，具有加熱溫度高、節(jié)能減排的特點(diǎn)。

　　三、誤差檢測(cè)系統(tǒng)

　　為更迅速、更準(zhǔn)確地檢測(cè)橫向誤差，由之前的兩對(duì)光電對(duì)射傳感器改為六對(duì)，并且規(guī)律地排布在主軸導(dǎo)帶兩側(cè)，同時(shí)控制器改用翠歐，其處理相應(yīng)速度更快。當(dāng)光電對(duì)射傳感器信號(hào)互通時(shí)，誤差判斷為零或在可接受范圍內(nèi); 當(dāng)信號(hào)干涉時(shí)，則誤差產(chǎn)生或不在可接受范圍內(nèi)。印花時(shí)，由于結(jié)構(gòu)上的因素，每個(gè)套色的主軸導(dǎo)輥下壓主軸導(dǎo)帶，兩者接觸壓力總是不均勻的，故速度不是絕對(duì)同步的[7]。檢測(cè)單元如下圖 2 所示。

　　套色誤差是影響套色精度最直接的原因，故印花過(guò)程誤差的實(shí)時(shí)檢測(cè)與在線修正顯得尤為重要[8]。四套色凹印機(jī)，套色單元之間存在多物理量的耦合過(guò)程，誤差產(chǎn)生原因眾多[9]。比如主軸導(dǎo)帶上布料所受的張力、CAN 通訊速度、主軸導(dǎo)輥與主軸導(dǎo)帶的相對(duì)速度等等。

　　具有典型低內(nèi)聚、高耦合的特點(diǎn)[10]。這些特點(diǎn)使得套色精度降低，出現(xiàn)挫印，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。誤差檢測(cè)系統(tǒng)主要由檢測(cè)單元、執(zhí)行部件和控制器組成，檢測(cè)任務(wù)由光電傳感器完成，放置在主軸導(dǎo)帶的兩側(cè)，檢測(cè)到的誤差信號(hào)傳遞到控制器進(jìn)行綜合處理，執(zhí)行部分只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)主軸導(dǎo)輥的伺服電機(jī)，由設(shè)置好的算法計(jì)算補(bǔ)償值，主軸導(dǎo)帶則自動(dòng)移動(dòng)相應(yīng)的位移量，便可以在線實(shí)時(shí)修正印花過(guò)程的誤差[11]。主軸導(dǎo)輥帶動(dòng)主軸導(dǎo)帶轉(zhuǎn)動(dòng)，其余電機(jī)帶動(dòng)四個(gè)印花輥轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸導(dǎo)帶長(zhǎng)度達(dá)五至六米，直徑和主軸導(dǎo)輥大小不同，二者速度存在一個(gè)同步系數(shù)，而同步系數(shù)的準(zhǔn)確性又是難以確定的，兩者速度同步性較差，發(fā)生相對(duì)超前或滯后的現(xiàn)象，故主軸導(dǎo)帶受力不均，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，黏著在其上的印花布料也隨之發(fā)生橫向偏移。

　　結(jié)合圖 2，為更直觀地了解誤差修正的實(shí)時(shí)情況，在負(fù)載狀態(tài)下實(shí)際主軸速度、誤差值和時(shí)間三者之間的關(guān)系見(jiàn)表 1。從表 1 可知，誤差值的變化最終會(huì)趨于一個(gè)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的、較小可接受的范圍。除了速度不均勻造成的橫向誤差，其他還有很多影響的因素，因此需要充分做好印花前的準(zhǔn)備工作。保證結(jié)構(gòu)的安裝精度; 保證結(jié)構(gòu)的對(duì)中性要求; 保證結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵零部件的公差度范圍等等[12]。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　主軸導(dǎo)輥與主軸導(dǎo)帶兩者的相對(duì)速度要相對(duì)一致、保持穩(wěn)態(tài)，誤差才會(huì)穩(wěn)定在一個(gè)較小的、可接受的范圍，同時(shí)誤差的檢測(cè)和控制反饋速度也尤為重要，效率越高，累計(jì)誤差越小，產(chǎn)品精度就越高。本文分析了電子軸凹版印花機(jī)的設(shè)備結(jié)構(gòu)、套色原理和誤差檢測(cè)，速度不同步是造成這一橫向誤差的主要原因，并提出解決橫向誤差的自動(dòng)修正方法。結(jié)果表明，此方法可以高效地將誤差控制在一個(gè)可接受的范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)最大程度降低次品率的功能。但當(dāng)前的印花仍存在較多的問(wèn)題: 結(jié)構(gòu)精度差、揮發(fā)性油墨有毒、操作工技術(shù)要求高。仍需大量的試驗(yàn)以改善誤差的變動(dòng)和控制系統(tǒng)中的算法。