CN104441966A - 一种新型电化铝跳缝控制系统实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种针对有接缝电化铝的跳缝烫印控制系统。烫印机在应用本申请专利的跳缝控制系统后，能实现烫印有接缝电化铝。本发明提出的方法如下：1、操作员输入参数后，计算机算出跳缝次数和每次跳缝步长。当每遇到一个接缝时，系统计算出应当执行N次小跳及每个小跳的步长；2、初始位置：接缝牵引到光电头光斑处，等待烫金版动作；3、烫金版动作，烫第1次；4、测到抬版信号，执行第1步小跳，烫第2次；5、测到抬版信号，执行第2步小跳，烫第3次；6、测到抬版信号，执行第3步小跳，避开接缝，烫第4次，以此类推直到第N次小跳；7、N次小跳步完成，测到抬版信号后，开始跳大步直到遇到第2个接缝；8、等待烫金版继续动作，重新开始上面的循环。

Description

一种新型电化铝跳缝控制系统实现方法

技术领域

本专利应用于烫印领域，具体地说，本专利涉及一种有接缝的电化铝的跳缝烫印方法和装置。 

背景技术

烫印是一种不用油墨的特种印刷工艺，它是借助一定的压力与温度，运用安装在烫印机上的模版，使印刷品和烫印箔在短时间内相互受压，将烫印材料按烫印模版的图文转印到被烫印刷品表面的过程。烫印工艺的四个要素有烫印箔、烫印模版、烫印机和被烫材料。在烫印工艺中，烫印材料即烫印箔分为普通烫印箔、全息定位烫印箔、素面银烫印箔等种类。烫印箔是由真空镀铝的方法进行制造的，故也俗称电化铝。在烫印过程中，电化铝的接缝不能烫印在图文位置上，否则将被视为废品。以往的做法都是试图通过“淡化”素面银接缝自身的色泽，使消费者不太容易辨认，来解决避缝的要求。然而迫于防伪和市场竞争的压力，这样的做法已不能得到认可。因此，通过自动烫印设备检测接缝及编程的方法是更优的选择。为使电化铝带得到充分利用，尽可能减少浪费，应设置合理的跳步计算程序。很久以来，印刷厂常使用的方法是通过工人师傅的经验，先预先选定一组走步、跳步的数值，然后通过一次次试烫来验证和校正这组步距数值。这样的做法既消耗了大量的准备工作时间，也浪费了昂贵的烫印箔和印刷品。本专利就是介绍了一种针对有接缝的电化铝的跳缝烫印方法和系统。 

发明内容

本应用的目的在于提供了一种针对有接缝的电化铝的跳缝烫印方法和装置。市场上的烫印机，在改造加入本申请专利的跳缝控制系统后，可以实现烫印有接缝电化铝带，提高生产效率，同时降低原材料损耗。为实现上述目的，本专利提出如下一种处理方法： 

(1) 操作人员通过工业计算机输入相关参数后，计算机自动计算出跳缝的次数和每次跳缝的步长及重新开始下一个循环工作，每遇到一个接缝时，本控制系统根据输入的电化铝工艺参数，自动计算出应当执行N次小跳，以及每个小跳的步长；(2）初始位置：接缝牵引到光电头光斑处，等待烫金版开始动作；(3) 烫金版动作，烫第1次；(4) 检测到抬版信号后，执行第1步小跳，烫第2次；(5) 检测到抬版信号后，执行第2步小跳，烫第3次；(6) 检测到抬版信号后，执行第3步小跳，避开接缝，烫第4次，以此类推直到执行第N次小跳；(7) N次小跳步完成，检测到抬版信号后，开始跳大步直到遇到第2个接缝；等待烫金版继续动作；(8) 重新开始上面的循环。

本应用的优点

  (1)该避缝控制系统，实现了烫印设备的自动化，针对有接缝或者无接缝两种情况，可以自由切换。如果烫印材料为有接缝的电化铝材料，则将送箔电机的伺服驱动器的控制信号切换到避缝控制器，避缝控制器通过光电头读取电化铝接缝，运算后输出控制指令到伺服驱动器实现避缝；如果烫印材料为全息图案或其他无缝产品时则切换到原烫金控制器，避缝控制器不进行工作。(2)对有接缝的电化铝，实现了电脑控制与自动化烫印，不再需要人工一次次试烫来验证和校正这组步距数值。总之，采用本方法和装置，可提高有接缝电化铝烫印的准确率和成品率, 大大提高了生产效率。

详细说明

图1电化铝跳缝原理图；图2跳缝控制系统结构图；图3 烫印参数示意图；图4 跳缝控制系统用户界面参数设置框；图5 避缝控制板原理图；图6 避缝机器操作使用面板示意图；图7 信号切换板指示灯示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利作进一步详细的说明。1. 图1为电化铝跳缝烫印原理图，具体步骤为:(1) 操作人员通过工业计算机输入相关参数后，计算机自动计算出跳缝的次数和每次跳缝的步长及重新开始下一个循环工作，每遇到一个接缝时，本控制系统根据输入的电化铝工艺参数，自动计算出应当执行N次小跳，以及每个小跳的步长；(2）初始位置：接缝牵引到光电头光斑处，等待烫金版开始动作；(3) 烫金版动作，烫第1次；(4) 检测到抬版信号后，执行第1步小跳，烫第2次；(5) 检测到抬版信号后，执行第2步小跳，烫第3次；(6) 检测到抬版信号后，执行第3步小跳，避开接缝，烫第4次，以此类推直到执行第N次小跳；(7) N次小跳步完成，检测到抬版信号后，开始跳大步直到遇到第2个接缝；等待烫金版继续动作；(8) 重新开始上面的循环。2. 图2为跳缝控制系统结构图，只有在跳缝控制系统的控制下，设备才能实现上述图1的操作。该新型电化铝跳缝控制系统的基本设计思路是：在保证原烫印机(如瑞士产（博斯特）BOBST SP76-BM烫金模切机)完整性的前提下，增加独立的跳缝控制系统（也就是本申请专利），以实现无接缝、有接缝电化铝的自动化烫印。如果烫印材料为有接缝的电化铝材料，则将送箔电机的伺服驱动器的控制信号切换到跳缝控制器，跳缝控制器通过光电头读取电化铝接缝，运算后输出控制指令到伺服驱动器实现跳缝；如果烫印材料为全息图案或其他无缝产品时则切换到原烫金控制器，跳缝控制器不进行工作。系统组成框架图如图2所示。该系统采用PC+运动控制器的结构。这种结构的优点是对PC依赖降到最低，所有实时控制都在控制器中完成，PC机仅用于人机交互和传输加工数据。运动控制器的选择：运动控制器要接收各种参数和各种信号，并控制伺服电机的运动，因此它是整个系统的核心。本系统选用的是Trio MC206运动控制器。Trio MC206采用高性能32位DSP技术，具有4轴伺服或步进功能的控制器，此外还有一个编码器输入轴。跳缝控制器见图5，组成如下：（1）工业电脑1台： 用来输入跳缝参数：包括电化铝版距W，缝宽度s，烫金图案宽度a，烫印模数量n，烫印模距离b，电机脉冲当量m，光电眼与第一个烫金模的距离x；计算跳步次数和步长；通过串口通讯将指令发到控制器（2）运动控制器1套；根据接缝信号、抬版信号、进纸信号来控制牵引电机执行跳步动作，可控制4轴；（3）接缝传感器3个：检测每个送箔辊的接缝位置；（4）进纸检测传感器1个，检测进纸信号；（5）烫金动作检测传感器1个：检测烫金版抬起动作，一旦抬起，即执行跳步；（6）准备信号由主机柜上的按钮发出；（7）信号切换装置：方便切换伺服驱动器的控制信号；（8）容错报警装置：接缝检测失败、过载等故障报警；（9）小型控制柜1台：安装上述组件，便于操作。3. 图3为烫印参数的示意图，下面主要介绍该跳缝控制系统中的跳缝计算方法和算法流程。首先定义以下参数，如图3所示：A——在烫印箔输送方向，印刷品上烫印图案的数量，即印版联数，由印刷品决定，比如对于上图1中的烫印纸张而言小盒拼版为7联，即A=7；B——印品上相邻被烫图案之间的距离，由印刷品决定，即印版间距；C——沿走箔方向烫印图案宽度，由印刷品决定；D——烫印后电化铝上被烫图案最小间距，根据设备精度确定；而某些特殊图案可在一定程度上重叠交叉放置，则该项为预设最大重叠量，取负值；E——烫印箔接缝相同位置之间的距离，由烫印箔决定；F——烫印箔接缝宽度，由烫印箔决定。由上述定义可以看出，各参数均由印刷品、烫印设备或烫印箔规格确定。也就是说，对于每一种特定的印刷品、烫印设备和烫印箔而言，这些参数都是被严格确定的，不能改变。于是，避缝问题的确切描述是：使距离为D宽度为F的素面银接缝不停留在已确定的烫印范围内。一般地，在烫印中，无接缝的情况下，烫印箔的进给通常只有两种情况，即一种跳步长度或两种跳步长度。一般来说，两种跳步长度可满足所有情况。有些情况下用一种跳步长度也可实现。一种跳步长度的情况下，所有跳步的步长相等。而两种跳步长度的情况下，跳步步长可分为走步距和跳步距，实质上都是烫印箔的进给长度，由于前者数值小于后者，故以走步和跳步形象区分之。走步与跳步的组合可以用“n个走步(每次烫印箔走过距离为x)后，1个跳步(烫印箔走过距离为y)”为一个循环来描述。走步距和跳步距数值是电化铝烫印工艺的重要参数之一，是根据印刷品的具体形式而定的。而在有接缝的情况下，烫印箔的进给情况则要复杂一些，一般至少需要两种跳步长度来实现，有时甚至需要更多种跳步长度来实现。显然，在无接缝的情况下，电化铝的跳步计算要比有接缝的情况简单，且有接缝的情况下的计算也建立在前者的基础之上。因此，这里先介绍无接缝时的电化铝跳步计算流程。1、无缝跳步计算：首先根据接缝间距和图案大小，可计算出在两相邻接缝之间范围内的电化铝上最多可烫多少个图案：G=floor((B+C)/(C+D))（1）这也决定了烫印箔走步的基本步长单：x=(B+C)/G（2）若是只有一种跳步长度，则该跳步长度应为x的整数倍，定义该倍数为jumpnum，接下来均用x的倍数来描述实际跳步长度和烫印位置。判断需要几种跳步长度的流程如下：首先定义一个容量为A（A即为印版联数）的一维数组firsttime[i]来储存印版的初始位置，第一个印版的初始位置设为1，则有：firsttime[i]=1+F*i                                     （3）接下来，定义同规格数组nexttime[i]以储存进给之后印版相对于烫印箔的位置，即相对于firsttime[i]做一个平移运算：nexttime[i]=firsttime[i]+k*jumpnum（4）                                    其中jumpnum为每次跳步长度，k为跳步次数。遍历有效范围之内的jumpnum和k，将nexttime[i]与firsttime[i]做比对。若对于任何jumpnum，都存在k，使得nexttime[i]与firsttime[i]有重叠数值，则说明烫印位置有重叠，只用一种跳步长度不可行，必须有两种跳步长度。若存在jumpnum，使得对于任何k值，nexttime[i]与firsttime[i]都无重合数值，则一种跳步长度可行，其跳步长度为：

j=jumpnum*x=jumpnum*(B+C)/G（5）                                         烫印箔利用率为：Onestepuserate=A*C/j=A*C/(jumpnum/G)*(B+C) （6）                                      两种跳步长度的情况下，走步距即小跳长度j1和走步数n分别为：

j1=C+D,n=G-1                                    （7）                                        跳步距即大跳长度j2为（步数为1）：j2=(A-1)*(B+C)+C+D                                （8）                 故两种跳步长度的情况下烫印箔利用率为：

Twostepuserate = A*G*C/((C+D)*(G-1)+(A-1)*(B+C)+C+D)  （9）一种跳步长度可行的情况下，烫印箔上也可能存在漏烫的位置，若有这种情况则烫印箔利用率比不上两种跳步长度的情况。一般来说，若该jumpnum值等于印版联数A，则不存在漏烫；若不相等，则存在漏烫情况。下面举例说明：若某种产品的参数为：印版联数A=4，印版间距B=64，图案宽度C=34，图案最小间距D=3（长度单位均为mm），则用上述方法判断可知一种跳步长度可行，且求得该情况下jumpnum=5，由式（5）可进一步求得烫印箔利用率Onestepuserate=0.555。而若选择两种跳步长度，则由式（7）—（9）可得：走步距j1=37，走步数n=1，跳步距j2=331，跳步数为1，烫印箔利用率Twostepuserate=0.739，明显高于一种跳步长度情况的利用率。1、有缝跳步计算：有接缝的情况下，跳步及跳缝的判断与计算原理与无缝情况类似，流程在前者的基础上稍微复杂一点。首先同样也引入一个坐标，不同的是计量单位即为实际长度单位。如上图1，从逆着烫印箔进给方向看过去，设第一条接缝的第一边作为初始位置0，则第一条接缝两边的坐标为（0，F），第二条接缝两边的坐标为（E，E+F），定义一个二维数组BF以储存其坐标：

BF[2,2] = [（0，F），（E，E+F）]（10）                                        同样定义二维数组firsttime[A,2] 来储存印版的初始位置，在起始位置印版上每个图案a,b,c…两端相对于烫印箔的坐标分别为（a1，a2）、（b1，b2）、（c1，c2）…，则：firsttime[A,2] = [（a1，a2），（b1，b2），（c1，c2）…]（11）                                        接下来同样以某个很小的长度m为单位，对firsttime[A,2]做平移运算，生成：nexttime[A,2]=firsttime[A,2]+k*m                     （12）对k逐步累加，同时将nexttime[A,2]与firsttime[A,2]和BF[2,2]做比对，若同时满足如下条件：1. nexttime[A,2]中任意值均不在firsttime[A,2]的A组坐标中任一组坐标的两数之间；2. BF[2,2]中任意值均不在nexttime[A,2] 的A组坐标中任一组坐标的两数之间。则该组nexttime[A,2]值有效，此时记录下该组值为nexttime1[A,2]，表示下一组烫印的位置。上述条件第一条是为了避免烫印位置跟之前的烫印位置重叠，第二条则是为了避免烫到接缝。然后在nexttime1[A,2]的基础之上再累加比对，同时比对条件的第一条中其比较对象除了firsttime[A,2]，还要加上nexttime1[A,2]，以此类推，之后的nexttime[A,2]要与之前所有记录下来并表示一次烫印位置的数组进行比对，满足条件后再进行下一步。由此以一个接缝距离为周期，可获得各个烫印的位置和进给步长。在复杂的情况下，可能还需要以两个或三个接缝距离为周期进行运算，此时只需将数组BF扩展到三行或四行即可：BF[3,2] = [（0，F），（E，E+F），（2E，2E+F）]， BF[4,2] = [（0，F），（E，E+F），（2E，2E+F），（3E，3E+F）]  （13）                                     若考虑到最小间距D，则可在比对之前将记录下的每个数组中每组坐标的第一个数减去D，第二个数加上D即可，如：firsttime[A,2] = [（a1-D，a2+D），（b1-D，b2+D），…]（14）                        由于有接缝的情况稍有点复杂，对于最终获得的各项跳步步长值，也需要根据经验，选定一些值进行试验和校正，最终选定一组合适的、烫箔利用率最高的值。一般情况下最开始的几步依然可以从C+D开始试验。烫箔利用率的计算可在各步步长最终确定后整体进行。实际应用举例例如在对BOBST SP76-BM烫金模切机增加电化铝跳缝控制系统的改造中，针对具体的烫印“北极星”图案的应用，对上述方法进行了运用，过程如下：对于需烫印“北极星”图案的小盒包装纸，其各项生产参数如下:印版联数为A=5；印版间距B=81.3mm；图案大小C=16.7mm；图案最大重叠量D=-0.2mm；烫印箔接缝间距E=514mm；烫印箔接缝宽度F=4mm。由于C+D=16.5mm，第一步跳步及之后几步可以以16.5mm为首选，由上一节所述程序遍历验证可知，头五步跳步使用16.5mm的跳步均可行。从第六步开始有两个选择，若第一个印版初始位置紧挨第一条接缝之后，即其坐标（a1，a2）为（4mm，20.7mm），则第六步仍可继续跳至紧挨着已烫的30个图案之后，其中第一个印版仍处于烫印箔的第一个接缝间距之内，且距离第二个接缝仍有较小的距离（小于图案宽度，即不足以再烫一个图案），其余四个印版已跳至第二个接缝间距。第二种选择则是第六步全部跳至第二个接缝间距，紧挨第二个接缝之后，开始另一次循环。经过接下来几个周期的遍历运算可知，第一种方案尽管对第一条接缝间距内电化铝的利用更充分，但同时导致之后的跳步距有了更大的不规律性，反而使得整体的利用率下降，且增大运算量。而第二种选择整体来说利用率更高，且只需两种步长即可实现，另外也需考虑在接缝周围留一定距离以避免预位及跳步误差对烫印产生影响。综上所述，最终确定跳步长度为两种，第一种跳步长度为x=C+D=16.5mm，跳步数为n=5；第二种跳步长度为y=E-5(C+D)=431.5mm，跳步数为1，依次循环。最终的电化铝利用率为：userate=((A-1)*(B+C)+5(C+D)+C)/(E-F)=0.963在此烫金模切机安装的电化铝跳缝控制系统中，其用户控制界面中，可手动输入产品的基本参数以获得所需步长。通过控制软件与计算程序间的通讯即可完成这一功能。图4即为用户界面中这一块的显示。上述叙述给出了本应用的一个实施例，本应用并不限于这些细节。本领域的技术人员可根据本应用给出的方法和步骤进行适当的修改。4. 图6为避缝机器操作使用面板示意图，由一个显示屏、两个空气开关、一个点动按钮、一个带灯自锁按钮、三个指示灯组成：图6中，中央的显示屏为显示避缝控制软件界面之用。而各开关按钮及指示灯按照图1中顺序暂编号A~G如上。现一一介绍其功能如下：A—    红色状态指示灯，为报警指示灯，当TRIO板通过OP8口输出报警信号时，该灯亮，并伴随蜂鸣器响声。B—    绿色带灯自锁准备按钮，按下去之后，该灯亮，并通过IN(4)口向TRIO板输入高电平准备信号。若再按使之弹回，则灯灭，同时准备信号变回低电平。C—    信号转换空开，为转换控制信号和编码器信号之用，原始状态下驱动器信号与原控制板相连，转换之后则与TRIO板相连。D— 红色220V指示灯，即总电源指示灯，当整机接入220V电源后，该灯亮：反之灯灭。E— 绿色主机指示灯，主工控机及显示屏开启时灯亮；反之灯灭。由启动按钮（F）开启。F—  红色点动启动按钮，为启动工控机及显示屏之用，开启状态下按该按钮亦可关闭主机。开启后指示灯（E）点亮。G—  220V总电源空开，为整机总电源开关，控制着除指示灯（D）、A15V、D15V电源之外的所有电源通断5. 图7为信号切换板上LED指示灯示意图，共4个，均为红色， 各指示灯对应功能如下：D1—  模拟信号切换指示灯，即显示控制信号转换状态，信号转换空开（D）转换时，该灯点亮，表示驱动器控制信号与TRIO板相连；反之灯灭，表示驱动器控制信号与原控制板相连。D2—  数字信号切换指示灯，即显示编码器信号转换状态，信号转换空开（D）转换时，该灯点亮，表示驱动器编码器信号与TRIO板相连；反之灯灭，表示驱动器编码器信号与原控制板相连。D3—  A15V电源指示灯，整机总电源接入后，该灯即点亮。D4—  D15V电源指示灯，整机总电源接入后，该灯即点亮。

Claims (2)

1.一种新型电化铝跳缝控制系统，根据电化铝接缝间距和图案大小，本专利控制系统自动计算出在两相邻接缝之间范围内的电化铝上最多可烫多少个图案，其步骤为：

(1) 操作人员通过工业计算机输入相关参数后，计算机自动计算出跳缝的次数和每次跳缝的步长及重新开始下一个循环工作，每遇到一个接缝时，本控制系统根据输入的电化铝工艺参数，自动计算出应当执行N次小跳，以及每个小跳的步长；

(2）初始位置：接缝牵引到光电头光斑处，等待烫金版开始动作；

(3) 烫金版动作，烫第1次；

(4) 检测到抬版信号后，执行第1步小跳，烫第2次；

(5) 检测到抬版信号后，执行第2步小跳，烫第3次；

(6) 检测到抬版信号后，执行第3步小跳，避开接缝，烫第4次，以此类推直到执行第N次小跳；

(7) N次小跳步完成，检测到抬版信号后，开始跳大步直到遇到第2个接缝；等待烫金版继续动作；

(8) 重新开始上面的循环。

2.按照权利要求1所述方法实现的跳缝控制系统，包括跳缝原理，跳缝计算方法。