CN105150670A - 一种基于fpga的印刷套准定位装置及其套准定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及印刷作业技术领域，具体是一种基于FPGA的印刷套准定位装置及其套准定位方法。本发明摒弃了现有印刷作业中印刷基材必须预留印有特定校准图案的校准区域的校准手段，采用直接实时扫描印刷基材上的图案信息来获取套准误差的方式，从而有效的克服了原需用专用多余纸边的浪费，并且由于多个生产工序集成连线后都可采用同一扫描信息，故为整个设备的联线生产提供了关键信息的技术支撑和保证。

Description

一种基于FPGA的印刷套准定位装置及其套准定位方法

技术领域

本发明涉及印刷作业技术领域，具体是一种基于FPGA的印刷套准定位装置及其套准定位方法。

背景技术

传统的印刷包装生产采用的是印刷、烫金、压痕、压凸、模切、清废等多段工艺路径而成，此方法在国内现在被95%以上的企业所广泛应用。

由此每段工序都需人工独立的进行操作，从而产生了人员上的大量消耗，而每段工序的独立完成除人工外将会额外的新增新废品，从而大大降低了产品的成品率。所以印刷包装机械自动化是摆在众多技术研发人员面前的重大难题。由于印刷制品高品质的属性所决定其具有印刷颜色鲜艳准确且要求套印精准，印后工序烫金、压凸、压痕和模切与原印刷图案关系联系紧密且要求定位准确，故将此多段工序高度集成一次性的联线生产是本领域技术人员的重大攻关难题。

传统的柔版、胶版和凹版轮转式印刷机在生产中都采用每色组在印刷图案的同时，在图案以外的区域印上一个大小不等的同色系的标记，当多色图案完整印好的同时，也在专用标记区域组成了与图案色组数目相等的专用标记色组，目前的套印系统都是采用检测专用标记的排列位置的变化量来推断图案的误差，同时输出相应的信号来达到目的，以上方法简便可行，但在操作中必须满足以下条件：

A、光标检测需要提供印刷机印刷版的运行周期起点信号；

B、由起点位置寻找出贯标区域的大致范围并人工在PC机面板上设定一个可包含光标在内的检测门限；

C、采用光电传感器或CCD等将门限内的光标检出或抓拍；

D、由PC机套准装置或FPGA数字技术等手段，将光标信号进行分析和比较并输出相应的调整信号到机械手，或者电子轴电机控制器使其运转速度产生相应的改变，达到套准的目的。

上述方法都采用在图案的边缘加印专用的套印光标方能完成。由此，在印刷图案以外的纸边缘需要留出多余的纸边8-10mm，为此产生了巨大的原纸浪费。

采用印刷烫金和模切采用连线工艺生产，其生产线连线后纸张长度的增加，各工序段在套准动作和张力调整的作用下其纸张的位置在机器的后端会产生一定幅度的波动，如出现纸张的换卷或某色组稍大范围的调整就会直接导致印刷光标跑出门限，使系统停止工作。

如使用传统的印刷光标用于高速圆压圆烫金模切不停机自动换卷，其换卷时定位套准拼接装置无法在一周内及时展开预设门限，故无法套准定位。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于FPGA的印刷套准定位装置及其套准定位方法，无需图案以外的专业标记，直接对图案进行检测分析就可以达到定位套准。

为实现上述技术目的，本发明提供的方案是：一种基于FPGA的印刷套准定位装置，包括FPGA单元、印刷色组电机驱动器、印刷色组电机联动数频编码器、印刷色组图形采集器，所述FPGA单元分别与印刷色组电机驱动器和印刷色组电机联动数频编码器联接，印刷色组电机驱动器通过控制印刷色组电机来驱动印刷版辊对印刷基材进行印刷，所述印刷色组图形采集器设置于印刷压力橡胶辊和印刷版辊的作业下游，并与FPGA单元信号联接。

而且，所述印刷色组图形采集器是色敏传感器或线阵CCD或满光谱光电传感器。

本发明还提供一种基于FPGA的印刷套准定位方法，包括如下步骤。

步骤一，印刷色组图形采集器对印刷基材的标准图案进行扫描，将图案特征信息转化为电平数码信息后传给FPGA单元。

步骤二，FPGA单元将印刷基材的标准图案电平数码信息存档建模。

步骤三，印刷作业中，印刷色组图形采集器对印刷基材的图案进行实时扫描，并将实时图案特征信息转化为电平数码信息后传给FPGA单元。

步骤四，FPGA单元将实时图案特征电平数码信息与标准图案电平数码信息进行比对，检测电平数码信息的变化量，即可判断出印刷基材图案的偏移量。

步骤五，FPGA单元将印刷基材图案的偏移量发送至PC，由PC即时调整驱动电机对印刷基材进行修正，完成印刷套准定位。

而且，所述印刷色组图形采集器是色敏传感器或线阵CCD或满光谱光电传感器。

本发明还提供一种基于FPGA的印刷套准定位系统，包括：信号采集模块，用于检测输入信号（编码器信号，光电头信号）的上升和下降跳变沿；编码器计数模块，用于计算每周编码器个数；光标采集模块，用于锁存光标的宽度和位置，在每个编码器周期内，锁存光电头上升沿和下降沿的位置，并给予标注；特征标识别模块，用于锁存符合设置长度和位置要求的特征光标。

本发明摒弃了现有印刷作业中印刷基材必须预留印有特定校准图案的校准区域的校准手段，采用直接实时扫描印刷基材上的图案信息来获取套准误差的方式，从而有效的克服了原需用专用多余纸边的浪费，并且由于多个生产工序集成连线后都可采用同一扫描信息，故为整个设备的联线生产提供了关键信息的技术支撑和保证。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是信号采集模块的原理框图。

图3是光标采集模块的原理框图。

图4是特征标识别模块的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

本实施例提供一种基于FPGA的印刷套准定位装置，如图1所示，包括FPGA单元、印刷色组电机驱动器、印刷色组电机联动数频编码器、印刷色组图形采集器。

上述FPGA单元分别与印刷色组电机驱动器和印刷色组电机联动数频编码器联接，印刷色组电机驱动器通过控制印刷色组电机来驱动印刷版辊对印刷基材进行印刷，所述印刷色组图形采集器设置于印刷压力橡胶辊和印刷版辊的作业下游，并与FPGA单元信号联接。

上述印刷色组图形采集器可以是色敏传感器或线阵CCD或满光谱光电传感器。

本实施例还提供一种基于FPGA的印刷套准定位方法，包括如下步骤。

步骤一，印刷色组图形采集器对印刷基材的标准图案进行扫描，将图案特征信息转化为电平数码信息后传给FPGA单元。

步骤二，FPGA单元将印刷基材的标准图案电平数码信息存档建模。

步骤三，印刷作业中，印刷色组图形采集器对印刷基材的图案进行实时扫描，并将实时图案特征信息转化为电平数码信息后传给FPGA单元。

步骤四，FPGA单元将实时图案特征电平数码信息与标准图案电平数码信息进行比对，检测电平数码信息的变化量，即可判断出印刷基材图案的偏移量。

步骤五，FPGA单元将印刷基材图案的偏移量发送至PC，由PC即时调整驱动电机对印刷基材进行修正，完成印刷套准定位。

进一步的，上述印刷色组图形采集器可以是色敏传感器或线阵CCD或满光谱光电传感器。

由放卷—印刷1—印刷2……印刷n—烫金—模切和收集工位所组成的多色组印刷机，烫金机与模切自动印刷包装生产线，如图1所示。

印刷基材卷筒纸YC由放卷机构FJZZ开卷后经过纸张导辊DG1进入第一印刷色组Y1进行第一色印刷，YGD为第一色组印刷版辊，纸张在第一色印刷版压力橡胶辊YJG1的压力作用下使版辊YG1上的图案转印到印刷基材上即完成了多色图案的一色印刷工艺，第一色的印刷图案在印刷完毕后，由第一色印刷色组图形采集器S对其进行扫描，将图案的特征时事转化为与图案对应的数字电平信号，传入智能套准与定位系统的核心计算器FPGA1，FPGA1获取S1转入认定为准确的印刷图案电平信号后立即保存，等待下周信号传入时进行位置尺度和对应特征的比较，当比较发现误差，立即由FPGA1输出指令到第一印刷色组电机驱动器VF1，VF1所驱动的第一印刷色组电机W1，使速度发生改变来达到套准的目的。PG1为W1联动数频编码器，FPGA1在分析S1传来的图案电平信号与PG1传入FPGA的绝对位置编码信号时便可判断出。

印刷色组2（Y2）……印刷色组n（Yn），烫金T1，模切M工位的工作原理和套准方法与印刷色组Y1相同。

PC为控制总屏，通过总线与FPGA1、FPGA2、FPGA3、FPGA4、FPGA5和印刷色组电机驱动器VF1、VF2……VFn、烫金色组电机驱动器VFt、模切工作站电机驱动器VFM等即时通讯，可显示各控制点的状态和结果，并可对它们实施调控。

本实施例还提供一种基于FPGA的印刷套准定位系统，包括：信号采集模块，编码器计数模块，光标采集模块，特征标识别模块。

信号采集模块，用于检测输入信号（编码器信号，光电头信号）的上升和下降跳变沿。

如图2所示，算法为：在每个时钟（50M）的上升沿，锁存输入信号（coder_a，编码器A+）的当前状态到寄存器RegisterA（coder_a_r01），同时在每个时钟（50M）的上升沿，锁存寄存器RegisterA（coder_a_r01）的当前状态到寄存器B（coder_a_r02），输出信号Output（coder_up_a）等于组合逻辑~RegisterA和RegisterB进行与运算后的结果。

if（clkEdge）//时钟信号

RegisterA=input;//锁存输入信号Input到寄存器RegisterA

ThenRegisterB=RegisterA;//锁存寄存器RegisterA到寄存器RegisterB

ThenOutput=~RegisterA&RegisterB

结果：当外部输入信号的跳变沿到达时，输出端会产生一个时钟周期的脉冲信号。

编码器计数模块，用于计算每周编码器个数，在编码器信号AB的每一个跳变沿，对计数器Counter进行加1操作，当检测到每周信号Z的跳变沿时，计数器清零。

信号注解：A+为编码器A上升沿,A-为编码器A下降沿,B+为编码器B上升沿,B-为编码器B下降沿。AB为编码器信号当前电平状态。

算法：if((A+)&&(B==1))//检测到A上升沿，且B等于1时，计数器加1

Counter=Counter+1'b1;

elseif((A+)&&(B==0))//检测到A上升沿，且B等于0时，计数器减1

Counter=Counter-1'b1;

elseif((A-)&&(B==1))//检测到A下降沿，且B等于1时，计数器加1

Counter=Counter+1'b1;

elseif((A-)&&(B==0))//检测到A下降沿，且B等于0时，计数器减1

Counter=Counter-1'b1;

elseif((B+)&&(A==1))//检测到B上升沿，且B等于1时，计数器加1

Counter=Counter+1'b1;

elseif((B+)&&(A==0))//检测到B上升沿，且B等于0时，计数器减1

Counter=Counter-1'b1;

elseif((B-)&&(A==1))//检测到B下降沿，且B等于1时，计数器加1

Counter=Counter+1'b1;

elseif((B-)&&(A==0))//检测到B下降沿，且B等于0时，计数器减1

Counter=Counter-1'b1;

结果：当检测到Z跳变沿时，锁存计数器数值到CounterLatch，计数器清零。

光标采集模块，用于锁存光标的宽度和位置，在每个编码器周期内，锁存光电头上升沿和下降沿的位置，并给予标注。

信号注解：RisingEdge光电头上升沿标志,DownEdge光电头下降沿标志，Counter编码器计数器。PositionLeft上升沿位置，PositionRight下降沿位置。

如图3所示，算法为：

if(RisingEdge)

PositionLeft=Counter;上升沿位置

elseif(DownEdge)

PositionRight=Counter;下降沿位置

position=PositionLeft;//光标位置

Width=PositionRight-PositionLeft;//光标宽度

结果：输出一周内全部的光标的位置和宽度position0,1,2,3,4……，Width0,1,2,3,4……。

特征标识别模块，用于锁存符合设置长度和位置要求的特征光标，例如要求套准光标长度大于3mm小于10mm，位置在100mm到130之间等。

信号注解：Width为检测到的光标宽度，minLen是允许最小宽度，maxLen是允许最大宽度，position为光标位置，Start为允许位置的起点坐标，End为允许位置的终点坐标。

如图4所示，算法为：

Step1:If((Width>minLen)&&(Width<maxLen))//如果宽度符合要求

Step2

else

Step1

Step2:If((position>Start)&&(position<End))//如果位置符合要求

Step3

else

Step1

Step2:If((position>Start)&&(position<End))//如果位置符合要求

FeaturePosition=Position;//特征标光标位置

FeatureWidth=Width;//特征标光标宽度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进或变形，这些改进或变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于FPGA的印刷套准定位装置，其特征在于：包括FPGA单元、印刷色组电机驱动器、印刷色组电机联动数频编码器、印刷色组图形采集器，所述FPGA单元分别与印刷色组电机驱动器和印刷色组电机联动数频编码器联接，印刷色组电机驱动器通过控制印刷色组电机来驱动印刷版辊对印刷基材进行印刷，所述印刷色组图形采集器设置于印刷压力橡胶辊和印刷版辊的作业下游，并与FPGA单元信号联接。

2.根据权利要求1所述的一种印刷作业中的套准定位装置，其特征在于：所述印刷色组图形采集器是色敏传感器或线阵CCD或满光谱光电传感器。

3.一种基于FPGA的印刷套准定位方法，包括如下步骤：

步骤一，印刷色组图形采集器对印刷基材的标准图案进行扫描，将图案特征信息转化为一定密度的电平数码信息后传给FPGA单元；

步骤二，FPGA单元将印刷基材的标准图案电平数码信息建模存档；

步骤三，印刷作业中，印刷色组图形采集器对印刷基材的图案进行实时扫描，并将实时图案特征信息转化为电平数码信息后传给FPGA单元；

步骤四，FPGA单元将实时图案特征电平数码信息与标准图案电平数码信息进行比对，检测电平数码信息的变化量，即可判断出印刷基材图案的偏移量；

步骤五，FPGA单元将印刷基材图案的偏移量发送至PC，由PC即时使“机械手”在高速运动中做出快速调整，完成印刷套准定位。

4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的印刷套准定位方法，其特征在于：所述印刷色组图形采集器是色敏传感器或线阵CCD或满光谱光电传感器。

5.一种基于FPGA的印刷套准定位系统，包括：

信号采集模块，用于检测编码器信号、光电头信号的上升和下降跳变沿；

编码器计数模块，用于计算每周编码器个数；

光标采集模块，用于锁存光标的宽度和位置，在每个编码器周期内，锁存光电头上升沿和下降沿的位置，并给予标注；

特征标识别模块，用于锁存符合设置长度和位置要求的特征光标。