CN106079890A - 一种基于虚拟轴传动技术的易拉罐彩印机的软件控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟轴传动技术的易拉罐彩印机的软件控制系统，包括上位机程序和下位机程序，下位机程序包括批量印刷模块、小数量测试印刷模块、各色相位校准模块、连续空运行模块、点动空运转模块和定距离运行模块。本发明的软件控制系统，能避免出现由于人工误操作产生的错误工序，而且具有操作简单、控制集中、功能修改方便，便于智能化、人性化控制的特点。

Description

一种基于虚拟轴传动技术的易拉罐彩印机的软件控制系统

技术领域

本发明属于包装印刷行业的易拉罐彩印机技术领域，涉及一种基于虚拟轴传动技术的易拉罐彩印机的软件控制系统。

背景技术

传统的易拉罐印刷机的传动系统是由大功率异步电机、机械长轴和齿轮组件箱组成，其控制系统的控制方式基本上都是按钮操作，其控制逻辑是基于数字输入输出口的状态翻转，工艺流程的正确与否很大程度上依赖于操作工的熟练程度和责任心，易出现误操作，且由于控制逻辑强烈的依赖于以PLC为核心控制器的传统硬件系统，使得控制逻辑和控制功能不易更改组合，控制不够智能化和人性化。

为此，很有必要设计一种基于虚拟轴传动技术的易拉罐彩印机的软件控制系统，以避免人工误操作，而且具有操作简单、控制集中、功能修改方便，便于智能化、人性化控制的特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于虚拟轴传动技术的易拉罐彩印机的软件控制系统，其能避免出现人工误操作的情况，同时具有操作简单方便、控制集中、功能修改方便、便于智能化和人性化控制的特点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于虚拟轴传动技术的易拉罐彩印机的软件控制系统，包括上位机程序和下位机程序，所述下位机程序包括:

批量印刷模块:易拉罐连续大批量印刷时的主要功能模块；

小数量测试印刷模块：用来测试印刷效果及易拉罐彩印机的性能，并且修改零位校准中每一个轴的回零偏置，并可人为的输入易拉罐的印刷个数；

各色相位校准模块：对易拉罐的每一种颜色的相位进行校准，使印刷时各个颜色之间的相对位置与正常图案的位置保持一致；

连续空运行模块：不印刷，不上墨使得易拉罐彩印机空运转；

点动空运转模块：在低速的状态下缓慢的运行；

定距离运行模块：以胶版轮在圆周上运动的距离折算到各个轴。

进一步的，所述批量印刷模块工作前，需进行如下步骤：

下位机解析到了上位机的印刷命令；

判断印版棍的各色相位是否校准；

如果校准则进入所述批量印刷模块。

进一步的，所述批量印刷模块的工作方法如下：

首先检测易拉罐彩印机正常运行的工作条件，如润滑油、所需气压的压强、检验各个伺服驱动器和变频器是否工作正常；

如果输入一切正常则按照所述工作头正常速比折算到电机的速比给每一个伺服电机及变频电机分配速比关系进而使得各个电机正常工作；

每个轴到达对应印罐速率下的额定速度后，然后开启坏罐检测及免印程序；

控制墨斗辊与印版棍接触开始注入油墨并且各个颜色所成的图案就位后，控制下罐口进行下罐；开始对易拉罐进行印刷；

最后，将印刷好的易拉罐批量输出进入烤箱。

本发明有益效果：本发明的易拉罐彩印机的软件控制系统，该软件控制系统模块化设计，能程序化对易拉罐彩印机进行控制，因此工作过程中，所有功能都模块化控制，使得设备的运作严格按照给定的流程执行，避免了人为的误操作，同时操作也简单、控制集中、功能修改方便，便于智能化、人性化控制。

附图说明

图1是本发明实施例的易拉罐彩印机的原理图。

图2是本发明实施例的主界面对应的后台控制流程图。

图3是本发明实施例的调试界面对应的后台控制流程图。

图4是免印模块的逻辑程序结构图。

图5是在线相位检测调整模块的逻辑程序结构图。

附图标记说明：

工控机1、运动控制器2、伺服驱动器3、交流伺服电机4、工作头5。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例的易拉罐彩印机的原理图。易拉罐彩印机包括工控机1、运动控制器2、伺服驱动器3、交流伺服电机4和工作头5。工控机1与运动控制器2连接，优选设计，工控机1为设有人机交互操作界面的PC机，其中人机交互操作界面包括三个用于人机交互信息的窗口，这三个窗口分别为批量印刷窗口、高级参数配置窗口、设备调试窗口。工作头5的数量为若干个，每个工作头5匹配一个交流伺服电机4，该交流伺服电机4驱动工作头5进行工作，交流伺服电机4匹配一个伺服驱动器3，交流伺服电机4与伺服驱动器3连接，伺服驱动器3控制交流伺服电机4。其中一个伺服驱动器3与运动控制器2连接，相邻两个伺服驱动器3相互连接。

基于虚拟轴传动技术的易拉罐彩印机的软件控制系统，包括上位机程序和下位机程序，下位机程序包括批量印刷模块、小数量测试印刷模块、各色相位校准模块、连续空运行模块、点动空运转模块和定距离运行模块。

下面简述上述各个模块的基本功能：

1、批量印刷模块的功能：易拉罐连续大批量生产时的主要功能模块。

批量印刷模块工作前，需进行如下步骤：

下位机解析到了上位机的印刷命令；

判断印版棍的各色相位是否校准；

如果校准则进入批量印刷模块。

进行以上步骤后，进入批量印刷模块开始工作，批量印刷模块的工作步骤如下：

首先检测易拉罐彩印机正常运行的工作条件，如润滑油、所需气压的压强、检验各个伺服驱动器3和变频器是否工作正常；

如果输入一切正常则按照工作头5正常速比折算到电机的速比给每一个交流伺服电机及变频电机分配速比关系进而使得各个电机正常工作；

每个轴到达对应印罐速率下的额定速度后，然后开启坏罐检测及免印程序；

控制墨斗辊与印版棍接触开始注入油墨并且各个颜色所成的图案就位后，控制下罐口进行下罐，开始对易拉罐进行印刷；

印刷的过程有两个额外的功能子项在执行循环检测、等待动作，分别是坏罐检测免印模块以及在线相位检测调整模块。坏罐检测免印模块和在线相位检测调整模块均为基于硬件的高级工艺功能实现，下面分别对两个功能模块进行阐述。

坏罐检测免印模块：首先由运动控制器的输入点接收来自坏罐检测传感器的触发信号，一旦在承罐机构的固定位置A检测到坏罐，坏罐检测传感器将送出一个硬件触发的高电平信号给运动控制器，提请运动控制器在坏罐记录队列中排入一个新的坏罐元素，并同时记录这个坏罐元素的位置。与此同时，运动控制器的其中一个循环进程一直在检测坏罐记录队列中的元素，一旦该队列有元素，运动控制器会释放队列中最先出队列的一个元素，并比较该元素的当前位置是否抵达固定位置B以及固定位置C，如果抵达，运动控制器则输出免印信号，提请免印机构在承罐机构上弹出该坏罐，防止该坏罐对印刷单元和涂光漆单元造成污染。坏罐记录队列中的元素会依次被循环进程清空，即运动控制器会一直处理坏罐免印，直至没有坏罐记录元素在队列中。整个坏罐检测免印模块的执行主要是基于下位机的实时处理功能，快速简洁。该免印模块的逻辑程序结构图如图4所示。

在线相位检测调整模块是基于高速照相机阵列的动态相位补偿程序模块，该模块由上下位机协同配合，上位机主要完成数据采集、分析处理等需要大批量数值计算的任务，下位机主要完成触发拍照以及相位实时补偿的任务。首先下位机的循环进程在固定位置D检测到罐子后同时给出照相机阵列的照相触发信号，照相机阵列随即拍摄罐子全曲面约30％左右的印刷部分，并反馈拍摄信息给上位机。上位机会连续存储一定数量的罐子拍摄图像信息，该一定数量可由参数T调整，存储的数量越多，所分析输出的数据可以反映的相位信息越精确，但是存储的数量过多，又会造成时间开销比较大，相位差数据的实时性就不好，补偿相位的作用就会产生迟滞，故该一定数量的参数T需要凭借现场的情况和印刷速度进行对应的适时修改。随后，上位机通过图像处理功能模块，分析并获得所拍摄部分的各印刷色和基准色之间的重叠和留白部分的距离，形成数量为T的偏移距离数组，并算出数组内各元素的统计平均值或正态分布概率值或其他统计数据，再将这些值折算成各印刷单元伺服轴需要补偿的脉冲数，反馈给下位机，下位机在下N个印刷周期到来时，将这部分补偿脉冲数通过运动叠加指令叠加至伺服轴的当前运动，最终完成动态相位补偿的任务。在线相位检测调整模块的逻辑程序结构图如图5所示。

最后，将印刷好的易拉罐批量输出进入烤箱。

2、小数量测试印刷模块的功能：小数量测试印刷模块的工作步骤与批量印刷模块的基本一致，区别在于该模块的主要功能是用来测试印刷效果及机器性能，并且修改零位校准中每一个轴的回零偏置，可人为的输入易拉罐的印刷个数(个数大于5个)，从而方便人工的操作。

3、各色相位校准模块的功能：对易拉罐的每一种颜色的相位进行校准，这样印刷时每各个颜色之间的相对位置与正常图案的位置保持一致。

4、连续空运行模块的功能：不印刷，不上墨使得机器空运转(一般用在机器的调试阶段)。

5、点动空运转模块的功能：在低速的状态下缓慢的运行(主要用于机器的清洗维护)。

6、定距离运行模块的功能：以胶版轮在圆周上运动的距离折算到各个轴。

下面对上位机程序的功能进行描述：

1、由于该新型的易拉罐彩印机有别于传统的齿轮传动印刷设备，该易拉罐彩印机是通过精确的伺服配比要求分配运动来实现与齿轮传动相同的效果，同时又具有此轮传动不具备的优势，除了多个工作头5实现精确的同步运动外，还可以单独的运动。这样即实现了在更换印版辊后各色相位差的回零只要改变高级参数设置界面的参数后并调运各色相位差校准模块后就可以实现精确的回零，与传统的齿轮传动机构相比，避免了人工对版的复杂且不容易控制、工作量大等缺点。

2、由于该易拉罐彩印机的人机交互操作界面及后台的逻辑控制流程是工控机，其运算能力相当强大。这使得人机交互操作界面变得美观，且有较快的响应速度。借助其强大的运算能力实现比较繁琐复杂的逻辑控制。相比于传统的易拉罐多色印刷机有了较大的优势，这对操作工人技能的依赖性大大的降低。由于上位机中的逻辑统筹与管理使得所有操作都是按照要求的流程取运行，避免了人为造成的不安全因素。此外，传统的设备之没有只有在额定速度下印刷，传统的齿轮传动精度是靠制造精度来保证的，而且随着磨损后不易修复，制造成本较高。而本发明的易拉罐彩印机可以在人为设定印罐速度，在不同印罐速度下测试机器的性能，并且可以寻找到一个机器的最佳印罐速度。

基于虚拟轴传动技术的易拉罐彩印机的软件控制系统还包括后台逻辑控制，该后台逻辑控制流程为：解析人机交互界面发送的命令，并判断命令是否符合执行条件，如果符合执行条件则与下位机通讯并告知下位机执行相应的流程。后台逻辑控制包括主界面对应的后台控制和调试界面对应的后台控制。

1、主界面对应的后台控制流程：主界面主要是执行易拉罐的批量印刷，下面简述正常的执行流程：

主界面启动后，在检查了油气供应光漆供应一切都正常，并且急停开关没有作用的情况下按下回零按钮(即执行每一个颜色对应的轴的相位校正功能)；

在按下回零按钮后主界面将命令送入命令缓冲区，后台执行流程解析到命令后与下位机通讯并告知下位机执行相位校准模块，在相位校准模块执行完毕后通知上位机回零结束；

上位机获取相位校准模块的消息后进入下一状态，及输入响铃状态即提示外界机器即将工作，响铃时间持续10秒后进入下一个状态即印刷状态；

按下启动即进入下一个状态，界面将命令送入缓冲区，后台执行流程解析到命令后告知下位机调用批量印刷模块，开始对易拉罐进行批量印刷并记录运行时间，以印易拉罐的个数，以及损坏的易拉罐的个数，此时按下停止按钮，当按下停止按钮时停止印刷。

后台执行程序的状态流程如下：

后台执行程序主要有这个状态：准备回零状态、回零状态、启动提醒状态、准备印刷状态、印刷状态、停止状态、退出状态以及空闲状态。

准备回零状态：检查输入状态是否满足机器的正常工作要求，如润滑油、光漆、气压等是否正常，并且对每一个印版棍的相位进行检查每一个颜色是否超过了高级参数配置文件中设定的阈值。如果操出了设定的阈值，则在机器启动前必须进行回零操作。

回零状态：告知下位机执行相位差校准模块并且等待其执行完毕。

启动提醒状态：进入启动提醒状态后，要求按下响铃按钮，并且持续时间大于6秒。在响铃时间大于6秒后进给下一状态。

准备状态：要求在一分钟之内按下启动按钮，否则又会进入响铃状态。

印刷状态：在按下启动后及告知下位机执行批量印刷模块开始印刷。

停止状态：在按下停止按钮后即进入停止状态，机器开始减速直到停止为止。

退出状态：程序退出，停止后台逻辑管理程序。

空闲状态：当输入状态不正常的时候或者是按下急停按钮机器停止的时候就进入空闲状态。

以上每一个状态转变的流程图如图2所示。

2、调试界面对应的后台控制流程：

主要用于在设备的调试状态下使用，还有就是确定设备在正常运行状态下的参数，其主要状态有：准备状态、空运行状态、定点运动状态、回零状态、试印状态、等待停止状态、退出状态。

准备状态：即在输入信号正常的情况下才进入准备状态，为设备的调试做准备。

连动空运行状态：即在设备调试的时候为了测试机械性能而延伸的出的一种状态，该状态下设备的每一个工作头会按照一定速比运动，可高速，亦可低速运动，将命令解析并发送到下位机，告知下位机执行对应的模块。

点动空运行状态：即设备的超低速运行测试，是为机器的性能测试开发的模块。

定点运动状态：设备在胶版轮的圆周上运行规定的距离。

回零状态：将命令解析后调用下位机的回零模块，实现印版辊每一颜色的相位校准。

试印状态：较小数目的印刷用来查看测试印刷效果。

等待停止状态：在按下停止后进入等待停止状态，在设备完全停止后进入准备状态。

退出状态：程序退出，停止后台逻辑管理程序。

以上各个状态之间转换的流程图如图3所示。

综上，本发明的基于虚拟轴传动技术的易拉罐彩印机的软件控制系统具有以下优点：

1、所有的功能都模块化，使得设备的运作严格按照给定的流程执行，避免了人为的误操作。

2、具有损罐检测及免印功能，在损罐检测位检测到了损罐后，在图案印刷和光漆涂抹两个位置上对损罐不作印刷和涂抹动作。

3、回零模块实现程序化，可一键回零这样避免了人为的繁琐的操作。

4、由于程序的优化与资源的合理分配，最大限度的利用了硬件部件的性能使得设备运行快速稳定便捷。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于虚拟轴传动技术的易拉罐彩印机的软件控制系统，其特征在于，包括上位机程序和下位机程序，所述下位机程序包括:

批量印刷模块:易拉罐连续大批量印刷时的主要功能模块；

小数量测试印刷模块：用来测试印刷效果及易拉罐彩印机的性能，并且修改零位校准中每一个轴的回零偏置，并可人为的输入易拉罐的印刷个数；

各色相位校准模块：对易拉罐的每一种颜色的相位进行校准，使印刷时各个颜色之间的相对位置与正常图案的位置保持一致；

连续空运行模块：不印刷，不上墨使得易拉罐彩印机空运转；

点动空运转模块：在低速的状态下缓慢的运行；

定距离运行模块：以胶版轮在圆周上运动的距离折算到各个轴。

2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟轴传动技术的易拉罐彩印机的软件控制系统，其特征在于，所述批量印刷模块工作前，需进行如下步骤：

下位机解析到了上位机的印刷命令；

判断印版棍的各色相位是否校准；

如果校准则进入所述批量印刷模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟轴传动技术的易拉罐彩印机的软件控制系统，其特征在于，所述批量印刷模块的工作方法如下：

首先检测易拉罐彩印机正常运行的工作条件，如润滑油、所需气压的压强、检验各个伺服驱动器(3)和变频器是否工作正常；

如果输入一切正常则按照所述工作头(5)正常速比折算到电机的速比给每一个伺服电机及变频电机分配速比关系进而使得各个电机正常工作；

每个轴到达对应印罐速率下的额定速度后，然后开启坏罐检测及免印程序；

控制墨斗辊与印版棍接触开始注入油墨并且各个颜色所成的图案就位后，控制下罐口进行下罐；开始对易拉罐进行印刷；

最后，将印刷好的易拉罐批量输出进入烤箱。

4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟轴传动技术的易拉罐彩印机的软件控制系统，其特征在于，所述软件控制系统还包括后台逻辑控制，该后台逻辑控制流程为：解析人机交互界面发送的命令，并判断命令是否符合执行条件，如果符合执行条件则与下位机通讯并告知下位机执行相应的流程。