CN108375414A - 一种印刷纸带横向振动测试装置及测试方法 - Google Patents

一种印刷纸带横向振动测试装置及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种印刷纸带横向振动测试装置，包括依次连接的上超声波传感器、控制器及集中控制器，控制器还连接有下超声波传感器，控制器上设置有液晶显示器、指示灯单元、报警器。本发明一种印刷纸带横向振动测试装置性能稳定，运行可靠，能够实现纸带振动位移的精确测量，采用双探头检测提高了系统的检测精度。采用本装置的横向振动测试方法解决了卷筒纸在高速印刷过程中由于受机器振动而产生的横向振动，保证了纸带的平稳运行及精准套印，提高了产品的质量，减少了材料的浪费，明显改善了生产效率。

Description

一种印刷纸带横向振动测试装置及测试方法
技术领域
本发明属于印刷设备技术领域，具体涉及一种印刷纸带横向振动测试装置，本发明还涉及采用该印刷纸带横向振动测试装置进行纸带横向振动测试的方法。
背景技术
随着科学技术的不断进步，机械自动化程度得到巨大提升，印刷机械设备向着高精度、高速度、高自动化和多功能化方向发展。卷筒纸印刷机作为现代商业印刷、书刊杂志印刷、新闻出版的核心设备，是以连续供纸的方式进行不间断印刷、折页、装订、裁切等印刷工序，具有效率高、印品质量好等优点。目前，卷筒纸书刊印刷机的速度已经达到3.5万转/小时，新闻用卷筒纸胶印机的印刷速度可以达到16万张/小时对开报纸，在保证印刷质量的情况下，追求高速度是卷筒纸胶印机发展的基本方向。
随着印刷机速度的不断提高，机械振动问题也随之加剧，造成卷筒纸在印刷过程中受力不均，导致纸带出现振动、横向偏移及褶皱问题。在印刷机高速运转状态下，机器振动非常剧烈，尤其在开、停机时，造成纸带的大幅抖动，甚至造成纸带撕裂，严重影响了生产效率，造成原材料的浪费。
为了解决纸带印刷过程中出现的横向偏移问题，横向偏移检测技术及产品应用而生，并被广泛应用于实际生产中，但不能真正满足印刷工艺的要求。目前，现有检测装置存在的问题是：
(1)现有装置多采用单一传感器，只能对纸带单侧检测，当纸带边缘出现破坏或不规则变化时，容易造成检测误差；对于高速运动状态下纸带，系统精度较低导致检测出现滞后现象；当单一传感器出现故障时，测试装置也无法正常工作；
(2)卷筒纸规格不一，其幅面大小存在差异，现有测试装置只能实现单一的对边检测、对中检测或者对线检测，及时可以实现多种方式同时检测，其更换方式也十分复杂，几乎难以实现；
(3)在印刷过程中，不同纸带的透明度、光泽度、色度等都不相同，现有测试装置只能识别一定范围透明度的材料，当超过工作范围后，装置则难以正常检测；
(4)印刷车间工作环境较差，而现有装置多采用传统传感器，其受环境因素影响较大，对周围光、噪音敏感，容易造成装置工作状态的不稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种印刷纸带横向振动测试装置，能够准确检测出纸带在高速运行状态下的横向振动位移，保证纸带平稳运行以及印刷机的正常工作，提高生产效率，减少原材料的浪费。
本发明的另一个目的是提供采用该印刷纸带横向振动测试装置进行纸带振动测试的方法。
本发明所采用的技术方案是，一种印刷纸带横向振动测试装置，包括依次连接的上超声波传感器、控制器及集中控制器，控制器还连接有下超声波传感器，控制器上设置有液晶显示器、指示灯单元、报警器。
本发明的特点还在于，
上超声波传感器和下超声波传感器的型号相同，均为UNAR18U6903/S14G超声波传感器。
控制器为MSP430F149单片机。
液晶显示器为3.2寸LCD1602液晶显示屏。
指示灯单元包括有第一指示灯及第二指示灯，第一指示灯型号为2V红色LED发光二极管，第二指示灯型号为2V绿色LED发光二极管。
报警器为电磁式有源蜂鸣器。
集中控制器的型号为Dell-M4800计算机。
本发明所采用的另一个技术方案是，一种印刷纸带横向振动测试方法，采用上述印刷纸带横向振动测试装置，包括以下步骤：
步骤1，对印刷纸带横向振动测试装置供电，装置开始工作；
步骤2，设置上超声波传感器与下超声波传感器之间的距离为L，，将纸带放置在上超声波传感器与下超声波传感器的中间位置，纸带距离到上超声波传感器及下超声波传感器的距离相等，记为S0:
步骤3，纸带运行后出现横向振动，上超声波传感器与下超声波传感器分别进行振动量测量，纸带与上超声波传感器及下超声波传感器之间的距离分别记为S1、S2；上超声波传感器与下超声波传感器的输出电压值分别记为U1、U2，通过控制器对U1、U2进行处理，得到传感器输出电压与测量距离的关系：
Sn＝40.00+3.00Un (2)
其中，Sn为测量距离，Un为超声波传感器输出电压值；
步骤4，分别计算纸带的振动量，上超声波传感器测量得到的纸带振动量为M1：
M1＝|S1-S0| (3)
下超声波传感器测量得到的纸带振动量为M2:
M2＝|S2-S0| (4)
利用式(3)和(4)求上超声波传感器和下超声波传感器测量得到的纸带振动量的平均值M:
步骤5，控制器将得到的测量距离Sn输入到集中控制器的上位机中，绘制出纸带振动位移实时曲线；
步骤6，利用S1、S2确定纸带振动方向；标定纸带向上振动为正方向，向下振动为反方向，若S1≤S2,则纸带向上振动，若S1＞S2纸带向下振动。
本发明的特点还在于，
上超声波传感器和下超声波传感器的型号相同，均为UNAR 18U6903/S14G超声波传感器。
控制器为MSP430F149单片机，集中控制器的型号为Dell-M4800计算机。
本发明的有益效果是：
(1)本发明设计的一种印刷纸带横向振动测试装置具有较高的检测精度，测试装置采用高速、低功耗、超强抗干扰的MSP430F149芯片作为控制器，有16位RISC结构，8MHZ时钟频率，具有灵活的时钟模块配置及中断功能，能够在-40～85℃的环境中正常工作。作为信号采集器的UNAR 18U6903/S14G超声波传感器检测范围高达100～1000mm，可对不同透明度、不同规格的印刷纸带进行检测；
(2)本发明设计的一种印刷纸带横向振动测试装置，采用双超声波探头对纸带两侧进行同时检测，减小了纸带不规则振动过程中的测量误差，显著地提高了测量的精度；当一侧超声波传感器出现故障时，另一侧不受影响可继续检测，有效地保证了装置的正常工作，大大提高了生产效率及印刷品的质量；
(3)本发明设计的一种印刷纸带横向振动测试装置具有LCD显示装置，可将测量结果直观的显示到液晶屏上，更好的实现人机交互作用；利用上位机绘制纸带实时振动位移曲线，以便更好的观察纸带横向振动情况及发展趋势；该装置还装有报警器和指示灯，系统正常工作时第二指示灯常亮，当纸带横向振动超过预设值时报警器长鸣且第一指示灯闪烁；
(4)本发明设计的一种印刷纸带横向振动测试装置结构简单，操作方便，安装灵活，适用于任何幅面的卷筒纸印刷机，实用性较强；该装置维护方便，性能稳定，运行可靠，可有效实现纸带横向振动的测试检测；
(5)本发明的一种印刷纸带横向振动测试方法，解决了卷筒纸印刷机在高速工作状态下对纸带产生的横向振动问题，保证了纸带的平稳运行以及印刷机的正常工作，提高了产品的质量，减少了材料的浪费。
附图说明
图1本发明的一种印刷纸带横向振动测试装置的结构示意图。
图中，1.上超声波传感器，2.控制器，3.液晶显示器，4.指示灯单元，5.报警器，6.集中控制器，7.下超声波传感器；
4-1.第一指示灯，4-2.第二指示灯。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种印刷纸带横向振动测试装置，如图1所示，包括依次连接的上超声波传感器1、控制器2及集中控制器6，控制器2还连接有下超声波传感器7，控制器2上设置有液晶显示器3、指示灯单元4、报警器5。
上超声波传感器1和下超声波传感器7的型号相同，均为
UNAR 18U6903/S14G超声波传感器。
控制器2为MSP430F149单片机。
液晶显示器3为3.2寸LCD1602液晶显示屏。
指示灯单元4包括有第一指示灯4-1及第二指示灯4-2，第一指示灯4-1型号为2V红色LED发光二极管，第二指示灯4-2型号为2V绿色LED发光二极管。
报警器5为5V电磁式有源蜂鸣器。
集中控制器6的型号为Dell-M4800计算机。
本发明还提供了一种印刷纸带横向振动测试方法，采用上述印刷纸带横向振动测试装置，包括以下步骤：
步骤1，对印刷纸带横向振动测试装置供电，装置开始工作；
步骤2，设置上超声波传感器1与下超声波传感器7之间的距离为L，，将纸带放置在上超声波传感器1与下超声波传感器7的中间位置，纸带距离到上超声波传感器1及下超声波传感器7的距离相等，记为S0:
步骤3，纸带运行后出现横向振动，上超声波传感器1与下超声波传感器7分别进行振动量测量，纸带与上超声波传感器1及下超声波传感器7之间的距离分别记为S1、S2；上超声波传感器1与下超声波传感器7的输出电压值分别记为U1、U2，通过控制器2对U1、U2进行处理，得到传感器输出电压与测量距离的关系：
Sn＝40.00+3.00Un (2)
其中，Sn为测量距离，Un为超声波传感器输出电压值；
步骤4，分别计算纸带的振动量，上超声波传感器1测量得到的纸带振动量为M1：
M1＝|S1-S0| (3)
下超声波传感器7测量得到的纸带振动量为M2:
M2＝|S2-S0| (4)
利用式(3)和(4)求上超声波传感器1和下超声波传感器7测量得到的纸带振动量的平均值M:
步骤5，控制器2将得到的测量距离Sn输入到集中控制器6的上位机中，绘制出纸带振动位移实时曲线；
步骤6，利用S1、S2确定纸带振动方向；标定纸带向上振动为正方向，向下振动为反方向，若S1≤S2,则纸带向上振动，若S1＞S2纸带向下振动。
上超声波传感器1和下超声波传感器7的型号相同，均为UNAR 18U6903/S14G超声波传感器。
控制器2为MSP430F149单片机，集中控制器6的型号为Dell-M4800计算机。
卷筒纸印刷机开始工作后，上纸机构通过气缸活塞杆的回退以及摆杆的来回摆动，将卷定好位。然后输纸机构将纸带输送至前规处准备印刷。在卷筒纸印刷过程中，由于纸卷形状不规则、导纸辊加工精度不够、印刷机的振动等导致纸卷出现横向振动。
设定卷筒纸带位于上下超声波传感器的中间位置，当纸带横向振动测试装置通电开始工作后，安装在卷筒纸印刷机纸路上的上超声波传感器1和下超声波传感器7来检测纸带横向振动，所有实现振动测试功能的部件集成到控制器2中，控制器2得到上下传感器的输出电压后，通过内部自带的AD转换模块ADC12，将模拟量变为数字信号，利用建立的传感器输出电压与测量距离的关系得到纸带横向振动测量距离，液晶显示屏3可以实时显示出纸带的振动距离。同时控制器2将测量得到的Sn输入到集中控制器PC6的上位机界面中，并绘制出纸带振动位移实时曲线。当装置正常工作时第二指示灯4-2常亮，当纸带横向振动位移超过预警值时，警报器5长鸣且第一指示灯指示灯4-1闪烁。
其中，采用型号为UNAR 18U6903/S14G的上超声波传感器1为信号采集器，其分辨率高达0.01mm且对车间噪音完全没有影响，可对不同透明度、不同规格的印刷纸卷进行检测；纸带纠偏控制器2是型号为MSP430F149单片机，它将控制一些应用所必需的内容都集成在芯片上，结合少量的外部元件组成可运行的最小硬件系统，控制器2主要包括中央处理器、系统复位及中断电路；本装置中的数据显示装置为型号为LCD1602的液晶显示器3，不仅可以显示实验数据，还可以作为人机交互的背景，同时它的体积小、功耗低，价格便宜。液晶屏幕上显示的内容为来自于上超声波传感器1的输出电压在通过MSP430F149单片机AD转换后的测量距离；指示灯为红、绿两种颜色，以准确反映系统的工作状态；报警器在装置出现异常状态时报警，提高生产效率。
本发明的一种印刷纸带横向振动测试装置的优点是：
(1)本发明设计的一种印刷纸带横向振动测试装置具有较高的检测精度，测试装置采用高速、低功耗、超强抗干扰的MSP430F149芯片作为控制器，有16位RISC结构，8MHZ时钟频率，具有灵活的时钟模块配置及中断功能，能够在-40～85℃的环境中正常工作。作为信号采集器的UNAR 18U6903/S14G超声波传感器检测范围高达100～1000mm，可对不同透明度、不同规格的印刷纸带进行检测；
(2)本发明设计的一种印刷纸带横向振动测试装置，采用双超声波探头对纸带两侧进行同时检测，减小了纸带不规则振动过程中的测量误差，显著地提高了测量的精度；当一侧超声波传感器出现故障时，另一侧不受影响可继续检测，有效地保证了装置的正常工作，大大提高了生产效率及印刷品的质量；
(3)本发明设计的一种印刷纸带横向振动测试装置具有LCD显示装置，可将测量结果直观的显示到液晶屏上，更好的实现人机交互作用；利用上位机绘制纸带实时振动位移曲线，以便更好的观察纸带横向振动情况及发展趋势；该装置还装有报警器和指示灯，系统正常工作时第二指示灯常亮，当纸带横向振动超过预设值时报警器长鸣且第一指示灯闪烁；
(4)本发明设计的一种印刷纸带横向振动测试装置结构简单，操作方便，安装灵活，适用于任何幅面的卷筒纸印刷机，实用性较强；该装置维护方便，性能稳定，运行可靠，可有效实现纸带横向振动的测试检测；
(5)本发明的一种印刷纸带横向振动测试方法，解决了卷筒纸印刷机在高速工作状态下对纸带产生的横向振动问题，保证了纸带的平稳运行以及印刷机的正常工作，提高了产品的质量，减少了材料的浪费。

Claims (10)

1.一种印刷纸带横向振动测试装置，其特征在于，包括依次连接的上超声波传感器(1)、控制器(2)及集中控制器(6)，所述控制器(2)还连接有下超声波传感器(7)，所述控制器(2)上设置有液晶显示器(3)、指示灯单元(4)、报警器(5)。
2.根据权利要求1所述的一种印刷纸带横向振动测试装置，其特征在于，所述上超声波传感器(1)和下超声波传感器(7)的型号相同，均为UNAR18U6903/S14G超声波传感器。
3.根据权利要求1所述的一种印刷纸带横向振动测试装置，其特征在于，所述控制器(2)为MSP430F149单片机。
4.根据权利要求1所述的一种印刷纸带横向振动测试装置，其特征在于，所述液晶显示器(3)为3.2寸LCD1602液晶显示屏。
5.根据权利要求1所述的一种印刷纸带横向振动测试装置，其特征在于，所述指示灯单元(4)包括有第一指示灯(4-1)及第二指示灯(4-2)，所述第一指示灯(4-1)型号为2V红色LED发光二极管，所述第二指示灯(4-2)型号为2V绿色LED发光二极管。
6.根据权利要求1所述的一种印刷纸带横向振动测试装置，其特征在于，所述报警器(5)为电磁式有源蜂鸣器。
7.根据权利要求1所述的一种印刷纸带横向振动测试装置，其特征在于，所述集中控制器(6)的型号为Dell-M4800计算机。
8.一种印刷纸带横向振动测试方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的印刷纸带横向振动测试装置，包括以下步骤：
步骤1，对印刷纸带横向振动测试装置供电，装置开始工作；
步骤2，设置上超声波传感器(1)与下超声波传感器(7)之间的距离为L，，将纸带放置在上超声波传感器(1)与下超声波传感器(7)的中间位置，纸带距离到上超声波传感器(1)及下超声波传感器(7)的距离相等，记为S0:
步骤3，纸带运行后出现横向振动，上超声波传感器(1)与下超声波传感器(7)分别进行振动量测量，纸带与上超声波传感器(1)及下超声波传感器(7)之间的距离分别记为S1、S2；上超声波传感器(1)与下超声波传感器(7)的输出电压值分别记为U1、U2，通过控制器(2)对U1、U2进行处理，得到传感器输出电压与测量距离的关系：
Sn＝40.00+3.00Un (2)
其中，Sn为测量距离，Un为超声波传感器输出电压值；
步骤4，分别计算纸带的振动量，上超声波传感器(1)测量得到的纸带振动量为M1：
M1＝|S1-S0| (3)
下超声波传感器(7)测量得到的纸带振动量为M2:
M2＝|S2-S0| (4)
利用式(3)和(4)求上超声波传感器(1)和下超声波传感器(7)测量得到的纸带振动量的平均值M:
步骤5，控制器(2)将得到的测量距离Sn输入到集中控制器(6)的上位机中，绘制出纸带振动位移实时曲线；
步骤6，利用S1、S2确定纸带振动方向；标定纸带向上振动为正方向，向下振动为反方向，若S1≤S2,则纸带向上振动，若S1＞S2纸带向下振动。
9.根据权利要求8所述的一种印刷纸带横向振动测试方法，其特征在于，所述上超声波传感器(1)和下超声波传感器(7)的型号相同，均为UNAR18U6903/S14G超声波传感器。
10.根据权利要求8所述的一种印刷纸带横向振动测试方法，其特征在于，所述控制器(2)为MSP430F149单片机，所述集中控制器(6)的型号为Dell-M4800计算机。
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