CN108973325B - 用于瓦楞纸箱印刷机械的印辊控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及印刷机控制系统技术领域，具体为用于瓦楞纸箱印刷机械的印辊控制系统，包括：虚拟主轴模块，每个印辊均由独立的伺服电机驱动，所述虚拟主轴模块用于产生一个虚拟主轴，所述虚拟主轴模块还用于控制虚拟主轴的转速和相位，所述虚拟主轴用于同步控制印辊的电机；运行模式设定模块，所述运行模式设定模块用于设定印辊的运行模式；手动调整模块，所述手动调整模块用于供用户对印辊的速度和相位进行调整；速度控制模块，所述速度控制模块用于对印辊的电机的速度调控量。本发明提供的用于瓦楞纸箱印刷机械的印辊控制系统，能够简化印刷机内部印辊之间以及印辊与主传动轴之间的传动结构，降低维护难度和维护成本。

Description

用于瓦楞纸箱印刷机械的印辊控制系统

技术领域

本发明涉及印刷机控制系统技术领域，具体为用于瓦楞纸箱印刷机械的印辊控制系统。

背景技术

瓦楞纸箱水墨印刷机包括传输部分和印刷部分，传输部分用于将瓦楞纸传入或传出印刷机，印刷部分包括多个色部，每个色部均包括墨盒、网纹辊、印辊和压印辊，网纹辊上设有细微的凹槽，能够存储墨水，网纹辊通过刮刀或匀墨辊将墨盒中的墨水附着到凹槽中，随着转动，墨水又被附着到印辊的印刷胶版上，待印刷的瓦楞纸从印辊和压印辊之间穿过，在压印辊和印辊的压力作用下，印刷胶版上的胶水就会被印刷到瓦楞纸上，不同的色部用于印刷不同的颜色，进而实现彩色印刷。

现有的瓦楞纸箱水墨印刷机印辊采用机械齿轮传动，由于印刷机由多个印刷色部组成，从第一个色部到最后一个色部间距离很长，需要很多个齿轮一级一级进行传动。并且由于印辊的相位(印刷图案的前后位置)需要随时可以调整，那么印辊与主传动轴之前需要一套行星齿轮机构进行相对位置的调节，结构非常复杂齿轮很多。由于齿轮的传动特点，每个齿轮之间存在着不可避免的间隙，设备在运行一段时间后齿轮总会发生磨损。整个齿轮系统的间隙越来越大，设备在高速运行过程中总会产生各种各样的振动，间隙越大会直接造成整个印辊的运行不稳定，并造成出产产品的质量不稳定。

发明内容

本发明意在提供用于瓦楞纸箱印刷机械的印辊控制系统，能够简化印刷机内部印辊之间以及印辊与主传动轴之间的传动结构，降低维护难度和维护成本。

为了解决上述技术问题，本专利提供如下技术方案：

用于瓦楞纸箱印刷机械的印辊控制系统，包括：

虚拟主轴模块，每个印辊均由独立的伺服电机驱动，所述虚拟主轴模块用于产生一个虚拟主轴，所述虚拟主轴模块还用于控制虚拟主轴的转速和相位，所述虚拟主轴用于同步控制印辊的电机；

手动调整模块，所述手动调整模块用于供用户对印辊的运行模式、速度和相位进行调整；

速度控制模块，所述速度控制模块用于根据印辊的电机的当前速度和相位、虚拟主轴的转速和相位以及用户设定的速度和相位输出对印辊的电机的速度调控量；

电流控制模块，所述电流控制模块用于根据速度调控量调控印辊的电机的电流大小。

本发明技术方案中，通过设置印辊使用独立的电机进行驱动控制，使得伺服电机直接通过高精度减速机与印辊筒相连接，机械结构非常简单，使得印辊与印辊之间以及印辊与主传动轴之间无任何机械传动连接，相互之间运行无任何影响。印辊的电机均通过虚拟主轴进行同步的控制和操作，实现速度和相位的同步控制，同步精度高。在印刷生产过程中或停止状态下时印辊的相位可由伺服电机直接调整，直接取消掉之前的相位调整行星齿轮机构。

由于整个系统没有了齿轮传动，所有的运行数据都通过数字量进行传递和控制，因此不会因为设备使用时间的越来越久，而造成间隙加大等机械性的问题发生。使设备在使用多年后依然可以保持原出厂时的精度。进而减少设备后期维护的难度和成本。

进一步，还包括停机控制模块，所述停机控制模块用于设置印辊的停机位置，所述停机位置包括挂版位置。

挂版位置即调整印刷胶版的位置，用户可以设置印辊每次停机停到挂版位置，当运行信号断开后设备减速停机，印辊在停机的过程中自动停止到挂版位置，在更换印刷胶版时就不用手动去调整到挂版位置去，减少工人操作时间。

进一步，所述手动调整模块包括运行模式设定模块、速度调整模块和相位调整模块，所述运行模式设定模块用于设定印辊的运行模式；所述速度调整模块用于供用户设定或调整印辊的速度，所述相位调整模块用于供用户设定或调整印辊的相位。方便用户指定或调整速度和相位。

进一步，所述相位调整模块包括相对相位调整模块、绝对相位调整模块以及微调模块，所述相对相位调整模块用于对印辊相位进行相对调整，所述绝对相位调整模块用于直接设定印辊的绝对相位，所述微调模块用于对印辊的相位进行微调。使用户可以通过多种方式实现相位调整，更加灵活。

进一步，所述运行模式包括印刷模式和手动模式，所述印辊处于印刷模式时能够根据虚拟主轴的速度和相位自动加速到主机速度并找回印辊的相位，所述印辊处于手动模式时，印辊自动减速停止。

印辊处于手动模式时，停止运行，由工作人员进行印版的擦洗或更换操作。而不需要整体停机，在换版或清洗过后，切换到印刷模式，可以使得印辊根据虚拟主轴的速度和相位自动加速到主机速度并找回印辊的相位。

进一步，所述速度控制模块包括速度检测模块、速度差值计算模块以及速度PID控制模块，所述速度检测模块用于检测印辊的电机的转动速度，所述速度差值计算模块用于根据虚拟主轴的转速和相位或用户设定的转速和相位计算印辊的目标速度并计算印辊的电机的当前速度与目标速度的速度差值，所述速度PID控制模块用于根据印辊的电机的当前速度、目标速度以及速度差值生成电机速度调控量。通过速度PID闭环控制，对印辊的运行转速进行精准的调控，实现印辊与虚拟主轴的转速同步控制。

进一步，所述电机速度调控量为电机的目标电流值，所述电流控制模块包括电流采集模块、电流差值计算模块以及电流PID控制模块，所述电流采集模块用于采集印辊的电机的当前电流，所述电流差值计算模块用于根据印辊的电机的当前电流和目标电流值计算电流差值，所述电流PID控制模块用于根据印辊的电机的当前电流、目标电流值以及电流差值对电机的电流进行控制。转矩电流控制环为最内层的控制环，速度控制环输出扭矩控制然后转换为电流控制量，由PID电流控制闭环进行调控，实现速度控制。

进一步，还包括打滑检测模块，所述打滑检测模块包括网纹辊上设置的第一压力传感器以及印辊上设置的第二压力传感器，所述打滑检测模块还包括信号接收模块和信号分析模块，所述信号接收模块用于接收并记录第一压力传感器和第二压力传感器发送信号的时间和时长，所述信号分析模块用于根据第一压力传感器和第二压力传感器发送压力信号的时间计算两者时差并根据时差以及各自的信号时长来检测网纹辊和印辊之间是否发生相对滑动。

进一步，所述第一压力传感器在网纹辊上周向均匀分布，第二压力传感器在印辊上周向均匀分布。轴向均匀分布检测更加准确。

进一步，所述印辊上设有印刷胶版，所述印刷胶版的印刷面由多个印刷柱构成，所述印刷柱由上直下分为多节，每节印刷柱的横截面形状均不相同。瓦楞纸上的印刷图案由印刷柱对应的形状组成，当印刷胶版发生磨损后，印刷柱印刷出来的形状会发生变化，通过观察印刷柱对应的图案形状即可得知印刷胶版是否磨损以及磨损的程度。

附图说明

图1为本发明用于瓦楞纸箱印刷机械的印辊控制系统实施例中的逻辑框图；

图2为本发明用于瓦楞纸箱印刷机械的印辊控制系统实施例中刮刀磨损检测模块的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

附图标记说明：网纹辊2、刮刀3、荧光材料4、激光发射器5、单色滤光片6、光照强度传感器7。

如图1所示，本实施例公开了一种用于瓦楞纸箱印刷机械的印辊控制系统包括虚拟主轴模块、手动调整模块、速度控制模块和电流控制模块，每个印辊均由独立的伺服电机驱动，虚拟主轴模块用于产生一个虚拟主轴并控制虚拟主轴的转速和相位，虚拟主轴用于同步控制印辊的电机；虚拟主轴实际并不连接任何电机，没有真实的执行机构，主要是通过虚拟主轴，将印辊、印辊等作为其从轴，形成主从轴的关系，从轴能够按一定比例跟随主轴同步运动。

手动调整模块用于供用户对印辊的速度和相位进行调整；手动调整模块包括运行模式设定模块、运行速度调整模块和相位调整模块，速度调整模块用于供用户设定或调整印辊的速度，相位调整模块用于供用户设定或调整印辊的相位。方便用户指定或调整速度和相位。相位调整模块包括相对相位调整模块、绝对相位调整模块以及微调模块，相对相位调整模块用于对印辊相位进行相对调整，绝对相位调整模块用于直接设定印辊的绝对相位，微调模块用于对印辊的相位进行微调。使用户可以通过多种方式实现相位调整，更加灵活。运行模式设定模块用于设定印辊的运行模式；运行模式包括印刷模式和手动模式，印辊处于印刷模式时能够根据虚拟主轴的速度和相位自动加速到主机速度并找回印辊的相位，印辊处于手动模式时，印辊自动减速停止。印辊处于手动模式时，停止运行，由工作人员进行印版的擦洗或更换操作。而不需要整体停机，在换版或清洗过后，切换到印刷模式，可以使得印辊根据虚拟主轴的速度和相位自动加速到主机速度并找回印辊的相位。

速度控制模块采用PID算法对速度进行闭环控制，其用于根据印辊的电机的当前速度和相位以及虚拟主轴的转速和相位或用户设定的速度和相位输出对印辊的电机的速度调控量。具体的，速度控制模块包括速度检测模块、速度差值计算模块以及速度PID控制模块，速度检测模块用于检测印辊的电机的转动速度，速度差值计算模块用于根据虚拟主轴的转速和相位或用户设定的转速和相位计算印辊的目标速度并计算印辊的电机的当前速度与目标速度的速度差值，速度PID控制模块用于根据印辊的电机的当前速度、目标速度以及速度差值生成电机速度调控量。通过速度PID闭环控制，对印辊的运行转速进行精准的调控，实现印辊与虚拟主轴的转速同步控制。

电流控制模块用于根据速度调控量调控印辊的电机的电流大小，电流控制模块也采用PID算法对电机电流进行控制，具体的，电机速度调控量为电机的目标电流值，电流控制模块包括电流采集模块、电流差值计算模块以及电流PID控制模块，电流采集模块用于采集印辊的电机的当前电流，电流差值计算模块用于根据印辊的电机的当前电流和目标电流值计算电流差值，电流PID控制模块用于根据纹辊的电机的当前电流、目标电流值以及电流差值对电机的电流进行控制。转矩电流控制环为最内层的控制环，速度控制环输出扭矩控制然后转换为电流控制量，由PID电流控制闭环进行调控，实现速度控制。

本实施例中，还包括打滑检测模块，打滑检测模块包括网纹辊2上设置的第一压力传感器以及印辊上设置的第二压力传感器，第一压力传感器在网纹辊2上周向均匀分布，第二压力传感器在印辊上周向均匀分布，打滑检测模块还包括信号接收模块、信号分析模块和警报模块，信号接收模块用于接收并记录第一压力传感器和第二压力传感器发送信号的时间和时长，信号分析模块用于根据第一压力传感器和第二压力传感器发送压力信号的时间计算两者时差并根据时差以及各自的信号时长来检测网纹辊2和印辊之间是否发生相对滑动，警报模块用于在检测到网纹辊2与印辊之间发生相对滑动后进行警报提醒。第一压力传感器和第二压力传感器沿着轴向均匀分布可以使得检测更加准确，第一压力传感器和第二压力传感器采用FSR408压力传感器，其被设置成长条形状，贴附在网纹辊2和印辊两端的侧壁上。本实施例中两个相邻的第一压力传感器之间的距离为两个相邻的第二压力传感器之间距离的0.9倍，这里的距离指的是两个第一压力传感器之间或两个第二压力传感器之间沿着印辊或印辊的弧面的长度，设置其为0.9倍，可以使得网纹辊2和印辊在相对转动过程中，第一压力传感器和第二压力传感器信号之间的时差发生规律性的改变，有利于使判断两者是否发生相对滑动的结果更加精准。如图2所示，还包括刮刀3磨损检测模块，刮刀3磨损检测模块包括设置在网纹辊2上方的激光发射器5和多个光照强度传感器7，刮刀3表面涂有多层荧光材料4，每一层荧光材料4在激光作用下荧光的颜色不同，每一个光照强度传感器7的进光口均设有一个单色滤光片6，单色滤光片6的总的颜色数量均与荧光材料4数量相同，本实施例中，荧光材料4共有蓝、绿、红三种颜色，对应的材料分别为二苯乙烯型荧光剂、吡唑啉型荧光剂以及苯并氧氮型荧光剂，对应的单色滤光片6也有红、绿、蓝三种颜色，使得每个光照强度传感器7仅仅能够检测一种颜色的光照强度；刮刀3磨损检测模块还包括磨损分析模块，磨损分析模块用于根据光照强度传感器7接收到的各个颜色的反射光的光照强度，由于刮刀3表面的荧光材料4按层分布，例如从远离网纹辊2的一端到靠近网纹辊2的一端依次为红、蓝、绿色的荧光粉，如果刮刀3磨损，则相应的荧光粉也会被网纹辊2粘附上，此时通过激光进行激发作用，使得荧光粉发出荧光，磨损分析模块根据荧光的颜色即可得知刮刀3的磨损程度，并在检测到刮刀3磨损超过预设值后控制警报模块进行警报提醒，本实施例中，当检测到红色荧光时，警报模块发出警报提醒，促使管理人员更换刮刀3。

本实施例中，印辊上设有印刷胶版，印刷胶版的印刷面由多个印刷柱构成，印刷柱由上直下分为多节，每节印刷柱的横截面形状均不相同。瓦楞纸上的印刷图案由印刷柱对应的形状组成，当印刷胶版发生磨损后，印刷柱印刷出来的形状会发生变化，通过观察印刷柱对应的图案形状即可得知印刷胶版是否磨损以及磨损的程度。

还包括停机控制模块，停机控制模块用于设置印辊的停机位置，停机位置包括挂版位置，即调整或更换印刷胶版的位置。

本实施例的方案中，通过设置印辊使用独立的电机进行驱动控制，使得伺服电机直接通过高精度减速机与印辊筒相连接，机械结构非常简单，使得印辊与印辊之间以及印辊与主传动轴之间无任何机械传动连接，相互之间运行无任何影响。印辊的电机均通过虚拟主轴进行同步的控制和操作，实现速度和相位的同步控制，同步精度高。在印刷生产过程中或停止状态下时印辊的相位可由伺服电机直接调整，直接取消掉之前的相位调整行星齿轮机构。

由于整个系统没有了齿轮传动，所有的运行数据都通过数字量进行传递和控制，因此不会因为设备使用时间的越来越久，而造成间隙加大等机械性的问题发生。使设备在使用多年后依然可以保持原出厂时的精度。进而减少设备后期维护的难度和成本。

用户可以设置印辊每次停机停到挂版位置，当运行信号断开后设备减速停机，印辊在停机的过程中自动停止到挂版位置，在更换印刷胶版时就不用手动去调整到挂版位置去，减少工人操作时间。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.用于瓦楞纸箱印刷机械的印辊控制系统，其特征在于，包括：

虚拟主轴模块，每个印辊均由独立的伺服电机驱动，所述虚拟主轴模块用于产生一个虚拟主轴，所述虚拟主轴模块还用于控制虚拟主轴的转速和相位，所述虚拟主轴用于同步控制印辊的电机；

手动调整模块，所述手动调整模块用于供用户对印辊的运行模式、速度和相位进行调整；

速度控制模块，所述速度控制模块用于根据印辊的电机的当前速度和相位、虚拟主轴的转速和相位以及用户设定的速度和相位输出对印辊的电机的速度调控量；

电流控制模块，所述电流控制模块用于根据速度调控量调控印辊的电机的电流大小；

还包括停机控制模块，所述停机控制模块用于设置印辊的停机位置，所述停机位置包括挂版位置；

所述手动调整模块包括运行模式设定模块、速度调整模块和相位调整模块，所述运行模式设定模块用于设定印辊的运行模式；所述速度调整模块用于供用户设定或调整印辊的速度，所述相位调整模块用于供用户设定或调整印辊的相位。

2.根据权利要求1所述的用于瓦楞纸箱印刷机械的印辊控制系统，其特征在于：所述相位调整模块包括相对相位调整模块、绝对相位调整模块以及微调模块，所述相对相位调整模块用于对印辊相位进行相对调整，所述绝对相位调整模块用于直接设定印辊的绝对相位，所述微调模块用于对印辊的相位进行微调。

3.根据权利要求2所述的用于瓦楞纸箱印刷机械的印辊控制系统，其特征在于：所述运行模式包括印刷模式和手动模式，所述印辊处于印刷模式时能够根据虚拟主轴的速度和相位自动加速到主机速度并找回印辊的相位，所述印辊处于手动模式时，印辊自动减速停止。

4.根据权利要求3所述的用于瓦楞纸箱印刷机械的印辊控制系统，其特征在于：所述速度控制模块包括速度检测模块、速度差值计算模块以及速度PID控制模块，所述速度检测模块用于检测印辊的电机的转动速度，所述速度差值计算模块用于根据虚拟主轴的转速和相位或用户设定的转速和相位计算印辊的目标速度并计算印辊的电机的当前速度与目标速度的速度差值，所述速度PID控制模块用于根据印辊的电机的当前速度、目标速度以及速度差值生成电机速度调控量。

5.根据权利要求4所述的用于瓦楞纸箱印刷机械的印辊控制系统，其特征在于：所述电机速度调控量为电机的目标电流值，所述电流控制模块包括电流采集模块、电流差值计算模块以及电流PID控制模块，所述电流采集模块用于采集印辊的电机的当前电流，所述电流差值计算模块用于根据印辊的电机的当前电流和目标电流值计算电流差值，所述电流PID控制模块用于根据印辊的电机的当前电流、目标电流值以及电流差值对电机的电流进行控制。

6.根据权利要求5所述的用于瓦楞纸箱印刷机械的印辊控制系统，其特征在于：还包括打滑检测模块，所述打滑检测模块包括网纹辊上设置的第一压力传感器以及印辊上设置的第二压力传感器，所述打滑检测模块还包括信号接收模块和信号分析模块，所述信号接收模块用于接收并记录第一压力传感器和第二压力传感器发送信号的时间和时长，所述信号分析模块用于根据第一压力传感器和第二压力传感器发送压力信号的时间计算两者时差并根据时差以及各自的信号时长来检测网纹辊和印辊之间是否发生相对滑动。

7.根据权利要求6所述的用于瓦楞纸箱印刷机械的印辊控制系统，其特征在于：所述第一压力传感器在网纹辊上周向均匀分布，第二压力传感器在印辊上周向均匀分布。

8.根据权利要求7所述的用于瓦楞纸箱印刷机械的印辊控制系统，其特征在于：所述印辊上设有印刷胶版，所述印刷胶版的印刷面由多个印刷柱构成，所述印刷柱由上直下分为多节，每节印刷柱的横截面形状均不相同。

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