CN108995365B - 一种自动三维在线监控磁定向装置 - Google Patents

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Abstract

一种自动三维在线监控磁定向装置，涉及磁定向印刷领域，包括放纸平台和磁定向平台，磁定向平台设于放纸平台下方，还包括三维移动单元、在线监控单元、显示屏和CPU控制单元；三维移动单元和在线监控单元分别与CPU控制单元连接；三维移动单元与磁定向平台固定连接，三维移动单元用于调节纸张和磁铁之间的相对位置；三维移动单元具备X‑Y‑Z三个维度的直线活动；在线监控单元包括第一摄像头和第二摄像头；本发明通过三轴联动实现三维运动，同时与摄像头联动通过计算及分析图片的条纹亮度实现最佳磁定向位置的自动寻找和定位。

Description

一种自动三维在线监控磁定向装置
技术领域
本发明涉及磁定向印刷领域，尤其涉及一种自动三维在线监控磁定向装置。
背景技术
磁性光变油墨凭借其高超的防伪特性已经应用到了印钞、票据、证件等各种高端防伪领域。磁性油墨中包含可以沿磁场方向进行定向的磁性颜料片。磁定向装置通过设计不同的磁铁产生特定的磁场以对颜料片进行磁定向，从而产生独特的不可复制的独特光学图案效果。
目前，现有的磁定向装置主要是将磁铁固定在待定向磁性颜料处来定向，如中国专利CN203831984U、CN107415437A、CN203831970U、CN102267277A、CN103119521A、CN105034570A、CN102529326A、CN103991272A、CN203510940U等，只有个别专利涉及到磁铁与待测颜料之间简单的移动，如中国专利CN103171252A、CN203391459U等。
中国专利CN103171252A公开了一种平板丝网印刷机上的磁定向装置，待定向纸张到达磁定向装置后可以进行左右调节使得待定向纸张与磁铁位置正对；中国专利CN203391459U公开了一种磁性印刷设备，当需要磁定向时把磁铁上移至待定向纸张处，不需要定向时则把磁铁下调。
磁铁空间位置不同，定向效果就不同，然而在目前的磁定向装置的相关研究中，对于如何选择最佳的磁定向位置，以及如何在磁定向装置中进行多角度的在线监控以及在线矫正等问题亟需解决。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种自动三维在线监控磁定向装置，可通过三轴联动实现三维运动，同时与摄像头联动通过计算及分析图片的条纹亮度实现最佳磁定向位置的自动寻找和定位。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种自动三维在线监控磁定向装置，包括放纸平台和磁定向平台，磁定向平台设于放纸平台下方，放纸平台用于放置待定向的纸张，磁定向平台用于放置磁铁，还包括三维移动单元、在线监控单元、显示屏和CPU控制单元；三维移动单元和在线监控单元分别与CPU控制单元连接；
三维移动单元与磁定向平台固定连接，三维移动单元用于调节纸张和磁铁之间的相对位置；三维移动单元包括X轴线性模组、Y轴线性模组和Z轴线性模组，三个线性模组互相垂直构成XYZ三维空间直角坐标系，三维移动单元具备X-Y-Z三个维度的直线活动；
在线监控单元包括第一摄像头和第二摄像头，第一摄像头竖直设置于放纸平台的上方，第二摄像头设于放纸平台的侧上方；
CPU控制单元和显示屏连接，CPU控制单元用于将摄像头捕捉的图像进行处理以确定最佳磁定向位置，并驱动三维移动单元以使磁定向平台自动到达最佳的磁定向位置。
本发明还包括固化单元，固化单元设于放纸平台的上方，固化单元包括固化平台和UV固化灯，固化平台两侧对称设有平行的凹槽，两个凹槽之间为中空结构，UV固化灯架设于凹槽上。
X轴线性模组、Y轴线性模组和Z轴线性模组包括步进电机、滚珠丝杠、固定座和滑块，步进电机设于固定座的一端，滚珠丝杠设于固定座上且连接步进电机，滑块设于滚珠丝杠上；X轴线性模组的滑块与Y轴线性模组的固定座固定连接，Y轴线性模组的滑块与Z轴线性模组的固定座固定连接，Z轴线性模组的滑块与磁定向平台连接。
本发明还包括底座，底座设于磁定向平台的下方，X轴线性模组的固定座与底座固定连接；所述底座上设有向上凸起的滑动平台，Y轴线性模组的固定座的一端架设于滑动平台上；磁定向平台通过L型连接架与Z轴线性模组的滑块连接。
X轴线性模组、Y轴线性模组和Z轴线性模组还包括驱动器和控制器，驱动器与步进电机连接，控制器与驱动器连接以控制步进电机的开启和关闭，控制器与CPU控制单元连接并将三维移动单元的坐标值反馈到CPU控制单元。
本发明还包括电控平台和散热风扇，所述驱动器、控制器和散热风扇装设于电控平台上，散热风扇用于为驱动器和控制器散热。
所述在线监控单元还包括第一补光灯和第二补光灯，第一补光灯和第一摄像头同向设置，第二补光灯朝向第二摄像头设置。所述第二摄像头与放纸平台的平面之间夹角为45～60°。
相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：
1、本发明通过三轴联动来实现三维运动，同时与摄像头联动通过计算及分析摄像头传回的图片的条纹亮度来实现最佳磁定向位置的自动寻找和定位；在工作过程中，可在线观察不同位置处所对应的磁定向的效果，自动校正磁铁的位置，可以在连续印刷过程中，始终保持一个比较完美的状态。
2、由于磁性光变材料具有随角异色特性，不同方向有不同的磁定向效果，本发明采用两个摄像头在不同视角进行在线观察磁定向的动态效果，能够更好地进行图像抓取处理，更精确地分析磁定向的最佳位置，同时更加直观地观察磁定向效果。
3、利用第一摄像头和第二摄像头进行监控，动态观察纸张和磁铁相对位置改变时带来的磁定向图案变化，以寻找达到最佳图案时对应的位置数据，涂层的磁定向效果图案在不同的磁场分布中形成的图案不一样，同一磁场分布中的不同位置形成的图案也不一样，在不同的应用场合，可以设计不同的磁定向图案。
4、本发明可以进行定量的分析，磁铁位置不同会产生不同的磁定向效果；由于三维移动单元的坐标值可以反馈到CPU控制单元，因此可以使磁定向的位置数字化，能够定量来进行分析。
5、由于3D磁性光学变色薄膜材料有金属质感，但是摄像头反馈回来的图片上面金属质感很弱，本发明通过特殊角度的补光可以呈现出很强的金属质感，这种金属质感和肉眼观察到的相同，因此采用补光灯并且在特殊角度使用，能够达到更好地观察效果和计算机图像处理结果，能更好地选取最佳磁定向位置。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图之一；
图2为本发明的立体结构示意图之二；
图3为本发明的剖视示意图；
图4为90°视角定向图案示例；
图5为45°视角定向图案示例。
附图标记：第二补光灯1，盖板2，UV固化灯3，固化平台4，放纸平台5，第一摄像头6，第二摄像头7，壳体8，磁铁9，Z轴线性模组10，电控平台11，磁定向平台12，Y轴线性模组13，L型连接架14，X轴线性模组15，底座16，滑动平台17，步进电机18，滚珠丝杠19，固定座20，滑块21。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。
如图1～3所示，本发明包括壳体8、底座16、盖板2、放纸平台5、磁定向平台12、电控平台11、三维移动单元、在线监控单元、固化单元、CPU控制单元和显示屏；其中：
底座16设于壳体8的底部，盖板2设于壳体8的顶部，放纸平台5、磁定向平台12、电控平台11、三维移动单元、在线监控单元、固化单元安装在壳体8内；
放纸平台5上设有放纸卡槽，用于放置印有待定向和固化的磁性光学变色油墨涂层的纸张；
磁定向平台12设于放纸平台5下方，磁定向平台12用于放置磁定向的磁铁9；
三维移动单元和在线监控单元分别与CPU控制单元连接；
固化单元设于放纸平台5的上方，固化单元包括固化平台4和UV固化灯3，固化平台4两侧对称设有平行的凹槽，两个凹槽之间为中空结构，该中空结构可使紫外光照射到纸张上面；UV固化灯3架设于凹槽上以使UV固化灯3在凹槽上前后滑动；
三维移动单元设于底座16上并与磁定向平台12固定连接，三维移动单元用于调节纸张和磁铁9之间的相对位置；三维移动单元包括X轴线性模组15、Y轴线性模组13和Z轴线性模组10，三个线性模组互相垂直构成XYZ三维空间直角坐标系，三维移动单元具备X-Y-Z三个维度的直线活动；X-Y-Z三轴的移动可通过CPU控制单元控制并且记录距离变化量；
在线监控单元包括第一摄像头6、第二摄像头7、第一补光灯和第二补光灯1，第一摄像头6竖直设置于放纸平台5的上方，第二摄像头7设于放纸平台5的侧上方；第一补光灯和第一摄像头6同向设置，第二补光灯1朝向第二摄像头7设置；
具体地，在本实施例中，第一摄像头6与万向转接的一侧通过粘结的方式连接，万向转接另一侧可以直接吸附在UV固化灯3上；第二摄像头7与纸张所在平面成角45～60°放置，第二摄像头7与万向转接的一侧通过粘结的方式连接，万向转接的另一侧连接在壳体8上面。第一摄像头6和第二摄像头7都是自动调焦摄像头且第一摄像头6自带第一补光灯；
CPU控制单元连接显示屏，用于将摄像头捕捉的图像进行处理以确定最佳磁定向位置，并驱动三维移动单元以使磁定向平台12自动到达最佳的磁定向位置。
本实施例中，X轴线性模组15、Y轴线性模组13和Z轴线性模组10为同类型的线性模组，结构相同，参考图2，以X轴线性模组15为例，线性模组包括步进电机18、滚珠丝杠19、固定座20和滑块21，步进电机18设于固定座20的一端，滚珠丝杠19设于固定座20上且连接步进电机18，滑块21设于滚珠丝杠19上。
如图1～3所示，本实施例中为实现三维运动，X轴线性模组15的滑块21与Y轴线性模组13的固定座20固定连接，Y轴线性模组13的滑块21与Z轴线性模组10的固定座20固定连接，Z轴线性模组10的滑块21与磁定向平台12连接。
更具体地，X轴线性模组15的固定座20与底座16采用螺钉固定连接；所述底座16上设有向上凸起的滑动平台17，Y轴线性模组13的固定座20的一端架设于滑动平台17上，如此可以保证三维移动单元滑动的稳定性；磁定向平台12通过L型连接架14与Z轴线性模组10的滑块21连接，首先Z轴线性模组10的滑块21处先连接一个L型连接架14，L型连接架14再与磁定向平台12进行固定连接。
所述线性模组还包括驱动器和控制器，驱动器与步进电机18连接，控制器与驱动器连接以控制步进电机18的开启和关闭，控制器与CPU控制单元连接并将三维移动单元的坐标值反馈到CPU控制单元。
本发明还包括散热风扇，所述驱动器、控制器和散热风扇装设于电控平台11上，散热风扇用于为驱动器和控制器散热。
本发明的工作步骤如下：
1、本实施例中CPU控制单元安装于计算机中，CPU控制单元与计算机的显示屏连接；先将步进电机连接驱动器，将驱动器连接控制器，然后将控制器通过USB与计算机连接，并连接好电源，控制器和驱动器由24V直流电源供电；计算机上设有控制器软件，打开控制器软件并开启控制器，将步进电机调整至适当位置，并将此时的坐标设置为0；
2、将第一摄像头6、第二摄像头7、第一补光灯和第二补光灯1打开，并调整位置达到最佳状态；本实施例中，第一摄像头6和第二摄像头7的控制通过USB连接至计算机，计算机上设有摄像头软件，可通过摄像头软件对第一摄像头6和第二摄像头7进行开启和关闭；第一补光灯和第二补光灯1的开启和关闭通过自带的开关来控制，
3、将印有待定向和固化的磁性光学变色油墨涂层的纸张，从送样口送入置于放纸平台5上；将单个磁铁或者磁铁组合放置在磁定向平台12上；
4、通过控制器软件开启控制器，驱动三维移动单元运动，并将三维移动单元的坐标值反馈到CPU控制单元，CPU控制单元将记录坐标值，同时在显示屏上进行在线监控，对摄像头返回的图像进行处理，抓取条纹亮度最大最均衡的图片所在位置为最佳磁定向位置，确定最佳磁定向位置后三维移动单元自动到达最佳位置；
5、达到最佳磁定向位置后，三维移动单元在控制器的控制下停止运动，此时UV固化灯3打开，进行固化步骤，固化达到设定时间后完成磁定向。
本发明利用第一摄像头和第二摄像头进行监控，动态观察纸张和磁铁相对位置改变时带来的磁定向图案效果变化，以寻找最佳图案时对应的位置数据，涂层的磁定向效果在不同的磁场分布中形成的图案不一样，同一磁场分布中的不同位置形成的图案也不一样，在不同的应用场合，可以设计不同的磁定向图案，图4为本实施例90°视角定向图案示例，图5为本实施例45°视角定向图案示例。

Claims (9)

1.一种自动三维在线监控磁定向装置，包括放纸平台和磁定向平台，磁定向平台设于放纸平台下方，放纸平台用于放置待定向的纸张，磁定向平台用于放置磁铁，其特征在于：还包括三维移动单元、在线监控单元、CPU控制单元和显示屏；三维移动单元和在线监控单元分别与CPU控制单元连接；
三维移动单元与磁定向平台固定连接，三维移动单元用于调节纸张和磁铁之间的相对位置；三维移动单元包括X轴线性模组、Y轴线性模组和Z轴线性模组，三个线性模组互相垂直构成XYZ三维空间直角坐标系，三维移动单元具备X-Y-Z三个维度的直线活动；X轴线性模组、Y轴线性模组和Z轴线性模组均包括步进电机、滚珠丝杠、固定座和滑块，步进电机设于固定座的一端，滚珠丝杠设于固定座上且连接步进电机，滑块设于滚珠丝杠上；X轴线性模组的滑块与Y轴线性模组的固定座固定连接，Y轴线性模组的滑块与Z轴线性模组的固定座固定连接，Z轴线性模组的滑块与磁定向平台连接；
在线监控单元包括第一摄像头和第二摄像头，第一摄像头竖直设置于放纸平台的上方，第二摄像头设于放纸平台的侧上方；
CPU控制单元和显示屏连接，CPU控制单元用于将摄像头捕捉的图像进行处理以确定最佳磁定向位置，并驱动三维移动单元以使磁定向平台自动到达最佳的磁定向位置。
2.如权利要求1所述的一种自动三维在线监控磁定向装置，其特征在于：还包括固化单元，固化单元设于放纸平台的上方，固化单元包括固化平台和UV固化灯，固化平台两侧对称设有平行的凹槽，两个凹槽之间为中空结构，UV固化灯架设于凹槽上。
3.如权利要求1所述的一种自动三维在线监控磁定向装置，其特征在于：还包括底座，底座设于磁定向平台的下方，X轴线性模组的固定座与底座固定连接。
4.如权利要求3所述的一种自动三维在线监控磁定向装置，其特征在于：所述底座上设有向上凸起的滑动平台，Y轴线性模组的固定座的一端架设于滑动平台上。
5.如权利要求1所述的一种自动三维在线监控磁定向装置，其特征在于：所述磁定向平台通过L型连接架与Z轴线性模组的滑块连接。
6.如权利要求1所述的一种自动三维在线监控磁定向装置，其特征在于：X轴线性模组、Y轴线性模组和Z轴线性模组还包括驱动器和控制器，驱动器与步进电机连接，控制器与驱动器连接以控制步进电机的开启和关闭，控制器与CPU控制单元连接并将三维移动单元的坐标值反馈到CPU控制单元。
7.如权利要求6所述的一种自动三维在线监控磁定向装置，其特征在于：还包括电控平台和散热风扇，所述驱动器、控制器和散热风扇装设于电控平台上，散热风扇用于为驱动器和控制器散热。
8.如权利要求1所述的一种自动三维在线监控磁定向装置，其特征在于：所述在线监控单元还包括第一补光灯和第二补光灯，第一补光灯和第一摄像头同向设置，第二补光灯朝向第二摄像头设置。
9.如权利要求1所述的一种自动三维在线监控磁定向装置，其特征在于：所述第二摄像头与放纸平台的平面之间夹角为45～60°。
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