先进运动控制技术在印刷设备上的应用

    【集萃网观察】今天，最常见印刷机都采用柔版印刷工艺。柔版印刷是一种回转印刷方法，它凸起图案表面各种承印物上印制图案。即橡胶版或感光树脂版非印刷区域撤出和降低，印版上生成所要印刷图案。印版与直径各不相同回转圆筒相连以获各种尺寸图案。油墨则是一个称为网纹辊具有网状结构油墨计量辊转移到印版表面。通常，喷墨装置与刮刀协同工作，为网纹辊供应油墨。上述系统操作可以针对每种印刷颜色印刷机上重复。目前，一台印刷机上平均印刷站数目为10个，卷筒纸宽度为6到136英寸。

    印刷应用中主要运动类型

    印刷应用多种多样，从简单单色印刷，一直到需要定位复杂多色印刷。大多数印刷应用都使用一个包含要印刷图案回转喷墨头，印刷表面通常是一种直接与喷墨头接触卷筒纸。卷筒纸常为线性，可以由任意种类材料组成，包括纸、塑料或树脂薄膜，波纹纸等。印刷油墨直接供应给喷墨头，喷墨头与卷筒纸接触时，图案就转移到卷筒纸上。

    印刷应用中主要运动类型为主轴/从轴运动??要上面进行印刷卷筒纸为主轴，喷墨头为从轴。传统印刷机卷筒纸和喷墨头之间是机械连接，现，考虑到高性能运动控制器可执行电子式凸轮仿形，以及印刷最终用户提高机器灵活性，并希望缩短生产期限和实现快速生产转换要求，通常使用伺服机构。尤其喷墨头而言更是如此，对卷筒纸主轴也具有这种要求。

    多色印刷应用中包含多个喷墨头，每个喷墨头对应于一种颜色，成为主轴从轴，各个喷墨头之间要保持相互对准。其他类型运动印刷应用中少见，例如用于机器维护和产品切换中将喷墨头移进和移出调整轴。

    典型印刷应用需要使用多种运动控制部件，包括编码器或旋转变压器等反馈部件、伺服电机、减速器、伺服放大器和高性能运动控制器。印刷中使用运动控制方法也可用于其他回转从轴与线性卷筒纸接触纸品加工应用。

    运动控制中存主要问题

    印刷应用中实现运动控制存几个问题。

    首先是当喷墨头与卷筒纸接触时，喷墨头速度到精确控制非常重要。，速度相互匹配，但，喷墨头速度会高一些或低一些。速度匹配不精确时，会使印刷质量下降，可能造成材料损坏。

    喷墨头圆周与产品长度相同，则运动关系是二者之间一个传动比，此外还有一个位置同步关系（例如，它们是成比例，但从轴一个特定主轴位置锁定，印刷发生卷筒纸正确位置上）。喷墨头圆周与产品长度不同，当喷墨头与卷筒纸接触时会产生速度匹配，产品剩余长度，喷墨头必须加速或减速，合适位置与卷筒纸接触以加工下一件产品。

    此外，执行运动曲线时，要速度上同步，还要位置上同步。这样才能使主轴/从轴相互关系，从停止到全速所有主轴速度下都有效，将废品率降到最低。速度取决于承印物，标签印刷速度通常为300～1000FPM，塑料上进行中央压印滚筒式柔印（卷筒纸绕一个很大中央压印滚筒上，喷墨头沿滚筒四周定位）速度为1000～2000FPM，而纸张上进行中央压印滚筒式柔印速度可超过3000FPM。

    当然也有例外，卷筒纸和印版速度不匹配，其中一个速度可超过或不足印版辊2%重复长度。最终客户可以将尺寸尽量与实际需要相接近，而接受机器所能生产量，这样可以节省印版筒/套筒，并大大节省材料。

    多数印刷应用还需要进行定位，而不同定位差异是很大。最佳定位应0.0005英寸范围内，中央压印圆筒式柔印为0.002英寸，而连线印刷为0.003英寸。运动曲线需要动态进行调节，以补偿卷筒纸上定位标记之间距离微小变化。这种情况尤其见于多色印刷，这种印刷中，必须保持颜色精确套准，以使最后印刷图案具有良好质量。

    产品长度全部范围来设计电机/放大器组合也很重要。设计时，最小和最长产品可能不会代表最差情况。通常建议这种设计要针对若干个产品长度（如5或10）来完成，以确保确定一个适用于整个产品范围适宜电机/放大器组合。力和扭矩随机器规格尺寸变化很大，负荷惯性也随设计而不同。运动控制部件设计要满足10:1至200:1惯性不匹配。  

    如何应用运动控制技术改进印刷印前与印后，并可能时进行定量

    高速产品定位印刷成功至关重要。要做到高速定位，需要对驱动器或运动控制器提供高速位置锁定输入，遇到定位标记时捕获精确主轴位置。用前、后两个位置之间差值用于计算定位标记之间实际距离。即该距离与标记之间理论距离进行比较，计算出一个校正量。随后将该校正量代入从轴运动曲线。

    从检测到定位标记到应用校正量所需时间生产高质量产品十分重要。这个时间完全取决于用于该应用运动控制器，也会因所用技术受到影响（例如，一些数字运动控制网络具有一个必须进行补偿输送滞后，某些应用中可能是无法接受）。某些应用中需要使用专门定位算法，例如对几个或很多个产品校正量进行平均，对校正量进行过滤，或要求运动曲线某些段不应用校正量。运动控制器还应能够恰当处理卷筒纸拼接以及缺失定位标记。

    典型基础配置10色印刷机生产线具有65个以上闭环运动控制轴。更大生产线中，通常超过100个轴。过去，每个轴都机械方式传动，而现，更新后控制系统提高了定位性能，将定位精度削减到旧系统定位精度值一半。这些控制系统具有很高灵活性，可以应对特殊任务，提供无限可变重复。用于替代前面讨论速度匹配方法，它能够使用户增加或降低印版辊相卷筒纸速度，以改变重复长度。

    这些改进还可使速度更快，使最大速度从1200FPM提高到2000FPM，柔版印刷过程则可以达到更高速度。印刷机从一个任务切换到下一个任务时间从平均4～6小时缩短到30分钟，某些情况下更短。采用运动控制及印刷驱动装置定位系统机械手对切换时间有很大影响。应用中，整个控制系统提供了更佳诊断信息，机器生产时间以延长。

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