一種色標(biāo)檢測(cè)光電傳感器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

一種色標(biāo)檢測(cè)光電傳感器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0印刷過(guò)程出現(xiàn)偏差,導(dǎo)致目前不能保證生產(chǎn)中的圖片信號(hào)不明確凹面展覽機(jī)采用凹面尊版打印法，在塑料薄膜上打印各種顏色的彩色圖案。由于采用凹版滾筒印刷方式,其印刷品具有色澤鮮艷、清晰明快、形象逼真與立體感強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),是其它印刷方式無(wú)法比擬的,所以在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。這種方法是將需要印刷的成品圖案雕刻在每個(gè)印刷版輥上,圖案有多少種顏色,原材料就需要經(jīng)過(guò)多少次的版輥壓印,最后得到需要的產(chǎn)品。這種印刷方式要求同一幅圖案在各個(gè)套印版輥的套印位置嚴(yán)格同步。然而由于塑料薄膜易受溫、濕度的影響而導(dǎo)致變形和伸縮特性發(fā)生變化,此時(shí)即使套色調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)制造得非常精確,各部分動(dòng)作非常協(xié)調(diào)準(zhǔn)確,但如果印刷機(jī)的自動(dòng)化程度不高,仍然難以避免在印刷過(guò)程中出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象,導(dǎo)致原材料浪費(fèi)、產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證。作為凹版印刷機(jī)主要配套之一的自動(dòng)套色控制系統(tǒng)則實(shí)時(shí)有效地解決了這一問(wèn)題,而如何把色彩光信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào),并把模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為套色控制系統(tǒng)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)顯得至關(guān)重要。因此,研制一種決定套色控制系統(tǒng)性能的誤差色標(biāo)檢測(cè)光電傳感器具有十分重要的意義。本文基于不同顏色背景對(duì)光能吸收不同的原理,從光路和電路兩部分完成了誤差色標(biāo)檢測(cè)光電傳感裝置的研究與設(shè)計(jì)。1顏色檢測(cè)原理1.1受熱交換器的影響凹版印刷機(jī)印刷過(guò)程如圖1所示。印刷版輥MSx(x=1,2,…,n)、壓印膠輥MRx(x=1,2,…,n)、誤差修正輥CRx(x=1,2,…,n)和色標(biāo)檢測(cè)光電傳感器Sx(x=1,2,…,n-1)組成了印刷單元。在印刷過(guò)程中要求同一幅圖像在各個(gè)印刷單元位置同步。實(shí)際印刷過(guò)程中印刷機(jī)線速度大,張力難以恒定,再加上導(dǎo)輥和壓輥的相對(duì)滑動(dòng),承印材料的彈性收縮,各個(gè)印刷單元受熱交換器冷熱風(fēng)的影響,承印物體材料會(huì)產(chǎn)生細(xì)微伸縮,導(dǎo)致圖像套印位置的偏差。這種偏差具有連續(xù)性,對(duì)印刷品的質(zhì)量影響極大。由于印刷極線速度大,人工很難調(diào)整這種偏差,作為凹版印刷機(jī)主要輔助控制系統(tǒng)之一的彩色自動(dòng)套色控制系統(tǒng)能有效地解決這一問(wèn)題。設(shè)計(jì)誤差色標(biāo)檢測(cè)光電傳感器準(zhǔn)確有效檢測(cè)表征套印誤差信息的色標(biāo)信號(hào),是自動(dòng)套色控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問(wèn)題。1.2光電傳感器檢測(cè)脈沖信號(hào)混合模型光電傳感器色標(biāo)檢測(cè)原理如下:在印刷過(guò)程中,每色印刷都會(huì)在印料的邊緣印上以供套色用的色標(biāo),如圖2所示,該色標(biāo)線(MARK線)水平長(zhǎng)10mm,寬1mm,每個(gè)相鄰色的MARK線在套印精確時(shí)應(yīng)互相平行,且間距為20mm。當(dāng)MARK線通過(guò)光電傳感器的雙通道光斑時(shí),會(huì)引起反射光強(qiáng)弱的變化,光電轉(zhuǎn)換器件將這種變化轉(zhuǎn)換成輸出電壓的變化,電信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路形成相應(yīng)的脈沖信號(hào),即實(shí)現(xiàn)了色標(biāo)信號(hào)的檢測(cè)和微處理器識(shí)別脈沖電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。以第二個(gè)印刷單元為例,當(dāng)?shù)谝簧∷⒌腗ARK線與第二色印刷的MARK線通過(guò)光電傳感器時(shí)產(chǎn)生的MARK線脈沖信號(hào)分別定義為T(mén)1和T2。若T1和T2同時(shí)產(chǎn)生,說(shuō)明兩條MARK線之間的距離為20mm,此時(shí)沒(méi)有套印誤差(匹配);若T1脈沖超前或滯后T2脈沖信號(hào),則表示兩條MARK線之間的距離不是20mm,此時(shí)有套印誤差。檢測(cè)原理如圖3所示。2光電傳感器的組成如圖4所示,點(diǎn)光源經(jīng)凸透鏡形成平行光,平行光照射到半透半反光玻片的全透射面,使平行光完全透射。透射的平行光再經(jīng)過(guò)一個(gè)凸透鏡聚焦,焦點(diǎn)落在色標(biāo)信號(hào)上,不同顏色對(duì)光的吸收能力不同,從而反射回的光能量也會(huì)不同。反射光經(jīng)透鏡形成反射平行光,反射平行光再照到半透半反光玻片的全反射面,使其完全反射,并被光電轉(zhuǎn)換器件接收。不同顏色MARK線的反射光信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器件就可以轉(zhuǎn)換為不同幅度的電壓信號(hào)。再通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路(主要有隔直濾波、信號(hào)放大和電壓比較和光藕隔離輸出),就可產(chǎn)生被微處理器識(shí)別的脈沖信號(hào)。光電傳感器由兩大模塊組成:用于色標(biāo)光信號(hào)檢測(cè)和光電轉(zhuǎn)換的光路模塊;用于光電轉(zhuǎn)換器件輸出信號(hào)調(diào)理的電路模塊。2.1半透半光柵玻片技術(shù)光路模塊設(shè)計(jì)主要進(jìn)行雙透鏡和半透半反光玻片功能設(shè)計(jì)、點(diǎn)光源測(cè)試選型以及光電池性能測(cè)試,原理如圖5所示。透鏡1把點(diǎn)光源發(fā)射光形成平行光,使光源信號(hào)在光路通道中得以傳輸。透鏡2實(shí)現(xiàn)色標(biāo)照射聚焦光斑的形成,同時(shí)把色標(biāo)反射光轉(zhuǎn)換成傳輸平行光。為實(shí)現(xiàn)光源信號(hào)在正向路徑直線傳輸,同時(shí)又能讓色標(biāo)反射平行光反向路徑變向傳輸,采用了半透半反光玻片,其全透射面面向透鏡1,使光源平行光完全透射;而全反射面面向透鏡2,對(duì)反射光進(jìn)行90°角的變向反射,實(shí)現(xiàn)反射光到光電轉(zhuǎn)換器件接收面的輸送。為此,半透半反光玻片的位置要嚴(yán)格與平行面成45°夾角。2.2光電池特性測(cè)試電路由于套色系統(tǒng)對(duì)MARK線的信號(hào)的實(shí)時(shí)性要求較高,而光源的性能直接影響光電傳感器轉(zhuǎn)換時(shí)間,因此,光源的選擇十分重要。可采用的點(diǎn)光源主要有小白熾燈泡、發(fā)光二極等。因白熾小燈泡易發(fā)熱、壽命短、聚焦差等缺點(diǎn),系統(tǒng)的耐用性和可靠性得不到保障。最后我們選用NSPW500BS型號(hào)的白光二極管,此種型號(hào)的二極管具有焦點(diǎn)處亮度高、無(wú)散光、響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)越性能,通過(guò)測(cè)試判斷可以滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。本系統(tǒng)選用的光電池型號(hào)為2CR42(無(wú)柵),為了測(cè)試其靈敏度是否滿(mǎn)足要求,設(shè)計(jì)了靜態(tài)測(cè)試電路如圖6所示。測(cè)試方法:取一印刷物的MARK線放在光電傳感器光眼焦點(diǎn)處,測(cè)試薄膜背景和各色標(biāo)。同時(shí)從電路上斷開(kāi)光電池,用毫伏表測(cè)量光電池的開(kāi)路電壓,用毫安表測(cè)量發(fā)光二極管的電流。調(diào)節(jié)電位器W1改變發(fā)光二極管的工作電流,測(cè)試光電池輸出電壓的變化。色標(biāo)檢測(cè)光電傳感器目的是檢測(cè)各色標(biāo)的所在位置,只關(guān)心各色標(biāo)相對(duì)背景色對(duì)光能吸收的差異,而不需鑒別各色標(biāo)的具體顏色?，F(xiàn)以5色為例,印刷品色標(biāo)背景色一般為白色,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1和圖7所示。測(cè)試結(jié)果表明,除黑色、白色和銀白外,其他各色之間對(duì)光能量的吸收差異不大,但相對(duì)背景色而言,對(duì)光能的吸收差異較明顯。選限流電阻為220?,使發(fā)光二級(jí)管工作于電流為30mA額定狀態(tài)下,光電池在各色標(biāo)相對(duì)背景色的開(kāi)路壓差如表2所示。數(shù)據(jù)表明,即使與背景色相接近的銀白色,壓差也達(dá)到了6mV。因此,該光電池靈敏度完全滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。2.3信號(hào)放大電路光電池產(chǎn)生的電壓信號(hào)經(jīng)C1隔直后的電平范圍為幾毫伏到幾十毫伏,因此必須對(duì)它進(jìn)行放大。信號(hào)調(diào)理電路如圖8所示,在信號(hào)放大電路中,光電池輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)RC隔直濾波送入運(yùn)放OP07,經(jīng)過(guò)放大可達(dá)幾伏電壓。放大后的信號(hào)經(jīng)LM339比較器,比較電平根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況可在-5～+5V之間調(diào)整,然后用74LS14整形,輸出TTL脈沖波形,再進(jìn)行光電隔離,送入CPU實(shí)現(xiàn)后續(xù)誤差處理。由于CPU所處理的是兩路脈沖的前沿誤差,所以脈寬對(duì)誤差的處理幾乎沒(méi)有影響。系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)色標(biāo)檢測(cè)光電傳感器有效地解決了表征套印誤差信息的色標(biāo)檢測(cè)問(wèn)題,是彩色印刷自動(dòng)套色控制系統(tǒng)得以穩(wěn)定運(yùn)行的可靠保障。文中設(shè)計(jì)的色標(biāo)檢測(cè)光電傳感器已應(yīng)用到長(zhǎng)春市乾利彩色印刷包裝有限公司的九色凹版印刷機(jī)的彩色印刷自動(dòng)套色控制系統(tǒng)中?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,該系統(tǒng)具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗背景光干擾能力強(qiáng)、工作可靠和使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。主要技術(shù)指標(biāo):1)工作電源:±5V