電子軸凹印機橫向套色誤差研究

　　【內容摘要】傳統印花機采用機械長軸傳動，多套色誤差的調節速度慢、難度大; 電子軸傳動技術采用相互獨立的伺服電機，進行全閉合調節，誤差實時反饋，在此基礎上為了提高凹版印花套色精度、更快速地減小橫向誤差，提出一種高速印花下自動修正橫向誤差的控制策略。在四套色印花系統的基礎上，利用若干對光電對射傳感器，將其置于主軸導帶兩側進行誤差檢測，并將檢測結果反饋到控制系統進行自動調節，對此進行了試驗研究。試驗結果表明，提出的若干對光電對射檢測及控制策略對高速印花下橫向誤差的調節具有非常良好的效果，具有比單個更好的響應速度、累積誤差更小的特點。

　　【關鍵詞】凹版印花; 橫向誤差; 光電傳感器; 控制系統

　　邱康福， 產業與科技論壇 發表時間：2021-11-26

　　電子軸印刷也稱無軸印刷，電子軸伺服傳動技術通過現場總線進行數據交換。電子軸傳動技術是印刷行業的技術革命，電子軸凹印機最早出現在 1997 年，如今比比皆是，不僅在平面，曲面上也實現了應用，比如三維曲面印刷電路技術( 3D - PE 技術) 、數控曲面印刷機等等。電子軸凹印機最大的缺點是套色誤差，它會造成印品油墨重疊，導致印花產品精度無法滿足市場需求，成為印刷電子領域廣泛運用的瓶頸。當今四大印刷行業已然成為衡量一個國家輕工業發展水平的重要指標，然而多數中小型印刷企業技術水平和裝備落后，創新能力較差，造成了大量資源浪費[1]。我國的印刷裝備自動化水平、印刷技術相對于國外亟待提高，本文以四套色電子軸凹版印花設備為基礎，利用光電傳感器和控制系統更高效地在線修正套色過程中的橫向誤差[2]。

　　一、設備結構

　　拼接式凹版印花電子裝備，是將每個套色組裝在一起，主要由糾布裝置、矯正裝置、印花裝置和烘干裝置四部分組成[3]。

　　待印布料在進入印花之前，需要做預準備工作，糾布裝置由一定數量的圓形導輥組成，皆無電機驅動，由人工操作，故稱為被導輥[4]。待印布料因受被導輥的牽引，所受的張力較為均衡，印花輥受伺服系統控制，又稱主動輥，在勻速狀態下，被導輥速度的大小和方向由主動輥決定，且與主動輥一致[5]。對于拼接式凹版印花電子裝備，每一套色的運動和調節都是由伺服系統直接控制的。待印布料經過糾布裝置后出現褶皺現象，再由矯正裝置對布料進行矯正，布料在進入印花之前還需要經過二次牽引，主軸導輥兩側的氣動元件下壓布料使布料帶有一定的張力，正式進入印花部分。印花裝置由油墨、印花輥、刮刀、主軸導輥、主軸導帶、光電傳感器和伺服控制系統組成。刮刀、印花輥與油墨組成一個套色的結構，稱為上墨裝置，本文以四套色為例[6]。印花輥上雕刻待印的花紋，刮刀和印花輥之間存在松開和閉合兩種狀態，松開時人工將剩余的油墨排出; 閉合時，刮刀和印花輥呈一定的傾斜角度，人工需將其兩端用棉布堵住，以防油墨側漏。伺服控制系統驅動主軸導輥轉動，主軸導輥帶動主軸導帶同步轉動，主軸導帶是一個連續的、封閉的皮質材料，其上涂抹一層黏著劑，布料可以很好地固定在導帶上，一前一后兩個主軸導輥與主軸導帶的速度大小、方向一致。檢測單元安裝在印花裝置部分。印花結束后印布上的油墨濕度較大，進入烘干裝置。烘干裝置由風機( 吹蒸汽) 和散熱片組成。其結構簡圖如圖 1 所示。

　　二、凹版印花套色原理

　　準備工作結束進入印花流程，油墨放置于印花輥和刮刀之間，刮刀轉動到一定角度固定后和印花輥閉合但非絕對閉合，留有極其微小的間隙，印花輥一直旋轉，這樣油墨在間隙中被擠壓在印花輥上凹下去的花紋中; 先啟動印花輥轉動，再倒入油墨，油墨就會一直處于被擠壓的狀態，否則油墨容易從間隙滲出。主軸導帶上刷了一層粘著劑，布料黏著在主軸導帶上更穩固、不跑偏。印花輥下壓接觸主軸導帶，便開始了印花。第一套色油墨對應一種顏色，一共四個套色對應四種顏色油墨，四個印花輥的花紋也分別不同，印花從第一套色到第四套色，油墨擠壓到各自對應的花紋區域上，最后進入烘干裝置。烘干裝置是利用蒸汽循環加熱的原理進行烘干，蒸汽通過風機吹入，經過散熱片加熱，不斷地在裝置內部循環加熱，類似于汽車空調系統的內循環，具有加熱溫度高、節能減排的特點。

　　三、誤差檢測系統

　　為更迅速、更準確地檢測橫向誤差，由之前的兩對光電對射傳感器改為六對，并且規律地排布在主軸導帶兩側，同時控制器改用翠歐，其處理相應速度更快。當光電對射傳感器信號互通時，誤差判斷為零或在可接受范圍內; 當信號干涉時，則誤差產生或不在可接受范圍內。印花時，由于結構上的因素，每個套色的主軸導輥下壓主軸導帶，兩者接觸壓力總是不均勻的，故速度不是絕對同步的[7]。檢測單元如下圖 2 所示。

　　套色誤差是影響套色精度最直接的原因，故印花過程誤差的實時檢測與在線修正顯得尤為重要[8]。四套色凹印機，套色單元之間存在多物理量的耦合過程，誤差產生原因眾多[9]。比如主軸導帶上布料所受的張力、CAN 通訊速度、主軸導輥與主軸導帶的相對速度等等。

　　具有典型低內聚、高耦合的特點[10]。這些特點使得套色精度降低，出現挫印，嚴重影響產品質量。誤差檢測系統主要由檢測單元、執行部件和控制器組成，檢測任務由光電傳感器完成，放置在主軸導帶的兩側，檢測到的誤差信號傳遞到控制器進行綜合處理，執行部分只有一個驅動主軸導輥的伺服電機，由設置好的算法計算補償值，主軸導帶則自動移動相應的位移量，便可以在線實時修正印花過程的誤差[11]。主軸導輥帶動主軸導帶轉動，其余電機帶動四個印花輥轉動，主軸導帶長度達五至六米，直徑和主軸導輥大小不同，二者速度存在一個同步系數，而同步系數的準確性又是難以確定的，兩者速度同步性較差，發生相對超前或滯后的現象，故主軸導帶受力不均，在高速運轉的過程中，黏著在其上的印花布料也隨之發生橫向偏移。

　　結合圖 2，為更直觀地了解誤差修正的實時情況，在負載狀態下實際主軸速度、誤差值和時間三者之間的關系見表 1。從表 1 可知，誤差值的變化最終會趨于一個動態穩定的、較小可接受的范圍。除了速度不均勻造成的橫向誤差，其他還有很多影響的因素，因此需要充分做好印花前的準備工作。保證結構的安裝精度; 保證結構的對中性要求; 保證結構中關鍵零部件的公差度范圍等等[12]。

　　四、結語

　　主軸導輥與主軸導帶兩者的相對速度要相對一致、保持穩態，誤差才會穩定在一個較小的、可接受的范圍，同時誤差的檢測和控制反饋速度也尤為重要，效率越高，累計誤差越小，產品精度就越高。本文分析了電子軸凹版印花機的設備結構、套色原理和誤差檢測，速度不同步是造成這一橫向誤差的主要原因，并提出解決橫向誤差的自動修正方法。結果表明，此方法可以高效地將誤差控制在一個可接受的范圍之內，實現最大程度降低次品率的功能。但當前的印花仍存在較多的問題: 結構精度差、揮發性油墨有毒、操作工技術要求高。仍需大量的試驗以改善誤差的變動和控制系統中的算法。