一種色標檢測光電傳感器的設計與實現(xiàn)

一種色標檢測光電傳感器的設計與實現(xiàn)

0印刷過程出現(xiàn)偏差,導致目前不能保證生產(chǎn)中的圖片信號不明確凹面展覽機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等優(yōu)點,是其它印刷方式無法比擬的,所以在國內(nèi)外得到廣泛應用。這種方法是將需要印刷的成品圖案雕刻在每個印刷版輥上,圖案有多少種顏色,原材料就需要經(jīng)過多少次的版輥壓印,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套印版輥的套印位置嚴格同步。然而由于塑料薄膜易受溫、濕度的影響而導致變形和伸縮特性發(fā)生變化,此時即使套色調(diào)節(jié)機構制造得非常精確,各部分動作非常協(xié)調(diào)準確,但如果印刷機的自動化程度不高,仍然難以避免在印刷過程中出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象,導致原材料浪費、產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證。作為凹版印刷機主要配套之一的自動套色控制系統(tǒng)則實時有效地解決了這一問題,而如何把色彩光信號轉(zhuǎn)換為模擬電信號,并把模擬電信號轉(zhuǎn)換為套色控制系統(tǒng)識別的數(shù)字信號顯得至關重要。因此,研制一種決定套色控制系統(tǒng)性能的誤差色標檢測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檢測光電傳感裝置的研究與設計。1顏色檢測原理1.1受熱交換器的影響凹版印刷機印刷過程如圖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)和色標檢測光電傳感器Sx(x=1,2,…,n-1)組成了印刷單元。在印刷過程中要求同一幅圖像在各個印刷單元位置同步。實際印刷過程中印刷機線速度大,張力難以恒定,再加上導輥和壓輥的相對滑動,承印材料的彈性收縮,各個印刷單元受熱交換器冷熱風的影響,承印物體材料會產(chǎn)生細微伸縮,導致圖像套印位置的偏差。這種偏差具有連續(xù)性,對印刷品的質(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,作為凹版印刷機主要輔助控制系統(tǒng)之一的彩色自動套色控制系統(tǒng)能有效地解決這一問題。設計誤差色標檢測光電傳感器準確有效檢測表征套印誤差信息的色標信號,是自動套色控制系統(tǒng)功能實現(xiàn)的關鍵問題。1.2光電傳感器檢測脈沖信號混合模型光電傳感器色標檢測原理如下:在印刷過程中,每色印刷都會在印料的邊緣印上以供套色用的色標,如圖2所示,該色標線(MARK線)水平長10mm,寬1mm,每個相鄰色的MARK線在套印精確時應互相平行,且間距為20mm。當MARK線通過光電傳感器的雙通道光斑時,會引起反射光強弱的變化,光電轉(zhuǎn)換器件將這種變化轉(zhuǎn)換成輸出電壓的變化,電信號經(jīng)信號調(diào)理電路形成相應的脈沖信號,即實現(xiàn)了色標信號的檢測和微處理器識別脈沖電信號的轉(zhuǎn)換。以第二個印刷單元為例,當?shù)谝簧∷⒌腗ARK線與第二色印刷的MARK線通過光電傳感器時產(chǎn)生的MARK線脈沖信號分別定義為T1和T2。若T1和T2同時產(chǎn)生,說明兩條MARK線之間的距離為20mm,此時沒有套印誤差(匹配);若T1脈沖超前或滯后T2脈沖信號,則表示兩條MARK線之間的距離不是20mm,此時有套印誤差。檢測原理如圖3所示。2光電傳感器的組成如圖4所示,點光源經(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)過一個凸透鏡聚焦,焦點落在色標信號上,不同顏色對光的吸收能力不同,從而反射回的光能量也會不同。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。再通過信號調(diào)理電路(主要有隔直濾波、信號放大和電壓比較和光藕隔離輸出),就可產(chǎn)生被微處理器識別的脈沖信號。光電傳感器由兩大模塊組成:用于色標光信號檢測和光電轉(zhuǎn)換的光路模塊;用于光電轉(zhuǎn)換器件輸出信號調(diào)理的電路模塊。2.1半透半光柵玻片技術光路模塊設計主要進行雙透鏡和半透半反光玻片功能設計、點光源測試選型以及光電池性能測試,原理如圖5所示。透鏡1把點光源發(fā)射光形成平行光,使光源信號在光路通道中得以傳輸。透鏡2實現(xiàn)色標照射聚焦光斑的形成,同時把色標反射光轉(zhuǎn)換成傳輸平行光。為實現(xiàn)光源信號在正向路徑直線傳輸,同時又能讓色標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,對反射光進行90°角的變向反射,實現(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格與平行面成45°夾角。2.2光電池特性測試電路由于套色系統(tǒng)對MARK線的信號的實時性要求較高,而光源的性能直接影響光電傳感器轉(zhuǎn)換時間,因此,光源的選擇十分重要?？刹捎玫狞c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,系統(tǒng)的耐用性和可靠性得不到保障。最后我們選用NSPW500BS型號的白光二極管,此種型號的二極管具有焦點處亮度高、無散光、響應時間短等優(yōu)越性能,通過測試判斷可以滿足系統(tǒng)對實時性的要求。本系統(tǒng)選用的光電池型號為2CR42(無柵),為了測試其靈敏度是否滿足要求,設計了靜態(tài)測試電路如圖6所示。測試方法:取一印刷物的MARK線放在光電傳感器光眼焦點處,測試薄膜背景和各色標。同時從電路上斷開光電池,用毫伏表測量光電池的開路電壓,用毫安表測量發(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,測試光電池輸出電壓的變化。色標檢測光電傳感器目的是檢測各色標的所在位置,只關心各色標相對背景色對光能吸收的差異,而不需鑒別各色標的具體顏色?，F(xiàn)以5色為例,印刷品色標背景色一般為白色,實驗數(shù)據(jù)如表1和圖7所示。測試結果表明,除黑色、白色和銀白外,其他各色之間對光能量的吸收差異不大,但相對背景色而言,對光能的吸收差異較明顯。選限流電阻為220?,使發(fā)光二級管工作于電流為30mA額定狀態(tài)下,光電池在各色標相對背景色的開路壓差如表2所示。數(shù)據(jù)表明,即使與背景色相接近的銀白色,壓差也達到了6mV。因此,該光電池靈敏度完全滿足系統(tǒng)要求。2.3信號放大電路光電池產(chǎn)生的電壓信號經(jīng)C1隔直后的電平范圍為幾毫伏到幾十毫伏,因此必須對它進行放大。信號調(diào)理電路如圖8所示,在信號放大電路中,光電池輸出信號經(jīng)過RC隔直濾波送入運放OP07,經(jīng)過放大可達幾伏電壓。放大后的信號經(jīng)LM339比較器,比較電平根據(jù)現(xiàn)場的實際情況可在-5～+5V之間調(diào)整,然后用74LS14整形,輸出TTL脈沖波形,再進行光電隔離,送入CPU實現(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,所以脈寬對誤差的處理幾乎沒有影響。系統(tǒng)的技術指標色標檢測光電傳感器有效地解決了表征套印誤差信息的色標檢測問題,是彩色印刷自動套色控制系統(tǒng)得以穩(wěn)定運行的可靠保障。文中設計的色標檢測光電傳感器已應用到長春市乾利彩色印刷包裝有限公司的九色凹版印刷機的彩色印刷自動套色控制系統(tǒng)中?，F(xiàn)場應用表明,該系統(tǒng)具有靈敏度高、響應速度快、抗背景光干擾能力強、工作可靠和使用壽命長等諸多優(yōu)點。主要技術指標:1)工作電源:±5V