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运动控制技术在柔版印刷设备中的应用

    柔版印刷是一种回转印刷方法,它通过凸起的图案表面在各种承印物上印制图案。即通过橡胶版或感光树脂版非印刷区域的撤出和降低,在印版上生成所要印刷的图案。 印版与直径各不相同的回转圆筒相连以获得各种尺寸的图案。油墨则是通过一个称为网纹辊的具有网状结构的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,以便为网纹辊供应油墨。 上述系统操作可以针对每种印刷颜色在印刷机上重复。目前,一台印刷机上的平均印刷站的数目为10个,卷筒纸的宽度为 6 到 136 英寸。

 

    印刷应用中的主要运动类型

  印刷应用多种多样,从简单的单色印刷,一直到需要定位的复杂多色印刷。 大多数印刷应用都使用一个包含要印刷的图案的回转喷墨头,印刷表面通常是一种直接与喷墨头接触的卷筒纸。 卷筒纸常为线性的,可以由任意种类的材料组成,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,在喷墨头与卷筒纸接触时,图案就转移到卷筒纸上。
  印刷应用中的主要运动类型为主轴/从轴运动——要在上面进行印刷的卷筒纸为主轴,喷墨头为从轴。 传统的印刷机的卷筒纸和喷墨头之间是机械连接的,但是现在,考虑到通过高性能运动控制器可执行电子式凸轮仿形,以及印刷的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的要求,通常使用伺服机构。尤其对于喷墨头而言更是如此,有时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,成为主轴的从轴,各个喷墨头之间要保持相互对准。  
  典型的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。 在印刷中使用的运动控制方法也可用于其他回转从轴与线性卷筒纸接触的纸品加工应用。

 


    运动控制中存在的主要问题

  在印刷应用中实现运动控制存在几个问题。
  首先是当喷墨头与卷筒纸接触时,喷墨头的速度得到精确控制非常重要。 有时,速度相互匹配,但有时,喷墨头的速度会高一些或低一些。速度匹配不精确时,不仅会使印刷质量下降,甚至可能造成材料损坏。
  如果喷墨头的圆周与产品长度相同,则运动关系是二者之间的一个传动比,此外还有一个位置同步关系(例如,它们是成比例的,但从轴在一个特定主轴位置锁定,因此印刷发生在卷筒纸的正确位置上)。 如果喷墨头的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,对于产品的剩余长度,喷墨头必须加速或减速,以便在合适的位置与卷筒纸接触以加工下一件产品。
  此外,在执行运动曲线时,不仅要在速度上同步,而且还要在位置上同步。这样才能使主轴/从轴的相互关系,在从停止到全速的所有主轴速度下都有效,从而将废品率降到最低。 速度取决于承印物,标签的印刷速度通常为 300~1000 FPM,在塑料上进行中央压印滚筒式柔印(卷筒纸绕在一个很大的中央压印滚筒上,喷墨头沿滚筒四周定位)的速度为 1000~2000 FPM,而在纸张上进行中央压印滚筒式柔印的速度可超过 3000 FPM。
  当然也有例外,有时卷筒纸和印版的速度不匹配,其中一个的速度可超过或不足印版辊 2% 的重复长度。 由于最终客户可以将尺寸尽量与实际需要相接近,而不是接受机器所能生产的量,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,而不同定位的差异是很大的。最佳定位应在 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。
  因此,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的微小变化。 这种情况尤其见于多色印刷,在这种印刷中,必须保持颜色的精确套准,以使最后的印刷图案具有良好质量。
  根据产品长度的全部范围来设计电机/放大器的组合也很重要。 设计时,最小和最长的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的适宜电机/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。 运动控制部件的设计要满足 10:1 至 200:1 的惯性不匹配。

 

  如何应用运动控制技术改进印刷的印前与印后,并在可能时进行定量

  高速的产品定位对于印刷的成功至关重要。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,以便在遇到定位标记时捕获精确的主轴位置。 用前、后两个位置之间的差值用于计算定位标记之间的实际距离。即该距离与标记之间的理论距离进行比较,从而计算出一个校正量。 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的时间对于生产高质量的产品十分重要。这个时间完全取决于用于该应用的运动控制器,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的输送滞后,在某些应用中可能是无法接受的)。 在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的校正量进行平均,对校正量进行过滤,或要求在运动曲线的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的定位标记。
  典型的基础配置 10 色印刷机生产线具有 65 个以上的闭环运动控制轴。在更大的生产线中,通常超过 100 个轴。过去,每个轴都通过机械方式传动,而现在,更新后的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的一半。 这些控制系统具有很高的灵活性,可以应对特殊任务,提供无限的可变重复。 用于替代前面讨论的速度匹配的方法,它能够使用户增加或降低印版辊相对于卷筒纸的速度,以改变重复长度。
  这些改进还可使速度更快,使最大速度从 1200 FPM 提高到 2000FPM,柔版印刷过程则可以达到更高的速度。印刷机从一个任务切换到下一个任务的时间从平均 4~6 小时缩短到 30 分钟,在某些情况下甚至更短。采用运动控制及印刷驱动装置定位系统的机械手对切换时间有很大影响。在应用中,由于整个控制系统提供了更佳诊断信息,机器生产时间得以延长。

 

来源:电子技术应用网