本發(fā)明涉及印刷設備技術(shù)領域，具體涉及一種紙帶糾偏控制裝置，本發(fā)明還涉及采用該紙帶糾偏控制裝置進行紙帶糾偏的方法。
背景技術(shù)：
紙張、塑料薄膜、紡織物等帶材在加工過程中，易受到不可控制力的影響，從而偏離原來預設的基準線，呈現(xiàn)出蛇形一樣的橫向偏移，造成紙卷收放時帶材邊緣的不整齊以及印刷圖案在套印時出現(xiàn)偏差，嚴重影響了帶材加工的精度、生產(chǎn)設備正常運行的連續(xù)性。紙帶的運行速度越快時，跑偏現(xiàn)象就越嚴重，若不能對帶材跑偏現(xiàn)象進行及時糾正，就會嚴重影響成品的質(zhì)量，并且會增加材料的消耗，造成大量廢品。帶材跑偏是多種因素共同作用的結(jié)果，是客觀存在的，要想阻止跑偏現(xiàn)象的發(fā)生是十分困難的。然而通過機器本身來保證帶材的正確運行是很難滿足的，一般通過外加糾偏系統(tǒng)來對整個紙帶的運行過程加以實時檢測和控制。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種紙帶糾偏控制裝置，能夠保證紙帶在印刷機的整個紙路上都能夠按照預定路線運行，保證印刷機的正常運轉(zhuǎn)并提高多色印刷中套印的準確率。
本發(fā)明的另一個目的是提供采用該紙帶糾偏控制裝置進行紙帶糾偏的方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種紙帶糾偏控制裝置，包括超聲波傳感器，超聲波傳感器連接有控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)連接有步進電機驅(qū)動器，步進電機驅(qū)動器連接有步進電機，步進電機的輸出軸上連接有滾珠絲杠。
本發(fā)明的特點還在于，
控制系統(tǒng)包括控制器，控制器連接有液晶顯示屏、通訊模塊、第一指示燈、第二指示燈及復位開關(guān)；復位開關(guān)與步進電機連接。
超聲波傳感器的型號為ae-210。
控制器為型號stc12c5a60s2的芯片。
通訊模塊為型號max232的芯片。
本發(fā)明所采用的另一個技術(shù)方案是，一種紙帶糾偏方法，采用一種紙帶糾偏控制裝置，包括以下步驟：
步驟1，設定紙帶的邊緣位置為標識位置，紙帶開始運行后檢測通過超聲波傳感器的上下傳感探頭探測到的紙帶邊緣偏離中心位置的位移；
步驟2，超聲波傳感器受干擾小，設定超聲波傳感器輸出電壓的變化量與紙帶邊緣偏離中心位置的位移為線性關(guān)系，得超聲波傳感器輸出電壓的變化量與紙帶邊緣偏離中心位置的位移關(guān)系為：
其中，δx為紙帶邊緣偏離中心位置的位移，δu為超聲波傳感器輸出電壓的變化量，k為比例系數(shù)；
利用式(1)得到的k，計算出紙帶的跑偏量為：
其中，γ為紙帶的跑偏量即為紙帶邊緣偏離中心位置的位移δx，v為超聲波傳感器的輸出電壓即式(1)中的δu；
步驟3，通過控制器內(nèi)部自帶的a/d轉(zhuǎn)換通道對γ進行處理，將模擬量變?yōu)閿?shù)字信號，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換之后變?yōu)?-5000的數(shù)字量，與超聲波傳感器的輸出為0--5v的電壓信號線性對應，得超聲波傳感器的輸出電壓與數(shù)字量的關(guān)系為：
d＝v*1000(3)
其中，d為數(shù)字量；
由式(2)及(3)得到：
步驟4，控制器發(fā)出糾偏信號給步進電機驅(qū)動器，設置數(shù)字量d＝2500為中心位置，當數(shù)字量d∈[2400，2600]時，步進電機不進行糾偏動作；當數(shù)字量d＜2400或d＞2600時，在步進電機驅(qū)動器的作用下通過步進電機進行精確定位帶動絲杠滾珠做直線運動，使紙帶橫向往復運動。
本發(fā)明的特點還在于，
步驟4中所述的步進電機的精確定位是通過步進電機的脈沖數(shù)的選取確定的，設定步進電機分辨率為l，每個γ對應的電機所需要的脈沖數(shù)p為：
本發(fā)明的一種紙帶糾偏控制裝置的有益效果是：
(1)本發(fā)明設計的一種紙帶糾偏控制裝置具有較高的糾偏精度，糾偏裝置采用高速、低功耗、超強抗干擾的stc12c5a60s2芯片作為控制器，片上集成1280字節(jié)ram、具有8路10位精度的adc，轉(zhuǎn)換速度可達250k/s，可以滿足糾偏過程中所有數(shù)據(jù)的處理運算。作為信號檢測裝置的ae-210超聲波傳感器分辨率高達0.01mm，糾偏精度可達±5mm，可對紙帶的微小偏移進行檢測。糾偏執(zhí)行機構(gòu)響應速度快、定位準確；當紙帶運行發(fā)生偏移時，糾偏系統(tǒng)能夠迅速檢測并在極短的時間內(nèi)作出反應，實現(xiàn)糾偏動作，從而保證系統(tǒng)具有較高的糾偏精度；
(2)本發(fā)明設計的一種紙帶糾偏控制裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，糾偏控制裝置主要包括信號檢測、控制系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)三個部分，在保證系統(tǒng)正常功能的前提下無其它多余裝置，針對裝置中的所有硬件模塊制作pcb板，大大簡化了控制器的結(jié)構(gòu)，同時減小了系統(tǒng)誤差，本發(fā)明設計的自動糾偏控制裝置包含了自動、手動兩種控制方式，可以根據(jù)控制器主面板上的led指示燈及l(fā)cd液晶屏上的跑偏數(shù)據(jù)及時進行調(diào)整，操作十分方便。該裝置還留有與上位機通信的軟、硬接口，便于擴展使用功能；
(3)本發(fā)明設計的一種紙帶糾偏控制裝置性能穩(wěn)定，運行可靠，該糾偏系統(tǒng)為一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，傳感器作為反饋可以實時獲取并發(fā)送信息，保證糾偏裝置處于動態(tài)監(jiān)測狀態(tài)。電源模塊為整個糾偏控制系統(tǒng)提供不同等級的直流電源，保證系統(tǒng)的正常工作。
本發(fā)明的一種紙帶糾偏方法的有益效果是：解決了帶材在加工過程中由于受到各種不可控制力作用而出現(xiàn)的跑偏現(xiàn)象，保證了印刷過程中套印的準確率，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，減少了材料的浪費。
附圖說明
圖1本發(fā)明的一種紙帶糾偏控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1.超聲波傳感器，2.步進電機，3.滾珠絲杠，4.控制系統(tǒng)，5.步進電機驅(qū)動器；
4-1.控制器，4-2.液晶顯示屏，4-3.第一指示燈，4-4.復位開關(guān)，4-5.第二指示燈。
具體實施
下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。
本發(fā)明的一種紙帶糾偏控制裝置，如圖1所示，包括超聲波傳感器1，超聲波傳感器1連接有控制系統(tǒng)4，控制系統(tǒng)4連接有步進電機驅(qū)動器5，步進電機驅(qū)動器5連接有步進電機2，步進電機2的輸出軸上連接有滾珠絲杠3。
控制系統(tǒng)4包括控制器4-1，控制器4-1連接有液晶顯示屏4-2、通訊模塊、第一指示燈4-3、第二指示燈4-5及復位開關(guān)4-4；復位開關(guān)4-4與步進電機2連接。
超聲波傳感器1的型號為ae-210。
控制器4-1為型號stc12c5a60s2的芯片。
通訊模塊為型號max232的芯片。
一種紙帶糾偏方法，采用一種紙帶糾偏控制裝置，包括以下步驟：
步驟1，設定紙帶的邊緣位置為標識位置，紙帶開始運行后檢測通過超聲波傳感器1的上下傳感探頭探測到的紙帶邊緣偏離中心位置的位移；
步驟2，超聲波傳感器1受干擾小，設定超聲波傳感器1輸出電壓的變化量與紙帶邊緣偏離中心位置的位移為線性關(guān)系，得超聲波傳感器1輸出電壓的變化量與紙帶邊緣偏離中心位置的位移關(guān)系為：
其中，δx為紙帶邊緣偏離中心位置的位移，δu為超聲波傳感器輸出電壓的變化量，k為比例系數(shù)；
利用式(1)得到的k，計算出紙帶的跑偏量為：
其中，γ為紙帶的跑偏量即為紙帶邊緣偏離中心位置的位移δx，v為超聲波傳感器的輸出電壓即式(1)中的δu；
步驟3，通過控制器4-1內(nèi)部自帶的a/d轉(zhuǎn)換通道對γ進行處理，將模擬量變?yōu)閿?shù)字信號，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換之后變?yōu)?-5000的數(shù)字量，與超聲波傳感器1的輸出為0-5v的電壓信號線性對應，得超聲波傳感器1的輸出電壓與數(shù)字量的關(guān)系為：
d＝v*1000(3)
其中，d為數(shù)字量；
由式(2)及(3)得到：
步驟4，控制器4-1發(fā)出糾偏信號給步進電機驅(qū)動器5，設置數(shù)字量d＝2500為中心位置，當數(shù)字量d∈[2400，2600]時，步進電機2不進行糾偏動作；當數(shù)字量d＜2400或d＞2600時，在步進電機驅(qū)動器5的作用下通過步進電機2進行精確定位帶動絲杠滾珠3做直線運動，使紙帶橫向往復運動。
步驟4中所述的步進電機2的精確定位是通過步進電機2的脈沖數(shù)的選取確定的，設定步進電機2分辨率為l，每個γ對應的電機所需要的脈沖數(shù)p為：
印刷機開始工作后，上紙機構(gòu)通過氣缸活塞桿的回退以及擺桿的來回擺動，將紙帶定好位。然后輸紙機構(gòu)將紙帶輸送至前規(guī)處準備印刷。在紙帶運行線路中，紙帶由于受到車間溫濕度變化、張力不均勻等，會造成紙帶的褶皺、松邊現(xiàn)象，設定紙帶的邊緣位置為標識位置。當紙帶糾偏裝置通電開始工作后，安裝在印刷機紙路上的超聲波傳感器1通過上下傳感探頭檢測紙帶的覆蓋面積，利用建立的覆蓋面積與其輸出的模擬電壓關(guān)系得到紙帶的跑偏量，液晶顯示屏4-2可以實時顯示出紙帶的跑偏量。所有實現(xiàn)糾偏功能的部件集成到控制系統(tǒng)4的主面板上，控制器4-1得到輸出的模擬電壓后，通過內(nèi)部的a/d轉(zhuǎn)換通道，將模擬量變?yōu)閿?shù)字信號，通過已經(jīng)建立的關(guān)系表，就可以得到步進電機的脈沖數(shù)。為了使步進電機工作穩(wěn)定，采用步進電機驅(qū)動細分的方法，步進電機帶動滾珠絲杠做直線運動，將跑偏紙帶導正。在紙帶糾偏控制器的主面板上有四個控制按鍵，可以實現(xiàn)手動和自動兩種調(diào)整方式，實現(xiàn)糾偏效果。當系統(tǒng)正常工作時，第一指示燈顯示綠色，當系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，第二指示燈顯示紅色并且蜂鳴器報警。
其中，采用型號為ae-210的超聲波傳感器1為信號檢測裝置，其分辨率高達0.01mm且對車間噪音完全沒有影響，它的輸出信號為0-5v的電壓模擬量。實驗得到超聲波傳感器1合理的工作范圍，在此范圍內(nèi)測試電壓值與理論電壓值基本吻合。通過建立超聲波傳感器1模型，在實驗驗證的基礎上得到超聲波傳感器1輸出電壓的變化量δu與紙帶邊緣偏離中心位置的位移δx近似于線性變化成正比關(guān)系，即比值k近似于一個常數(shù)；紙帶糾偏控制器4-1是型號為stc12c5a60s2的芯片，它將控制一些應用所必需的內(nèi)容都集成在芯片上，結(jié)合少量的外部元件組成可運行的最小硬件系統(tǒng)，控制器4-1主要包括模擬電源供電電路、復位電路、晶振電路、程序下載電路等；電源供電電路為整個糾偏控制系統(tǒng)提供動力。由于本裝置中使用器件所需要的電源并不是一致的，因此電路中需要不同等級的直流電源。本裝置中設計的電壓等級有：+5v、12v、24v，分別給stc12c5a60s2芯片、超聲波傳感器1、型號為sh-2024b2的步進電機驅(qū)動器5供電；本裝置中的數(shù)據(jù)顯示裝置為型號為lcd1602的液晶顯示屏4-2，不僅可以顯示實驗數(shù)據(jù)，還可以作為人機交互的背景，同時它的體積小、功耗低，價格便宜。液晶屏幕上顯示的內(nèi)容為來自于超聲波傳感器1測量的模擬電壓在通過stc12c5a60s2芯片ad轉(zhuǎn)換后的數(shù)字電壓；本裝置中的通信模塊采用max232芯片，通過串口芯片將控制系統(tǒng)4信號接收端和發(fā)送端的兩個引腳連接到計算機端口上，實現(xiàn)計算機與控制系統(tǒng)4之間的通訊。同時把預先編譯好的程序通過計算機下載到控制系統(tǒng)4上，可將控制系統(tǒng)4發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送給計算機，實現(xiàn)控制系統(tǒng)4與上位機的雙向通訊；本裝置中使用步進電機2及滾珠絲杠3兩部分組成的糾偏執(zhí)行機構(gòu)，不僅結(jié)構(gòu)簡單，還可以實現(xiàn)紙帶的準確定位。由于普通數(shù)字電路中產(chǎn)生的信號能量不足以驅(qū)動步進電機2正常工作，使用步進電機驅(qū)動器5可以滿足要求。選用的步進電機驅(qū)動器5型號為sh-2024b2，通過控制脈沖頻率來控制步進電機2轉(zhuǎn)動的速度和加速度，來達到調(diào)速和準確定位的目的。
紙帶糾偏裝置增加了人工輔助控制功能，在控制系統(tǒng)4上分別添加了四個復位開關(guān)4-4，可以用來人為的控制步進電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速以及模式調(diào)整。在模式調(diào)整中包含兩種模式，模式一即通過ad轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并實時采集數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的自適應調(diào)整；模式二即鎖定當前系統(tǒng)狀態(tài)保持不變，通過手動的方式調(diào)整紙帶到最佳位置；為了更好的實現(xiàn)人機交互性能，本裝置還設計了上位機軟件界面。上位機軟件界面簡潔、直觀，同時操作簡單快捷，能夠為用戶提供必要的提示。本裝置中上位機是通過串口來接收數(shù)據(jù)的，主要包括以下幾種功能：搜索串口、打開串口、顯示實時波形圖、調(diào)節(jié)刷新速度、繪制曲線、停止繪制以及保存數(shù)據(jù)。在本裝置中，選擇串口下拉選項可以選擇9600、12400、115200等多個波特率，單擊打開串口按鈕就可以在顯示窗口顯示串口接收到的數(shù)據(jù)。根據(jù)紙帶運行速度的快慢可以選擇不同的刷新速度，列表控件可以顯示數(shù)據(jù)以及對應的偏差量，同時以文本形式進行保存，可以讓用戶更直觀的觀察到糾偏效果。
本發(fā)明的一種紙帶糾偏控制裝置的優(yōu)點是：
(1)本發(fā)明設計的一種紙帶糾偏控制裝置具有較高的糾偏精度，糾偏裝置采用高速、低功耗、超強抗干擾的stc12c5a60s2芯片作為控制器，片上集成1280字節(jié)ram、具有8路10位精度的adc，轉(zhuǎn)換速度可達250k/s，可以滿足糾偏過程中所有數(shù)據(jù)的處理運算。作為信號檢測裝置的ae-210超聲波傳感器分辨率高達0.01mm，糾偏精度可達±5mm，可對紙帶的微小偏移進行檢測。糾偏執(zhí)行機構(gòu)響應速度快、定位準確；當紙帶運行發(fā)生偏移時，糾偏系統(tǒng)能夠迅速檢測并在極短的時間內(nèi)作出反應，實現(xiàn)糾偏動作，從而保證系統(tǒng)具有較高的糾偏精度；
(2)本發(fā)明設計的一種紙帶糾偏控制裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，糾偏控制裝置主要包括信號檢測、控制器、執(zhí)行機構(gòu)三個部分，在保證系統(tǒng)正常功能的前提下無其它多余裝置，針對裝置中的所有硬件模塊制作pcb板，大大簡化了控制器的結(jié)構(gòu)，同時減小了系統(tǒng)誤差，本發(fā)明設計的自動糾偏控制裝置包含了自動、手動兩種控制方式，可以根據(jù)控制器主面板上的led指示燈及l(fā)cd液晶屏上的跑偏數(shù)據(jù)及時進行調(diào)整，操作十分方便。該裝置還留有與上位機通信的軟、硬接口，便于擴展使用功能；
(3)本發(fā)明設計的一種紙帶糾偏控制裝置性能穩(wěn)定，運行可靠，該糾偏系統(tǒng)為一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，傳感器作為反饋可以實時獲取并發(fā)送信息，保證糾偏裝置處于動態(tài)監(jiān)測狀態(tài)。電源模塊為整個糾偏控制系統(tǒng)提供不同等級的直流電源，保證系統(tǒng)的正常工作。
本發(fā)明的一種紙帶糾偏方法的優(yōu)點是：解決了帶材在加工過程中由于受到各種不可控制力作用而出現(xiàn)的跑偏現(xiàn)象，保證了印刷過程中套印的準確率，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，減少了材料的浪費。