卷筒紙印刷機(jī)走料系統(tǒng)橫向精度的檢測(cè)

摘 要：本文采用TCD1501D CCD光電傳感器對(duì)卷筒紙印刷機(jī)機(jī)組中的走料橫向跑偏進(jìn)行檢測(cè)，該系統(tǒng)把走料的橫向偏移量變換為電信號(hào)，經(jīng)放大器、二值化等信號(hào)處理后送到AT89S52單片機(jī)進(jìn)行處理，把結(jié)果輸出給LCD進(jìn)行顯示，給出了相應(yīng)的硬件電路以及軟件的設(shè)計(jì)，并用模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。

關(guān)鍵詞：CCD；橫向跑偏；卷筒紙印刷機(jī)

中圖分類號(hào)：TS803 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2013） 22-0000-01

套印的準(zhǔn)確性是衡量印刷設(shè)備和印刷品質(zhì)量的一項(xiàng)要指標(biāo)。如果一臺(tái)印刷機(jī)裝配精度達(dá)不到，在多色套印過程中，導(dǎo)致各印版滾筒之間的張力變化、導(dǎo)軌和壓輥的滑動(dòng)等因素，都會(huì)使印刷中的料帶位置產(chǎn)生細(xì)微變化，導(dǎo)致套印位置偏差，而影響印刷質(zhì)量。因此通過檢測(cè)走料的橫向精度，來檢測(cè)整機(jī)的裝配精度十分必要。

一、檢測(cè)原理及系統(tǒng)構(gòu)成

（一）檢測(cè)原理。CCD可把外界物體的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，即把入射到CCD光敏面上的按空間位置分布的光強(qiáng)信息，轉(zhuǎn)換為按時(shí)間順序串行輸出的視頻信號(hào)，視頻信號(hào)可在各種顯示器上再現(xiàn)原物體的圖像。利用線陣CCD可精確檢測(cè)到走料的橫向偏移信息，并可在LCD實(shí)時(shí)顯示。在卷筒紙印刷機(jī)走料系統(tǒng)的邊緣對(duì)應(yīng)裝置用平行光源和檢測(cè)用線陣CCD。光源發(fā)出的光經(jīng)過被測(cè)走料邊緣照射到線陣CCD上，走料邊緣的位置決定了線陣CCD的感光強(qiáng)度進(jìn)而影響CCD的輸出信號(hào)。將信號(hào)處理后在LCD上顯示被測(cè)走料橫向偏移位置。檢測(cè)原理如圖1所示。

（二）系統(tǒng)構(gòu)成。利用CPLD產(chǎn)生線陣CCD的驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)CCD工作，輸出信號(hào)經(jīng)外圍模擬電路放大和濾波后，通過二值化電路進(jìn)行處理，輸出信號(hào)送入AT89S52，通過LCD實(shí)時(shí)顯示邊緣位置。

二、硬件的構(gòu)成

（一）線陣CCD。根據(jù)系統(tǒng)的要求選擇TCD1501D芯片是由日本東芝公司生產(chǎn)雙溝道二相線陣CCD，它是一種高靈敏度、低暗電流、5000像元并內(nèi)置采樣保持電路的線陣CCD圖像傳感器，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛等。它內(nèi)部包含一列5000有效像元的光敏二極管。該器件在5V驅(qū)動(dòng)，12V電源條件下工作。

（二）光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)的作用是將印刷機(jī)走料邊緣清晰成像在線陣CCD上，然后由線陣CCD輸出。TCD1501D對(duì)光照強(qiáng)度及波長(zhǎng)范圍要求較低，日光燈即可滿足檢測(cè)要求。但考慮到LED是一種具有亮度高、節(jié)能、抗振性能強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)的固體光源，所以本系統(tǒng)選用line LED陣列為線陣CCD光源，使其在測(cè)量精度上能收到良好效果。

（三）二值化處理。由于被測(cè)機(jī)組中走料部分背景光，反映在CCD視頻信號(hào)所對(duì)應(yīng)的圖像譜上，在邊界處會(huì)有明顯的電平變化。線陣CCD在工作時(shí)，有時(shí)會(huì)造成某些像素只能感受部分光照，即亮、暗的分界點(diǎn)處恰位于某個(gè)像元上，致使輸出信號(hào)不能嚴(yán)格反映被測(cè)邊緣的位置，為了將邊緣信息提取出來以便進(jìn)行信息處理，通常采用二值化的處理方法。實(shí)現(xiàn)CCD輸出信號(hào)二值化處理的方法很多，通常有固定閾值法、浮動(dòng)閾值法和微分法。鑒于分析，本檢測(cè)系統(tǒng)才用浮動(dòng)二值化電路。浮動(dòng)閾值法實(shí)現(xiàn)電路容易，工作穩(wěn)定，更重要的是可以克服光源的不穩(wěn)定而造成的誤差；其次，電路中省去了微分、濾波等模擬環(huán)節(jié)，避免電容等儲(chǔ)能元件的參與，因而也避免了因信號(hào)相移而產(chǎn)生的失真，特別適用于在線檢測(cè)與控制。

（四）CCD驅(qū)動(dòng)電路。CCD不能像一般的集成電路那樣加上簡(jiǎn)單的電源就可以工作，CCD需要有時(shí)鐘脈沖發(fā)生器提供各種邏輯定時(shí)信號(hào)，來保證電荷轉(zhuǎn)移、信號(hào)檢測(cè)和信號(hào)輸出。本文采用由數(shù)字門電路及時(shí)序電路搭成硬件電路來實(shí)現(xiàn)對(duì)CCD的驅(qū)動(dòng)。具體的實(shí)現(xiàn)方法可以采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電路芯片搭建或者用CPLD、FPGA等可編程邏輯器件編程實(shí)現(xiàn)。

（五）單片機(jī)系統(tǒng)。AT89S52主要用于對(duì)數(shù)據(jù)的采集和處理。開始工作時(shí)，將CCD的輸出信號(hào)經(jīng)過放大、濾波、二值化后送入單片機(jī)的P0.0、P0.2、P3.4中。單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器0工作在方式1下，方式1是16位計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)的工作方式。我們?cè)O(shè)定GATE=0，當(dāng)P0.0檢測(cè)到SH來了一個(gè)脈沖時(shí)，準(zhǔn)備啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器0，一旦P0.2為低電平，TR0=1計(jì)數(shù)器開始工作[3]，把SP輸入到單片機(jī)P3.4端的脈沖數(shù)量記錄下來。通過計(jì)算得到關(guān)于走料橫向偏移正確的數(shù)據(jù)并將它在LCD上顯示出來。

三、軟件的設(shè)計(jì)

軟件程序主要由3個(gè)功能模塊組成：CCD驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)采集功能模塊、數(shù)據(jù)處理功能模塊、數(shù)據(jù)通信和顯示功能模塊。（1）CCD驅(qū)動(dòng)與信號(hào)處理。由于在CCD應(yīng)用系統(tǒng)中，一般都要用微處理器，所以若采用“軟件驅(qū)動(dòng)”法，則無需增加硬件，在電路結(jié)構(gòu)上最簡(jiǎn)單，系統(tǒng)成本也最低。因此，只要能克服其驅(qū)動(dòng)頻率低、資源浪費(fèi)多及時(shí)序不均勻等缺點(diǎn)，無疑是一種理想的驅(qū)動(dòng)方法[4-5]。本系統(tǒng)用可編輯邏輯器件CPLD產(chǎn)生CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)。利用CPLD產(chǎn)生線陣CCD的驅(qū)動(dòng)程序，即產(chǎn)生保證CCD器件正常工作的轉(zhuǎn)移脈沖，復(fù)位脈沖、采樣脈沖和鉗位脈沖，兩相時(shí)鐘信號(hào)，保證線陣CCD輸出信號(hào)精確反應(yīng)邊緣位置[6]。復(fù)位脈沖RS每到來1次，CCD將輸出1個(gè)光敏單元信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)放大濾波調(diào)理后，由AT89S52單片機(jī)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行采集，從而得到清晰的邊緣信號(hào)。（2）測(cè)量結(jié)果顯示。測(cè)量結(jié)果由AT89S52驅(qū)動(dòng)LCD進(jìn)行顯示，顯示結(jié)果具有很好的實(shí)時(shí)性，且便于與計(jì)算機(jī)連接。

四、結(jié)論

該檢測(cè)系統(tǒng)采用線陣CCD作為光敏元件，較以往測(cè)量方法大大提高了檢測(cè)精度，可達(dá)±0.2mm。采用CPLD產(chǎn)生CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并對(duì)CCD的輸出信號(hào)進(jìn)行處理，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，且檢測(cè)響應(yīng)速度大大加快。實(shí)驗(yàn)證明，本系統(tǒng)可達(dá)到很好的測(cè)量效果，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，成本低。硬件結(jié)構(gòu)采用模塊化搭建，因而可根據(jù)實(shí)際需要對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和改良。

參考文獻(xiàn)：

[1]王慶有.圖像傳感器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003，09.

[2]朱新連，張海燕，趙慶海.卷筒紙紙帶跑偏檢測(cè)與糾正系統(tǒng)[J].傳感器技術(shù)，2005，24（07）.

[3]錢士仁，王先憂.單片機(jī)激光衍射測(cè)徑系統(tǒng)[J].電子技術(shù)，1991，18（09）：32-34.

[作者簡(jiǎn)介]王育軍（1978.08-），男，西安人，西安思源學(xué)院教務(wù)處計(jì)算機(jī)中心，工學(xué)學(xué)士，助教，研究方向：計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)工作。