一種智能色標檢測傳感系統(tǒng)的設(shè)計

一種智能色標檢測傳感系統(tǒng)的設(shè)計

0光電式色標檢測傳感器顏色是由彩色印刷中的不同顏色打印而形成的不同顏色的顏色的標志，用于衡量涂層的精度。套印無偏差時,不同色板色標間的距離為理論上的恒定值,若色標間距不為理論值,則說明套印存在偏差。為了能保證印刷精度,需要一種能辨別顏色、檢測色標,用以實現(xiàn)辨色、計數(shù)、定位等功能的光電式色標檢測傳感器。國外,如美國BANNER和HONEYWELL公司、德國SICK公司、日本OMRON和SUNX公司都成功研發(fā)出了這方面的光電傳感器。國內(nèi)色標傳感器主要由常規(guī)電路構(gòu)成,以采用機械式電位器調(diào)節(jié)、靈敏度需要人工調(diào)節(jié)的傳感器為主,存在檢測精度不高、實時性不夠好、調(diào)節(jié)不靈活等缺點。該研究從色標檢測的原理上分析,從光路系統(tǒng)和電路系統(tǒng)兩方面設(shè)計了一種能選擇最優(yōu)發(fā)射光源、自動設(shè)定程控增益和信號閾值的高精度色標檢測光電傳感系統(tǒng)。通過硬軟件平臺的搭建,實現(xiàn)了智能型色標檢測光電傳感系統(tǒng)的基本功能,并滿足系統(tǒng)的性能要求。1顏色檢測原理1.1同多色標同對印片位置的影響全自動印刷分切機的工作流程如圖1所示。印刷卷紙通過張力檢測傳感器和斷紙檢測傳感器進入CMYK四色印刷平臺,卷紙每次經(jīng)過一個印刷版輥時印上一個顏色,同時在印品邊沿印刷上與該色對應(yīng)的色標信號。為保證彩色印刷的精確性,要求同一幅圖像在各個印刷單元的位置同步。每色印刷平臺上都有一個對應(yīng)的色標檢測傳感器,用以檢測當前印刷色和上一印刷色之間的套印誤差,從而保證圖像在各個印刷單元位置的同步。隨著現(xiàn)代印刷速度的加快,設(shè)計色標檢測傳感器準確檢測表征套印誤差的色標信號,是實現(xiàn)高精度自動套色系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。1.2相鄰色標距離檢測在彩色印刷過程中,色標傳感器實現(xiàn)套準的工作原理圖如圖2所示。色標傳感器掃過印品上的色標信號時,輸出對應(yīng)的脈沖信號給誤差檢測機構(gòu)。編碼器安裝在傳動主軸上,當傳動軸轉(zhuǎn)過一定角度時編碼器變輸出一定的脈沖數(shù),即可以通過編碼器在一段時間內(nèi)輸出的脈沖數(shù)來計算傳動軸轉(zhuǎn)過的位移量。色標傳感器和編碼器的輸出信號同時送入誤差檢測機,通過計算色標傳感器相鄰輸出脈沖時間內(nèi)編碼器的輸出脈沖數(shù),即可得出相鄰色標之間的距離。通過與標準色標距離20mm相比較,得出套色誤差信號,通過套準控制器控制傳動主軸實現(xiàn)印刷的自動套準。2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1半透半光柵玻片的使用色標檢測光路傳感系統(tǒng)采用同軸反射光路系統(tǒng),光路系統(tǒng)原理圖如圖3所示。光路系統(tǒng)包括點光源,凸透鏡,半透半反鍍膜玻璃片,光敏元器件等。點光源發(fā)射的光垂直于透鏡,透鏡1和透鏡2平行放置,透鏡3相對于透鏡1垂直放置,透鏡與半透半反玻璃片成45°放置,光敏元件與透鏡垂直放置并且與半透半反玻璃片成45°角。光路系統(tǒng)的點光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡1后變成平行光,實現(xiàn)光源信號在通路中的傳輸。為了實現(xiàn)光源信號的直線傳輸,同時使色標反射回來的信號變向傳輸?shù)焦饷粼?采用半透半反光玻片。平行光照射到半透半反玻璃片上后形分解成兩個方向的光,一部分是透射光經(jīng)過透鏡2,一部分是反射光經(jīng)過透鏡3。透鏡2和透鏡3實現(xiàn)聚焦光斑的形成照射到色標上,同時使色標反射回來的光轉(zhuǎn)換成傳輸?shù)钠叫泄狻?.2色標傳感控制模塊設(shè)計主控單片機選擇PIC18F66K80,色標檢測光電傳感系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。首先,色標傳感系統(tǒng)初始默認發(fā)射光選擇為紅光,對背景和色標信號進行前置放大,然后經(jīng)程控增益放大器PGA(初始設(shè)定為1)放大后,輸入單片機內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換.通過數(shù)據(jù)對比處理,單片機輸出程控放大器的控制信號,進行放大倍數(shù)的最優(yōu)設(shè)定。放大器增益設(shè)定好后,通過單片機控制發(fā)射光源LED,分別采集背景顏色和色標在不同光源下的信號強度并存入單片機。在單片機內(nèi)部分別對不同發(fā)射光源下采集到的背景和色標信號值處理,分析選擇使色標達到最大對比的光源作為發(fā)射光源。在光源和增益都設(shè)定好之后,色標傳感系統(tǒng)進入自動學習模式,即對在最佳發(fā)射光下采集到單片機的背景和色標信號值進行計算分析,設(shè)定它們的中間值為閾值電壓。通過單片機控制DA輸出設(shè)定的閾值電壓。閾值電壓與采集到的信號電壓通過比較器輸出,這里輸出由一個單刀雙擲開關(guān)選擇,使色標信號輸出在低電平有效或者高電平有效兩種狀態(tài)。將比較器的輸出脈沖信號送入單片機內(nèi)部,根據(jù)單片機的硬件檢測或者采用軟件算法檢測脈沖中心點,判斷相鄰脈沖信號的時間間隔。印刷系統(tǒng)中的編碼器結(jié)合脈沖間隔計算出誤差值,處理器輸出誤差信號到上位機,實現(xiàn)上位機與單片機間的雙向通信。3變色溫度對色標的影響采用直流電機模擬印刷版輥,通過電機帶(下轉(zhuǎn)第36頁)動印有7種顏色的色標帶旋轉(zhuǎn)。相鄰色標間的距離和電機的轉(zhuǎn)速是已知固定的值,通過色標傳感器輸出的相鄰色標脈沖間的時間以及電機的轉(zhuǎn)速,可以計算檢測到的色標間的距離。比較檢測值和實際值之間的誤差,就可以得出色標傳感器的精度。通過選擇RGB(紅綠藍)3種不同的光源,對白色背景下的紅、橙、黃、綠、藍、紫、黑這7種顏色的色標進行檢測,驗證色標檢測傳感器的功能.在輸出光功率相同和初級放大倍數(shù)相同的情況下,得到的數(shù)據(jù)如表1所示。由光電轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)可知,白色背景下反射光最強,其輸出電壓最高,不同顏色色標對光源的吸收反射特性各部相同。發(fā)射光源對距離自身波長遠的光分辨率更高,如紅光源對綠色、藍色的標記分辨率高,藍光源對于紅色、黃色分辨率高。對白色背景下的七種顏色的色標,采用藍光源的分辨率最高。通過選擇藍色發(fā)射光源,經(jīng)程控放大和閾值比較后,采集到的輸出電壓信號和色標脈沖信號如圖5所示。測試時,電機的轉(zhuǎn)速為276.17m/min,相鄰色標間距為3.870cm.色標傳感器輸出相鄰色標脈沖的時間間隔為8.40ms,結(jié)合