在线测量系统在薄膜全息图案印刷设备的定位应用

【摘 要】当前随着防伪技术的需求越来越广泛，全息防伪图标的印刷精度要求越来越高，印刷过程中的精确定位控制成为防伪图标质量控制的关键。本文基于解决薄膜全息图案印刷过程中质量控制的存在问题，提出了在线测量系统在薄膜全息图案印刷设备的定位应用的解决方案。

【关键词】机电一体化；印刷；定位检测；控制

1 引言

薄膜全息图案现广泛应用于日用消费品、日用电器等产品的防伪标识，在薄膜全息图案印刷过程中，由于材料温度、材料特性、过程机械张力、印刷设备启停变化等因素导致图案不断变化，尤其是膜料特性（如厚度、伸缩率）的变化，会对等幅图案的形成造成很大影响，从而使印刷出来的等幅图案的尺寸与标准产生经常性的随机误差。本文基于这一背景，研究在线测量系统在薄膜全息图案印刷设备的定位应用，保证等幅图案在线实时尺寸测量。

2 技术应用需求

目前，对薄膜全息图案的尺寸检测主要是靠人工抽检的方法进行，在人工手动检测时，检测者是根据自己的主观感觉得到检测结果，而检测者的身体状况、观察角度等因素都会影响到检测结果，所以，人工手动检测的准确率低；同时，人工手动检测的速度慢，严重影响生产效率。并且，人工手动检测需要采用离线检测，在取样时会因频繁启停设备而造成大量废品。为此，设计在线测量系统在薄膜全息图案印刷设备的定位应用成为解决防伪图标质量的关键点，实现高自动化程度、检测速度快、高检测准确率的技术要求，从而降低了劳动强度，保证了印刷产品尺寸的一致性，提高了生产效率。

3 技术解决方案

本测量系统要解决的技术问题是提供一种模印图象等幅图案在线检测装置，该在线检测装置能够不停机地对印刷膜或印刷纸及全息材料的等幅图案进行实时检测，具体技术方案如下：

一种印刷膜或印刷纸及全息材料在线检测装置，组成单元包括高精度采样旋转编码器、高速光电眼传感器和计算机单元，高精度采样旋转编码器同轴安装在一根输送印刷膜或印刷纸及全息材料的主动辊上，高速光电眼传感器安装在机架上，光电眼的光束照射在从该主动辊经过的模印后等幅图案上。高精度采样旋转编码器与计算单元的一个信号输入端电连接，高速光电眼传感器与计算机单元的另一个信号输入端电连接，计算单元主要用于接收光电眼的检测信号和高精度旋转编码器的脉冲信号。印刷膜或印刷纸及全息材料在运行张力状态下主动辊旋转不断向前输送材料，当光电眼检测到的等幅图案的前边缘线时，光电眼就会发出一个检测信号给计算单元；当光电眼检测到的印刷膜或印刷纸及全息材料等幅图案的后边缘线时，光电眼检就会发出另一个检测信号给计算单元；计算单元在前边缘线信号和后边缘线信号的时间间隔不断计算收到编码器的脉冲信号，再根据上述时间间隔内收到编码器的脉冲信号，计算出印刷膜或印刷纸及全息材料等幅图案的实际长度，并将计算值得到的实际长度与预先设定的目标长度进行比较，从而得出等幅图案的实际长度与预先设定的目标长度之间的实时误差量，再根据实时误差量的大小修正工艺参数，例如调整印刷膜或印刷纸及全息材料的速度张力和压力，以达到闭环控制的目的，使上述实时误差量的大小控制在允许范围内，保证印刷膜或印刷纸及全息材料上图案的长度达到实际的要求。

4 技术工作原理及应用

假设安装编码器的主动辊的周长为C，编码器每转产生的脉冲个数为N，由于编码器同轴安装在主动辊上，所以，编码器发出每个脉冲宽度时主动辊输送的等幅图案长度为（C/N），计算单元在前边缘线信号和后边缘线信号的时间间隔内收到编码器的脉冲数为M，则计算单元经过计算得到模印后等幅图案的实际长度L=（C/N）*M，计算单元再计算值得到的实际长度L与预先设定的目标长度L0进行比较，从而得出等幅图案的实际长度L与预先设定的目标长度L0之间的实时误差量e，再根据实时误差量e的大小修正工艺参数，以达到闭环控制的目的，使上述实时误差量e的大小控制在允许范围内，保证印刷膜或印刷纸及全息材料的长度L达到实际的要求。

作为本系统的进一步改进，本在线检测装置还包括第二个编码器和第二个光电眼，上述第二个编码器同轴安装在第二根输送镭射模的主动辊上；上述第二个光电眼安装在机架上，第二个光电眼的光束照射在从第二根主动辊经过的模压后等幅图案上；上述第二个编码器与计算单元的第三个信号输入端电连接，上述第二个光电眼与计算单元的第四个信号输入端电连接。

同理，上述计算单元根据接收到有第二个光电眼的检测信号和第二个编码器的脉冲信号，计算出印刷膜或印刷纸及全息材料等幅图案的实际长度，并将计算值得到的实际长度与预先设定的目标长度进行比较，从而得出等幅图案的实际长度与预先设定的目标长度之间的实时误差量，再根据实时误差量的大小再一次修正工艺参数，从而达到复查的目的，更进一步地保证了印刷膜或印刷纸及全息材料等幅图案的长度达到实际的使用要求。

通过在线检测装置能够不停机地对印刷膜或印刷纸及全息材料等幅图案进行实时检测，实现了生产过程中的精确定位，解决了薄膜材料变形特性对防伪精度的影响。下面是本应用的定位检测系统的实际应用。

本应用设计完成后，很好地应用在印刷膜或印刷纸及全息材料等幅图案在线检测装置，装置包括第一编码器1、第二编码器2、第一光电眼3、第二光电眼4和一个计算单元5，上述计算单元5可以是PLC或单片机；第一编码器1同轴安装在一根输送模印材料的主动辊6上，第二编码器2同轴安装在另一根输送模印材料的主动辊7上；主动辊6、主动辊7分别安装在机架8上，主动辊6、主动辊7并排设置，上述主动辊6通过一个减速器9与一个电机10传动连接，减速器9和电机10分别设在机架8上，上述主动辊7通过皮带11与主动辊6传动连接；第一光电眼3、第二光电眼4分别安装在机架8上，第一光电眼3的光束照射在从主动辊6经过的压印后等幅图案上，第二光电眼4的光束照射在从主动辊7经过的压印后的等幅图案上；第一编码器1与计算单元的第一个信号输入端电连接，第二编码器2与计算单元的第二信号输入端电连接，第一光电眼3与计算单元的第三个信号输入端电连接，第二光电眼4与计算单元的第四个信号输入端电连接。

检测时，计算单元5根据接收到有第一光电眼3的检测信号和第一编码器1的脉冲信号，计算出模印后等幅图案的实际长度，并将计算值得到的实际长度与预先设定的目标长度进行比较，从而得出等幅图案的实际长度与预先设定的目标长度之间的实时误差量，再根据实时误差量的大小修正工艺参数，例如调整膜料受到的张力，以达到闭环控制的目的，使上述实时误差量的大小控制在允许范围内，保证模印后等幅图案的长度达到实际的要求；同理，计算单元5根据接收到有第二光电眼4的检测信号和第二编码器2的脉冲信号，计算出模印后图案的实际长度，并将计算值得到的实际长度与预先设定的目标长度进行比较，从而得出等幅图案的实际长度与预先设定的目标长度之间的实时误差量，再根据实时误差量的大小再一次修正工艺参数，从而达到复查的目的，更进一步地保证了压印后等幅图案的长度达到实际的要求。