卷筒纸印刷机走料系统横向精度的检测

摘 要：本文采用TCD1501D CCD光电传感器对卷筒纸印刷机机组中的走料横向跑偏进行检测，该系统把走料的横向偏移量变换为电信号，经放大器、二值化等信号处理后送到AT89S52单片机进行处理，把结果输出给LCD进行显示，给出了相应的硬件电路以及软件的设计，并用模拟实验验证了系统的可行性。

关键词：CCD；横向跑偏；卷筒纸印刷机

中图分类号：TS803 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 22-0000-01

套印的准确性是衡量印刷设备和印刷品质量的一项要指标。如果一台印刷机装配精度达不到，在多色套印过程中，导致各印版滚筒之间的张力变化、导轨和压辊的滑动等因素，都会使印刷中的料带位置产生细微变化，导致套印位置偏差，而影响印刷质量。因此通过检测走料的横向精度，来检测整机的装配精度十分必要。

一、检测原理及系统构成

（一）检测原理。CCD可把外界物体的图像信号转换成电信号，即把入射到CCD光敏面上的按空间位置分布的光强信息，转换为按时间顺序串行输出的视频信号，视频信号可在各种显示器上再现原物体的图像。利用线阵CCD可精确检测到走料的横向偏移信息，并可在LCD实时显示。在卷筒纸印刷机走料系统的边缘对应装置用平行光源和检测用线阵CCD。光源发出的光经过被测走料边缘照射到线阵CCD上，走料边缘的位置决定了线阵CCD的感光强度进而影响CCD的输出信号。将信号处理后在LCD上显示被测走料横向偏移位置。检测原理如图1所示。

（二）系统构成。利用CPLD产生线阵CCD的驱动脉冲驱动CCD工作，输出信号经模拟电路放大和滤波后，通过二值化电路进行处理，输出信号送入AT89S52，通过LCD实时显示边缘位置。

二、硬件的构成

（一）线阵CCD。根据系统的要求选择TCD1501D芯片是由日本东芝公司生产双沟道二相线阵CCD，它是一种高灵敏度、低暗电流、5000像元并内置采样保持电路的线阵CCD图像传感器，价格低廉，应用广泛等。它内部包含一列5000有效像元的光敏二极管。该器件在5V驱动，12V电源条件下工作。

（二）光学系统。光学系统的作用是将印刷机走料边缘清晰成像在线阵CCD上，然后由线阵CCD输出。TCD1501D对光照强度及波长范围要求较低，日光灯即可满足检测要求。但考虑到LED是一种具有亮度高、节能、抗振性能强、环境适应性好等优点的固体光源，所以本系统选用line LED阵列为线阵CCD光源，使其在测量精度上能收到良好效果。

（三）二值化处理。由于被测机组中走料部分背景光，反映在CCD视频信号所对应的图像谱上，在边界处会有明显的电平变化。线阵CCD在工作时，有时会造成某些像素只能感受部分光照，即亮、暗的分界点处恰位于某个像元上，致使输出信号不能严格反映被测边缘的位置，为了将边缘信息提取出来以便进行信息处理，通常采用二值化的处理方法。实现CCD输出信号二值化处理的方法很多，通常有固定阈值法、浮动阈值法和微分法。鉴于分析，本检测系统才用浮动二值化电路。浮动阈值法实现电路容易，工作稳定，更重要的是可以克服光源的不稳定而造成的误差；其次，电路中省去了微分、滤波等模拟环节，避免电容等储能元件的参与，因而也避免了因信号相移而产生的失真，特别适用于在线检测与控制。

（四）CCD驱动电路。CCD不能像一般的集成电路那样加上简单的电源就可以工作，CCD需要有时钟脉冲发生器提供各种逻辑定时信号，来保证电荷转移、信号检测和信号输出。本文采用由数字门电路及时序电路搭成硬件电路来实现对CCD的驱动。具体的实现方法可以采用标准数字电路芯片搭建或者用CPLD、FPGA等可编程逻辑器件编程实现。

（五）单片机系统。AT89S52主要用于对数据的采集和处理。开始工作时，将CCD的输出信号经过放大、滤波、二值化后送入单片机的P0.0、P0.2、P3.4中。单片机定时/计数器0工作在方式1下，方式1是16位计数结构的工作方式。我们设定GATE=0，当P0.0检测到SH来了一个脉冲时，准备启动定时/计数器0，一旦P0.2为低电平，TR0=1计数器开始工作[3]，把SP输入到单片机P3.4端的脉冲数量记录下来。通过计算得到关于走料横向偏移正确的数据并将它在LCD上显示出来。

三、软件的设计

软件程序主要由3个功能模块组成：CCD驱动和数据采集功能模块、数据处理功能模块、数据通信和显示功能模块。（1）CCD驱动与信号处理。由于在CCD应用系统中，一般都要用微处理器，所以若采用“软件驱动”法，则无需增加硬件，在电路结构上最简单，系统成本也最低。因此，只要能克服其驱动频率低、资源浪费多及时序不均匀等缺点，无疑是一种理想的驱动方法[4-5]。本系统用可编辑逻辑器件CPLD产生CCD驱动信号。利用CPLD产生线阵CCD的驱动程序，即产生保证CCD器件正常工作的转移脉冲，复位脉冲、采样脉冲和钳位脉冲，两相时钟信号，保证线阵CCD输出信号精确反应边缘位置[6]。复位脉冲RS每到来1次，CCD将输出1个光敏单元信号，此信号经放大滤波调理后，由AT89S52单片机对该信号进行采集，从而得到清晰的边缘信号。（2）测量结果显示。测量结果由AT89S52驱动LCD进行显示，显示结果具有很好的实时性，且便于与计算机连接。

四、结论

该检测系统采用线阵CCD作为光敏元件，较以往测量方法大大提高了检测精度，可达±0.2mm。采用CPLD产生CCD驱动信号，并对CCD的输出信号进行处理，大大简化了系统的硬件结构，且检测响应速度大大加快。实验证明，本系统可达到很好的测量效果，且结构简单、可靠，成本低。硬件结构采用模块化搭建，因而可根据实际需要对检测系统进行扩展和改良。

参考文献：

[1]王庆有.图像传感器应用技术[M].北京：电子工业出版社，2003，09.

[2]朱新连，张海燕，赵庆海.卷筒纸纸带跑偏检测与纠正系统[J].传感器技术，2005，24（07）.

[3]钱士仁，王先忧.单片机激光衍射测径系统[J].电子技术，1991，18（09）：32-34.

[作者简介]王育军（1978.08-），男，西安人，西安思源学院教务处计算机中心，工学学士，助教，研究方向：计算机实践教学工作。