张力控制及其在印刷检测系统中的应用同机器视觉技术

(一)、张力控制及其在印刷检测系统中的应用

随着机器视觉技术的发展，和印刷品自动检测设备的不断完善，视觉检品机对印刷检测系统中的张力控制也提出了高的要求，印刷检测系统中一个比较完善的张力控制系统，可以降低图像处理技术的要求，能够好地实现整个检测系统。

目前许多企业和机构对与印刷相关的张力控制有相关的研究，其中利用变频器滑差方式实现对纸页张力的控制，主要是利用变频器的特性来运动过程中的恒张力控制；利用浮动辊方式进行张力控制也是当前比较常用的控制方式，通过将运动控制中浮动辊的位置转化为电位信号，并反馈给控制系统，由控制系统根据设定的张力大小以及获得的浮动辊位置进行张力控制；基于PLC和现场总线的方式进行张力控制也已经有产品应用，这种控制方式能够满足远程控制的要求，能够实现对多台控制器同时控制及设备监控；采用普通直流电机作为执行机构，在保持线速度和其它参数不变的情况下，通过调节发电机的励磁电流来达到张力控制的目的；以电流变流体阻尼器作为张力控制的执行元件，以计算机控制的电压源作为控制电路来控制阻尼器的制动力矩，达到控制张力的控制方式也是比较常用的；目前应用广泛的是利用伺服系统进行张力控制，通过对伺服系统的参数进行设置，可以实现系统的无轴运动，通过设定凸轮比，实现不同轴之间的跟随特性，减少了传统共轴驱动的机械磨损，而且利用伺服系统可以实现运动过程中的定位。本课题就是在此技术上利用无轴特性，电子凸轮和电子齿轮的方式，应用开放式软PLC系统，通过变频器控制普通直流电机的形式实现印刷品检测过称程中的张力控制。

从控制方式来看，早期的张力控制系统受设备和技术水平的限制，大多数采用模拟量的方式，其控制主要以电流电势复合张力调节系统和大力矩张力调节系统为主。前一种方法要求电动机磁通的弱磁倍数与卷径变化倍数相等，当卷径变化倍数大时，要求电动机的弱磁倍数也要相应的变大。当前卷绕系统生产都采用大卷加工的方式，卷径变化倍数的增加往往都在10倍左右，很难选到与弱磁倍数相应的直流电动机，所以电流电势复合张力调节系统不能适应系统的控制要求；后一种方法控制系统加复杂，调试和维护比较困难，系统环节多，误差比较大，根本不能满足生产的要求。

近几年来，随着各类卷绕张力控制系统技术智能化、自动化的迅猛发展，很多企业都将MCU(微控制器)、PLC和工业PC等的控制器引入张力控制系统中来，出现大量的数字式控制系统。大部分卷绕张力控制系统都己实现了微型计算机控制，而在国内某些低成本的卷绕张力控制系统中数字化的程度还较低，大多数张力控制系统都采用张力环和速度环的双闭环控制结构。在控制算法方面，PID控制、自适应控制、优控制、模糊控制、鲁棒控制、神经网络控制等控制技术和控制手段的广泛应用，使得张力控制系统朝着高控制精度方向发展。张力控制广泛应用于各类卷绕系统中，随着技术的发展，人们生活水平的不断提高以及新型的包装材料的出现等，都对标签检测控制系统提出了高的要求。

国内对标签检测控制系统的张力控制研究也越来越多，设计出了多种多样的张力控制器，但性能与的同类产品相差甚远，控制精度不是很高，功能不是很丰富。比如公司的标签、包装印刷质量离线检测系统，虽然在标签检测方面有所突破，与同类产品相比还是存在许多差距，在标签的检测误检、漏检方面还有待提高。

整体来说，目前印刷品市场发展，需要快的处理速度，优的处理算法，简洁的系统控制，稳定的系统特性。这就为对不干胶标签检测提出新的要求，在低成本的情况下不仅要检测质量，还要检测速度。

(二)、机器视觉技术

进入21世纪，机器视觉技术发展，机器视觉的应用研究，印刷品品检机已经拓展到几乎每个可能的工业。尤其是随着光机电一体化化的高速发展，利用机器视觉的性、可重复性、智能化和可现场性的特点，机器视觉在很多应用场合具体的应用。例如汽车零配件尺寸检查和自动装配的完整性检查、电子装配线的元件自动定位、饮料瓶盖的印刷质量检查、产品包装上的条码和字符识别等。这类应用的共同特点是连续大批量生产、对外观质量的要求非常高。这种带有高度重复性和智能性的工作，过去是靠人工检测来完成。人工执行这些工序，在给工厂增加巨大的人工成本和管理成本的同时，仍然不能的检验合格率，对企业在市场上的竞争也是极为不利的。机器视觉技术与光机电一体化技术的引入，代替传统的人工检测方法，避免了人眼的视觉疲劳。由于机器视觉系统可以获取大量信息，而且易于自动处理，也易于同设计信息以及加工控制信息集成，因此，在现代自动化生产过程中，机器视觉系统广泛地应用于工况监视、成品检验和质量控制等。在一些不适合人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，也常用机器视觉来替代人工视觉；同时在大批量工业生产过程中，用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高，用机器视觉检测方法可以提高生产效率和生产的自动化程度。而且机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术，提高了投放市场的产品质量，提高了生产效率。