专利名称：一种基于fpga的凹版印刷机套印误差检测方法
技术领域：
本发明 涉及凹版印刷机套印误差检测领域，具体是一种基于FPGA的电子轴凹版印刷机套印误差检测方法。
背景技术：
机组式凹版印刷机进行彩色印刷时，在多色套印过程中，由于各种原因，例如导辊与压辊的平行度差、转动不灵活及动平衡不良，张力的波动，印料的厚薄不均及热变形必然产生套色偏差。这种套色偏差的产生是随机的，差量也是不定的，因此必须对印刷各色组的套印情况进行实时跟踪、检测和调节，才能保证印刷质量。目前，国内外多采用光电检测方式检测套色偏差，检测处理器常用单片机和dsp， 信号检测和处理无法并行处理。此外，常用的套色偏差检测算法有两种编码器脉冲计数法，速度时间法。编码器脉冲计数法通过检测编码器位置信号间接测量两色标间的位置差， 检测电路简单，但检测精度受编码器分辨率的限制，难于满足高速高精要求；速度时间法通过高频计数器检测两色标时间间隔与编码器检测的印版滚筒速度相乘，从而得到两色标间的位置差，由于印刷过程中印版滚筒转速的波动，速度测量出现偏差，套色偏差检测波动较大。
发明内容
本发明的目的在于针对上述套印偏差检测方法的缺点，提出一种基于FPGA的电子轴凹版印刷机套印误差检测方法，大大提高检测的实时性和检测精度。本发明的技术方案如下基于FPGA的套印误差检测包括光电眼信号检测和处理、编码器信号检测与处理、套印误差计算。(1)光电眼信号检测和处理光电眼检测到色标后，产生脉冲信号，送入FPGA数据输入端，对信号进行延时消抖处理，具体操作步骤如下①循环扫描光电眼信号输入端口，检测信号的上升沿；②当检测到上升沿后，启动计数器对上升沿的持续时间计数；③如果上升沿持续时间达到设定值，则认为检测到了光电眼信号；④如果上升沿持续时间小于设定值，则认为检测到的是抖动信号，同时将计数器清零，回到①。(2)编码器信号检测与处理编码器安装在驱动印版滚筒的电机输出轴上，用于检测色标的位置。编码器A、B 脉冲先经过延时消抖处理(同上)，然后应用FPGA系统高频时钟，对编码器进行细分，具体操作步骤如下①编码器A、B脉冲先经过延时消抖处理(同上)，然后编码器A，B脉冲进行四倍频处理(即捕捉A，B脉冲的上升和下降沿，提高编码器的分辨率)，作为编码器脉冲计数器的时钟信号；②选择一系统高频时钟作为系统时钟计数器的时钟信号；③编码器Z脉冲先经过延时消抖处理(同上)，作为检测周期的起始信号，复位编码器脉冲计数器和系统时钟计数器，两计数器开始计数；④当检测到光电眼信号ι时，锁存编码器脉冲计数器m和系统时钟计数器的值 T2，以及光电眼1脉冲到来时前一个光电编码器脉冲对应的系统时钟计数器值Tl (每个光电编码器脉冲到来时都锁存系统时钟值，并将前一个值覆盖，当 光电眼1到来时锁存当前值，即为Tl)和光电眼1脉冲到来时后一个光电编码器脉冲对应的系统时钟值T3(当光电眼信号1到来时，开启闸门，直到下一个编码器脉冲信号到来时关闭闸门，将闸门信号和编码器信号作逻辑与运算后，作为Τ3的锁存信号)；当检测到光电眼信号2时，锁存编码器脉冲计数器Ν2和系统时钟计数器的值Τ5，以及光电眼2脉冲到来时前一个光电编码器脉冲对应的系统时钟值Τ4(每个光电编码器脉冲到来时都锁存系统时钟值，并将前一个值覆盖， 当光电眼2到来时锁存当前值，即为Τ4)和光电眼2脉冲到来时后一个光电编码器脉冲对应的系统时钟值Τ6 (当光电眼信号到来时，开启闸门，直到下一个编码器脉冲信号到来时关闭闸门，将闸门信号和编码器信号作逻辑与运算后，作为Τ6的锁存信号)；(3)套印误差计算依据⑵中的编码器时差细分法，可得两光电眼时间间隔内光电编码器的脉冲数为Ν2+ (Τ5-Τ4) / (Τ6-Τ4) -Ni-(Τ2-Τ1) / (Τ3-Τ1)，再乘以脉冲当量，即为该色套印偏差值，两光电眼脉冲出现的相序即为偏差符号。本发明的有益效果体现在利用FPGA的并行处理能力，使多个信号的检测与处理同时进行，提高了检测的实时性和准确性，利用FPGA高频时钟对编码器进行细分，提高了编码器的分辨率，从而使套印误差检测精度大大提高，能满足高速高精凹印套准要求。
图1为本发明基于FPGA的套印误差检测硬件结构框图。图2为本发明双光点色标传感器的信号输出图3为本发明套色偏差检测算法原理图，其中，Nl 光电眼2脉冲出现时编码器脉冲计数值Ν2 光电眼1脉冲出现时编码器脉冲计数值Tl 光电眼2脉冲到来时前一个光电编码器脉冲对应的系统时钟值Τ2 光电眼2脉冲到来时的系统时钟值Τ3 光电眼2脉冲到来时后一个光电编码器脉冲对应的系统时钟值Τ4 光电眼1脉冲到来时前一个光电编码器脉冲对应的系统时钟值Τ5 光电眼1脉冲到来时的系统时钟值Τ6 光电眼1脉冲到来时后一个光电编码器脉冲对应的系统时钟。图4为本发明的FPGA程序数据流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
双光电眼由一个光源、两个聚光透镜和两个光电探测器组成。光源经透镜会聚，通过反光板反射后，再经透镜会聚到光电探测器表面，如图1所示。两光电眼相距为20mm，系统标定时需严格调校。以第2色印刷单元套印子系统为例，以第1色为基准，当第2色套印准确时，则第1、2色的色标同时到达两个光电眼，传感器输出的两路脉冲信号无相位差，所以套印偏差e = 0 ；而当套印不准时，则第1、2色的色标不可能同时到达两个光电眼，如果光电眼1首先探测到第一个色标反射信号，则脉冲信号1超前脉冲信号2，此时套色偏差量为正，即第一、二色的色标间隔大于标准间隔20mm ；如果光电眼2先于光电眼1接收到所对应的色标信号，则脉冲信号1滞后脉冲信号2，这时套色偏差为负，如图2所示。 编码器A、B信号经过延时消抖处理后，进行四倍频(如图4所示)后作为编码器脉冲计数器的计数时钟；编码器Z信号经过延时消抖处理后，作为编码器脉冲计数器和系统时钟计数器的清零信号；光电眼ι信号经过延时消抖处理后，作为Ti、T2、m的锁存信号； 光电眼2信号经过延时消抖处理后，作为T4、T5、N2的锁存信号；当光电眼信号到来时，开启闸门，直到下一个编码器脉冲信号到来时关闭闸门(如图4所示)，将闸门信号和编码器信号作逻辑与运算后，作为T3、T6的锁存信号。从图3中可以得出，光电眼1实际位置值为Sl Sl = Ν1+(Τ2-Τ1)/(Τ3-Τ1)；光电眼2实际位置值为S2 S2 = Ν2+ (Τ5-Τ4) / (Τ6-Τ4)；则在两光电眼时间间隔内光电编码器的脉冲数为S2_S1 ；设光电编码器每转1圈产生M个脉冲(P/R)，则当印版辊筒直径为D时，光电编码器的脉冲当量50为:δ 0 = Ji D/4M则套印偏差e = δ Q (S2-S1)。
权利要求
1.一种基于FPGA的凹版印刷机套印误差检测方法，利用FPGA对双光电眼检测到的色标信号和安装在驱动印版滚筒的电机输出轴上的编码器发出的脉冲信号进行处理，获得两光电眼时间间隔内光电编码器的脉冲数，从而检测出套印误差，该方法具体步骤如下(1)光电眼信号检测和处理两光电眼检测到色标后，分别产生脉冲信号，并送入FPGA系统进行延时消抖处理，作为检测脉冲；(2)编码器信号检测与处理首先，对编码器发出的脉冲中的A脉冲和B脉冲先经过延时消抖处理和四倍频处理，作为参考脉冲，同时作为FPGA系统中的编码器脉冲计数器的时钟信号；其次，以FPGA系统中任一高频时钟作为系统时钟计数器的时钟信号；然后，在检测周期内，根据两个检测脉冲各自所对应的编码器脉冲计数器值、对应的系统时钟计数器值、以及两个检测脉冲各自所对应的前后两参考脉冲的系统时钟计数值，确定两光电眼的实际位置值Sl和S2 ；(3)套印误差计算获得两光电眼时间间隔内光电编码器的脉冲数N = S2-S1，该脉冲数与脉冲当量的乘积，即为该色套印偏差值。
2.根据权利要求1所述的误差检测方法，其特征在于，所述两光电眼的实际位置值Sl 和S2通过如下公式确定51= N1+(T2-T1)/(T3-T1)；52= N2+(T5-T4)/(T6-T4)；式中，Nl和N2分别为检测周期内两个检测脉冲所对应的编码器脉冲计数器值、T2和 T5分别为检测周期内两个检测脉冲所对应的系统时钟计数器值，Tl和T3为其中一个检测脉冲到来时，其对应时刻的前后两参考脉冲的系统时钟计数值，T4和T6为另一个检测脉冲到来时，其对应时刻的前后两参考脉冲的系统时钟计数值。
3.根据权利要求1或2所述的误差检测方法，其特征在于，所述编码器发出的脉冲中的 Z脉冲作为检测周期的起始信号，用于复位编码器脉冲计数器和FPGA系统时钟计数器。
4.根据权利要求1-3之一所述的误差检测方法，其特征在于，所述的光电眼信号检测和处理具体操作步骤如下(1. 1)循环扫描光电眼信号输入端口，检测信号的上升沿；(1. 2)当检测到上升沿后，启动计数器对上升沿的持续时间计数；(1.3)如果上升沿持续时间达到设定值，则认为检测到了光电眼信号；(1. 4)如果上升沿持续时间小于设定值，则认为检测到的是抖动信号，同时将计数器清零，回到步骤(1.1)。
5.根据权利要求1-4之一所述的误差检测方法，其特征在于，所述光电编码器的脉冲当量、为δ 0 = Ji D/4M其中，M为光电编码器每转1圈产生的脉冲个数，D为印版辊筒直径。
6.根据权利要求1-5之一所述的误差检测方法，其特征在于，两光电眼脉冲出现的相序即为两光电眼的偏差符号。
全文摘要
本发明公开了一种基于FPGA的凹版印刷机套印误差检测方法，包括(1)两光电眼检测到色标后的脉冲信号作为检测脉冲；(2)编码器的A、B脉冲作为参考脉冲并作为编码器脉冲计数器的时钟信号；以FPGA中高频时钟作为系统时钟计数器的时钟信号；根据检测脉冲所对应的编码器脉冲计数器值、系统时钟计数器值、以及两个检测脉冲各自对应的参考脉冲的相邻两脉冲分别对应的系统时钟计数值，确定两光电眼的实际位置值；(3)根据实际位置值确定两光电眼时间间隔内的脉冲数，脉冲数与脉冲当量的乘积，即为该色套印偏差值。本发明利用FPGA高频时钟对编码器进行细分，提高了编码器分辨率，使套印误差检测精度大大提高，能满足凹印套准要求。
文档编号B41F13/12GK102218900SQ201110076300
公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月29日 优先权日2011年3月29日
发明者刘怀广, 宋小军, 彭向前, 王建庄, 谢经明, 陈冰, 陈幼平 申请人:华中科技大学