一种印刷机色彩浓度实时控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及印刷机色彩浓度控制的技术领域，尤其是指一种应用机器视觉来对印刷机的印刷品色彩浓度进行测量，实现基于数据驱动的印刷机色彩浓度实时控制系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]国内印刷机与国际先进产品(如德国的海德堡)相比，性能差别较大，国外在印刷机工艺设计、部件制造和每个工艺环节的配合精度上有明显的优势，这与基础工业和材料有关，很难在短期内赶上。国产印刷机与国际先进产品的最大性能差别为色彩浓度波动大，目前国内解决方法就是降低印刷机转动速度，人工肉眼判断色彩质量是否合格。但是影响色彩的因素很多，降低速度并不能完全解决问题，并且还降低了印刷效率，成为制约印刷机转速提高的一大障碍。根本上解决色彩质量的问题必须实现色彩浓度的闭环控制，构建一套高效的色彩浓度控制系统。目前印刷机普遍无印刷质量在线检测和色彩浓度控制，若从这个切入点着手可以弥补国产印刷机在印刷机工艺设计、部件制造和每个工艺环节配合精度上的劣势，从新的技术途径赶超国际先进水平。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于弥补我国印刷机技术的落后现状，从新的技术途径赶超国际先进水平，提供了一种印刷机色彩浓度实时控制系统及其控制方法，本发明采用机器视觉技术实现对印刷品色彩浓度实时测量，按照数据驱动的原理实现印刷机色彩浓度实时控制，应用数字控制技术和控制网络技术构造色彩浓度数字控制系统。
[0004]为实现上述目的，本发明所提供的技术方案其印刷机色彩浓度实时控制系统，由图像采集系统、工业计算机系统和墨量控制系统组成；所述图像采集系统由标准光源和高速工业相机组成，当印刷成品到来时，接近开关动作，触发高速工业相机照相，并把图像数据通过以太网接口传给工业计算机系统；所述工业计算机系统包括图像处理系统和色彩浓度控制系统；所述图像处理系统实现印刷图像分割和质量参数提取，包括色彩浓度、颜色均匀性、毛边和麻点这些数据，色彩浓度用于实时控制，其它数据用于故障诊断；所述色彩浓度控制系统根据色彩浓度测量值和标准图案设定值得到墨量控制系统的设定值，由墨量控制系统调节供墨量来稳定色彩浓度。
[0005]所述工业计算机系统采用工业平板电脑，具有2个以太网接口，分别连接墨量控制系统和图像采集系统，图像处理和色彩浓度控制算法在工业平台电脑的Windows 7平台上采用C#语言实现。
[0006]所述墨量控制系统采用PLC和伺服驱动系统及墨量控制阀门实现，采用具有工业以太网接口的西门子S7 - 200SMART，并采用其高速脉冲输出与伺服驱动系统连接。
[0007]本发明所述的印刷机色彩浓度实时控制系统的控制方法，如下:
[0008]印刷色彩浓度控制采用串级控制，串级控制的主反馈回路中，工业计算机系统通过图像采集系统获得印刷品加工后的图像后，经过图像处理系统的色彩图像分割和色彩浓度提取，获得每种色彩的浓度数据；工业计算机系统的色彩浓度控制系统根据色彩浓度测量值与标准值之差、经过浓度控制算法后得到伺服结构的转角设定值，在下位机PLC上实现的墨量控制系统为串级控制的内环，内环采用半闭环伺服控制，其反馈量为伺服电机转角；对于柔印，伺服电机转角分别为控制网纹辊与印版辊间距的伺服电机转角和控制印版辊与压印辊间距的伺服电机转角；对于胶印，伺服电机转角为控制墨斗与墨斗辊间距的伺服电机转角和控制墨斗转角的伺服电机转角，柔印和胶印都采用两套伺服系统提高了墨量输出的调节范围；色彩浓度控制系统采用增量限幅PI控制，增量限幅值取两套伺服系统中最接近的控制增量即转角的最小当量，其控制周期为滞后时间的五倍且色彩浓度调节过渡过程结束后，再进行下一周期调节，克服色彩浓度控制回路的大滞后和变时滞影响；墨量控制系统采用低通滤波器，保证色彩平稳过渡，减少超调产生。
[0009]本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果:
[0010]1、实现基于机器视觉和数据驱动的印刷色彩浓度的串级闭环控制系统方案，克服油墨粘稠度、印刷速度、环境温度等因素对色彩浓度的影响，实现在保证印刷质量的前提下，提高了印刷速度，提高了印刷质量和自动化水平，减少了工人的劳动强度。
[0011]2、给出了基于工业以太网的色彩浓度控制系统实现方法，实现了印刷机数字化和网络化实时控制。采用工业以太网减少现场连线、降低故障、提高系统可靠性和维修性，工业以太网在印刷机供墨系统中的应用将为印刷机全数字化和网络化奠定基础，最终将实现印刷机升级换代。
[0012]3、采用两套伺服系统提高了墨量输出的调节范围，墨量控制系统采用低通滤波器，保证色彩平稳过渡，减少超调产生。
【附图说明】
[0013]图1为印刷机结构原理简图。
[0014]图2为色彩浓度串级控制的原理图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0016]如图1所示，从墨量控制的角度给出了印刷机结构原理简图，待印刷品(如商标纸)从左边进入印刷机，经多道印刷工序后，从右边得到印刷成品(如标签图案)。本发明所述的印刷机色彩浓度实时控制系统由图像采集系统、工业计算机系统和墨量控制系统组成。图像采集系统由标准光源和高速工业相机组成，当印刷成品到来时，接近开关动作，触发工业相机照相，并把图像数据通过以太网接口传给工业计算机系统。工业计算机系统采用工业平板电脑，具有2个以太网接口，分别连接墨量控制系统和图像采集系统。图像处理和色彩浓度控制算法在工业平台电脑的Windows 7平台上采用C#语言实现，图像处理系统实现印刷图像分割和质量参数提取，包括色彩浓度、颜色均匀性、毛边和麻点等数据，色彩浓度用于实时控制，其它数据用于故障诊断；色彩浓度控制系统根据色彩浓度测量值和标准图案设定值得到墨量控制系统的设定值，由墨量控制系统调节供墨量来稳定色彩浓度。整个印刷机的色彩浓度控制系统由工