一种金属薄板印涂智能供墨控制系统及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种金属薄板印涂智能供墨控制系统及其方法，该系统包括顺次连接的服务扩展接口、集成控制器、控制功能模块和基础数据库，其中：服务扩展接口完成与外部用户、本地用户的数据的通信功能，服务扩展接口包括共性技术接口、远程监控接口和用户接口；集成控制器完成32个墨键的驱动控制，采用单片机完成电机的驱动控制和墨键开度的实时控制功能；控制功能模块完成墨量的智能预置、墨层厚度的检测和监控、故障诊断与维护、远程诊断，采用工业PC机实现；基础数据库完成对工艺参数及印刷标准图案的存储、调用、编辑功能，采用数据服务器利用数据库编程语言来实现。本发明为金属薄板印涂装备提供了一种高质、低耗、全自动智能化运行的智能供墨控制系统。
【专利说明】
一种金属薄板印涂智能供墨控制系统及其方法
技术领域
[0001]本发明属于金属薄板印涂装备技术领域，特别是一种金属薄板印涂智能供墨控制系统及其方法。
【背景技术】
[0002]金属薄板印涂之前需要根据印品的图案分布以及色调确定对应区域的供墨量并进行墨刀与墨辊间隙(也称墨键开度)的调整，称之为墨量预置。目前国产的各类印铁机的墨量预置调整一般都是采用人工的方法。开机时，由操作工人通过人工观察样张并结合操作经验来预先设定墨键开度，然后开机试印，再根据印刷结果决定做进一步的反复调整。这种调整方法不仅要求工人要有丰富的操作经验，而且整个调整过程需要多次反复，操作过程复杂、效率低，还将造成印刷时间、设备、印刷油墨和金属板材等资源的浪费。即使在印刷开始时对供墨量进行了认真的调整，实际印刷过程中由于各种因素的影响，实际供墨量还会发生变化，影响印刷质量。而这一过程的质量跟踪目前基本上都是人工凭经验、凭感觉进行判断，很难满足不断发展的高质量、高速度的印刷需求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种金属薄板印涂智能供墨控制系统及其方法，配合金属薄板印涂分区供墨的琴键式供墨装置，实现金属薄板印涂供墨智能化，提高生产效率，减小资源浪费。
[0004]实现本发明目的的技术解决方案为:一种金属薄板印涂智能供墨控制系统，基于金属薄板印涂分区供墨的琴键式供墨装置，包括顺次连接的服务扩展接口、集成控制器、控制功能模块和基础数据库，其中:
[0005]服务扩展接口，完成与外部用户、本地用户的数据的通信功能，服务扩展接口包括共性技术接口、远程监控接口和用户接口 ；
[0006]集成控制器，完成32个墨键的驱动控制，米用单片机完成电机的驱动控制和墨键开度的实时控制功能；
[0007]控制功能模块，完成墨量的智能预置、墨层厚度的检测和监控、故障诊断与维护、远程诊断，采用工业PC机实现；
[0008]基础数据库，完成对工艺参数、控制算法及印刷标准图案的存储、调用、编辑功能，采用数据服务器利用数据库编程语言来实现。
[0009]进一步地，所述服务扩展接口包括共性技术接口、远程监控接口和用户接口，其中共性技术接口用于生产信息管理服务，远程监控接口用于设备状态监控、故障诊断与远程服务;用户接口用以满足用户的服务要求；
[0010]服务扩展接口的硬件实现包括串行通信接口 RS232、RS485、以太网接口、GPRS接口和PROFIBUS 总线接口、USB接口、CameraLink、IEEE1394接口。
[0011]进一步地，所述集成控制器一方面根据墨量智能预置、墨量实时控制的决策结果，实施墨键开度调整的驱动控制；另一方面采集生产信息以实现生产信息统计管理、设备状态检测监控、故障诊断与远程服务。
[0012]进一步地，所述控制功能模块包括墨量智能预置模块、墨量实时控制模块、在线检测模块，其中:墨量智能预置模块根据金属薄板印涂不同区域的供墨需要，给出墨键开度的参数，用以印前墨量的数字化调整；墨量实时控制模块根据在线检测的结果与对应区域印品的墨量需求的差异，决策给出墨键开度的调整数值;在线检测模块用于检测印品的质量，为墨量的实时调整提供支持。
[0013]进一步地，所述基础数据库包括参数库、模型库和算法库，其中参数库存储工艺参数信息，模型库存储印铁机的计算机仿真模型，算法库存储控制算法；
[0014]基础数据库为控制过程决策提供需要的基础数据、工艺参数、算法流程，其中基础数据包括印刷品的墨区、RGB值、网点面积率、墨斗辊墨层厚度、金属薄板墨层厚度、墨键开度;工艺参数包括印刷压力、印刷速度、印刷铁皮尺寸、油墨特性;算法流程指存储在数据库中的用于油墨预置、墨键开度实时控制的算法，包括遗传算法、极限学习机、PID神经元控制算法。
[0015]进一步地，所述在线检测模块用于检测印品的质量，为墨量的实时调整提供支持，具体为:采用密度仪测量测控条的实际印刷密度值，或采用分光光度仪测量测控条得到实际印刷品的光谱数据，或采用CCD数码相机获得印刷品的实时图像，或采用色度计直接测量实际印刷品的Lab值。
[0016]—种基于所述金属薄板印涂智能供墨控制系统的方法，步骤如下:
[0017]步骤I，进行墨量预置，读入印活lbit-tiff文件数据，判断印刷任务的类型:若为新产品，则经过仿真分析得到油墨流布矩阵，并利用遗传算法求解获得墨键开度值，进行墨量预置;若为老产品，从基础数据库中直接调用相应的墨键开度信息，进行墨量预置；
[0018]步骤2，控制功能模块进行在线检测，通过CCD数码相机，获取金属薄板上图像RGB信息，进行色彩空间转换，然后调用基础数据库最终得到对应的金属薄板上的墨层厚度；
[0019]步骤3，控制功能模块进行墨量实时控制，将通过CCD相机扫描处理后得到的金属薄板墨层厚度值与预置值进行比较，得到偏差值;将得到的偏差值送至PID神经元网络控制器中，最终输出32个墨区的墨键开度的调整修正值。
[0020]进一步地，步骤I所述墨量预置，具体步骤如下:
[0021]印刷任务如果为老产品，则从参数库中调用该任务对应的32个墨键的开度信息，进行预置;而对于新产品，则获取反应印品所需墨量的lbit-tiff信息，划分32个墨区，并计算32墨区的网点面积率，进行输墨系统计算机仿真，并利用遗传算法求解油墨流布矩阵，获得墨键开度值，进行油墨预置;最后，对产品的质量进行检测，若合格则将该产品的墨键开度信息存储到工艺参数库;若不合格，调用算法库中的PID神经元控制算法进行在线决策，直到满足印刷质量要求。
[0022]进一步地，步骤2所述控制功能模块进行在线检测，具体如下:
[0023]采用CCD数码相机分别对标准样张和待测印张进行扫描，获得印刷品的实时图像，把测得的标准样张和实时图像的RGB值转换成相应的L、Cab和hab值，再计算标准样张和实时图像的偏差即色差，根据色差允许值，决定是否需要进行墨键开度的智能调整。
[0024]进一步地，步骤3所述控制功能模块进行墨量实时控制，具体步骤如下:
[0025]当待印品送至印铁机上时，对待印品进行墨键开度的预置，然后进行印刷，当印刷完成到达检测位置时，利用CCD相机采集印刷品图像，利用控制功能模块进行在线检测确定色差的大小:当色差小于允许值时，不对墨键预置开度进行调整；色差大于允许值时，则调用PID神经元控制算法进行墨键开度的在线调整，得到墨键开度的调整量，然后单片机根据调整信息驱动步进电机，调整墨刀与墨辊的开度，达到印品质量控制的目的。
[0026]本发明与现有技术相比具有以下显著优点:(I)基于印品版面(或样品)信息的墨量智能预置，可以实现墨量的准确预置，提高生产效率，减少资源浪费；(2)基于墨量在线检测的墨量实时调节与控制，可以满足高质量印品的印刷需要；(3)完善的生产信息管理、工艺参数智能选择功能为金属薄板印涂工艺过程的决策、控制提供支持；(4)通用的接口技术有利于智能供墨系统与金属薄板印涂成套装备的进行系统集成组成智能化的金属薄板印涂生产系统。
[0027]下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
【附图说明】
[0028]图1本发明金属薄板印涂智能供墨控制系统功能结构图。
[0029]图2本发明金属薄板印涂智能供墨系统控制系统控制结构图。
[0030]图3为本发明金属薄板印涂智能供墨系统墨量在线检测流程图。
[0031 ]图4为本发明金属薄板印涂智能供墨系统墨量预置流程图。
[0032]图5为本发明金属薄板印涂智能供墨系统墨量实时控制流程图。
[0033]图6为本发明金属薄板印涂智能决策系统流程图。
【具体实施方式】
[0034]结合图1，本发明金属薄板印涂智能供墨控制系统，基于金属薄板印涂分区供墨的琴键式供墨装置，包括顺次连接的服务扩展接口、集成控制器、控制功能模块和基础数据库，其中:
[0035]—、服务扩展接口，完成与外部用户、本地用户的数据的通信功能，服务扩展接口包括共性技术接口、远程监控接口和用户接口 ；
[0036]所述服务扩展接口包括共性技术接口、远程监控接口和用户接口，其中共性技术接口用于生产信息管理服务，远程监控接口用于设备状态监控、故障诊断与远程服务;用户接口用以满足用户的服务要求;服务扩展接口的硬件实现包括串行通信接口 RS232、RS485、以太网接口、GPRS接口和PROFIBUS 总线接口、USB接口、CameraLink、IEEE1394接口。
[0037]—■、集成控制器，完成32个墨键的驱动控制，米用PLC完成电机的驱动控制和墨键开度的实时控制功能；
[0038]所述集成控制器一方面根据墨量智能预置、墨量实时控制的决策结果，实施墨键开度调整的驱动控制；另一方面采集生产信息，以实现生产信息统计管理、设备状态检测监控、故障诊断与远程服务。
[0039]三、控制功能模块，完成墨量的智能预置、墨层厚度的检测和监控、故障诊断与维护、远程诊断，采用工业PC机实现；
[0040]所述控制功能模块包括墨量智能预置模块、墨量实时控制模块、在线检测模块，其中:墨量智能预置模块根据金属薄板印涂不同区域的供墨需要，给出墨键开度的参数，用以印前墨量的数字化调整;墨量实时控制模块根据在线检测的结果与对应区域印品的墨量需求的差异，决策给出墨键开度的调整数值;在线检测模块用于检测印品的质量，为墨量的实时调整提供支持。
[0041]所述在线检测模块用于检测印品的质量，为墨量的实时调整提供支持，具体为:采用密度仪测量测控条的实际印刷密度值，或采用分光光度仪测量测控条得到实际印刷品的光谱数据，或采用CCD数码相机获得印刷品的实时图像，或采用色度计直接测量实际印刷品的Lab值。
[0042]四、基础数据库，完成对工艺参数及印刷标准图案的存储、调用、编辑功能，采用数据服务器利用数据库编程语言来实现。
[0043]所述基础数据库包括参数库、模型库和算法库，其中参数库存储工艺参数信息，模型库存储印铁机的计算机仿真模型，算法库存储控制算法;基础数据库为控制过程决策提供需要的基础数据、工艺参数、算法流程，其中基础数据包括印刷品的墨区、RGB值、网点面积率、墨斗辊墨层厚度、金属薄板墨层厚度、墨键开度;工艺参数包括印刷压力、印刷速度、印刷铁皮尺寸、油墨特性;算法流程指存储在数据库中的用于油墨预置、墨键开度实时控制的算法，包括遗传算法、极限学习机、PID神经元控制算法。
[0044]—种基于权利要求1所述金属薄板印涂智能供墨控制系统的方法，步骤如下:
[0045]步骤I，进行墨量预置，读入印活lbit-tiff文件数据，判断印刷任务的类型:若为新产品，则经过仿真分析得到油墨流布矩阵，并利用遗传算法求解获得墨键开度值，进行墨量预置;若为老产品，从基础数据库中直接调用相应的墨键开度信息，进行墨量预置;所述墨量预置，具体步骤如下:
[0046]印刷任务如果为老产品，则从参数库中调用该任务对应的32个墨键的开度信息，进行预置;而对于新产品，则获取反应印品所需墨量的lbit-tiff信息，划分32个墨区，并计算32墨区的网点面积率，进行输墨系统计算机仿真，并利用遗传算法求解油墨流布矩阵，获得墨键开度值，进行油墨预置;最后，对产品的质量进行检测，若合格则将该产品的墨键开度信息存储到工艺参数库;若不合格，调用算法库中的PID神经元控制算法进行在线决策，直到满足印刷质量要求。
[0047]步骤2，控制功能模块进行在线检测，通过CCD数码相机，获取金属薄板上图像RGB信息，进行色彩空间转换，然后调用基础数据库最终得到对应的金属薄板上的墨层厚度;所述控制功能模块进行在线检测，具体如下:
[0048]采用CCD数码相机分别对标准样张和待测印张进行扫描，获得印刷品的实时图像，把测得的标准样张和实时图像的RGB值转换成相应的L、Cab和hab值，再计算标准样张和实时图像的偏差即色差，根据色差允许值，决定是否需要进行墨键开度的智能调整。
[0049]步骤3，控制功能模块进行墨量实时控制，将通过CCD相机扫描处理后得到的金属薄板墨层厚度值与预置值进行比较，得到偏差值;将得到的偏差值送至PID神经元网络控制器中，最终输出32个墨区的墨键开度的调整修正值。所述控制功能模块进行墨量实时控制，具体步骤如下:
[0050]当待印品送至印铁机上时，对待印品进行墨键开度的预置，然后进行印刷，当印刷完成到达检测位置时，利用CCD相机采集印刷品图像，利用控制功能模块进行在线检测确定色差的大小:当色差小于允许值时，不对墨键预置开度进行调整；色差大于允许值时，则调用PID神经元控制算法进行墨键开度的在线调整，得到墨键开度的调整量，然后单片机根据调整信息驱动步进电机，调整墨刀与墨辊的开度，达到印品质量控制的目的。
[0051]本发明金属薄板印涂智能供墨控制系统中，检测过程采用在线连续检测或设置专门的检测台抽样检测。本发明金属薄板印涂智能供墨控制系统中，其控制系统分上、下位机两层结构。上位机采用工业控制计算机，完成整个印刷过程的决策控制、数据通信以及生产信息管理。下位机采用单片机，完成各墨区调墨过程的控制；同时反馈各墨区状态信息，为系统的安全性和状态监控提供支持。
[0052]下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0053]实施例1
[0054]图1是本发明一种金属薄板印涂智能供墨控制系统的具体实施案例，其包括:服务扩展接口、控制器、控制功能、基础数据库等。共性技术接口用于生产信息管理等服务;远程监控接口用于设备状态监控、故障诊断与远程服务等；用户接口用以满足用户特定的服务要求。基础数据库为控制过程决策提供需要的基础数据、工艺参数、算法/流程等。在线检测用于检测印品的质量，在此具体为墨量相关参数的测量和识别，为墨量的实时调整提供支持。墨量智能预置是根据金属薄板印涂不同区域的供墨需要，给出墨键开度的参数，用以印前墨量的数字化调整。墨量实时控制可以根据在线检测的结果与对应区域印品的墨量需求的差异，决策给出墨键开度的调整数值。集成控制部分一方面根据墨量智能预置、墨量实时控制的决策结果，实施墨键开度调整的驱动控制；另一方面还将支持生产信息统计管理、设备状态检测监控、故障诊断与远程服务等。
[0055]图2为本发明金属薄板印涂智能供墨系统控制系统拓扑结构，分上、下位机两层。上位机采用工业控制计算机，完成整个印刷过程的决策控制、数据通信以及生产信息管理。下位机采用单片机，通过单片机驱动步进电机完成各墨区调墨过程的控制；同时反馈各墨区状态信息，为系统的安全性和状态监控提供支持。
[0056]图3为本发明金属薄板印涂智能供墨系统墨量预置流程。印刷任务可能是新任务也可能是老任务。所有完成过的任务的墨量调整参数都存储在参数库中，如果是重复印刷，只要从参数库中提取相关参数即可进行墨量自动预置。而对于新任务，则需要获取反应印品所需墨量的相关信息，通过墨量预置分析，确定墨量预置参数，然后进行墨量自动预置。
[0057]图4为本发明金属薄板印涂智能供墨系统墨量在线检测流程。采用CCD数码相机分别对标准样张和待测印张进行扫描，获得印刷品的实时图像，通过图像处理软件Matlab把测得的RGB信息转换成相应的色度信息L、Cab和hab，再根据标准图像和实时采集图像的色差判断是否需要进行调墨并给墨量调整信息。
[0058]图5为本发明金属薄板印涂智能供墨系统墨量实时控制流程。在高速印铁机出料位置设置CCD传感器获取印品质量的实时图像，经图像处理提取色度信息并与标准印品色度信息比较，如果差异超出允许范围，由智能决策支持系统给出墨量调整信息，系统据此对墨辊与墨刀之间的间隙进行实时调节，达到印品质量控制的目的。
[0059]图6为本发明金属薄板印涂智能决策支持系统流程。根据在线检测系统获得金属薄板上墨层厚度值，并与预置值下应获得金属薄板墨层厚度进行比较，得到厚度的偏差值，若大于允许的偏差值，则将实时获得金属薄板墨层厚度和预置值下的理想墨层厚度作为输入送至PID神经元网络控制器中，得到32个墨区的墨键开度的调整值，并将该信息送至单片机中，由单片机发出指令驱动步进电机，以调整墨键的实际开度。
[0060]综上所述，本发明为金属薄板印涂装备提供了一种高质、低耗、全自动智能化运行的智能供墨控制系统，是智能化金属薄板印涂装备不可缺少的关键功能部件。
【主权项】
1.一种金属薄板印涂智能供墨控制系统，其特征在于，基于金属薄板印涂分区供墨的琴键式供墨装置，包括顺次连接的服务扩展接口、集成控制器、控制功能模块和基础数据库，其中: 服务扩展接口，完成与外部用户、本地用户的数据的通信功能，服务扩展接口包括共性技术接口、远程监控接口和用户接口 ； 集成控制器，完成32个墨键的驱动控制，采用单片机完成电机的驱动控制和墨键开度的实时控制功能； 控制功能模块，完成墨量的智能预置、墨层厚度的检测和监控、故障诊断与维护、远程诊断，采用工业PC机实现； 基础数据库，完成对工艺参数及印刷标准图案的存储、调用、编辑功能，采用数据服务器利用数据库编程语言来实现。2.根据权利要求1所述的金属薄板印涂智能供墨控制系统，其特征在于，所述服务扩展接口包括共性技术接口、远程监控接口和用户接口，其中共性技术接口用于生产信息管理服务，远程监控接口用于设备状态监控、故障诊断与远程服务;用户接口用以满足用户的服务要求； 服务扩展接口的硬件实现包括串行通信接口 RS232、RS485、以太网接口、GPRS接口和PROFIBUS 总线接口、USB接口、CameraLink、IEEE1394接口。3.根据权利要求1所述的金属薄板印涂智能供墨控制系统，其特征在于，所述集成控制器一方面根据墨量智能预置、墨量实时控制的决策结果，实施墨键开度调整的驱动控制；另一方面采集生产信息，以便实现统计管理、设备状态检测监控、故障诊断与远程服务。4.根据权利要求1所述的金属薄板印涂智能供墨控制系统，其特征在于，所述控制功能模块包括墨量智能预置模块、墨量实时控制模块、在线检测模块，其中:墨量智能预置模块根据金属薄板印涂不同区域的供墨需要，给出墨键开度的参数，用以印前墨量的数字化调整;墨量实时控制模块根据在线检测的结果与对应区域印品的墨量需求的差异，决策给出墨键开度的调整数值;在线检测模块用于检测印品的质量，为墨量的实时调整提供支持。5.根据权利要求1所述的金属薄板印涂智能供墨控制系统，其特征在于，所述基础数据库包括参数库、模型库和算法库，其中参数库存储工艺参数信息，模型库存储印铁机的计算机仿真模型，算法库存储控制算法； 基础数据库为控制过程决策提供需要的基础数据、工艺参数、算法流程，其中基础数据包括印刷品的墨区、RGB值、网点面积率、墨斗辊墨层厚度、金属薄板墨层厚度、墨键开度;工艺参数包括印刷压力、印刷速度、印刷铁皮尺寸、油墨特性;算法流程指存储在数据库中的用于油墨预置、墨键开度实时控制的算法，包括遗传算法、极限学习机、PID神经元控制算法。6.根据权利要求4所述的金属薄板印涂智能供墨控制系统，其特征在于，所述在线检测模块用于检测印品的质量，为墨量的实时调整提供支持，具体为:采用密度仪测量测控条的实际印刷密度值，或采用分光光度仪测量测控条得到实际印刷品的光谱数据，或采用CCD数码相机获得印刷品的实时图像，或采用色度计直接测量实际印刷品的Lab值。7.—种基于权利要求1所述金属薄板印涂智能供墨控制系统的方法，其特征在于，步骤如下: 步骤I，进行墨量预置，读入印活lbit-tiff文件数据，判断印刷任务的类型:若为新产品，则经过仿真分析得到油墨流布矩阵，并利用遗传算法求解获得墨键开度值，进行墨量预置;若为老产品，从基础数据库中直接调用相应的墨键开度信息，进行墨量预置； 步骤2，控制功能模块进行在线检测，通过CCD数码相机，获取金属薄板上图像RGB信息，进行色彩空间转换，然后调用基础数据库最终得到对应的金属薄板上的墨层厚度； 步骤3，控制功能模块进行墨量实时控制，将通过CCD相机扫描处理后得到的金属薄板墨层厚度值与预置值进行比较，得到偏差值;将得到的偏差值送至PID神经元网络控制器中，最终输出32个墨区的墨键开度的调整修正值。8.根据权利要求7所述的金属薄板印涂智能供墨控制方法，其特征在于，步骤I所述墨量预置，具体步骤如下: 印刷任务如果为老产品，则从参数库中调用该任务对应的32个墨键的开度信息，进行预置;而对于新产品，则获取反应印品所需墨量的lbit-tiff信息，划分32个墨区，并计算32墨区的网点面积率，进行输墨系统计算机仿真，并利用遗传算法求解油墨流布矩阵，获得墨键开度值，进行油墨预置;最后，对产品的质量进行检测，若合格则将该产品的墨键开度信息存储到工艺参数库;若不合格，调用算法库中的PID神经元控制算法进行在线决策，直到满足印刷质量要求。9.根据权利要求7所述的金属薄板印涂智能供墨控制方法，其特征在于，步骤2所述控制功能模块进行在线检测，具体如下: 采用CCD数码相机分别对标准样张和待测印张进行扫描，获得印刷品的实时图像，把测得的标准样张和实时图像的RGB值转换成相应的L、Cab和hab值，再计算标准样张和实时图像的偏差即色差，根据色差允许值，决定是否需要进行墨键开度的智能调整。10.根据权利要求7所述的金属薄板印涂智能供墨控制方法，其特征在于，步骤3所述控制功能模块进行墨量实时控制，具体步骤如下: 当待印品送至印铁机上时，对待印品进行墨键开度的预置，然后进行印刷，当印刷完成到达检测位置时，利用CCD相机采集印刷品图像，利用控制功能模块进行在线检测确定色差的大小:当色差小于允许值时，不对墨键预置开度进行调整;色差大于允许值时，则调用PID神经元控制算法进行墨键开度的在线调整，得到墨键开度的调整量，然后单片机根据调整信息驱动步进电机，调整墨刀与墨辊的开度，达到印品质量控制的目的。
【文档编号】B41F31/02GK106079882SQ201610393926
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月6日 公开号201610393926.0, CN 106079882 A, CN 106079882A, CN 201610393926, CN-A-106079882, CN106079882 A, CN106079882A, CN201610393926, CN201610393926.0
【发明人】孙宇, 曹春平, 武凯, 丁武学, 王栓虎
【申请人】南京理工大学