专利名称：消除雕刻头抖动的脉冲技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是雕刻机器，具体地说是消除机电雕刻系统中振荡效应的一种电路装置。
凹印滚筒机电雕刻的基本原理是转动一个镀铜的滚筒，同时开动一电动工具在铜表面上雕刻出刻元或线条。雕刻滚筒通常用于卷筒纸型凹板印刷中，用来印刷纸、塑料或金属胶片。
在凹印过程中，雕刻滚筒注入墨汁。一刮浆刀从滚筒表面刮去多余的墨汁，只在刻元里保留印到印刷物上的墨讦。为了得到高质量的印刷，滚筒表面上的刻元位置必须非常精确，通常只有一、二个微米的误差。刻元的深度也必须精确控制，因为它决定了所印的墨汁，也就是决定了黑白印刷中的灰度。在彩印中，印到印刷体上的墨量更严格，因为各种颜色混合起来产生各种可能的色度。稍许改变墨量不仅会影响颜色的深度，更重要的是影响所要求的色调。
雕刻刻元的工具通常是尖头钻石刀，它要在滚筒上雕刻出大量的刻元，因此必须高速运行。例如，在一个典型的140线的网屏上，每平方英寸需要有2万个刻元，在一个凹印滚筒上常需要1亿多刻元。即使是每秒3000到4000个刻元的成形速度，雕刻一个滚筒可能需要几个小时。这样高的刻元成形速度所引起的严重问题，是高加速度力将引起扭转颤动和横向颤动。从黑到白(连刻刻元到不刻刻元)或从白到黑的转换也必须是非常迅速的，这也会引起严重的瞬间扭转颤动和横向颤动。
机电雕刻系统所存在的一个问题是，机械刀架及其弹簧支撑系统本身就存在着颤动趋势，于是图象就变成了重象，这是由主图象位移形成的。这就大大降低了印刷质量，特别是小图形的质量。因此必须使用不产生滞后现象的阻尼装置。
雕刻系统中使用的机电系统是受步进电流(转矩)特性支配的，系统存在颤动。雕刻系统的谐振特性和非线性与许多因素有关。被雕刻铜的硬度的改变，磁饱和现象，在不希望的方向上的运动，构成系统的各装置的非线性，以及由于雕刻头上的钻石刀或其他雕刻器具与所雕刻的固体材料的撞击所产生的振荡，这些全是引起不良颤动的因素。通常，线性振荡是可以由弹性常数、阻尼系统数、隋性以及转矩这些系统特性来预测的。陷波滤波器和阻尼技术对减小这种振荡是非常有效的。所有阻尼材料的特性都因其自身发热吸收能量而发生变化。因此，它们的阻尼特性先天就是不稳定的。在具有多个谐振点以及其他各种非线性的比较复杂的系统里，单单用滤波和阻尼技术是不够的，并且在很多情况下，系统响应(上升时间)都会变得更差。
因此，本发明的目的就是提供一个在雕刻机器机电系统中消除机械颤动的系统和技术。
本发明产生一种电脉冲，将其做为一独立技术或瑟其他滤波阻尼装置结合在一起，用以消除这种系统中的机械颤抖。
按照本发明的一个具体装置，在机电雕刻系统中消除振荡效应的方法由以下步骤组成连续监测影响颤抖的变量;根据所监测的影响颤动的变量预计颤动的状况;同步形成一系列脉冲，用以消除各次颤抖中的各谐波。在本发明所推荐的具体装置中，消除振荡效应的方法还可进一步包括减少上升时间的方法步骤。
本发明的目的是消除雕刻机器机电系统中的机械颤动。本发明的特点是不仅防止了上升时间增长，而且它实际上缩短了上升时间，因此在发生颤动时起了阻尼作用。最终，本发明的目的是提供一种脉冲技术，用以阻尼凹印头的颤动，从而使雕刻头得到更便利、更稳定的协调工作。
其他的目的、特点以及优点，在下面结合附图的说明中，将会更加显而易见。
在下面的附图中，叙述了一个推荐的具体装置;然而，可以做出其他各种不同的修改和结构变化，而并不脱离本发明的精神和范围。
图1是按本发明给出的消除雕刻头颤动的脉冲电路方框图;
图2A、2B和2C分别示出了正常刻元、压缩刻元和拉长刻元的凹印网屏;以及图3示出了图1所示脉冲技术对雕刻头颤动的作用。
参见附图，图1是在雕刻机器机电系统中消除机械颤抖的脉冲电路10的方框图。图1中，视频增益12和视频偏移14的输出加到视频信号16上，用来控制加到发生颤动的雕刻头18上的电流，由此也就控制了图2A、2B和2C所示的刻元20和通道22的大小。视频信号16加到边缘检测器及同步电路24上，产生一个与视频信号16同相的数字信号。视频信号16最好是一个分辨力为8位的模拟信号，由一个跟踪保持电路更新，其频率是交流信号25的4倍。这样产生的一个阶梯信号，对于每 1/4 刻元，处在256个电平中的一个电平上。
数字信号从主块24加到控制方块26，按照所要求的脉冲数量进行若干级延迟。延迟级可用数字式的、或模拟式的任何适当形式的装置实现。例如，可用微处理器中的计数器，也可用带有计数器的离散电路。在本发明所推荐的具体装置中，延迟级是一模拟电路，视频信号16加到RC电路上，通过改变RC电路的时间数来改变视频信号的上升时间。然后将经RC滤波后的信号加到电平检波器上，电平检波器根据上升时间做出反应，控制方块26输出一延迟可变、宽度可变的数字脉冲，加到模拟开关装置28上。在模拟开关装置28上还加有其他信号，它输出的脉冲其延迟、宽度和幅度是可变的。模拟开关装置可以取任一适当形式的开关，如晶体管。
图1中，雕刻头18在雕刻系统中是颤抖的。影响雕刻头18颤动的变量是可以监测的，或者设为一些预定值，以便确定用来消除颤动的脉冲。这些变量包括交流信号25，在交流信号25上加有交流增益30。视频信号16也被监测，或设为一些预定值。对于方波信号，方波的底是“白”电流，方波的顶是“黑”电流。改变视频增益12会同时改变“黑”电流和“白”电流。即“黑”电流和“白”电流或者增大，或者减小。反之，改变视频偏移14会使黑电流和白电流的变化彼此相反。即，或者黑电流增大、白电流减小，或者是白电流增大、黑电流减小。用交流信号25和视频信号16之和确定刻元20要刻的深度，刻元深度由图3波形图中纵轴表示。
图1中，所要监测的变量，或假定的预定值，还可以再包括滚筒直径32和滚筒电机速度值34。所有这些变量值全部加到计算装置36上，从雕刻头18上的钻石刀触到雕刻介质(如铜时开始，按照雕刻的状况计算出颤动程度。
根据交流增益与直流增益之比可以估算出刻元的几何尺寸。当刻元20被压缩时，如图2B所示，必定有较多的功率用到了刻元深度上。交流信号25控制着刻元20的尺寸以及通道22的尺寸。此外，交直流之比表明实际有多少能量损失在颤动及铜介质的反作用上。由于用交流信号和直流信号控制通道22的宽度和刻元22的尺寸，所以就要监测交流信号25(即，对交流信号与直流信号之比，以及需要提供的交流信号的大小提供一个度量)，以便确定通道的尺寸和刻元的几何尺寸。当所确定的通道22尺寸和刻元20的尺寸不符合所期望的通道尺寸和刻元尺寸时，其差值就是雕刻刀触击雕刻介值(铜)时所损失的能量。
滚筒直径值32和滚筒电机速度值34是用于确定表面速度的可选变量，它也是确定所雕刻的网屏尺寸的参数。所选的网屏会影响雕刻头的颤动。因为每个网屏都有其本身的已知颤动，所以这个颤动均可由具体使用的网屏确定。滚筒直径32给出了所要雕刻图象的滚筒的直径。当滚筒的驱动电机(图中未示出)在雕刻过程中转动时，电机速度可按正在雕刻的网屏进行改变。滚筒直径32乘以滚筒电机速度值34给出了滚筒表面速度，因此要求在具体的网屏上该速度保持不变。如果表面速度发生了变化，刻元的形状就会变化。例如，在水平速度和刻元速率保持不变时，滚筒的转速减小了，则刻元的形状就会压缩，如图2B所示。反之，在水平速度和刻元速率保持不变的情况下，滚筒的转速增大，则刻元的形状就会拉长，如图2C所示。滚筒直径和滚筒速度间接地表示出了刻元的几何尺寸，由此可以确定出颤动情况。显而易见，对于精通本技术的人员来说，在本发明的目的和精神之内，也可以使用其他变量和装置来控制颤动。
一旦计算装置36计算出雕刻头在雕刻介质上的颤动，延迟确定电路38就利用该计算结果确定脉冲的延迟量，它控制脉冲的相位和宽度。然后将脉冲延迟送到控制方块26。方块26输出具有可变延迟和可变宽度的数字脉冲，加到模拟开关装置28。
颤动计算装置36还被振幅确定装置40用来确定脉冲的正、负振幅。振幅确定装置40控制加有数字脉冲的模拟开关装置28，用以控制脉冲振幅。然后，模拟开关装置28将具有可变延迟、可变宽度和可变振幅的脉冲输出加至第一求和器42或第二求和器43。
如图1脉冲电路方框图10所示，本发明的脉冲技术可以只采用电脉冲技术，也可以与其他滤波和阻尼装置一起，消除雕刻头18的颤动。因此，模拟开关装置28的输出可以直接加到第一求和器42，这里只使用电脉冲技术来消除雕刻系统中振荡的影响;或者，模拟开关装置28的输出加到第二求和器43。在第一求和器42中，具有可变延迟、宽度和振幅的脉冲与第二交流信号44及来自陷波滤波器46的滤波后的视频信号相加。另一方案是在第二求和器43中，具有可变延迟、宽度和振幅的脉冲与视频信号16相加，然后经陷波滤波器46处理，用以消除谐振频率和其他噪声谐波。通过陷波滤波器，只需极少数脉冲即可消除颤动。经陷波滤波器46处理后，脉冲和视频信号之和与交流信号44在第一求和器42中相加。然后，第一求和器42的输出加到功放48。功放48的输出就是所要求的雕刻信号与为消除雕刻头18的颤动而加到雕刻头18上的电脉冲之和。
参照图3及图1，按照图1脉冲电路10所实现的本发明的脉冲技术，应用电脉冲50消除雕刻头18的颤动。图3曲线说明了脉冲50对刻元深度的影响，刻元深度取决于加在雕刻头传动轴上的步进转矩的大小。图3的水平轴表示时间，纵轴表示刻元深度。
如前所述，在雕刻机器的机电系统中，以及受步进电流或步进转矩响应控制的系统中，都存在着颤动。脉冲50准确地加在与不合乎需要的振荡52(表示雕刻头18的颤动)所对应的位置上，非常有效地消除了这种颤动。脉冲50的能量值使系统的反应与这种不良振荡的方向相反，并抵消它。为了达到最好的抵消效果，采用图1中的同步电路24控制脉冲50的宽度、振幅以及脉冲50相对于振荡52的相位。
参照图3，脉冲50所加的方向与雕刻头18的颤动方向相反。在颤动的相反方向上加入的每一个脉冲使颤动迅速减小，一直到所加的脉冲以及颤动均减小到零。振荡54表示自然衰减振荡，振荡52表示加上脉冲50后所得到的迅速衰减的振荡。不是等颤动自然减小，而是加上脉冲50使颤动迅速减小。例如，与脉冲50n相比，脉冲50a有较大的振幅，它对一开始大振幅的振荡52a起作用。下一个所加的脉冲50b的振幅小于50a，因为相应的振荡52b由于脉冲50a的作用比振荡52a小。振幅进一步下降的脉冲50c和50d，加到迅速下降的振荡52c和52d上，直至最后一个脉冲50n将振荡消除干净，即消除了雕刻头18的颤动。
可以通过连续监测影响雕刻头18颤动的各参数所监测到的振荡输出的情况，来决定脉冲50的个数，也可以预先设定一些预定值。可以根据对影响颤动的各参数所做的监测预估雕刻头18的颤动。然后加入脉冲50消除每次振荡52的各个谐波。
对精通本门技术的人，显而易见的是，也可以通过改变脉冲50的波形来更好地与振荡52的相位和能量值进行匹配。改变脉冲50的幅度和(或)宽度和(或)相位(即定位或延迟)，也可以改变相应的振荡52的振幅。当然，脉冲50的形状也会影响响脉冲50本身的个数。
如图1所示，这些脉冲还可以通过陷波滤器46处理，消除可能会激起系统谐振峰的谐波。本发明的脉冲技术抑制了噪声，而又影响系统的响应时间。除了消除不良颤动以外，脉冲还可以用于改善系统的响应(上升)时间。即，本发明的脉冲技术不但不增加上升时间，实际上能够减少上升时间。
由上述可见，本发明的目的得到完满实现，并且，因为在结构上可以做进一步的改变，所以上述详细说明只是示例性的，而不是对其加以限制。
权利要求
1.一种在具有一个雕刻头的机电雕刻系统中消除振荡现象的方法，这个雕刻头本身存在着颤抖的趋向，使图象偏离主图象而产生重象，这种消除振荡的方法的特征是它包括顺序施加若干个脉冲消除每次振荡的各个谐波的步骤。
2.一种在权利要求1中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的方法，其特征是其中所述顺序施加若干个脉冲消除每次振荡的各个谐波的步骤还进一步包括下列步骤a.连续监测影响颤动的各个变量;以及b.按照这些变量预估该颤动。
3.一种在权利要求2中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的方法，其特征是其中所述影响该颤动的各变量包括a.一视频信号各阶梯的幅度;b.雕刻介质的硬度;以及c.刻元几何尺寸。
4.一种在权利要求1中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的方法，其特征是其中所述那些脉冲具有预定值。
5.一种在权利要求1中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的方法，其特征是其中所述顺序施加若干个脉冲消除每次振荡的各个谐波的步骤还进一步包括下列步骤a.对影响颤动的各变量设定预定值，以及b.根据这些变量预估该颤动。
6.一种在权利要求1中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的方法，其特征是其中所述施加脉冲的步骤包括在与该颤动相反的方向上施加脉冲的步骤。
7.一种在权利要求1中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的方法，其特征是其中所述施加的各脉冲的幅度是可变的。
8.一种在权利要求1中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的方法，其特征是其中所述施加的各脉冲的宽度是可变的。
9.一种在权利要求1中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的方法，其特征是其中所述施加的各脉冲的相位是可变的。
10.一种在权利要求1中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的方法，其特征是该方法进一步包括改善该雕刻头对该视频信号的阶越响应的上升时间的步骤。
11.一种在权利要求1中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的方法，其特征是该方法进一步包括通过一个或几个陷波滤波器处理所述脉冲的步骤。
12.一个在机电雕刻系统中消除振荡现象的系统，这种雕刻系统所具有的雕刻头有颤动的趋向并因此相对主图象发生位移而产生重象，其特征是该系统包括一同步电路，用于顺序施加脉冲消除每次振荡的各个谐波。
13.一个在权利要求12中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的系统，其特征是该系统进一步包括a.连续监测影响颤动的各变量的装置;以及b.根据这些变量预估该颤动的装置。
14.一个在权利要求13中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的系统，其特征是，其中所述影响该颤动的变量包括a.视频信号各阶梯的幅度;b.雕刻介质的硬度;以及c.刻元几何尺寸。
15.一个在权利要求12中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的系统，其特征是其中所述那些脉冲具有预定值。
16.一个在权利要求12中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的系统，其特征是该系统进一步包括a.设定影响颤动的各变量的预定值;以及b.根据这些变量预估该颤动的装置。
17.一个在权利要求12中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的系统，其特征是其中所述同步电路在与颤动相反的方向上施加每一个脉冲。
18.一个在权利要求12中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的系统，其特征是其中所述同步电路控制每个脉冲的幅度。
19.一个在权利要求12中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的系统，其特征是其中所述同步电路控制每个脉冲的宽度。
20.一个在权利要求12中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的系统，其特征是其中所述同步电路控制每个脉冲的相位。
21.一个在权利要求12中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的系统，其特征是其中所述同步电路能够改善雕刻头对视频信号的阶越响应的上升时间。
22.一个在权利要求12中所要求的消除机电雕刻系统中振荡现象的系统，其特征是其中所述同步电路包括至少一个处理所述脉冲的陷波滤波器。
全文摘要
一种在机电雕刻系统中使用脉冲应用技术消除振荡现象的系统和方法，这种机电雕刻系统原本存在着颤动的趋向，它使图象偏移出主图象而产生重象。本发明通过连续监测影响颤动的各变量，或者这些变量设置为预定的各脉冲值，从而根据这些变量预估该颤动的状态，然后顺序施加若干脉冲消除每次振荡的各个谐波。
文档编号B41C1/045GK1095669SQ931149
公开日1994年11月30日 申请日期1993年11月23日 优先权日1992年11月23日
发明者塞易德·M·穆巴拉特 申请人:俄亥俄电子刻板公司