典型印刷機的組成與工作原理

今天，最常見的印刷機都采用柔版印刷工藝。 柔版印刷是一種回轉印刷方法，它通過凸起的圖案表面在各種承印物上印制圖案。即通過橡膠版或感光樹脂版非印刷區(qū)域的撤出和降低，在印版上生成所要印刷的圖案。 印版與直徑各不相同的回轉圓筒相連以獲得各種尺寸的圖案。油墨則是通過一個稱為網(wǎng)紋輥的具有網(wǎng)狀結構的油墨計量輥轉移到印版表面。通常，噴墨裝置與刮刀協(xié)同工作，以便為網(wǎng)紋輥供應油墨。 上述系統(tǒng)操作可以針對每種印刷顏色在印刷機上重復。目前，一臺印刷機上的平均印刷站的數(shù)目為10個，卷筒紙的寬度為 6 到 136 英寸。

印刷應用中的主要運動類型

印刷應用多種多樣，從簡單的單色印刷，一直到需要定位的復雜多色印刷。 大多數(shù)印刷應用都使用一個包含要印刷的圖案的回轉噴墨頭，印刷表面通常是一種直接與噴墨頭接觸的卷筒紙。 卷筒紙常為線性的，可以由任意種類的材料組成，包括紙、塑料或樹脂薄膜，波紋紙等。印刷油墨直接供應給噴墨頭，在噴墨頭與卷筒紙接觸時，圖案就轉移到卷筒紙上。

印刷應用中的主要運動類型為主軸/從軸運動——要在上面進行印刷的卷筒紙為主軸，噴墨頭為從軸。 傳統(tǒng)的印刷機的卷筒紙和噴墨頭之間是機械連接的，但是現(xiàn)在，考慮到通過高性能運動控制器可執(zhí)行電子式凸輪仿形，以及印刷的最終用戶提高機器靈活性，并希望縮短生產(chǎn)期限和實現(xiàn)快速生產(chǎn)轉換的要求，通常使用伺服機構。尤其對于噴墨頭而言更是如此，有時對卷筒紙主軸也具有這種要求。

多色印刷應用中包含多個噴墨頭，每個噴墨頭對應于一種顏色，成為主軸的從軸，各個噴墨頭之間要保持相互對準。 其它類型的運動在印刷應用中也不少見，例如用于在機器維護和產(chǎn)品切換中將噴墨頭移進和移出的調整軸。

典型的印刷應用需要使用多種運動控制部件，包括編碼器或旋轉變壓器等反饋部件、伺服電機、減速器、伺服放大器和高性能運動控制器。 在印刷中使用的運動控制方法也可用于其它回轉從軸與線性卷筒紙接觸的紙品加工應用。

運動控制中存在的主要問題

在印刷應用中實現(xiàn)運動控制存在幾個問題

首先是當噴墨頭與卷筒紙接觸時，噴墨頭的速度得到精確控制非常重要。 有時，速度相互匹配，但有時，噴墨頭的速度會高一些或低一些。速度匹配不精確時，不僅會使印刷質量會下降，甚至可能造成材料損壞。

如果噴墨頭的圓周與產(chǎn)品長度相同，則運動關系是二者之間的一個傳動比，此外還有一個位置同步關系（例如，它們是成比例的，但從軸在一個特定主軸位置鎖定，因此印刷發(fā)生在卷筒紙的正確位置上）。 如果噴墨頭的圓周與產(chǎn)品長度不同，當噴墨頭與卷筒紙接觸時會產(chǎn)生速度匹配，對于產(chǎn)品的剩余長度，噴墨頭必須加速或減速，以便在合適的位置與卷筒紙接觸以加工下一件產(chǎn)品。

此外，在執(zhí)行運動曲線時，不僅要在速度上同步，而且還要在位置上同步。這樣才能使主軸/從軸的相互關系，在從停止到全速的所有主軸速度下都有效，從而將廢品率降到最低。 速度取決于承印物，標簽的印刷速度通常為 300-1000 FPM，在塑料上進行中央壓印滾筒式柔印（卷筒紙繞在一個很大的中央壓印滾筒上，噴墨頭沿滾筒四周定位）的速度為 1000-2000 FPM，而在紙張上進行中央壓印滾筒式柔印的速度可超過 3000 FPM。

當然也有例外，有時卷筒紙和印版的速度不匹配，其中一個的速度可超過或不足印版輥 2% 的重復長度。 由于最終客戶可以將尺寸盡量與實際需要相接近，而不是接受機器所能生產(chǎn)的量，這樣可以節(jié)省印版筒/套筒，并大大節(jié)省材料。

多數(shù)印刷應用還需要進行定位，而不同定位的差異是很大的。最佳定位應在 0.0005 英寸范圍內，中央壓印圓筒式柔印為 0.002 英寸，而連線印刷為 0.003 英寸。

因此，運動曲線需要動態(tài)進行調節(jié)，以補償卷筒紙上定位標記之間距離的微小變化。 這種情況尤其見于多色印刷，在這種印刷中，必須保持顏色的精確套準，以使最后的印刷圖案具有良好質量。

根據(jù)產(chǎn)品長度的全部范圍來設計電機/放大器的組合也很重要。 設計時，最小和最長的產(chǎn)品可能不會代表最差情況。 通常建議這種設計要針對若干個產(chǎn)品長度 （如 5 或 10）來完成，以確保確定一個適用于整個產(chǎn)品范圍的適宜電機/放大器組合。 力和扭矩隨機器規(guī)格尺寸變化很大，負荷慣性也隨設計而不同。 運動控制部件的設計要滿足 10:1 至 200:1 的慣性不匹配。

如何應用運動控制技術改進印刷的印前與印后，并在可能時進行定量

高速的產(chǎn)品定位對于印刷的成功至關重要。要做到高速定位，需要對驅動器或運動控制器提供高速位置鎖定輸入，以便在遇到定位標記時捕獲精確的主軸位置。 用前、后兩個位置之間的差值用于計算定位標記之間的實際距離。即該距離與標記之間的理論距離進行比較，從而計算出一個校正量。 隨后將該校正量代入從軸運動曲線。

從檢測到定位標記到應用校正量所需的時間對于生產(chǎn)高質量的產(chǎn)品十分重要。這個時間完全取決于用于該應用的運動控制器，也會因所用技術受到影響（例如，一些數(shù)字運動控制網(wǎng)絡具有一個必須進行補償?shù)妮斔蜏螅谀承弥锌赡苁菬o法接受的）。 在某些應用中需要使用專門定位算法，例如對幾個或很多個產(chǎn)品的校正量進行平均，對校正量進行過濾，或要求在運動曲線的某些段不應用校正量。 運動控制器還應能夠恰當處理卷筒紙拼接以及缺失的定位標記。

典型的基礎配置 10 色印刷機生產(chǎn)線具有 65 個以上的閉環(huán)運動控制軸。在更大的生產(chǎn)線中，通常超過 100 個軸。過去，每個軸都通過機械方式傳動，而現(xiàn)在，更新后的控制系統(tǒng)提高了定位性能，將定位精度削減到舊系統(tǒng)定位精度值的一半。 這些控制系統(tǒng)具有很高的靈活性，可以應對特殊任務，提供無限的可變重復。 用于替代前面討論的速度匹配的方法，它能夠使用戶增加或降低印版輥相對于卷筒紙的速度，以改變重復長度。

這些改進還可使速度更快，使最大速度從 1200 FPM 提高到 2000FPM，柔版印刷過程則可以達到更高的速度。印刷機從一個任務切換到下一個任務的時間從平均 4 -6 小時縮短到 30 分鐘，在某些情況下甚至更短。采用運動控制及印刷驅動裝置定位系統(tǒng)的機械手對切換時間有很大影響。在應用中，由于整個控制系統(tǒng)提供了更佳診斷信息，機器生產(chǎn)時間得以延長。