典型印刷機(jī)的組成與工作原理

今天，最常見的印刷機(jī)都采用柔版印刷工藝。 柔版印刷是一種回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)的油墨計量輥轉(zhuǎn)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(yīng)油墨。 上述系統(tǒng)操作可以針對每種印刷顏色在印刷機(jī)上重復(fù)。目前，一臺印刷機(jī)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(yīng)用中的主要運動類型

印刷應(yīng)用多種多樣，從簡單的單色印刷，一直到需要定位的復(fù)雜多色印刷。 大多數(shù)印刷應(yīng)用都使用一個包含要印刷的圖案的回轉(zhuǎn)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(yīng)給噴墨頭，在噴墨頭與卷筒紙接觸時，圖案就轉(zhuǎn)移到卷筒紙上。

印刷應(yīng)用中的主要運動類型為主軸/從軸運動——要在上面進(jìn)行印刷的卷筒紙為主軸，噴墨頭為從軸。 傳統(tǒng)的印刷機(jī)的卷筒紙和噴墨頭之間是機(jī)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(jī)器靈活性，并希望縮短生產(chǎn)期限和實現(xiàn)快速生產(chǎn)轉(zhuǎn)換的要求，通常使用伺服機(jī)構(gòu)。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(yīng)用中包含多個噴墨頭，每個噴墨頭對應(yīng)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(zhǔn)。 其它類型的運動在印刷應(yīng)用中也不少見，例如用于在機(jī)器維護(hù)和產(chǎn)品切換中將噴墨頭移進(jìn)和移出的調(diào)整軸。

典型的印刷應(yīng)用需要使用多種運動控制部件，包括編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器等反饋部件、伺服電機(jī)、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(zhuǎn)從軸與線性卷筒紙接觸的紙品加工應(yīng)用。

運動控制中存在的主要問題

在印刷應(yīng)用中實現(xiàn)運動控制存在幾個問題

首先是當(dāng)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(zhì)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(guān)系是二者之間的一個傳動比，此外還有一個位置同步關(guān)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(dāng)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(guān)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(biāo)簽的印刷速度通常為 300-1000 FPM，在塑料上進(jìn)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(jìn)行中央壓印滾筒式柔印的速度可超過 3000 FPM。

當(dāng)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(fù)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(jī)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(yīng)用還需要進(jìn)行定位，而不同定位的差異是很大的。最佳定位應(yīng)在 0.0005 英寸范圍內(nèi)，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(jìn)行調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償卷筒紙上定位標(biāo)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(zhǔn)，以使最后的印刷圖案具有良好質(zhì)量。

根據(jù)產(chǎn)品長度的全部范圍來設(shè)計電機(jī)/放大器的組合也很重要。 設(shè)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(shè)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(jī)/放大器組合。 力和扭矩隨機(jī)器規(guī)格尺寸變化很大，負(fù)荷慣性也隨設(shè)計而不同。 運動控制部件的設(shè)計要滿足 10:1 至 200:1 的慣性不匹配。

如何應(yīng)用運動控制技術(shù)改進(jìn)印刷的印前與印后，并在可能時進(jìn)行定量

高速的產(chǎn)品定位對于印刷的成功至關(guān)重要。要做到高速定位，需要對驅(qū)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(biāo)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(biāo)記之間的實際距離。即該距離與標(biāo)記之間的理論距離進(jìn)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(biāo)記到應(yīng)用校正量所需的時間對于生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品十分重要。這個時間完全取決于用于該應(yīng)用的運動控制器，也會因所用技術(shù)受到影響（例如，一些數(shù)字運動控制網(wǎng)絡(luò)具有一個必須進(jìn)行補(bǔ)償?shù)妮斔蜏螅谀承?yīng)用中可能是無法接受的）。 在某些應(yīng)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(jìn)行平均，對校正量進(jìn)行過濾，或要求在運動曲線的某些段不應(yīng)用校正量。 運動控制器還應(yīng)能夠恰當(dāng)處理卷筒紙拼接以及缺失的定位標(biāo)記。

典型的基礎(chǔ)配置 10 色印刷機(jī)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(jī)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(yīng)對特殊任務(wù)，提供無限的可變重復(fù)。 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(fù)長度。

這些改進(jìn)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(dá)到更高的速度。印刷機(jī)從一個任務(wù)切換到下一個任務(wù)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(qū)動裝置定位系統(tǒng)的機(jī)械手對切換時間有很大影響。在應(yīng)用中，由于整個控制系統(tǒng)提供了更佳診斷信息，機(jī)器生產(chǎn)時間得以延長。