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凹印机印刷过程中张力控制的类型及应用
2006年6月2日 9:14  来源:陕西北人
    近几年来,随着凹印机套色控制技术智能化、自动化的迅猛发展,国内一些高档电脑套色凹印机均已采用了微型计算机控制系统。另外,与之相适应的一种崭新的高精度、可重复的张力控制技术也取得了重大突破。这种先进的张力控制系统采用了PLC的可编程控制器进行整机控制,触摸式电脑屏人机界面操作,自动化程度高,操作简便,全方位参数设置,具有可操作性,高稳定性和耐久性优点。因此,由于两者的同步发展,现代凹印机大大提高了印刷品质量。

    一、影响凹印机张力控制的几个因素

    凹印机的张力控制系统实质上是一种输入量按某种可调节的衰减规律而变化的特殊的随动系统。张力的控制可以说是整机控制的核心。只要张力控制稳定,张力变化小,凹印机的套色精度和废品率就很容易控制。

    因此,要想确保凹印质量和效率必须配备功能完善的张力控制系统。然而,在印刷过程中,使凹印机张力产生波动和变化的因素往往比较复杂,其主要影响因素大致有如下几个方面:

    1.凹印机料卷在收、放卷过程中,收卷和放卷直径是不断变化的,直径的变化必须会引起料带张力的变化。放卷在制动力矩不变的情况下,直径减少,张力将随之增大。而收卷则相反,如果收卷力矩不变时,随着收卷直径增大,张力将减少。这是凹印机的固有特性所决定的,也是引起料带张力变化的主要因素之一。

    2.凹印机各主要构件如底座、墙板、导辊等的制造精度和装配精度存在偏差。例如底座组装的平面度和直线度,墙板与底座组装的垂直度以及各版辊、导辊组装的水平度和它们相互之间的平行度,它们各自的跳动量偏差,质量动静平衡偏差等等,都要求十分严格。否则料带在版辊和众多导辊上运行时,料带上的张力就会随之发生微小变化。最终就会反映到整台机上,导致张力产生无规律变化。另外,凹印机主传动系统中的各齿轮、减速箱应做到无间隙精密传动,确保各印刷单元的版辊同步运转,如果印刷过程中引起传动同步误差,也势必使各印刷单元的张力产生变化。

    3.料带内在材质的不均匀性。如材料弹性模量的波动,材料厚度沿宽度、长度方向变化等,料卷的质量偏心,以及生产环境温度、湿度变化,都会对整机的张力波动带来微妙的影响。  

    4.凹印机在不停机自动接换料过程中,接料和断料都会使整机原已稳定的张力突然产生干扰变化。设备运行速度愈高,干扰就愈大。此时,张力控制系统应当能迅速地根据料带张力干扰情况自动地随机进行调整,使张力及时地恢复原来的稳定状态。

    二、凹印机张力控制的类型、检测方式及应用

    1.张力控制的主要类型和特点

    张力控制是指能够持久地控制料带在设备上输送时的张力的能力。这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效,包括机器的加速、减速和匀速。即使在紧急停车情况下,它也有能力保证料带不产生丝毫破损。凹印机张力控制基本上分手动张力控制,开环式半自动张力控制和闭环式全自动张力控制三大类。手动张力控制就是在收卷或放卷过程中,当卷径变化到某一阶段,由操作者调节手动电源装置,从而达到控制张力的目的。不过现代凹印机手动张力控制系统已基本被淘汰,而仅仅作为闭环式全自动张力控制系统中的一种操作模式存在。开环式半自动张力控制又称卷径检测式张力控制,它是用安装在卷轴处的接近开关、检测出卷轴的转速,并通过所设定的卷轴直径初始值和材料厚度,累积计算求得收卷或放卷筒当前的直径,相应卷径的变化输出控制信号,以控制收卷转矩或放卷制动转矩,从而调整料带的张力。因为卷轴每转一圈,卷径会发生2倍于料带厚度的变化。此种张力控制不受外界剌激的影响,能实行稳定的张力控制。但是,由于受传动装置的转矩变化、线性变化和机械损耗等因素影响,这种张力控制的绝对精度较差。闭环式全自动张力控制是由张力传感器直接测定料带的实际张力值,然后把张力数据转换成张力信号反馈回张力控制器,通过此信号与控制器预先设定的张力值对比,计算出控制信号,自动控制执行单元则使实际张力值与预设张力值相等,以达到张力稳定目的。它是目前较为先进的张力控制方法。另外,在我国制造和销售的中、高档印刷机张力控制系统中,由于更高的印刷速度及生产工艺对张力控制提出了更高的要求,使得磁粉离合器已不能胜任该类系统的执行单元。因此在现代凹印机、高速分切机、高速涂布复合机中已被交、直流伺服电机执行单元所取代,实现了更加先进的张力伺服控制。 

    如果你的机器需要非常精确的张力控制,你必须采用闭环式全自动张力控制。其中一个很重要的环节就是如何合理地选择张力检测方式。目前,张力检测方式基本上分三种: 
   
    ①张力传感器(load cell)测方式:它是对张力直接进行检测,与机械紧密地结合在一起,没有移动部件的检测方式。通常两个传感器配对使用,将它们装在检测导辊两侧的端轴上(如图1所示(详见杂志))。料带通过检测导辊施加负载,使张力传感器敏感元件产生位移或变形,从而检测出实际张力值,并将此张力数据转换成张力信号反馈给张力控制器。最终实现张力闭环控制。市场上弹力传感器的类型较多,经常采用的有板簧式微位移张力传感器(如日本三菱LX-TD型),应变电阻片张力传感器(如美国蒙特福T系列)和压磁式张力传感器(如中国ABB枕式系列)等等。其优点是检测范围宽,响应速度快,线性好。缺点是不能吸收张力的峰值,机械的加减速难以处理,不容易实现高速切换卷等。因此,当处于平衡状态的张力控制系统受到较强的干扰时,系统瞬间来不及作出反应,料带上张力变化的幅度值会较大,对张力控制尽快重新进入平衡状态不利。

    ②浮辊式(Dancer Arm)张力检测方式:(如图2所示(详见杂志))它是一种间接的张力检测方式,实质上是一种位置控制,当张力稳定时,料带上的张力与气缸作用力保持平衡,使浮辊处于中央位置。当张力发生变化时,张力与气缸作用力的平衡被破坏,浮辊位置会上升或下降,此时摆杆将绕M点转动并带动浮辊电位器一起转动。这样,浮辊电位器准确地检测出浮辊位置的变化,它将以位置信号反馈给张力控制器,控制器经过计算并输出控制信号,控制伺服驱动系统进行纠偏。然后浮辊恢复到原来的平衡位置。由于浮辊式张力检测装置本身是一种储能结构,利用其自身的沉余作用,对大范围的张力跳变有良好的吸收缓冲作用,同时也能减弱料卷的偏心(椭圆)以及速度变化对张力的影响。此系统要求气缸磨擦系数小,响应速度快,气源稳定。浮辊和摆杆的重量要轻,转动要灵活。
  
    ③浮辊/反馈复合式张力检测方式:它可同时检测由浮辊电位器输出的浮辊位置信号和张力传感器输出的张力信号,从而可向系统提供更高精度的张力控制。其特点是:它不但具有浮辊控制对大范围张力跳变的吸收或缓冲功能,而且还对机器加、减速时有很好的缓冲平稳作用,并容易实现高速切换卷。具有张力传感器闭环控制的高精度、高重复性的特点。例如美国蒙特福(MONTALVO)公司的X/D3000型浮辊/反馈复合式张力控制装置就属于该种类型。  

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