运动控制将墨水放到纸上

从杂志和名片到纸盒和包装，印刷是活得好好的。今天的印刷机已经超越了纸张，在从薄纸到塑料薄膜的所有东西的网上印刷文字和图形。印刷机可容纳多达100个轴，所有轴都必须精确同步，以保持卷筒纸张力和印刷套印。为了保持同步?运动控制。

该公司应用工程总监雷•塞弗特(Ray Seifert)表示:“现代机器将它用于从卷筒纸张力控制到转动打印头和墨辊的一切事情。Baumuller Inc.(康涅狄格州布卢姆菲尔德)。传统的机械设计典型的特点是与主传动轴连接的齿轮箱，以同步滚子或使它们按比例速度运行。这种系统需要机械调整，这需要时间，而且从改变卷筒纸厚度到校正配准，通常都需要停机。塞弗特说:“通过使用一个虚拟的电子传动轴，可以很容易地实现同步运动。”伺服电机和步进电机系统的运动控制不仅同步辊，他们纠正印刷配准和加速一切从类型的卷筒材料的颜色在设计中使用的数量。

胜利胜利
今天的印刷大多采用柔版印刷技术，即用一个带有正版图像的柔性橡胶或聚合物版包裹在一个称为版筒的辊子上。另外一组滚筒将油墨从贮水池转移到印版滚筒上。当卷筒纸在印版滚筒与其相反的印模滚筒之间运行时，印版滚筒柔性表面上的文字和图像转移到卷筒纸表面。

在标准的四色印刷过程中，每种颜色（青色，品红色，黄色和黑色）通常在单独的印刷模块中应用于其自己的墨水储存器，转印辊，板式圆筒和印模滚筒。添加到那种情况下，滚轮将网上送入机器并保持整个过程中的张力，很容易看出一些报纸印刷机如何具有数十个轴。

为了让这一切开始，一个进料缸从一个退卷机拉出卷筒，并把它送入机器的其他辊中。除了打印模块中的圆柱体外，其他的支撑网页，并确保它顺利移动。用于谷物包装盒的轻型纸板相当坚固，但对于薄纸和塑料薄膜等易碎材料，张力控制至关重要。

“Web张紧控制是质量印刷过程的巨大部分，”Seifert说。“也需要通过运动控制进行。选择每2毫秒或4毫秒或任何循环通信速率，您的主控制将位置命令提供给设备。实际上通过机器将网页拉的线路的夹卷滚子将耗尽主命令，并且将同步运行，但逐步逐步地延伸，以保持所需的张力。“

“我们使用电子线路朝向内部生成的主信号或像上游机器上的编码器的外部信号同步，”高级应用工程师Brian Schmidt说：Brian Schmidt说博世雷克斯罗斯AG（霍夫曼庄园，伊利诺伊州）。“进给轴与该信号同步，使辊的速度正确是正确的，但是在那个基本速度之上，还存在一些校正以保持张力。”

虽然设计似乎最适合集中控制架构，但高轴计数可以导致菊花链式控制器或PLC的混合架构。“在我们的系统上，我们确实具有相当分布式的控制概念，”施密特说。“我们的控件可以在一个控制器上协调多达64个轴，但如果您有100个轴的机器，那么您肯定需要多个控制器。当然，有一个中心的控制点，将一切联系在一起，“他补充道。

张力调节的反馈可以来自称重传感器，但是优选的解决方案是一种称为舞者的气动滚子臂，其施加在腹板下侧的相对辊上的压力，并根据网是否移动太快或移动时转移位置太慢了。舞者通过它施加的力建立了张力，同时它为舞者控制提供了反馈，速度或减慢了进入舞者稳定的速度。通过平衡舞者施加的力，系统都控制舞者位置并间接控制卷筒纸张力。“我们在基准速度的顶部添加或减去一些速度，以便保持张力或舞者设定点，”Schmidt说。“您可以参数化以确定控制器将如何响应于对张力或舞者位置所看到的错误进行反应。”舞者还可以吸收一定量的张力扰动。

每个基板材料呈现不同的张力要求，这意味着调节基速，以及次级控制环上的增益。电子轴系提供了这样的优势，即该参数一旦建立，可以存储以用于将来的检索。运动控制的灵活性还允许操作员在和离线上和离线移动各种打印模块，具体取决于他们所需的设计。一个看似单色的蓝色设计可能需要青色，洋红色和黑色，而另一个可能只需要青色和黑色。运动控制使这种转换简单快捷。

Flex因素
当然，灵活性并不总是件好事。通过电动机耦合引入的间隙或海绵状能够引入张力问题。无框架电机方法提供了一种解决方案。代替传统的电动机轴连接到汽缸以驱动它，环轴承永磁体连接到圆柱体上。安装在机器底盘上的定子围绕该环;本质上，机器本身的元素成为电机。

通过消除对联轴器的需求，这种设计具有更大的刚度。“通常，电机和负荷之间的耦合是我们如何控制伺服的限制因素，因为它增加了一定的弹性，”Schmidt说。“当我们从等式中取出那个弹簧时，我们能够在伺服控制循环上获得更高的收益。我们基本上可以通过幅度增加到增益，这导致动态范围更高和准确性。“

缺点是无框架的方法需要OEM机器生成器付出更多的努力。他们必须设计负载——在这种情况下，是气缸——使它的一部分适合转子。负载也需要一个轴承，尽管传统的轴承没有约束要求电机。机器设计者还需要增加一个反馈装置，以及一个外壳周围的定子元件。更换一个电机不再像拆下四个螺栓并安装一个新部件那么简单。也就是说，应用程序的性能要求可能值得额外的努力。

“直接驱动电机可以应用于打印缸并让我们控制该气缸的表面，以精确率超过千寸，”施密特说。一些印刷机围绕一种常见的印象辊设计，可以大至10英尺的直径。即使在这种汽缸上的角速度下的小纹波也可能有大的反响，使无框架接近是一个有价值的权衡。“如果我们拿出齿轮火车并从那里耦合并放入其中一个直接驱动电机中，我们已经提高了速度平滑，”施密特说。“这辊是纸张作为其印刷包裹的表面，因此可以使用滚筒转动的速度更平滑，更好的打印注册。”

注册回复
印刷配准——不同颜色印刷辊的同步——是高质量印刷的一个关键属性。与其让主运动系统来执行这个任务，配准调整通常由一个额外的运动系统来处理，例如步进电机系统。塞弗特说:“这是一个更低的带宽。”“你不需要进行高速更新。一旦你注册了机器，它就会同步运行。”因此，许多机器使用不同的现场总线运行注册系统，而不是同步辊。他继续说道:“步进电机通过差动变速箱与打印气缸相耦合，这样你就有了一个同步运行的master来给你同步的速度，然后你就可以用这个步进电机以更低的速度进行相位调整。”“它只是通过这个变速箱增加速度，使它进入相位。”

当然，印刷机还能完成其他任务，比如切割成品。在那里,观察者控制或速度馈送前进/加速度前馈技术可以进一步最小化速度纹波。“它通常不会太大，恒定的速度差距是印刷圆筒的恒定速度，但我们有应用程序在我们运行电子凸轮，这些应用程序必须加速和放慢速度，”施密特说。“例如，旋转刀具将是一个带有某种刀子或模具图案的气缸。我们希望能够用它削减一定程度的产品。为了做到这一点，我们运行一个电子凸轮，在它不与网上接触的时间内加速或减速，以便及时返回下一个切割。“

作为一个整体，运动控制正在为印刷带来大益处。“电子朝向可以灵活地添加颜色，以便只需根据需要运行尽可能多的轴，”Seifert说。“伺服弹奏的实施是什么，我们现在是我们的柔版打印过程真正竞争质量的偏移打印过程的地方。”所以下次在早餐时阅读你的可可吹箱的背面，知道你有运动控制要感谢它。