报纸嵌入式数码印刷设计的纵向定位控制

　　报纸嵌入式数码印刷设计是指报纸在传统的轮转胶印基础上嵌入数字喷墨印刷设计技术，实现报纸版面指定位置的图文内容可变。因此，对高速进行中的纸带（印刷设计速度5万份/小时以上，即7.6米/秒以上）进行精确测距，从而进行准确喷印是报纸嵌入式数码印刷设计的先决条件。

　　功能概述

　　外部测速编码器通过测速轮与纸带接触，对高速运行的纸带速度进行采样，再将速度信息转换成脉冲信号。此脉冲信号通过数据采集卡的过滤、整定后，变换成计算机能接收和处理的数字信号，并通过并行总线发送回计算机。软件通过分析、计算这些脉冲信号，将这些脉冲信号转换成纸带的距离信息。系统再通过设置和检测零刻度标记作为起始点，便可精确地对报纸版面沿行进方向（纵向）进行长度定位。通过与数码喷墨装置的交互式控制，将可变图文精确喷印在报纸版面上的指定位置。整体的位置精度可以达到微米级别，完全能满足报纸的套印要求。

　　纵向测距及定位控制

　　测距的主要原理是通过对采样脉冲的计数，然后再根据编码器的分辨率，测算出每个脉冲对应的实际距离，就可以将距离的测量转换为对脉冲的计数。

　　从原理上来讲，计算与编码器连接的码盘周长时，可以通过测量其直径并乘以圆周率来得到，但由于直径测量误差和圆周率代入位数的限制，往往会存在一定误差，所以实际操作中采用标记的方式，用卡尺精确测量出码盘旋转一周也就是编码器旋转一周时纸带走过的直线距离L，再除以编码器一圈的刻线数，即编码器旋转一周发出的脉冲数目N，得到每个脉冲对应的实际距离为D，计算公式为：D=L/N (单位：mm)

　　为了获得较好的测距精度，深圳报业集团印务有限公司选用了高分辨率的增量式光栅编码器，分辨率为3000PPR。为了保证测量过程的稳定性，测量码盘的直径不能做得太大或太小，周长控制在254mm左右（经过精确测距，编码器每旋转一周对应的纸带直线距离约为253mm），所以每一个脉冲对应的实际距离为：253mm/3000≈0.084 mm。

　　从计算结果来看，定位的精度约为0.084 mm，根据报纸套印精度的要求，套印误差需小于25μm，也就是0.025mm。可见，常规条件下的定位精度远远达不到套印精度的要求，因此必须提高定位精度。如果对编码器的脉冲信号进行4倍频处理，定位精度可以提高至0.021mm，从而满足套印要求。

　　在自动控制系统中，可以通过设计印刷电路来实现倍频处理，而在本系统中是使用软件的方法来实现的。

　　
增量式光栅编码器实际是一种旋转式角位移检测装置，它根据轴所转过的角度，输出一系列脉冲，将机械转角变换成电脉冲，输出信号如图1、图2所示。

　　A、B两相信号是相位相差90°的正交方波脉冲串，每个脉冲代表被测对象旋转了一定的角度，A、B之间的相位关系则反映了被测对象的旋转方向，即当A相超前B相，转动方向为正转；当B相超前A相，转动方向为反转。Z信号是一个代表零位的脉冲信号，可用于调零、对位和重置计数器。由图1和图2可知，在脉冲周期内，A、B两相信号共产生4次变化，尽管T不确定，但由于A、B两相方波信号之间相位关系确定，使这4次变化在相位上能够平均分布。如果能充分利用这4次变化进行合理编程，就可以得到4倍频信号。

　　以编码器正转输出的情况来看，A相超前B相90°，所以，在一个完整周期内，A相电平相对于B相电平发生了4次变化，如以图1中的t1为起点记录，分别为t1(0 ，0)，t2(1 ，0)，t3(1 ，1)，t4(0 ，1)。编码器正转时A、B两相信号发生的变化如表1所示。

　　在实际的编程中，通过设计印刷一个倍频算法来实现：首先定义一个二进制数据变量P，用A相和B相的开关量对P逻辑位进行赋值，然后进行循环自减运算，如果Pi+1-Pi=0则不计数，如果Pi+1-Pi≠0则脉冲计数值S加1。其算法流程如图3所示。

　　完成脉冲和直线距离的换算并获得较高的距离分辨率是整个图文定位软件的基础，要真正实现将可变图文精确定位在指定的版面位置，还需要一个零刻度标记作为起始点。实际应用中，通过在报纸版面上设置一个黑色标记作为零刻度标记，然后通过黑标探头检测此黑色标记反馈给控制系统，系统一旦识别出黑标信号，便启动计数功能，达到主控制系统预先设定的可变图文喷墨点位置数值后，便立即向数码喷墨单元发送启动喷墨信号，数码喷墨单元便可将可变图文准确地喷印在预设的位置上。当检测到下一个黑标信号时，将计数值复位清零并重新启动计数测距功能，当计数测距值重新达到预设值时，再次向喷墨机构发送喷印启动信号，喷墨单元即可将下一个可变图文准确喷印在下一个报纸版面的对应位置上。

　　结语

　　本文提出了一种简单实用的报纸嵌入式数码印刷设计的纵向定位控制方法，其主要是通过软件来实现。通过设置黑标作为零刻度标记，通过设置编码器和脉冲4倍频处理等进行喷印定位计数，确保了喷印定位的准确性。从实际使用效果来看，能够充分满足喷墨定位控制的需要，定位精度符合要求。

　　但在实际应用中，可能会面对一些突发状况，比如黑标缺失或色弱导致无法检测、在正常的两个黑标之间出现额外的黑标信号等，这就需要进行差错控制，包括容错、防错及报警等。