一种印刷辊定位信息采集与偏差补偿方法与流程

本发明涉及信息，尤其涉及一种印刷辊定位信息采集与偏差补偿方法。

背景技术：

1、在现代高速印刷生产中，多层套印需所有印刷辊上的同一套图案必须在承印物的同一位置精确重合；要实现精确套印，首先必须让设备知道每一根印刷辊在旋转过程中的定位标记，这个时刻的获取，依赖安装在印刷辊附近的光电传感装置发出一束光照射到印刷辊表面，并接收从标记区域反射回来的光线，根据反射光强度的突变来判断标记边沿。一旦定位标记的边沿通过检测点，反射光信号会发生从亮到暗或从暗到亮的跳变，依据这个跳变时刻计算出各印刷辊之间的相对位置偏差，并实时调整辊速或相位，以保证套印精度。随着印刷速度不断提升，印刷辊的转速越来越快，定位标记边沿通过检测点的时间窗口被大幅缩短，光电传感装置必须在极短时间内准确捕捉到反射光的跳变沿，否则获得的定位时刻就会滞后或模糊，进而导致套印补偿动作失准。然而在实际工况中，印刷辊表面覆盖着不同厚度的油墨层，油墨层具有较强的镜面反光特性，会将入射光沿反射角方向集中反射出去。而定位标记本身通常是采用哑光或粗糙表面材质，依靠漫反射来形成边沿跳变信号。光电传感装置需依靠接收来自标记区域的漫反射光，才能识别出标记与周围油墨面之间的亮度差异，从而形成边沿跳变信号。目前多数采集方案采用出厂设定好的固定光轴角度和固定的边沿判定门槛，光轴角度是指传感装置发出的入射光束中心线与印刷辊表面法线之间的夹角，未能考虑不同辊径、不同油墨批次以及运行过程中辊面状态的变化，导致同一套装置在换辊或换料后信号质量出现明显起伏，边沿判定时刻漂移，套印偏差随之被逐步放大。直觉把传感光轴从垂直辊面改成偏离法线的倾斜角度，就能让油墨镜面反光避开接收窗口，使油墨层的强烈镜面反射光沿着反射角方向偏转出去，从而避开接收窗口，这样进入探头的就主要只剩下从标记区域发出的漫反射光，信号中干扰成分减少，边沿似乎就会更清晰、更锐利。但辊面是弧面，光线一旦倾斜，投射到弧面上的光斑就会被沿曲率方向拉长，原本清晰的亮暗边界变成一段缓慢过渡的模糊带，标记边沿变得模糊，跳变时刻难以准确锁定；同一个增大倾角的动作，在抑制反光上是收益，在保持边沿锐利上却是损失，两者在同一套装置里同时发生，方向恰好相反。如，当生产线由小直径印刷辊切换到大直径印刷辊时，为了压制新辊面上更明显的镜面反光，装置往往需要更大的倾角，倾角加大导致光斑拉长效应更加显著，采集到的标记边沿从原本几十微秒的陡峭跳变，被展宽为一段起伏平缓的斜坡，触发电路若依旧用原来的固定门槛去判定边沿到达时刻；而固定门槛值对应的位置在斜坡上会因信号噪声或幅度波动而左右移动，导致判定时刻就会提前或滞后，偏差补偿模块拿到的是一个被扭曲的定位时刻，认为辊间相位偏差已经偏离，于是输出反向的转速调整指令，但因为这个定位时刻本身就不准确，调整后的实际套印偏差不但没有减小，反而会越来越大。

技术实现思路

1、本发明提供了一种印刷辊定位信息采集与偏差补偿方法，主要包括：

2、获取印刷辊辊径、表面粗糙度及旋转方向，以编码器零位脉冲建立辊面周向定位原点；

3、在色标标记区域连续采集第一光电信号，同步记录转速、时间索引及编码器角度索引，将信号分解为镜面反射分量和漫反射分量，映射至实际弧段位置并确定光斑拉长长度；

4、光斑拉长长度超出预设长度门槛时，截取对应弧段的光电信号，对相邻采样值差分并提取变化率极值位置，生成带有边沿位置索引的第二光电信号；

5、按照第二光电信号对应弧段的曲率对边沿模糊宽度自适应区间聚类划分，结合表面粗糙度为每个宽度变化区间设定动态评估门槛；

6、利用边沿位置索引选取动态评估门槛，对所述第二光电信号执行离群点剔除与滑动窗口平滑，获得保留边沿跳变的第三光电信号；

7、将第三光电信号与动态评估门槛比对，识别首个连续越过门槛的采样点集合，以起始点时间索引作为目标跳变时刻，依据编码器角度索引确定目标转角，与预设定位时刻作差得到时间偏移量；

8、基于时间偏移量，结合旋转方向确定周向补偿距离，生成印版周向位置偏差补偿指令。

9、进一步的，所述获取印刷辊辊径、表面粗糙度及旋转方向，以编码器零位脉冲建立辊面周向定位原点，包括：

10、通过接触式测量装置获取辊径，采用表面轮廓仪采集辊面糙度参数，读取驱动电机反馈信号得到旋转方向；以零位脉冲上升沿对应的辊面角度位置作为周向定位原点并对辊面弧长进行角度索引编码。

11、进一步的，所述在色标标记区域连续采集第一光电信号，同步记录转速、时间索引及编码器角度索引，将信号分解为镜面反射分量和漫反射分量，映射至实际弧段位置并确定光斑拉长长度，包括：

12、在色标标记区域布置光电探头采集反射光强度形成第一光电信号，同步读取转速、时间戳与角度索引；依据窄峰高幅与宽峰低幅的波形差异分离出镜面反射分量与漫反射分量并映射至实际弧段位置；标定镜面反射分量与漫反射分量两分量主导关系切换的首采样点与尾采样点，确定出光斑拉长长度。

13、进一步的，所述标定两分量主导关系切换的首采样点与尾采样点，确定出光斑拉长长度，包括：

14、沿印刷辊旋转方向对镜面反射分量与漫反射分量逐采样点判定主导关系，镜面反射分量幅值大于漫反射分量的采样点标记为镜面主导，漫反射分量幅值大于镜面反射分量的采样点标记为漫反射主导；捕捉由镜面主导切换为漫反射主导的采样点作为首采样点，由漫反射主导切换回镜面主导的采样点作为尾采样点，回溯首尾采样点各自的实际弧段位置，确定出光斑拉长长度。

15、进一步的，所述光斑拉长长度超出预设长度门槛时，截取对应弧段的光电信号，对相邻采样值差分并提取变化率极值位置，生成带有边沿位置索引的第二光电信号，包括：

16、将光斑拉长长度与预设长度门槛数值比对，大于门槛时依据首尾采样点弧段位置划定的周向弧段范围，从第一光电信号截取落入范围内的采样点集合；对截取采样点执行一阶差分得到变化率序列，捕捉变化率绝对值最大的采样点位置作为变化率极值位置，变化率极值位置的角度索引与实际弧段位置记为边沿位置索引。

17、进一步的，所述按照第二光电信号对应弧段的曲率对边沿模糊宽度自适应区间聚类划分，结合表面粗糙度为每个宽度变化区间设定动态评估门槛，包括：

18、从第二光电信号提取每一采样点的实际弧段位置与边沿模糊宽度组成二维特征向量，采用k均值聚类沿模糊宽度维度划分区间并取均值作为聚类中心宽度；按表面粗糙度折算门槛偏置量，对聚类中心宽度叠加偏置量得到动态评估门槛。

19、进一步的，所述利用边沿位置索引选取动态评估门槛，对所述第二光电信号执行离群点剔除与滑动窗口平滑，获得保留边沿跳变的第三光电信号，包括：

20、读取边沿位置索引采样点绑定的边沿模糊宽度，按上下边界归属比对划归至相应宽度变化区间，调取相应宽度变化区间动态评估门槛折算为幅值判定门槛；沿旋转方向遍历第二光电信号，采样点幅值与前后邻近采样点中位数之差绝对值超门槛时判定为离群点并以中位数替代；对剔除后信号执行滑动窗口平滑，窗口宽度按所属区间聚类中心宽度除以采样间隔取整，边沿位置索引采样点的原始幅值不参与均值替代。

21、进一步的，所述将第三光电信号与动态评估门槛比对，识别首个连续越过门槛的采样点集合，以起始点时间索引作为目标跳变时刻，依据编码器角度索引确定目标转角，与预设定位时刻作差得到时间偏移量，包括：

22、将平滑后幅值与所属区间折算的幅值判定门槛比较并标记越过状态，遍历带越过标记的采样点序列，捕捉首个连续三个以上采样点均越过门槛的集合，以最前采样点为起始点，读取起始点时间索引与角度索引，换算得到相对周向定位原点的目标转角。

23、进一步的，所述基于时间偏移量，结合旋转方向确定周向补偿距离，生成印版周向位置偏差补偿指令，包括：

24、从伺服驱动器读取印刷辊当前瞬时转速，从辊面初始参数集合调取辊径，按辊径二分之一乘以瞬时转速对应角速度换算得到辊面周向线速度，将时间偏移量与周向线速度相乘得到色标标记边沿偏离预设定位位置的周向套印位置偏移量。

25、进一步的，所述将时间偏移量与周向线速度相乘得到色标标记边沿偏离预设定位位置的周向套印位置偏移量之后，包括：

26、将周向套印位置偏移量取相反数作为pid当前偏差输入，按比例、积分与微分系数分别乘以当前偏差、偏差累积量与偏差变化量求和得到pid补偿输出值，按旋转方向确定周向补偿距离；依据周向补偿距离生成补偿指令送入伺服控制接口，把目标转角与角度增量叠加、目标跳变时刻与时间增量叠加后写入下一周期定位基准寄存器。

27、本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

28、本发明公开了一种印刷辊定位信息采集与偏差补偿方法，针对印刷过程中因辊面几何特性与光斑拉长效应导致色标边沿定位不准、周向套印偏差难以精确修正的核心问题，提出了一套从信号采集到偏差闭环补偿的完整解决方案。本发明以编码器零位脉冲建立辊面周向定位原点，将光电信号中的镜面反射分量与漫反射分量分离并映射至实际弧段位置，通过标定两分量主导关系切换的首尾采样点来量化光斑拉长长度，从而有效消除光斑形变对边沿识别的干扰。在此基础上，本发明依据弧段曲率与辊面粗糙度自适应划分边沿模糊区间并动态设定评估门槛，结合离群点剔除与滑动窗口平滑处理，精准锁定首个连续越过门槛的目标跳变时刻，再借助编码器角度索引确定目标转角，将时间偏移量结合当前转速与辊径转换为周向套印位置偏移量，经pid补偿生成偏差补偿指令并将结果注入下一印刷周期定位基准，实现了周向套印偏差的高精度自适应闭环修正。