不干胶商标印刷机数控系统的研制.pdf

华南理工大学学报(自然科学版)
第37卷第8期
Journal of South China University of Technology
Vol 37 No8
2009年8月
Natural Science Edition
Aug
ust
文章编号:1000565X(2009)08-0008-04
不干胶商标印刷机数控系统的研制
吴上生何灿峰王晶
(华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640)
摘要:通过对不千胶商标印刷机工作特点和工作过程的分析,提出了一种以AVR系列
的 Atmega128单片机为管理CPU、通过总线控制专用运动控制芯片PCL6045B驱动伺服
电机工作的不千胶商标印刷机数控系统,谟系统采用专用运动控制芯片+微处理器的双
CPU结构,系统抗干扰能力强、控制方便,容易实现不千胶商标印刷机高速定位、高精度
定位的要求,在该系统上可以进行高速、高精度的定长印刷和追踪色标印刷,送纸、收纸、
模切、排废可同步进行
关健词:不干胶商标;印刷机;单片机;计算机数控系统
中图分类号:TP27.4
文献标识码:A
不干胶商标印刷属于特种印刷,一般情况下其系统送一开关信号,数控系统在接收到传感器信号
印剧和印后加工在印刷机上一次完成,即多道加工后,控制伺服电机转动一定角度,拉纸头将不干胶纸
工序在一台机器的不同工位上完成,只有各印刷加带拉动一段长度.与此同时,主马达通过一组四杆机
工工位配合协调、各部件工作精度高,才能生产出合构驱动印刷部的斜背绕定轴往复摆动主马达每转
格的标签.不干胶商标印刷机控制系统是协调印刷一圈,拉纸头在伺服电机驱动下高速启动,将不干胶
加工各工位、实现要求印刷精度的关键部件.文中在纸带拉动一段长度,斜背绕定轴往复摆动一次,完成
充分分析不干胶商标印刷特点的基础上,研制出了一次印刷,最高印刷速度达4张/秒
一套以AVR系列的 Atmega128单片机为管理
CPU的不干胶商标印刷机数控系统,在该系统上可
控
印刷部
排废」面板
以进行高速高精度的定长印刷和追踪色标印刷,送
不干胶纸带
纸、收纸、模切、排废可同步进行
送纸部
模切部
拉纸头
切纸机
1不干胶商标印刷机的工作原理及基N
马达
本结构
图1所示为典型的斜背式不干胶商标印刷机结
构示意图,由送纸部、印刷部、模切部、主马达、拉纸
图1不干胶商标印刷机基本结构
头、排废机构、切纸机、数控系统等部分组成,拉纸头
Fig. I Basic structure of self-adhesive label-printing press
由何服电机和高精度减速器驱动转动,带动不干胶2不干胶商标印刷机数控系统的设计
纸带向前移动
其工作过程为:启动机器,主马达工作,与主马2.1印刷机数控系统方案
达相连的传感器随马达一起转动,每转一圈向数控
不干胶商标印刷机要在一张不干胶商标上完成
收稱日期:2009-01-08
基金项?:国家自然科学基金资助项目(50605023)
作者简介:吴上生(1963-),男,博士,副教授,主要从事精密机械设计及制造、机电一体化技术等的研究,E-mail; shshwu(@
万方数据
第8期
吴上生等:不干胶商标印刷机数控系统的硏制
多种颜色印刷,各种颜色之间套印精度要求非常高,2.2.1管理CPU
印刷速度达4张/秒,位置误差一般在0.03mm左
Atmega128单片机是一款基于AVR单片机增
右.这对于一卷长达800m的柔性不干胶商标纸带强型ISC结构的低功耗CMOS8位微控制器,通过
来说,在快速启停的印刷过程中要使每张不干胶商在一个时钟周期内执行强大的指令, Atmega128单
标达到套印精度要求,难度非常大
片机可以获得接近 I MIPS/MHz的性能.AVR单片
不干胶商标印刷机工作分为定长印刷控制和追机将丰富的指令集和32个通用寄存器结合在一起,
踪色标印刷控制两个部分.定长印刷控制是指每次所有的工作寄存器都直接与算术逻辑单元(ALU)
印刷的长度是固定的,追踪色标印刷控制是指将前直接相连,允许在一个时钟周期内执行的单条指令
一次印刷过的商标再次印刷,套印上其他颜色的图中两个独立的寄存器同时被访问,这种结构提高了
案.考虑到柔性不干胶纸带是在拉纸头高速转动和代码效率,比普通CSC结构单片机要快将近10倍.
停止过程中间歇式向前拉动的,柔性不干胶纸带运 Atmega128主要完成与触摸屏的通信,各种指令的
动的平稳性将直接决定各种颜色之间的套印精度,解释、处理和执行,编码信号和开关量信号的采集和
而驱动拉纸头的伺服系统和数控系统是影响柔性不智能控制?
干胶纸带运动平稳性的核心技术
2.2.2专用运动控制芯片
根据上述情况,文中提出一种双CPU结构的不干
PCI6045B是一款CMOS大规模集成电路芯
胶商标印刷机数控系统,以AVR系列的 Atmega_128片.具备数控系统所需的完整的外围接口,包括驱动
单片机为管理CPU,专用运动控制芯片PCL6045B步进马达和伺服马达所需的高速脉冲、返回位置、速
通过总线接收CPU命令驱动伺服电机转动,配备大度信号的光电编码器接口、手持脉冲发生器、机械位
屏幕ICD触摸屏,设置有通信电路,可与PC机相连置及伺服驱动器O信号接口.通过PCL6045B可
进行串行通信2?.该系统的组成如图2所示
实现一到四轴的运动控制功能,包括连续进给、定
位、匀速回零、线性加/减速、S曲线加/减速,二到四
指令
手轮输入电
手轮脉冲
轴直线插补以及任何两轴之间的圆弧插补.
RTm国数据」「返动14轴
触
单中断!「限动
伺机
PCL6045B可与8位或16位CPU连接.CPU通过对
摸
接门
驱动器
PCL6045B内部寄存器读写操作,实现CPU与
屏
6045B
5B之间的数据交换,及对运动轴和外围接口
编码输?「逻辑挖
进行参数化控制.PCL645B外围电路如图3所示
232口
电路
及l/O接口
码信开关量信
解码引?cLK
机械接口
图2不干胶商标印刷机数控系统框架
电路
光し伺服驱动
Fig 2 Configuration of NC system of self-adhesive label-print-
AI-A4
器O接口
DODIS
Ing press
编码信导
128
TLP[脉冲
何服
整个数控系统划分为:(1)人机交互界面模块;
中断挖LWRQ
方向
驱动
(2)以AVR系列的 Atmega128单片机为核心的管
制电路
INT
RD
理CPU模块;(3)以专用运动控制芯片PCL6045B
WR
手轮输入
为控制中心的运动控制模块;(4)接口模块(伺服装
图3PCI6045B外围电路
置接口和触摸屏接口等).这些模块虽然具有一定
Fig 3 Periphery circu