一種基于CAN 總線的印刷檢測方式的研究

張 征，楚建安,田玉周，張 巖

（西安工程大學(xué) 電子信息學(xué)院，陜西 西安 710048）

在當(dāng)今發(fā)達(dá)的社會中，墻紙已經(jīng)普遍成為美化環(huán)境的裝飾，而隨著人們生活水平的提高，對墻紙的質(zhì)量和美觀程度的要求也越來越高。美觀程度越高，意味著印刷的套印花色也會越來越多，這對墻紙印刷的誤差檢測水平和控制精度的要求也越來越高。

在多套色墻紙印刷的過程中，我們可以觀察到，如果套印關(guān)系比較密切的花色之間存在著微小的誤差也容易被發(fā)現(xiàn)，而對于套印關(guān)系不是很密切的花色，即使是有誤差存在，也很難被觀察出來。但在一副圖案中并不是每一種花色都存在著密切的套印關(guān)系，因此，我們可以在相對碼檢測的基礎(chǔ)上對其中套印關(guān)系比較密切的花色之間采用絕對碼檢測來減小誤差的累積，而在傳統(tǒng)的主從式誤差檢測方式中，只能設(shè)置為其中某一色作為主色，而其他花色都對其進(jìn)行跟蹤，因此必須解決套印關(guān)系比較密切單元之間的通信問題[1]。文中簡要概述了誤差檢測的方式，論述了用自由碼檢測來提高印刷檢測精度原理和實現(xiàn)，設(shè)計了CAN總線通訊接口電路及分機(jī)板的地址設(shè)定,實現(xiàn)了根據(jù)套印關(guān)系，進(jìn)行色標(biāo)自由跟蹤檢測的設(shè)定，來提高印刷精度的自由碼誤差跟蹤檢測[2-3]。

1 壁紙印刷誤差檢測方式

1.1 傳統(tǒng)誤差檢測的方法

實際中常用的方法有兩種，一種是以第一色為基準(zhǔn)，或者以色標(biāo)中其中一色為基準(zhǔn)；另一種是后一色標(biāo)以前一個相鄰色為基準(zhǔn)，一色跟著一色進(jìn)行套色。第一種方法如圖1（a）所示，假設(shè)每個色標(biāo)都以第一色（黑色）為基準(zhǔn)，那么我們就要將各色的色標(biāo)都與黑色進(jìn)行對比，檢測計算出間隔大小，這種方法叫做絕對碼檢測。第二種方法是將前一相鄰色標(biāo)最為當(dāng)前色標(biāo)的基準(zhǔn)進(jìn)行比較，對兩相鄰色標(biāo)之間的光電編碼器脈沖個數(shù)計數(shù)，計算兩色標(biāo)間隔大小，這種方法叫做相對碼檢測，如圖 1(b)所示[4-6]。

如果采用相對碼檢測時，對于第一色所印的色標(biāo)，我們不需要進(jìn)行處理，只是對二色組以后的色標(biāo)進(jìn)行檢測。如果在第一個套色單元發(fā)現(xiàn)兩色標(biāo)間隔不是20.00 mm，調(diào)整二色組電機(jī)，那么就讓第二色色標(biāo)去跟蹤第一色色標(biāo)，使兩間距保持在20.00 mm。同理，第三色要跟隨第二色，以后色標(biāo)都會慢慢跟隨前一色。缺點是這種方法會帶來誤差的慢慢積累，假如每套色兩個色標(biāo)之間的誤差為+0.02 mm，那么到了第七色的時候，第七色與第一色的誤差大小就為+0.12 mm，這樣就會大于系統(tǒng)設(shè)計要求。如果最后進(jìn)行積累到誤差很大的情況下，那么印品就會出現(xiàn)嚴(yán)重的套色不準(zhǔn)現(xiàn)象。

圖1 相對碼和絕對碼在印刷檢測中的色標(biāo)排序Fig.1 The relative and absolute code in code color printing of Sort

而絕對碼檢測時，我們?nèi)圆粚Φ谝簧M(jìn)行處理，只是對第一套色以后的套色處理。如果第二套色檢測時，發(fā)現(xiàn)不是20.00 mm，那么就要對第二色進(jìn)行調(diào)整，即第二色要跟蹤第一色；而第三套色仍舊跟蹤第一色，第三套色的色標(biāo)與第一套色的色標(biāo)距離為40.00 mm，以此類推，下面的各色色標(biāo)始終跟蹤第一色的色標(biāo)。這樣，以后的色標(biāo)和第一色標(biāo)不會出現(xiàn)誤差累積的現(xiàn)象。同時，如果其它色都已經(jīng)套準(zhǔn)，而中間的兩個色標(biāo)沒有套準(zhǔn)，比如第三個色標(biāo)和第五個色標(biāo)，那么只需調(diào)整這兩個有誤差的套色控制單元即可，不用調(diào)節(jié)其他的控制單元。但是，采用絕對碼檢測的時候，絕對碼色標(biāo)檢測間隔與相對碼相比來說，間隔太長，比如第六個色標(biāo)相對第一個色標(biāo)，在料膜上的間隔達(dá)到100 mm，這樣長的間隔套色精度會受到各種因素的干擾而使控制變的更為復(fù)雜。因此，絕對碼檢測具有很多優(yōu)勢，但同樣有不足的地方。

1.2 自由碼檢測

基于上述采用相對碼檢測和絕對碼檢測各自的優(yōu)勢和存在的不足，這里我們提出了一種誤差檢測處理方法：自由碼檢測。即在檢測的時候我們可以根據(jù)需要，自由設(shè)定我們需要跟蹤的色標(biāo)作為基準(zhǔn)色標(biāo)，然后對其中套印關(guān)系比較密切的印刷單元之間的誤差進(jìn)行檢測。比如第3、4、5、6色印刷單元之間的套印關(guān)系比較密切，而與其它色印刷單元之間的套印關(guān)系不是很緊密，則在第四、第五和第六套色誤差檢測的時候，可以對第三套色的色標(biāo)進(jìn)行跟蹤，然后根據(jù)第三套色和第四套色，第三套色和第五套色，第三套色和第六套色之間的印刷誤差進(jìn)行調(diào)整。而其他沒有套印關(guān)系的花色，對前一色進(jìn)行跟蹤?，F(xiàn)假設(shè)有一種有套印關(guān)系的印刷產(chǎn)品如圖2所示。

假如第二套色與第一套色之間的距離，即色標(biāo)2與色標(biāo)1之間的距離為S1，則誤差△1為（S1-20.00）mm（誤差根據(jù)色標(biāo)超前滯后有正負(fù)之分）。如果有誤差，則對第二印刷單元的伺服電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，讓第二色色標(biāo)去跟蹤第一色色標(biāo)。

墻紙到達(dá)第三個印刷單元時，假如第三套色與第二套色之間的距離為S2，檢測到的誤差大小為△2，那么就應(yīng)該把△2作為第三單元的誤差進(jìn)行處理，讓第三色印刷單元與第二色之間進(jìn)行套準(zhǔn)。

圖2 壁紙印刷套色示意圖Fig.2 Schematic diagram of wallpaper printing color

而在進(jìn)行第四、第五和第六印刷單元色標(biāo)檢測時，可設(shè)定為對第三色進(jìn)行跟蹤,這時要用光電眼檢測出色標(biāo)4與色標(biāo)3，色標(biāo) 5與色標(biāo) 4，色標(biāo) 6與色標(biāo) 5之間的距離 S3、S4、S5，并把誤差△3=（S3-20.00）mm，△4=（S3+S4-40.00）mm,△5=（S3+S4+S5-60.00）mm作為第四、第五、第六套色的誤差值，并用套準(zhǔn)單元對誤差值進(jìn)行PID運算并進(jìn)行控制，實現(xiàn)第四、第五、第六套色對第三套色的跟蹤。

2 自由碼誤差檢測的實現(xiàn)

由于墻紙每個印刷單元都帶有一個分機(jī)板,分機(jī)板主要由以一塊 DSP（TMS320F2812）和一塊 FPGA（EP1CT100C8）組成。上述算法可用圖3所示系統(tǒng)原理圖表示[7-8]。

圖3 系統(tǒng)原理概圖Fig.3 The system principle sketch

在進(jìn)行自由碼誤差檢測的時候，我們首先需要采集色標(biāo)傳感器輸出的兩路色標(biāo)信號，如圖4所示。當(dāng)色標(biāo)傳感器檢測到色標(biāo)信號時，轉(zhuǎn)換輸出的色標(biāo)電信號就會驅(qū)動兩個發(fā)光二極管 （LED）發(fā)光，然后再將數(shù)字色標(biāo)信號傳給光電耦合器6N137進(jìn)行光電隔離，對輸入和輸出電信號進(jìn)行隔離，最終得到處理后的兩路脈沖信號MARK1和MARK2。

將檢測采集到的兩路脈沖信號 MARK1、MARK2送入FPGA中進(jìn)行誤差的計算。FPGA對兩路信號進(jìn)行計算，再將測量出的誤差大小傳給DSP進(jìn)行處理。在自由碼跟蹤中，我們在對此單元的誤差進(jìn)行反饋時，也應(yīng)該把此誤差傳給下一印刷單元，這里運用CAN總線通信實現(xiàn)任意兩個印刷單元之間的數(shù)據(jù)傳輸。

3 CAN總線通訊電路及分機(jī)板地址的設(shè)定

圖4 色標(biāo)信號采集電路Fig.4 Color signal acquisition circuit

CAN(Control Area Network)總線技術(shù)屬于總線式串行通信網(wǎng)路，與傳統(tǒng)的壁紙印刷所用的RS485通信總線相比，CAN為多主工作方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息而不分主從，通信方式靈活。接口電路如圖5所示，采用的CAN總線收發(fā)器是PCA82C250T,它是協(xié)議控制器和物理傳輸線路之間的接口。此器件對總線提供差動發(fā)送能力，對CAN控制器提供差動接收能力[9-10]。

圖5 CAN總線接口原理圖Fig.5 Schematic diagram of CAN bus interface

每一塊分機(jī)板的地址靠撥碼開關(guān)來設(shè)定，具體設(shè)置如圖6所示。

圖6 分機(jī)地址設(shè)定Fig.6 Extension address setting

為了編寫程序時的方便，統(tǒng)一將數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的 ID號規(guī)定為11位，即使用標(biāo)準(zhǔn)幀格式。

1)主機(jī)向各印花單元發(fā)送的命令幀（包括自動對花等鍵控命令信號），各個分機(jī)板需用郵箱0來接收。并將其ID號設(shè)為000,0000,0000，即命令幀的優(yōu)先級最高。

2)各分機(jī)板和操作板用郵箱4來發(fā)送廣播參數(shù)，其發(fā)送的ID號根據(jù)各分機(jī)板和操作板的編號從0001H開始，根據(jù)套色數(shù)的不同，所分配的ID號終值就不同。各個分機(jī)板和操作板需用郵箱1來接收其它分機(jī)板或操作板發(fā)送來的廣播參數(shù)，并將郵箱1的接收ID號設(shè)為從001,0000,0001開始，接收屏蔽碼設(shè)為000,0000,1111。即11位ID號的最低4位是無關(guān)的。

3)各個分機(jī)板需要用郵箱3將自己的位置參數(shù)通過CAN總線傳給主機(jī)。表1舉例說明各分機(jī)板及各郵箱 ID號及接收屏蔽碼的設(shè)置，根據(jù)套色數(shù)的不同以此類推。

4 結(jié)束語

本文提出了一種根據(jù)套印關(guān)系密切程度來進(jìn)行自由碼誤差檢測的方法，并結(jié)合CAN總線通訊設(shè)計了一種可實現(xiàn)的誤差檢測系統(tǒng)。自由碼檢測方式不僅利用到絕對碼的方法，使套印關(guān)系比較緊密的印刷單元不會出現(xiàn)誤差的累積，而且具有相對碼檢測簡單實用容易實現(xiàn)的優(yōu)點，因此有助于實現(xiàn)對有套色關(guān)系的印刷產(chǎn)品印刷精度的提高。不足之處是當(dāng)存在密切套色關(guān)系的印刷單元過多時，就會遇到像絕對碼檢測相同的問題，后面的色標(biāo)相比于基準(zhǔn)色標(biāo)間隔過大，受到的干擾更多，導(dǎo)致控制難度增大，印刷精度的提高受到限制。

表1 分機(jī)板和郵箱ID號設(shè)置Tab.1 The extension plate and the mailbox ID set

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