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 電子信息學院，陜西 西安 710048）

在當今發(fā)達的社會中，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系，因此，我們可以在相對碼檢測的基礎上對其中套印關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，只能設置為其中某一色作為主色，而其他花色都對其進行跟蹤，因此必須解決套印關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)，設計了CAN總線通訊接口電路及分機板的地址設定,實現(xiàn)了根據(jù)套印關系，進行色標自由跟蹤檢測的設定，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，或者以色標中其中一色為基準；另一種是后一色標以前一個相鄰色為基準，一色跟著一色進行套色。第一種方法如圖1（a）所示，假設每個色標都以第一色（黑色）為基準，那么我們就要將各色的色標都與黑色進行對比，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最為當前色標的基準進行比較，對兩相鄰色標之間的光電編碼器脈沖個數(shù)計數(shù)，計算兩色標間隔大小，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，我們不需要進行處理，只是對二色組以后的色標進行檢測。如果在第一個套色單元發(fā)現(xiàn)兩色標間隔不是20.00 mm，調(diào)整二色組電機，那么就讓第二色色標去跟蹤第一色色標，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)設計要求。如果最后進行積累到誤差很大的情況下，那么印品就會出現(xiàn)嚴重的套色不準現(xiàn)象。

圖1 相對碼和絕對碼在印刷檢測中的色標排序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，第三套色的色標與第一套色的色標距離為40.00 mm，以此類推，下面的各色色標始終跟蹤第一色的色標。這樣，以后的色標和第一色標不會出現(xiàn)誤差累積的現(xiàn)象。同時，如果其它色都已經(jīng)套準，而中間的兩個色標沒有套準，比如第三個色標和第五個色標，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，絕對碼色標檢測間隔與相對碼相比來說，間隔太長，比如第六個色標相對第一個色標，在料膜上的間隔達到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，自由設定我們需要跟蹤的色標作為基準色標，然后對其中套印關系比較密切的印刷單元之間的誤差進行檢測。比如第3、4、5、6色印刷單元之間的套印關系比較密切，而與其它色印刷單元之間的套印關系不是很緊密，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進行跟蹤，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行調(diào)整。而其他沒有套印關系的花色，對前一色進行跟蹤。現(xiàn)假設有一種有套印關系的印刷產(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2與色標1之間的距離為S1，則誤差△1為（S1-20.00）mm（誤差根據(jù)色標超前滯后有正負之分）。如果有誤差，則對第二印刷單元的伺服電機進行調(diào)整，讓第二色色標去跟蹤第一色色標。

墻紙到達第三個印刷單元時，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，那么就應該把△2作為第三單元的誤差進行處理，讓第三色印刷單元與第二色之間進行套準。

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

而在進行第四、第五和第六印刷單元色標檢測時，可設定為對第三色進行跟蹤,這時要用光電眼檢測出色標4與色標3，色標 5與色標 4，色標 6與色標 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，并用套準單元對誤差值進行PID運算并進行控制，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板,分機板主要由以一塊 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

在進行自由碼誤差檢測的時候，我們首先需要采集色標傳感器輸出的兩路色標信號，如圖4所示。當色標傳感器檢測到色標信號時，轉換輸出的色標電信號就會驅動兩個發(fā)光二極管 （LED）發(fā)光，然后再將數(shù)字色標信號傳給光電耦合器6N137進行光電隔離，對輸入和輸出電信號進行隔離，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中進行誤差的計算。FPGA對兩路信號進行計算，再將測量出的誤差大小傳給DSP進行處理。在自由碼跟蹤中，我們在對此單元的誤差進行反饋時，也應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板地址的設定

圖4 色標信號采集電路Fig.4 Color signal acquisition circuit

CAN(Control Area Network)總線技術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)絡上任意節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其它節(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

每一塊分機板的地址靠撥碼開關來設定，具體設置如圖6所示。

圖6 分機地址設定Fig.6 Extension address setting

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

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

2)各分機板和操作板用郵箱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。各個分機板和操作板需用郵箱1來接收其它分機板或操作板發(fā)送來的廣播參數(shù)，并將郵箱1的接收ID號設為從001,0000,0001開始，接收屏蔽碼設為000,0000,1111。即11位ID號的最低4位是無關的。

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

4 結束語

本文提出了一種根據(jù)套印關系密切程度來進行自由碼誤差檢測的方法，并結合CAN總線通訊設計了一種可實現(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)對有套色關系的印刷產(chǎn)品印刷精度的提高。不足之處是當存在密切套色關系的印刷單元過多時，就會遇到像絕對碼檢測相同的問題，后面的色標相比于基準色標間隔過大，受到的干擾更多，導致控制難度增大，印刷精度的提高受到限制。

表1 分機板和郵箱ID號設置Tab.1 The extension plate and the mailbox ID set

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