[發明專利]一種膠印機墨路系統性能參數快速分析方法與系統

有效

• 申請號: 202011149742.2
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN113156832B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 羅運輝;王慶;陳業紅;徐倩倩
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 濟南尚本知識產權代理事務所(普通合伙) 37307
• 代理人: 楊寶根

1.一種膠印機墨路系統性能參數快速分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：以拍照、掃描或截圖方式，獲取墨路系統結構圖像；

S2：圖像預處理，獲得墨輥布局二值圖，具體為：

步驟201：將圖像轉換為灰度圖像，手動提取出墨輥區域，即在圖像上擦除非墨路部分、擦除圖像上的臟點，只保留墨輥部分；圖像的擦除可在常用的圖像編輯軟件中進行，也可編程實現鼠標選擇圖像區域，利用白色背景進行填充；

步驟202：對201提取的墨輥區域灰度圖像進行灰度變換，調節灰度圖像的亮度，增大反差，以使圖像輪廓清晰；通過灰度變換改變圖像直方圖分布，使圖像暗調和亮調部分集中到直方圖的兩端；

步驟203：對步驟202所得灰度圖像進行形態學開運算，以改善圖像上墨輥輪廓邊緣的連接狀況、修復圖像邊緣的微小斷點，使邊緣更加平滑；

步驟204：在步驟203的基礎上，進行雙邊濾波；

步驟205：將步驟204所得圖像進行二值化，對該二值圖像進行形態學開運算，進一步改善墨路系統輪廓圖像的細節，使得圖像邊緣連續、平滑；和原圖比較，如有輪廓缺失，用黑色添補，如有多余色塊，用白色擦除，以得到輪廓清晰的墨輥布局二值化圖像；

S3：圖像分析，獲得墨路結構參數數據，具體為：

步驟301：對步驟二所得墨輥布局二值圖像，利用霍夫變換算法檢測圖像中的圓形，調整算法中半徑范圍、邊界閾值、敏感度的參數設置，找到所有圓形區域的圓心坐標、半徑；

步驟302：以步驟301所得圓心和半徑，在原圖上疊印顯示出檢測得到的圓，檢查是否有墨輥輪廓對應的圓未被檢測出來，若有，返回步驟301，繼續調整半徑范圍、邊界閾值、敏感度的設置值，直至所有的墨輥輪廓圓都被檢測出來，以這些輪廓圓的圓心和半徑作為最終墨路系統中對應位置的墨輥的中心位置坐標、半徑；輪廓圓的數量即是墨輥的數量；

步驟303：根據所得墨輥的中心位置坐標及其半徑，自動尋找墨輥滾壓點，得到墨輥滾壓點位置坐標，尋找方法為記兩墨輥的中心坐標分別為(x₁，y₁)、(x₂，y₂)，半徑分別為r₁、r₂，則兩墨輥的中心距判斷中心距與半徑和的關系，若ε₁可取0.90～0.95，ε₂可取1.05～1.15，則確定該兩墨輥之間存在滾壓點，滾壓點坐標為(x_p，y_p)，其中在原圖上疊印顯示滾壓點，檢查是否有遺漏或誤判的滾壓點，若有，重新設置ε₁與ε₂的數值，直至所有滾壓點都被正確尋找到；對于墨斗輥與墨刀片的滾壓點，其坐標是在圖像上手動點選獲得；

步驟304：在二值圖像中標記出墨斗輥、傳墨輥、勻墨輥、著墨輥、印版滾筒、橡皮滾筒、壓印滾筒，從1開始，依次編號為墨斗輥編號1，傳墨輥編號2，直到傳墨輥編號N；其中N為墨輥數量，由步驟302中獲得，依次標記；同時給每根墨輥標注轉向；由于墨輥之間是相互純滾動滾壓，相互滾壓的兩個墨輥是反向的，依此原則標注墨輥轉向；

步驟305：根據墨輥的中心位置坐標、半徑、滾壓點坐標，計算每根墨輥上滾壓點的相位角角；記編號i的墨輥中心坐標為(x_i，y_i)，半徑為r_i，與其余某墨輥有滾壓點P_m，坐標為(x_m，y_m)，以(x_i，y_i)為極坐標原點，以逆時針方向為極坐標極角正方向，則可計算得到滾壓點P_m的極坐標為(r_m，θ_m)，并且：

其中r_m、θ_m分別為極徑、極角；

據此，以(-1)^cθ_m作為滾壓點P_m在墨輥i上的相位角，其中c為墨輥i的轉向值，逆時針記為0，順時針為1；由此計算得到每根墨輥上的所有滾壓點的相位角；

S4：根據墨路結構參數分析與計算，獲得墨路穩態性能參數；

S5：根據獲得的滾壓關系矩陣，自動生成及構建模塊化自動仿真系統，自動運行仿真得到墨量響應曲線、計算得到墨路動態參數；

S6：根據墨路系統結構參數、穩態性能參數、動態性能參數，生成分析報告。

2.根據權利要求1所述的一種膠印機墨路系統性能參數快速分析方法，其特征在于，所述S5具體為：

步驟501：根據步驟305所得每根墨輥上的所有滾壓點的相位角，獲得任一墨輥i上按滾壓點相位角從大到小排列的相位角序列{θ_p，θ_p-1，…，θ₁}，及對應的滾壓點編號序列其中p為墨輥i上滾壓點的數量；考慮相位的周期性，將該相位角序列延拓增加一個元素為{θ_p，θ_p-1，…，θ₁，θ_p}，延拓后對應的滾壓點編號序列為這些序列表示出了每個滾壓點的前一個滾壓點編號；確定兩個滾壓點之間墨輥需滾壓的距離，得到N個滾壓距離序列；

步驟502：對于墨輥i，將該墨輥上的滾壓點依次進行編號，從1到m_i，m_i為第i根墨輥上的所有滾壓點數目；記M為總的滾壓點數目，給每個滾壓點編號，稱為滾壓點的總編號，從1到M；可將滾壓點表示為其中m為滾壓點總編號，1≤m≤M，p是指該滾壓點是墨輥i上的第p個滾壓點，q是指該滾壓點是墨輥j上的第q個滾壓點，每個滾壓點都是兩根墨輥的交點，滾壓點既在墨輥i上又在墨輥j上，所有滾壓點按所述方式表示；對滾壓點根據步驟501結果，確定其在第i個墨輥上的前一個滾壓點在第j個墨輥上的前一個滾壓點以及該兩點分別到滾壓點的滾壓距離(θ_p-θ_p-1)r_i、(θ_q-θ_q-1)r_j，由此構造滾壓關系向量{m，i，j，(θ_p-θ_p-1)r_i，(θ_q-θ_q-1)r_j}，所有M個滾壓點的滾壓關系向量組成維數為M×5的滾壓關系矩陣；

步驟503：建立滾壓點墨層厚度轉移模型，搭建通用的滾壓點仿真模塊；記滾壓點滾壓后的墨輥表面墨層厚度為δ_m(t)，該滾壓點在第i個墨輥上的前一個滾壓點在第j個墨輥上的前一個滾壓點滾壓后的墨輥表面墨層厚度分別為根據滾壓油墨平均分離原理，則滾壓點墨層厚度轉移模型為：

其中t為當前時刻，表示時滯運算，根據步驟503可知時滯參數

v為墨輥表面線速度；

由于墨輥之間滾壓近似為純滾動，所以速度v即為印刷速度；為簡化計算，令v的值為1，具體應用中根據實際印刷速度換算實際時間；簡化后，

T_m1＝(θ_p-θ_p-1)r_i、T_m2＝(θ_q-θ_q-1)r_j；

由此，根據該滾壓點墨層厚度轉移模型方程，搭建通用的滾壓點仿真模塊，模塊輸入變量為m_in1，m_in2為輸入端通道編號；在這兩個輸入通道中設置滯后時間作為模塊參數，分別為T_m1、T_m2，模塊的輸出變量為δ_m(t)，m為輸出端編號；

步驟504：所述計算機調用墨路動態特性分析模塊，根據502所得滾壓關系矩陣，在matlab/simulink軟件平臺中，自動生成M個滾壓點仿真模塊，并根據滾壓關系矩陣自動進行模塊相互連接，設置各模塊輸入參數；對于滾壓關系矩陣的第m行為{m，i，j，(θ_p-θ_p-1)r_i，(θ_q-θ_q-1)r_j}，則將第i個模塊的輸出端、第j個模塊的輸出端分別連接至第m個模塊的輸入端第一通道和輸入端第二通道，并設置第一通道和第二通道的滯后時間參數分別為(θ_p-θ_p-1)r_i、(θ_q-θ_q-1)r_j，整個仿真系統以墨斗輥與傳墨輥的滾壓點仿真模塊中的第一個通道作為輸入，并設置輸入值為100；以壓印滾筒與印張滾壓點仿真模塊的輸出作為整個系統的第一個輸出；同時，以壓印滾筒與橡皮滾筒的滾壓點記為P_z0、著墨輥與印版滾筒的滾壓點沿印版滾筒旋轉方向依次記為對應的仿真模塊的輸出作為整個系統的其余的輸出；連接及設置完成后，設置仿真時間并運行仿真，由此，在仿真系統的第一個輸出上獲得印張墨量響應曲線，該曲線表示了滾壓到壓印滾筒表面的紙張上的墨層厚度變化；

步驟505：對步驟504所得印張墨量響應曲線以時間間隔Δt進行采樣，得到數值序列{i，y(i)}，i＝0，1，2…，L；Δt的選取應使得40≤L＜50；設置穩態的判斷依據為連續4～8個采樣點的數值增量值小于采樣點數值的1％，且獲得的曲線在穩態階段的采樣點數為10～15；若印張墨量響應曲線若未達到穩態，返回步驟504，重新設置稍長的仿真時間并運行仿真，直至曲線達到穩態；由此，根據達到穩態的印張墨量響應曲線確定墨路系統的動態特性參數，即系統增益K、滯后時間常數τ、慣性時間常數T：τ＝i^*Δt，T＝i^**Δt-τ，

其中w取值范圍4～6，i^*是使得y(i^*)最接近ε*K的值，ε取2％～5％；i^**是使得y(i^**)最接近63.2％*K的值；

步驟S506：計算著墨率；根據步驟504，得到滾壓點P_z0，P_z1，P_z2，…，的仿真模塊輸出的墨量響應曲線；采用S505方法，得到這些墨量響應曲線對應的系統增益，分別記為由此可得墨路系統的第i根著墨輥的著墨率