光电技术在印刷中的应用

光电技术在印刷中的应用班级：11电子2姓名：孙沛宁学号：20110407247摘要：光电检测技术在提高印刷流程自动化方面起着非常重要的作用，诸如输纸故障检测、套准装置、以及印品质量检测都是通过光电传感器来实现的。本文结合印刷过程全面系统的阐述了光电检测技术与光电传感器的原理与应用，对于印刷技术与印刷设备的创新和发展有着非常重要的意义。关键词：光电技术，传感器，印刷机，检测一、光电技术检测的理论基础光电技术是以光电子学为基础，以光电子器件为主体，研究和发展光电信号的形成、采集、变换、传送和处理技术。它涉及到光电元器件和可控光功能器件及集成，光电传感、光纤传感和图像传感，激光、红外、微光探测，定向和制导，光电精密测试，在线检测和控制技术，混合光电信息处理、识别和图像分析，光电人工智能和机器视觉。光电检测技术是光电技术中最主要最核心的部分，它是专门研究用光电的方法进行各种检测、变换、处理的原理和方法的技术。它包括各类传感检测器件、检测电路及其与微机接口、光电信号各种变换形式及各种检测技术与方法、典型应用等。光电检测技术广泛应用于光电检测系统中。光电检测技术以激光、红外、光纤等现代光学器件为基础，通过对载有被监测物体信号的光辐射（发射、反射、散射、衍射、折射、透射等）进行检测，即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号，再由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用的信息，再经过A/D变换接口输入微型计算机运算、处理，最后显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理量。光电检测系统包括光学变换，光电转换和电路处理。光电检测系统分为检查测量型，控制跟踪型和图像分析型三类。光电检测技术主要通过光电传感器实现的。光电传感器又称图像传感器或影像传感器，是利用调制光实现对物体的检测，其作用是将接收到的光信号转变为模拟电信号。光电传感器的检测模式分为如下几类：对射式、反射板式、偏振反射板式、直板式、宽光束式、聚集式、定区域式和可调区域式。其中，直反式、宽光束式、聚焦式、定区域式和可调区域式有时又归类于光电接近模式。对于光纤传感器，如使用直反式光纤，则为接近式检测模式。光电传感器的主要原理是光电效应。当光照射到物体上使物体上发射电子、或导电率发生变化、或产生光电动势等，这种因光照而引起物体电学特性的改变统称为光电效应。光电效应可归纳为两大类：(1)物质受到光照后向外发射电子的现象称为外光电效应。这种效应多发生于金属和金属氧化物。（2）物质受到光照后所产生的光电子只有在物质内部运动，而不会逸出物质外部的现象称为内光电效应。这种效应多发生于半导体内。内光电效应又可以分为光电导效应和光生伏特效应。光电导效应是指半导体受光照后，其内部产生光生载流子，是半导体中载流子数显著增加而电阻减小的现象。这种效应在大多数半导体和绝缘体都存在。光生伏特效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体中产生光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象。二、光电技术在印刷中的应用印刷过程包括三个部分：印前图文信息获取和处理，印刷和印后加工包装。1光电技术在印前中的应用印前的图文信息和处理过程中，扫描仪是是桌面系统的关键设备，它采用光电转换器件将连续调图像转换为供计算机处理的数字图像，实现图像信息的数字输入，目前桌面系统常用的扫描仪有平板扫描仪和滚筒扫描仪两类，平板扫描仪中的光电转换器件是电荷耦合器，简称CCD；滚筒扫描仪中的光电转换器件是光电倍增管，简称PMT。扫描仪不论采用何种扫描方式，扫描仪组成方式相同。即扫描仪由照明系统，同步信号发生系统，扫描系统，光电转换系统，模拟/数字（A/D）转换系统等五部分构成。目前扫描仪对图像信息的采集根据其传感器件的不同分类采用点扫描方式的滚筒扫描仪和采用行扫描方式的平板扫描仪。点扫描方式的信息采集系统如图6所示，扫描光源的光经反射照明系统或透射照明系统将光聚焦于原稿表面，形成直径约1mm的光斑，光斑中心直径0.01mm～0.03mm的区域为原稿信息，经反射或透射后进入扫描仪采集系统，并通过光孔轮来选择光孔的形状与孔径，并由此确定扫描分辨率。对于彩色图像，经过光孔的光再经过分光系统分解成三束，并由滤色片来完成图像的分色获取图像三原色的RGB或CMY信息。经过信息采集的光信号再由传感器件（PTM）变换成电信号，进而经过相关处理后转变为数字信号，并存储于计算机中供后续处理使用。2光电技术在印刷过程中的应用（1）光电技术在卷筒纸印刷机上的应用当承印物从供纸系统输出，进入印刷部之前，或在印刷后进入印后加工之前，应该使其保持稳定的横向位置。因此，在上述两个部位设置横向正位装置，当承印材料的横向位置一旦超出了规定的范围，应能自动予以纠正。横向正位装置主要由两部分组成，即横向误差检测部分和误差调整部分。印刷时，对印刷图文在承印材料上的位置有准确的要求，多色印刷时，各色图文在承印材料上的位置要求更是十分精密。为了实现多色印刷的套准，印刷机上必须有调解机构。调解机构可以沿轴向调整印版滚筒的位置，实现横向套准。也沿承印材料运行方向实现纵向套准。下面着重介绍纵向套准的自动控制系统工作原理和自动套准机构的单标记检测系统。采用纵向自动套准系统时，在承印材料上印刷有各色图文的定位标记，或在印版滚筒上安装有电磁传感器。印刷过程中，光电扫描器对印刷标记进行扫描，产生脉冲信号，或由电磁传感器产生脉冲信号。套准控制器可测出两色脉冲信号的发生的时间差，如果时间差为零，则套印准确；如果时间差非零，则存在套印误差。套印误差的大小与脉冲发生的时间成正比。脉冲发生的时间差可能是正值或负值，这表明色相对前色位置超前或落后。套准控制系统可将脉冲发生时间差转换为驱动电动机的转速，根据脉冲发生的时间差的正负，控制电动机正转或反转。电动机通过减速系统驱动斜齿轮、差动齿轮及浮动辊等类型的调节机构，消除套印误差，实现纵向套准。单标记检测系统又可称为标记-基准系统，即从第一色印刷定位标记作为基准，其他各色的脉冲信号分别与第一色脉冲信号相比较，从而计算出套印误差值，进行套准调节。纸带张力的控制对任何进行纸带加工的机器来说都是一个非常重要的功能，因为它在很大程度上决定了机器的生产效率和产品质量。张力控制欠佳可能会严重地限制一台新机器的性能。自动控制系统能够极大的改善对张力的控制质量。浮动辊装置的作用是控制料带的张力。浮动辊是在一根在纸带张力的作用下可以自由的沿直线或弧线运行的惰性辊。在系统中由重物或汽缸生成一个与张力方向相反的力，并把传感器与浮动辊相连，用它来探测浮动辊的位置。浮动辊的位置信号被输送到一个调节器中，并在那里把它和操作者设定的所需未知的信号进行比较。理论上说，这个方向相反的力应该等于所要求的纸带张力的两倍，而且只要这个条件能够满足，浮动辊就会保持在其行程的中间位置上。如果张力增大了，浮动辊就会上升，同时使传感器产生运动，并给控制器发送信号以减小转矩，从而允许浮动辊返回到原始位置上。如果张力减小了，就会发生顺序相反的情况。张力是由在浮动辊上添加或除去重物来确定的，或通过改变施加负荷的汽缸的方法来确定。（2）光电技术在单张纸印刷机上的应用输纸机在分离和输送纸张的过程中，有时可能会出现双张、多张、断张、斜张、折角等进入输纸板，以及纸张早到或晚到前规处等故障。因此，单张纸印刷机上设有纸张的双张检测装置和纸张空位检测装置。双涨控制器是检测输纸过程中误送双张或者多张的机构，防止多张或者双张进入输纸台，并且检验后立即发出信号，使得纸机停止运转并产生其他连锁动作。目的是防止双张或者多张进入滚筒造成事故。单张纸印刷机所采用的空位检测机构为电触片或光电式空位检测器。下面主要介绍光电式空位检测器的工作原理。光电检测器由红外发光二极管和光电三极管组成，安装在递纸牙台下面，在前规定位线的位置上。（3）光电技术在印刷品质量检测的应用在印品质量检测方面，印刷图像套准检测、墨量、叠印、实地密度、反差等都可采用光电传感器进行检测。就其中的密度测量为例，它是利用对380～720nm可见光范围的光辐射具有足够灵敏度的光电传感器件（普通采用光敏二极管）作辐射接收器。密度计自带的标准光源照射到检测对象上，印品上油墨对入射光选择吸收后，入射到光敏二极管上的光照度发生改变，光电效应产生的光电流强度也随之变动，光敏二极管将光信号转换为电信号输出到后续电路。由于密度计是测量入射光的选择吸收程度，因此，测量环境光源对密度检测有一定影响。在测量时应严格控制环境光照条件，将环境对测量的干扰降到最低。（4）光电技术在印品在线检测上的应用印品在线检测系统是先利用高清晰度、高速摄像头拍摄标准图像，在此基础上设定标准，然后用电荷耦合器（CCD）传感器拍摄印品图像，将采集的光量变化转换成电子信号。如果发现被检测图像与标准图像对比后差别超出允许范围，系统即判定印品不合格。线阵CCD图像传感器由光学系统将景物或图像聚集到CCD光敏单元上，并由光敏单元将光强分布变成与之成正比的电荷分布，然后有脉冲电路按时序采样，使其变成串行的图像电信号，将图像信号接入图像显示器或记录器就可获得我们所需的图像信息。图像的获取由滚筒的均匀转到和线阵CCD摄像机的自扫描配合完成，即CCD完成行扫描，滚筒完成帧扫描。CCD图像传感器将图像信息变成电平信号，这一信号经数模转换器量化和编码之后变成数字信号，输入专门的计算机接口电路，再由接口电路按规定的要求将数字信号送入计算机内存。3光电技术在包装中的应用由于包装作业过程中，卷筒半径不断减小，包装纸所受张力变化，送纸辊与包装纸之间的摩擦系数受环境温湿度的影响而波动，加上商标印刷误差以及送纸、纵封、切断等的差异，使得刀辊的实际切线偏离规定部位。尽管每次误差很小，但由于机器高速运转长时间积累，而必导致切线严重偏离，降低包装质量，甚至造成废品。为此有必要在系统中加设自动的光电定位检测控制设备。光电检测定位系统用光电跟踪检测包装纸上的定位色标，通过比较送纸速度与横封切断速度的误差，输出相应的控制信号，推动执行机构自动定位或进行误差补偿。色标要求颜色鲜明，印刷油墨要均匀，要占有一定的面积，一般色标呈矩形，长宽要有合适的比例。根据包装材料的不同，光电检测分为透射式和反射式两种。结束语光电技术在印刷中的应用非常广泛，而光电技术在印刷中的应用主要是由光电传感器实现的。光电传感器在印刷过程中起着十分重要的作用。印前的图文信息的获取和处理方面和印后加工方面，光电技术都发挥着很重要的用途。而在印刷机上，系统检测信号并及时控制，使印刷机处于良好的运行状态。可以说没有传感器，印刷机不可能实现水、墨、印品质量以及印刷故障等方面的自动控制与检测。参考文献［1］王慧，余静．光电传感技术中CCD图像传感器的研究．江西南昌．2008［2］王强，李伏．印前系统扫描仪的评价方法．《印刷人》.2002(5)［3］商允振．光电传感器在印刷机上的应用．西安理工大学2009［4］雷玉堂．光电技术检测．北京．中国计量出版社．2009.5[5]郭凌华．包装印刷设备．北京．中国轻工业出版社．2009.1