一种基于CAN 总线的印刷检测方式的研究

张 征，楚建安,田玉周，张 岩

（西安工程大学 电子信息学院，陕西 西安 710048）

在当今发达的社会中，墙纸已经普遍成为美化环境的装饰，而随着人们生活水平的提高，对墙纸的质量和美观程度的要求也越来越高。美观程度越高，意味着印刷的套印花色也会越来越多，这对墙纸印刷的误差检测水平和控制精度的要求也越来越高。

在多套色墙纸印刷的过程中，我们可以观察到，如果套印关系比较密切的花色之间存在着微小的误差也容易被发现，而对于套印关系不是很密切的花色，即使是有误差存在，也很难被观察出来。但在一副图案中并不是每一种花色都存在着密切的套印关系，因此，我们可以在相对码检测的基础上对其中套印关系比较密切的花色之间采用绝对码检测来减小误差的累积，而在传统的主从式误差检测方式中，只能设置为其中某一色作为主色，而其他花色都对其进行跟踪，因此必须解决套印关系比较密切单元之间的通信问题[1]。文中简要概述了误差检测的方式，论述了用自由码检测来提高印刷检测精度原理和实现，设计了CAN总线通讯接口电路及分机板的地址设定,实现了根据套印关系，进行色标自由跟踪检测的设定，来提高印刷精度的自由码误差跟踪检测[2-3]。

1 壁纸印刷误差检测方式

1.1 传统误差检测的方法

实际中常用的方法有两种，一种是以第一色为基准，或者以色标中其中一色为基准；另一种是后一色标以前一个相邻色为基准，一色跟着一色进行套色。第一种方法如图1（a）所示，假设每个色标都以第一色（黑色）为基准，那么我们就要将各色的色标都与黑色进行对比，检测计算出间隔大小，这种方法叫做绝对码检测。第二种方法是将前一相邻色标最为当前色标的基准进行比较，对两相邻色标之间的光电编码器脉冲个数计数，计算两色标间隔大小，这种方法叫做相对码检测，如图 1(b)所示[4-6]。

如果采用相对码检测时，对于第一色所印的色标，我们不需要进行处理，只是对二色组以后的色标进行检测。如果在第一个套色单元发现两色标间隔不是20.00 mm，调整二色组电机，那么就让第二色色标去跟踪第一色色标，使两间距保持在20.00 mm。同理，第三色要跟随第二色，以后色标都会慢慢跟随前一色。缺点是这种方法会带来误差的慢慢积累，假如每套色两个色标之间的误差为+0.02 mm，那么到了第七色的时候，第七色与第一色的误差大小就为+0.12 mm，这样就会大于系统设计要求。如果最后进行积累到误差很大的情况下，那么印品就会出现严重的套色不准现象。

图1 相对码和绝对码在印刷检测中的色标排序Fig.1 The relative and absolute code in code color printing of Sort

而绝对码检测时，我们仍不对第一色进行处理，只是对第一套色以后的套色处理。如果第二套色检测时，发现不是20.00 mm，那么就要对第二色进行调整，即第二色要跟踪第一色；而第三套色仍旧跟踪第一色，第三套色的色标与第一套色的色标距离为40.00 mm，以此类推，下面的各色色标始终跟踪第一色的色标。这样，以后的色标和第一色标不会出现误差累积的现象。同时，如果其它色都已经套准，而中间的两个色标没有套准，比如第三个色标和第五个色标，那么只需调整这两个有误差的套色控制单元即可，不用调节其他的控制单元。但是，采用绝对码检测的时候，绝对码色标检测间隔与相对码相比来说，间隔太长，比如第六个色标相对第一个色标，在料膜上的间隔达到100 mm，这样长的间隔套色精度会受到各种因素的干扰而使控制变的更为复杂。因此，绝对码检测具有很多优势，但同样有不足的地方。

1.2 自由码检测

基于上述采用相对码检测和绝对码检测各自的优势和存在的不足，这里我们提出了一种误差检测处理方法：自由码检测。即在检测的时候我们可以根据需要，自由设定我们需要跟踪的色标作为基准色标，然后对其中套印关系比较密切的印刷单元之间的误差进行检测。比如第3、4、5、6色印刷单元之间的套印关系比较密切，而与其它色印刷单元之间的套印关系不是很紧密，则在第四、第五和第六套色误差检测的时候，可以对第三套色的色标进行跟踪，然后根据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间的印刷误差进行调整。而其他没有套印关系的花色，对前一色进行跟踪。现假设有一种有套印关系的印刷产品如图2所示。

假如第二套色与第一套色之间的距离，即色标2与色标1之间的距离为S1，则误差△1为（S1-20.00）mm（误差根据色标超前滞后有正负之分）。如果有误差，则对第二印刷单元的伺服电机进行调整，让第二色色标去跟踪第一色色标。

墙纸到达第三个印刷单元时，假如第三套色与第二套色之间的距离为S2，检测到的误差大小为△2，那么就应该把△2作为第三单元的误差进行处理，让第三色印刷单元与第二色之间进行套准。

图2 壁纸印刷套色示意图Fig.2 Schematic diagram of wallpaper printing color

而在进行第四、第五和第六印刷单元色标检测时，可设定为对第三色进行跟踪,这时要用光电眼检测出色标4与色标3，色标 5与色标 4，色标 6与色标 5之间的距离 S3、S4、S5，并把误差△3=（S3-20.00）mm，△4=（S3+S4-40.00）mm,△5=（S3+S4+S5-60.00）mm作为第四、第五、第六套色的误差值，并用套准单元对误差值进行PID运算并进行控制，实现第四、第五、第六套色对第三套色的跟踪。

2 自由码误差检测的实现

由于墙纸每个印刷单元都带有一个分机板,分机板主要由以一块 DSP（TMS320F2812）和一块 FPGA（EP1CT100C8）组成。上述算法可用图3所示系统原理图表示[7-8]。

图3 系统原理概图Fig.3 The system principle sketch

在进行自由码误差检测的时候，我们首先需要采集色标传感器输出的两路色标信号，如图4所示。当色标传感器检测到色标信号时，转换输出的色标电信号就会驱动两个发光二极管 （LED）发光，然后再将数字色标信号传给光电耦合器6N137进行光电隔离，对输入和输出电信号进行隔离，最终得到处理后的两路脉冲信号MARK1和MARK2。

将检测采集到的两路脉冲信号 MARK1、MARK2送入FPGA中进行误差的计算。FPGA对两路信号进行计算，再将测量出的误差大小传给DSP进行处理。在自由码跟踪中，我们在对此单元的误差进行反馈时，也应该把此误差传给下一印刷单元，这里运用CAN总线通信实现任意两个印刷单元之间的数据传输。

3 CAN总线通讯电路及分机板地址的设定

图4 色标信号采集电路Fig.4 Color signal acquisition circuit

CAN(Control Area Network)总线技术属于总线式串行通信网路，与传统的壁纸印刷所用的RS485通信总线相比，CAN为多主工作方式工作，网络上任意节点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主从，通信方式灵活。接口电路如图5所示，采用的CAN总线收发器是PCA82C250T,它是协议控制器和物理传输线路之间的接口。此器件对总线提供差动发送能力，对CAN控制器提供差动接收能力[9-10]。

图5 CAN总线接口原理图Fig.5 Schematic diagram of CAN bus interface

每一块分机板的地址靠拨码开关来设定，具体设置如图6所示。

图6 分机地址设定Fig.6 Extension address setting

为了编写程序时的方便，统一将数据帧和远程帧的 ID号规定为11位，即使用标准帧格式。

1)主机向各印花单元发送的命令帧（包括自动对花等键控命令信号），各个分机板需用邮箱0来接收。并将其ID号设为000,0000,0000，即命令帧的优先级最高。

2)各分机板和操作板用邮箱4来发送广播参数，其发送的ID号根据各分机板和操作板的编号从0001H开始，根据套色数的不同，所分配的ID号终值就不同。各个分机板和操作板需用邮箱1来接收其它分机板或操作板发送来的广播参数，并将邮箱1的接收ID号设为从001,0000,0001开始，接收屏蔽码设为000,0000,1111。即11位ID号的最低4位是无关的。

3)各个分机板需要用邮箱3将自己的位置参数通过CAN总线传给主机。表1举例说明各分机板及各邮箱 ID号及接收屏蔽码的设置，根据套色数的不同以此类推。

4 结束语

本文提出了一种根据套印关系密切程度来进行自由码误差检测的方法，并结合CAN总线通讯设计了一种可实现的误差检测系统。自由码检测方式不仅利用到绝对码的方法，使套印关系比较紧密的印刷单元不会出现误差的累积，而且具有相对码检测简单实用容易实现的优点，因此有助于实现对有套色关系的印刷产品印刷精度的提高。不足之处是当存在密切套色关系的印刷单元过多时，就会遇到像绝对码检测相同的问题，后面的色标相比于基准色标间隔过大，受到的干扰更多，导致控制难度增大，印刷精度的提高受到限制。

表1 分机板和邮箱ID号设置Tab.1 The extension plate and the mailbox ID set

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