凹印的核心部分是張力控制，這里所說(shuō)的凹印主要是指輪轉(zhuǎn)凹印，因?yàn)閱螐埣埌加〔淮嬖趶埩刂?。單張紙凹印同單張紙膠印一樣，主要依靠叼牙來(lái)叼紙，然后在前規(guī)和側(cè)規(guī)的作用下定位，在印刷的瞬時(shí)紙張是靜止的。而輪轉(zhuǎn)凹印則不同，承印材料以一個(gè)穩(wěn)定的速度向前遞進(jìn)，橡膠壓輥按同步速度對(duì)承印材料加壓，這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)在一個(gè)相對(duì)靜止的狀態(tài)下合成，因此多色套印的關(guān)鍵是承印材料遞進(jìn)穩(wěn)定，傳遞過(guò)程中料卷的張力穩(wěn)定。
凹印的張力控制系統(tǒng)分析一般包含以下內(nèi)容。
1.張力分區(qū)與各區(qū)域的控制要求
凹印機(jī)的張力控制一般分為4個(gè)區(qū)域，即放卷張力區(qū)、進(jìn)料牽引張力區(qū)、出料牽引張力區(qū)和收卷張力區(qū)，之間以帶驅(qū)動(dòng)的橡膠壓輥來(lái)分隔。印刷區(qū)域從進(jìn)料驅(qū)動(dòng)輥至出料驅(qū)動(dòng)輥，對(duì)印刷區(qū)域張力的要求是張力恒定，因?yàn)橹挥性诤愣ǖ膹埩l件下才可能保證套準(zhǔn)。放卷張力是為印刷區(qū)域的恒張力服務(wù)的，對(duì)放卷區(qū)域的要求是將料卷放開進(jìn)入印刷區(qū)，保證不論卷徑的大小都要能保持傳遞的張力恒定，否則張力的波動(dòng)將直接影響到印刷區(qū)的恒張力，進(jìn)而影響套準(zhǔn)。收卷張力則有所不同，在此區(qū)域內(nèi)多色印刷已經(jīng)完成，只需平滑收卷即可。收卷方式根據(jù)收卷質(zhì)量要求的不同，有恒張力收卷，也有變張力收卷，常見的遞減張力收卷（也稱錐度收卷）就是指后一種。由于變張力收卷有可能會(huì)影響到最后一個(gè)印刷色組的套準(zhǔn)精度，因此有效地將印刷區(qū)域與收卷區(qū)域隔斷，驅(qū)動(dòng)料卷從印刷區(qū)域向收卷區(qū)域遞進(jìn)，使印刷區(qū)域仍然保持恒張力，而收卷區(qū)域遞減張力，就是靠帶驅(qū)動(dòng)的橡膠壓輥機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。既分段控制又總體協(xié)調(diào)，使各區(qū)域的張力為多色套準(zhǔn)服務(wù)，這是輪轉(zhuǎn)印刷在張力控制方面的關(guān)鍵點(diǎn)，輪轉(zhuǎn)凹印也是如此。
2.各區(qū)域的張力檢測(cè)與反饋
各區(qū)域一般都存在獨(dú)立的檢測(cè)裝置，如采用電阻應(yīng)變片傳感器、電容傳感器等構(gòu)成的張力輥檢測(cè)裝置，以及采用浮動(dòng)輥、電位器構(gòu)成的位置檢測(cè)控制裝置。這些不同構(gòu)造的檢測(cè)電路在整個(gè)系統(tǒng)中承擔(dān)的作用是明顯不同的，張力輥檢測(cè)裝置響應(yīng)快速，但對(duì)于由料卷本身質(zhì)量問(wèn)題引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制能力尚欠缺，而位置控制裝置雖不直接檢測(cè)張力，但通過(guò)控制承印材料在正常張力狀態(tài)下在浮動(dòng)輥紙路中的相對(duì)位置保持穩(wěn)定，從而達(dá)到控制張力恒定的目的。位置控制裝置能夠通過(guò)浮動(dòng)輥紙路來(lái)減緩由于料卷的卷徑不圓等原材料質(zhì)量問(wèn)題引起的張力波動(dòng)，這是張力輥檢測(cè)裝置所無(wú)法達(dá)到的。
3.張力執(zhí)行機(jī)構(gòu)
常用的張力執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電磁或磁粉離合/制動(dòng)器、氣動(dòng)離合/制動(dòng)器以及伺服電機(jī)
在傳統(tǒng)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中還包括360°齒輪箱上的微型執(zhí)行電機(jī)。值得注意的是，按照自動(dòng)控制理論，離合器制動(dòng)器機(jī)構(gòu)屬于一階線性環(huán)節(jié)，但由于線性段在整個(gè)曲線區(qū)中只占中間一段，而在曲線區(qū)的高端和低端主要還是仿線性，同線性控制的要求還有距離，因此這種執(zhí)行功能還是有缺陷的。伺服電機(jī)屬于二階環(huán)節(jié)，在現(xiàn)有的控制理論下，穩(wěn)定性與隨動(dòng)性都能兼顧，所以先進(jìn)的張力控制系統(tǒng)一般都采用伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)控制。 [next]
4.對(duì)料卷傳遞過(guò)程中機(jī)械同步速度損失的補(bǔ)償
造成機(jī)械同步速度損耗的原因有3種：施加于整幅卷材寬度上的印刷壓力，承印材料同導(dǎo)輥相接觸的表面摩擦力，以及由于導(dǎo)輥軸承不靈活而造成的阻力。
其中起主要作用的是每一色組橡膠壓輥對(duì)承印材料施加的壓力，這種轉(zhuǎn)印過(guò)程中必須施加的壓力，在所有印刷工藝中凹印是最大的。按照經(jīng)驗(yàn)，對(duì)不同的承印材料，采用的橡膠壓輥的硬度不同，施加的壓力也不同。如對(duì)于薄膜類承印材料，一般采用肖氏硬度為65～70度的橡膠壓輥，單位壓力900kg/m；對(duì)紙張類承印材料，則采用肖氏硬度為70～80度的橡膠壓輥，單位壓力1800kg/m；對(duì)紙板類承印材料，采用肖氏硬度為80～90度的橡膠壓輥，單位壓力4500kg/m。采用不同硬度的橡膠壓輥并施加不同的壓力，對(duì)承印材料傳遞中同步速度的影響顯然是不同的，橡膠壓輥越軟，施加的壓力越大，機(jī)械同步速度的損耗越大。
對(duì)機(jī)械同步速度損耗補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)做法是遞增每一色組主動(dòng)輥（即版輥）的直徑。眾所周知，線速度V=2πrn，如果要調(diào)整印刷時(shí)版輥的線速度，既可以調(diào)整版輥轉(zhuǎn)速n（即目前伺服型凹印機(jī)采用的每一色組版輥的電機(jī)轉(zhuǎn)速遞增的辦法），也可以調(diào)整版輥直徑（即延續(xù)了20多年的版輥直徑遞增的傳統(tǒng)辦法）。然而這種補(bǔ)償依據(jù)的是經(jīng)驗(yàn)積累，而不是精確計(jì)算。很明顯，承印材料的特性不同，所施加壓力的寬度不同，對(duì)機(jī)械同步速度的損耗是不同的，因此精確的補(bǔ)償值也應(yīng)該是不同的。然而現(xiàn)在用版輥直徑遞增0.02～0.03mm（甚至有的遞增0.04mm）的方法來(lái)補(bǔ)償，依據(jù)的只能是“模糊”算法。
國(guó)內(nèi)印機(jī)行業(yè)在研制伺服型凹印機(jī)時(shí)，起初認(rèn)為可以革除版輥直徑遞增這一規(guī)律，因?yàn)樵谠O(shè)定每一色組版輥伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，可以預(yù)先將由于版輥直徑遞增帶來(lái)的放大量計(jì)算進(jìn)去，因此伺服型凹印機(jī)不必像傳統(tǒng)凹印機(jī)那樣不能互換印刷色序。然而印刷實(shí)踐證明，即使是伺服型凹印機(jī)已經(jīng)將每一色組版輥電機(jī)的轉(zhuǎn)速遞增，如果版輥繼續(xù)保持直徑遞增，印刷套準(zhǔn)效果要比版輥直徑不遞增時(shí)好得多。這說(shuō)明目前的凹印伺服系統(tǒng)在補(bǔ)償同步速度的損耗方面還只能局限在經(jīng)驗(yàn)的范疇，離真正意義上的補(bǔ)償控制還有不少距離。 [next]
5.套準(zhǔn)控制
凹印的套準(zhǔn)控制必須建立在穩(wěn)定的張力控制之上，只有在前述4個(gè)問(wèn)題得到基本解決之后，凹印的精確套準(zhǔn)才是可能的。業(yè)界對(duì)套準(zhǔn)問(wèn)題有一些誤解，尤其是對(duì)伺服型凹印機(jī)，認(rèn)為編碼器精度可以達(dá)到每秒幾百萬(wàn)次，套準(zhǔn)肯定是沒問(wèn)題的。其實(shí)在套準(zhǔn)的實(shí)際過(guò)程中，電腦跟蹤的并不是光標(biāo)本身，而是光標(biāo)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。這就像用槍打鳥一樣，不是看到了鳥才扣動(dòng)扳機(jī)，而是根據(jù)鳥的運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算提前量，用這樣的方法打鳥才是可靠的。凹印機(jī)的套準(zhǔn)系統(tǒng)也是這樣的，光標(biāo)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)是套準(zhǔn)的前提，如果控制不了印刷在承印材料上的光標(biāo)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，縱然伺服電機(jī)配置的是每秒400萬(wàn)次的編碼器，套準(zhǔn)誤差也很有可能超標(biāo)，套準(zhǔn)損耗可能會(huì)大得出乎預(yù)料。
6.承印材料變形的補(bǔ)償
承印材料在運(yùn)行中的同步速度補(bǔ)償可以采用伺服機(jī)型來(lái)保證，但承印材料本身的變形目前還沒有可靠的補(bǔ)償辦法。以薄膜印刷為例，不同種類的薄膜，在同樣厚度與寬度條件下，其伸縮變形情況是不一樣的；對(duì)于不同厚度的同一種薄膜，如20μm和40μm厚的BOPP薄膜。在同樣的干燥條件下兩者的伸縮變形也是不一樣的。再以紙張為例，含水率5%和含水率8%的相同材質(zhì)和厚度的紙張，在相同的干燥條件下，其變形數(shù)據(jù)也不一樣。對(duì)于這些差異，需要建立數(shù)學(xué)模型并加載于套準(zhǔn)控制的數(shù)學(xué)模型中，才能有效控制印刷套準(zhǔn)精度。若非如此，凹印的套準(zhǔn)精度只能依賴于采用較厚的不容易變形的承印材料，如PET薄膜來(lái)保證。在凹印生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，我們常常聽到一線操作人員抱怨印版不好或者承印材料不好，造成了印刷過(guò)程中套色不準(zhǔn)或套準(zhǔn)誤差超標(biāo)，并由此產(chǎn)生成本損耗，但檢查印版和承印材料，確實(shí)又提不出什么能拿得上桌面的理由，據(jù)筆者看，主要原因就在于此。
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