Контроль натяжения в глубокой печати: зоны, обратная связь и приводка

Контроль натяжения в глубокой печати наиболее важен для рулонных машин. В листовой глубокой печати проблемы натяжения нет, поскольку каждый лист удерживается захватами и приводится по передним и боковым упорам, пока машина на мгновение останавливается под давлением. Ротационная глубокая печать работает иначе. Запечатываемый материал продвигается с постоянной скоростью, а резиновые печатные валы прижимают его с согласованной скоростью, и эти два движения создают фактически статичное состояние между формой и полотном. Поэтому многокрасочная приводка опирается прежде всего на одно условие: полотно должно продвигаться равномерно со стабильным натяжением от размотки до намотки.

Зоны натяжения и их задачи

В машинах глубокой печати контроль натяжения обычно делится на четыре зоны: размотка, тянущий вал на входе, тянущий вал на выходе и намотка. Приводные резиновые валы разделяют зоны. Зона печати проходит от входного приводного вала до выходного приводного вала, и там требуется постоянное натяжение, так как только постоянная величина может удерживать приводку. Натяжение при размотке существует для обслуживания зоны печати. Размотка должна выпускать рулон и обеспечивать стабильное натяжение независимо от диаметра рулона, потому что любое колебание при размотке распространяется в зону печати и проявляется как ошибка приводки. Намотка работает по менее строгим требованиям, поскольку к этому моменту все красочные секции уже отпечатаны. В зависимости от целевого качества намотка может работать при постоянном натяжении или при переменном натяжении, и знакомая схема конусного натяжения относится ко второй группе. Переменное натяжение при намотке может нарушить работу последней красочной секции, поэтому в машинах устанавливают приводной резиновый вал для изоляции этих двух областей. Тогда зона печати остаётся при постоянном натяжении, а намотка работает с конусным натяжением. Разделение управления при координации всей системы, центральная идея в проектировании натяжения полотна на любой ротационной машине, включая глубокую печать.

Датчики натяжения и обратная связь

Каждая зона обычно имеет собственные датчики. Тензометрические валы на основе тензорезисторов или ёмкостных элементов измеряют натяжение напрямую. Плавающие валы в паре с потенциометрами измеряют положение, отслеживая, где полотно находится внутри траектории вала. Эти два подхода играют разные роли. Тензометрические валы реагируют быстро, но им трудно исправлять нестабильность, возникающую в самом рулоне, например некруглую намотку. Контроллеры положения вообще не измеряют натяжение, однако они удерживают полотно в стабильной точке внутри траектории плавающего вала и тем самым поддерживают натяжение постоянным. Эта способность гасить колебания, вызванные плохими входными рулонами, недоступна тензометрическому валу.

Исполнительные механизмы натяжения

Распространённые исполнительные механизмы включают электромагнитные и магнитопорошковые муфты или тормоза, пневматические муфты и тормоза, а также серводвигатели. В старых линиях с зубчатым приводом также используются небольшие исполнительные двигатели на 360-градусном редукторе. Теория управления относит их к разным классам. Муфта или тормоз ведёт себя как линейный элемент первого порядка, но линейный участок занимает лишь часть их кривой отклика; верхний и нижний концы остаются квазилинейными, поэтому этот тип исполнительного механизма всегда имеет ограничения. Серводвигатель является элементом второго порядка и в рамках современной теории управления может быть настроен как на устойчивость, так и на отслеживание. Поэтому передовые системы натяжения приводят полотно напрямую серводвигателями.

Компенсация потери скорости по полотну

Три фактора снижают скорость механической синхронизации: давление печати, приложенное по всей ширине полотна, трение в местах контакта запечатываемого материала с направляющими валами и сопротивление жёстких подшипников валов. Давление печати от резинового вала на каждой красочной секции преобладает, и из всех способов печати глубокая печать применяет наибольшее давление при переносе. Твёрдость и давление вала подбирают под запечатываемый материал. Для плёнки обычно используют вал твёрдостью 65–70 по Шору при удельном давлении 900 кг/м. Для бумаги: 70–80 по Шору при 1800 кг/м. Для картона: 80–90 по Шору при 4500 кг/м. Более мягкий вал при повышенном давлении даёт большую потерю скорости.

Традиционное решение увеличивает диаметр формного вала на каждой секции. Поскольку линейная скорость равна 2πrn, машина может корректировать скорость формного вала либо изменением частоты вращения n, что делают машины глубокой печати с сервоприводом, либо изменением диаметра вала, метод, применявшийся более двадцати лет. Приращения диаметра 0,02–0,03 мм, иногда 0,04 мм, взяты из накопленного опыта, а не из точного расчёта. Запечатываемые материалы различаются, ширины давления различаются, значит, и потеря скорости различается, а идеальное значение компенсации тоже должно различаться. Фиксированное приращение в лучшем случае приблизительно.

Когда отечественные производители печатных машин разрабатывали серводвигательные машины глубокой печати, они рассчитывали отказаться от приращения диаметра, полагая, что настройка скорости сервопривода сможет заранее поглотить смещение. Практика печати доказала обратное. Даже при разгоне скорости сервопривода по секциям сохранение приращения диаметра давало лучшую приводку, чем его отмена. Серводвигательные системы сегодня по-прежнему компенсируют потерю синхронизации в основном через опыт, а не через истинную расчётную модель.

Приводка опирается на стабильное натяжение

Управление приводкой на машине глубокой печати работает только тогда, когда управление натяжением уже стабильно. Как только четыре предыдущие проблемы в основном решены, точная приводка становится возможной. Приводку также широко понимают неверно. На серводвигательных машинах указывают на разрешение энкодера в миллионах отсчётов в секунду и полагают, что приводка гарантирована. На практике компьютер не отслеживает саму метку приводки. Он отслеживает тенденцию движения метки, примерно как стрелок ведёт движущуюся цель, а не целится туда, где птица находится сейчас. Тенденция, это предпосылка приводки. Потеряйте контроль над тем, как печатная метка движется по полотну, и даже энкодер на четыре миллиона отсчётов не удержит ошибку в допуске.

Деформация полотна

Сервоприводы могут компенсировать потерю скорости во время работы, но деформация самого запечатываемого материала по-прежнему не имеет надёжной коррекции. Плёнки одинаковой толщины и ширины ведут себя по-разному в зависимости от типа полимера. Одна и та же плёнка при 20 µм и 40 µм деформируется по-разному в одинаковых условиях сушки. Бумага при влажности 5 процентов и бумага при влажности 8 процентов, одного сорта и толщины, также дадут разные показатели деформации. Работа с этими различиями означает построение математической модели и загрузку её в контроллер приводки. Без этого шага машина глубокой печати может защитить приводку только за счёт более толстых, более размеростабильных материалов, таких как ПЭТ-плёнка. В цехе операторы часто винят форму или запечатываемый материал, когда цвет уходит или ошибка приводки растёт, а затем не находят ничего конкретного. Этот пробел в компенсации деформации обычно и есть настоящая причина.