基于LabVIEW虚拟平台的印刷机齿轮振动与印刷品质量关联性分析

2015-07-02张长泉

宿州学院学报 2015年8期

关键词：印刷品波形图印刷机

张长泉

安徽新闻出版职业技术学院印刷包装系，安徽合肥，230601

基于LabVIEW虚拟平台的印刷机齿轮振动与印刷品质量关联性分析

张长泉

安徽新闻出版职业技术学院印刷包装系，安徽合肥，230601

论述了虚拟仪器在机械振动测试领域中的重要作用，比较了传统仪器与虚拟仪器在使用性能方面的异同。以LabVIEW软件为基础，采用虚拟仪器技术，设计印刷机振动信号虚拟采集仿真实验平台，通过仿真平台得出印刷机齿轮在不同工况下的波形图，结合印刷机在不同齿轮工作状态下实时样张的抽取，分析了1年、5年、10年印刷机振动时域波谱图和印刷品网点再现质量，研究印刷机齿轮振动对印刷品质量的影响。结果表明：齿轮轻微振动时对印刷品影响不大；齿轮振动过大时，对印刷品质量产生严重影响，通过50倍放大镜可以发现印刷品网点发生变形和错位现象，同时印刷品出现了糊版、套印不准等印刷故障。

LabVIEW；虚拟仪器；印刷机；齿轮振动；印刷品质量

印刷机在高速运转时会产生很大的振动，当振动过大时对印刷品质量产生一定的影响。印刷机齿轮振动程度与印刷品质量存在一定的关联性，这种关联性可以通过机械噪声反映出来，通过测试印刷机工作时齿轮振动所产生的噪音来判断印刷机的使用寿命和印刷品质量是当前印刷设备研究过程中的主要方法之一。在对印刷机械振动噪声试验测试中，由于传统仪器价格高，功能有限，对分析结果难以进行二次处理，且不具有通用性，这给印刷机振动噪声测试带来了很大的不便。印刷机齿轮振动测试为节约成本，提高振动实时监测能力，可借助一个仿真平台，因为这类仿真平台具有通用性、灵活性、网络化和可视化等特点。虚拟仿真仪器是现阶段测试领域一个比较好的选择，开发一种用于高速印刷机齿轮振动测试的虚拟仿真实验平台，已成为当前印刷行业急需配置的一套工作平台[1-2]。

1 虚拟仪器概述

随着计算机技术、通信技术和软件开发技术的快速发展，科研仪器发生了巨大变化，产生了以虚拟仿真仪器为代表的新型仪器。虚拟仿真仪器是利用可编程开发软件构建仪器操作前面板，并在虚拟硬件的支持下，对信号进行采集、控制和分析。虚拟仪器中最具代表性的是基于LabVIEW软件环境的、采用图形化编程构建出来的仿真平台。该软件由美国虚拟仪器公司(NI)开发，具有通用性、可视化和网络远程控制等优点，是专为信号采集、信号分析、信号表达与控制等科研领域设计开发的软件[3]。

虚拟仪器，简称VI，是一种新型仿真仪器，它以计算机技术为核心，将计算机技术与测试系统融为一体，用可编程软件代替传统科研仪器中某些硬件的功能，设计虚拟操作界面代替传统仪器操作面板。传统仪器硬件功能的软件化是虚拟仿真仪器最重要的一个特征，工程测试人员只要在虚拟仿真平台上用鼠标和键盘控制虚拟仪器的启动、运行和结束，就能完成被测信号的采集、图谱分析、波形显示、数据存储和回放等功能。与传统科研仪器相比，虚拟仿真仪器最大的优点是其功能可由编程软件自行定义，用户可以根据科研实际需要进行灵活调整，用户应用软件选择不同，虚拟仪器表达形式也有所不同。当虚拟仿真仪器用户要改变仪器某项功能或要重构新的仪器时，用户可以自行改变应用软件来实现，不需要重新购买新的仪器。传统科研仪器的功能是由制造商事先设计和定义好的，仪器功能用户是无法改变的。表1列举了传统仪器与虚拟仿真仪器的性能特点。虚拟仿真仪器是计算机软件技术与仪器技术深层次结合的产物，相对于传统仪器有重大突破，是科研仪器领域内的一次技术革命，也是当前科研测试领域仪器最新发展的方向[3]。

表1 虚拟仿真仪器与传统仪器性能特点比较

2 印刷机齿轮振动虚拟仿真测试系统设计

数据采集是印刷机齿轮振动信号采集与分析系统最主要的基础环节，振动信号采集技术流程如图1。振动传感器首先采集到齿轮振动信号的模拟量，并将振动模拟信号转化为数字信号。振动模拟信号x(t)经脉冲采样后，即成为时间离散振动信号x(n)，量化后采集到取值也是离散化的振动数字信号。

按照印刷机齿轮振动的特征，印刷机齿轮振动虚拟仿真平台系统程序设计流程可用图2表示。印刷滚筒齿轮产生的振动信号被振动传感器采集后进

图2 印刷机齿轮振动虚拟采集系统程序设计流程

行数字转换，通过信号调理电路放大处理后，进入虚拟仪器硬件对振动信号进一步处理，最后通过LabVIEW软件中的程序进行信号分析和处理[4-6]。基于LabVIEW 软件环境下开发的印刷机齿轮振动可视化模拟操作平台，主要包括振动信号采集模块、频域分析模块、时频分析模块等。

3 印刷机振动虚拟仿真实验与印刷品质量关联性分析

3.1 虚拟振动信号采集平台仿真实验

采用虚拟仪器设计开发上述印刷机振动信号采集虚拟仿真平台，借此仿真平台获得测试印刷机齿轮在不同振动工况下的频谱图。实验测试了1年、5年、10年三种不同机龄段的某种型号的印刷机，得出了不同的图谱。图3是1年机龄的新印刷机齿轮振动波形图，新印刷机经过磨合后，滚筒传动齿轮工作状态良好，振动幅度较小，仿真平台测试出来的幅值比较平缓，没有太大的噪声波动。

图3 1年机龄齿轮振动波形图

图4是5年机龄的新印刷机齿轮振动波形图，从波形图中可以看出振动噪声密集分布，说明此时印刷机齿轮有了较大的磨损，齿轮工况没有1年机龄好，对印刷品质量存在一定的影响。

图5是10年机龄印刷机振动波形图，该波形图与5年机龄相比，振动幅度更大，波形中掺杂的异常噪声较多，此时说明齿轮啮合轮廓出现了磨损甚至断齿故障，会对印刷品质量产生严重影响，此时需要对齿轮进行修复或更换齿轮[7-8]。

图4 5年机龄齿轮振动波形图

图5 10年机龄齿轮振动波形图

3.2 印刷机齿轮振动与印刷品质量动态分析

为了验证齿轮振动对印刷品的影响，分别抽取了1年、10年机龄印刷机实时印刷样张，并结合上述仿真实验，对印刷机齿轮振动与印刷品质量关联性作进一步分析。

印刷机滚筒主传动齿轮是斜齿轮，工作时在轴向方向上会产生一个分力，这个分力使印刷滚筒在轴向上产生一个较小的位移，导致振动产生。当齿轮振动较小时，由于印版滚筒和橡皮滚筒都具有一定的吸振性，此时，印刷机轻微振动对印刷品质量影响不大，如图6是1年机龄印刷机实时印刷样张，从样张中可以看出，印刷品套印精确、色彩符合要求，印刷网点饱满、充实。

当齿轮轴向串动量过大时会对印刷品套印产生较大的影响，如图8是10年机龄印刷机印刷样张。由于10年机龄印刷机齿轮振动过大，造成橡皮滚筒与印版滚筒间有一个较大的滑移量，印刷品就会产生重影现象[4]，最终导致印刷品网点边缘不光洁，印刷画面模糊不清而影响印刷品质量。这种套印不准和图像模糊的现象是因为印刷滚筒发生了轴向位移，导致每一色印迹不能重合在一起。当印刷滚筒齿轮的轴向分力积累的能量过大，且在轴向上不能立即释放，很容易使印刷滚筒产生振动，从而产生墨杠。由于印刷滚筒斜齿轮是固定在滚筒的主轴上的，斜齿轮在互相啮合过程中产生的作用力会在轴向上产生一个分力，在高速印刷情况下，这个分力是很大的，这是因为高速印刷时相互啮合的齿轮齿与齿发生刚性冲击。若齿轮的端跳过大，就对滚筒轴向产生较大的冲击力，冲击力过大带来印刷滚筒轴向的振动[9-10]。