基于LabVIEW虛擬平臺的印刷機齒輪振動與印刷品質量關聯(lián)性分析

張長泉

安徽新聞出版職業(yè)技術學院印刷包裝系，安徽合肥，230601

基于LabVIEW虛擬平臺的印刷機齒輪振動與印刷品質量關聯(lián)性分析

張長泉

安徽新聞出版職業(yè)技術學院印刷包裝系，安徽合肥，230601

論述了虛擬儀器在機械振動測試領域中的重要作用，比較了傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器在使用性能方面的異同。以LabVIEW軟件為基礎，采用虛擬儀器技術，設計印刷機振動信號虛擬采集仿真實驗平臺，通過仿真平臺得出印刷機齒輪在不同工況下的波形圖，結合印刷機在不同齒輪工作狀態(tài)下實時樣張的抽取，分析了1年、5年、10年印刷機振動時域波譜圖和印刷品網(wǎng)點再現(xiàn)質量，研究印刷機齒輪振動對印刷品質量的影響。結果表明：齒輪輕微振動時對印刷品影響不大；齒輪振動過大時，對印刷品質量產(chǎn)生嚴重影響，通過50倍放大鏡可以發(fā)現(xiàn)印刷品網(wǎng)點發(fā)生變形和錯位現(xiàn)象，同時印刷品出現(xiàn)了糊版、套印不準等印刷故障。

LabVIEW；虛擬儀器；印刷機；齒輪振動；印刷品質量

印刷機在高速運轉時會產(chǎn)生很大的振動，當振動過大時對印刷品質量產(chǎn)生一定的影響。印刷機齒輪振動程度與印刷品質量存在一定的關聯(lián)性，這種關聯(lián)性可以通過機械噪聲反映出來，通過測試印刷機工作時齒輪振動所產(chǎn)生的噪音來判斷印刷機的使用壽命和印刷品質量是當前印刷設備研究過程中的主要方法之一。在對印刷機械振動噪聲試驗測試中，由于傳統(tǒng)儀器價格高，功能有限，對分析結果難以進行二次處理，且不具有通用性，這給印刷機振動噪聲測試帶來了很大的不便。印刷機齒輪振動測試為節(jié)約成本，提高振動實時監(jiān)測能力，可借助一個仿真平臺，因為這類仿真平臺具有通用性、靈活性、網(wǎng)絡化和可視化等特點。虛擬仿真儀器是現(xiàn)階段測試領域一個比較好的選擇，開發(fā)一種用于高速印刷機齒輪振動測試的虛擬仿真實驗平臺，已成為當前印刷行業(yè)急需配置的一套工作平臺[1-2]。

1 虛擬儀器概述

隨著計算機技術、通信技術和軟件開發(fā)技術的快速發(fā)展，科研儀器發(fā)生了巨大變化，產(chǎn)生了以虛擬仿真儀器為代表的新型儀器。虛擬仿真儀器是利用可編程開發(fā)軟件構建儀器操作前面板，并在虛擬硬件的支持下，對信號進行采集、控制和分析。虛擬儀器中最具代表性的是基于LabVIEW軟件環(huán)境的、采用圖形化編程構建出來的仿真平臺。該軟件由美國虛擬儀器公司(NI)開發(fā)，具有通用性、可視化和網(wǎng)絡遠程控制等優(yōu)點，是專為信號采集、信號分析、信號表達與控制等科研領域設計開發(fā)的軟件[3]。

虛擬儀器，簡稱VI，是一種新型仿真儀器，它以計算機技術為核心，將計算機技術與測試系統(tǒng)融為一體，用可編程軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)科研儀器中某些硬件的功能，設計虛擬操作界面代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器操作面板。傳統(tǒng)儀器硬件功能的軟件化是虛擬仿真儀器最重要的一個特征，工程測試人員只要在虛擬仿真平臺上用鼠標和鍵盤控制虛擬儀器的啟動、運行和結束，就能完成被測信號的采集、圖譜分析、波形顯示、數(shù)據(jù)存儲和回放等功能。與傳統(tǒng)科研儀器相比，虛擬仿真儀器最大的優(yōu)點是其功能可由編程軟件自行定義，用戶可以根據(jù)科研實際需要進行靈活調整，用戶應用軟件選擇不同，虛擬儀器表達形式也有所不同。當虛擬仿真儀器用戶要改變儀器某項功能或要重構新的儀器時，用戶可以自行改變應用軟件來實現(xiàn)，不需要重新購買新的儀器。傳統(tǒng)科研儀器的功能是由制造商事先設計和定義好的，儀器功能用戶是無法改變的。表1列舉了傳統(tǒng)儀器與虛擬仿真儀器的性能特點。虛擬仿真儀器是計算機軟件技術與儀器技術深層次結合的產(chǎn)物，相對于傳統(tǒng)儀器有重大突破，是科研儀器領域內的一次技術革命，也是當前科研測試領域儀器最新發(fā)展的方向[3]。

表1 虛擬仿真儀器與傳統(tǒng)儀器性能特點比較

2 印刷機齒輪振動虛擬仿真測試系統(tǒng)設計

數(shù)據(jù)采集是印刷機齒輪振動信號采集與分析系統(tǒng)最主要的基礎環(huán)節(jié)，振動信號采集技術流程如圖1。振動傳感器首先采集到齒輪振動信號的模擬量，并將振動模擬信號轉化為數(shù)字信號。振動模擬信號x(t)經(jīng)脈沖采樣后，即成為時間離散振動信號x(n)，量化后采集到取值也是離散化的振動數(shù)字信號。

按照印刷機齒輪振動的特征，印刷機齒輪振動虛擬仿真平臺系統(tǒng)程序設計流程可用圖2表示。印刷滾筒齒輪產(chǎn)生的振動信號被振動傳感器采集后進

圖2 印刷機齒輪振動虛擬采集系統(tǒng)程序設計流程

行數(shù)字轉換，通過信號調理電路放大處理后，進入虛擬儀器硬件對振動信號進一步處理，最后通過LabVIEW軟件中的程序進行信號分析和處理[4-6]?；贚abVIEW 軟件環(huán)境下開發(fā)的印刷機齒輪振動可視化模擬操作平臺，主要包括振動信號采集模塊、頻域分析模塊、時頻分析模塊等。

3 印刷機振動虛擬仿真實驗與印刷品質量關聯(lián)性分析

3.1 虛擬振動信號采集平臺仿真實驗

采用虛擬儀器設計開發(fā)上述印刷機振動信號采集虛擬仿真平臺，借此仿真平臺獲得測試印刷機齒輪在不同振動工況下的頻譜圖。實驗測試了1年、5年、10年三種不同機齡段的某種型號的印刷機，得出了不同的圖譜。圖3是1年機齡的新印刷機齒輪振動波形圖，新印刷機經(jīng)過磨合后，滾筒傳動齒輪工作狀態(tài)良好，振動幅度較小，仿真平臺測試出來的幅值比較平緩，沒有太大的噪聲波動。

圖3 1年機齡齒輪振動波形圖

圖4是5年機齡的新印刷機齒輪振動波形圖，從波形圖中可以看出振動噪聲密集分布，說明此時印刷機齒輪有了較大的磨損，齒輪工況沒有1年機齡好，對印刷品質量存在一定的影響。

圖5是10年機齡印刷機振動波形圖，該波形圖與5年機齡相比，振動幅度更大，波形中摻雜的異常噪聲較多，此時說明齒輪嚙合輪廓出現(xiàn)了磨損甚至斷齒故障，會對印刷品質量產(chǎn)生嚴重影響，此時需要對齒輪進行修復或更換齒輪[7-8]。

圖4 5年機齡齒輪振動波形圖

圖5 10年機齡齒輪振動波形圖

3.2 印刷機齒輪振動與印刷品質量動態(tài)分析

為了驗證齒輪振動對印刷品的影響，分別抽取了1年、10年機齡印刷機實時印刷樣張，并結合上述仿真實驗，對印刷機齒輪振動與印刷品質量關聯(lián)性作進一步分析。

印刷機滾筒主傳動齒輪是斜齒輪，工作時在軸向方向上會產(chǎn)生一個分力，這個分力使印刷滾筒在軸向上產(chǎn)生一個較小的位移，導致振動產(chǎn)生。當齒輪振動較小時，由于印版滾筒和橡皮滾筒都具有一定的吸振性，此時，印刷機輕微振動對印刷品質量影響不大，如圖6是1年機齡印刷機實時印刷樣張，從樣張中可以看出，印刷品套印精確、色彩符合要求，印刷網(wǎng)點飽滿、充實。

當齒輪軸向串動量過大時會對印刷品套印產(chǎn)生較大的影響，如圖8是10年機齡印刷機印刷樣張。由于10年機齡印刷機齒輪振動過大，造成橡皮滾筒與印版滾筒間有一個較大的滑移量，印刷品就會產(chǎn)生重影現(xiàn)象[4]，最終導致印刷品網(wǎng)點邊緣不光潔，印刷畫面模糊不清而影響印刷品質量。這種套印不準和圖像模糊的現(xiàn)象是因為印刷滾筒發(fā)生了軸向位移，導致每一色印跡不能重合在一起。當印刷滾筒齒輪的軸向分力積累的能量過大，且在軸向上不能立即釋放，很容易使印刷滾筒產(chǎn)生振動，從而產(chǎn)生墨杠。由于印刷滾筒斜齒輪是固定在滾筒的主軸上的，斜齒輪在互相嚙合過程中產(chǎn)生的作用力會在軸向上產(chǎn)生一個分力，在高速印刷情況下，這個分力是很大的，這是因為高速印刷時相互嚙合的齒輪齒與齒發(fā)生剛性沖擊。若齒輪的端跳過大，就對滾筒軸向產(chǎn)生較大的沖擊力，沖擊力過大帶來印刷滾筒軸向的振動[9-10]。

4 結 論

通過虛擬儀器搭建起來的印刷機振動虛擬采集系統(tǒng)采集到印刷機齒輪振動波形圖，通過波形圖判斷齒輪磨損情況。結合實時印刷樣張的抽取，得出印刷機齒輪振動對印刷品套準精度、墨色等都有一定的影響，齒輪振動過大時印刷品質量受到嚴重影響，會出現(xiàn)墨杠、糊版現(xiàn)象。

[1]曹慧.虛擬儀器平臺下印刷機噪聲測試系統(tǒng)研究與開發(fā)[J].安陽工學院學報，2014(2)：32-33

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[6]李雪麗，張素香，李進霞.基于LabVIEW的機械振動實驗教學平臺[J].輕工科技,2014(1):78-79

[7]趙華.虛擬儀器在機械振動測試平臺設計中的應用[J]．煤礦機械,2012(1)：18-20

[8]谷吉海，劉釵. 基于虛擬儀器的包裝測試技術實驗教學系統(tǒng)設計[J].包裝工程,2012(32):91-93

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[10]王國彪,何正嘉,陳雪峰.機械故障診斷基礎研究“何去何從”[J].機械工程學報,2013,49(1):63-72

(責任編輯：汪材印)

10.3969/j.issn.1673-2006.2015.08.030

2015-03-30

安徽省高等學校優(yōu)秀青年人才基金重點項目“基于LabVIEW平臺膠印機振動與印品質量關聯(lián)性研究”(2013SQRL117ZD)。

張長泉 (1978-),福建順昌人,碩士,講師,主要研究方向：印刷技術。

TB535

A

1673-2006(2015)08-0099-04