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二次套印（又称 “套色印刷”）是印刷行业中实现多色图案精准叠加的核心工艺，其核心需求是保证第二色（及后续色）与第一色（基准色）的印刷位置偏差控制在工艺允许范围内（通常要求≤0.1mm，高精度场景需≤0.05mm）。控制方式的设计需围绕 “偏差检测 - 信号处理 - 执行校正” 的闭环逻辑展开，根据自动化程度和应用场景，可分为手动控制、半自动控制和全自动控制三大类，以下详细解析各类控制方式的原理、设备构成及适用场景。

一、核心控制逻辑：闭环校正的三要素

无论哪种控制方式，二次套印的本质是解决 “基准色位置偏差” 问题，需满足三个核心环节：

1. 基准定位：确定第一色（基准色）的 “目标位置”（通常通过印刷品上的套准标记实现，如十字线、靶标、色标等）；

2. 偏差检测：实时或离线测量第二色与基准色的位置偏差（包括横向偏差 X、纵向偏差 Y、角度偏差 θ）；

3. 执行校正：根据偏差信号，调整第二色印刷单元的机械位置或走纸速度，补偿偏差。

二、二次套印的三大控制方式

（一）手动控制（传统低成本方案）

手动控制依赖人工干预完成偏差检测与校正，是早期低速印刷设备（如小型凸版印刷机、丝印机）的主流方式，目前仅用于小批量、低精度场景。

1. 控制原理

1. 第一色印刷完成后，人工通过放大镜、标尺或套准检测仪（简易光学设备）观察套准标记的对齐情况；

2. 若发现偏差（如第二色十字线偏离基准色），人工调节第二色印刷单元的机械旋钮：

• 横向校正：调节印版滚筒的左右位移（X 方向）；

• 纵向校正：调节走纸机构的张力或滚筒转速（Y 方向，补偿走纸误差）；

• 角度校正：微调印版滚筒的安装角度（θ 方向，解决套印倾斜）；

3. 校正后再次试印，重复 “观察 - 调节” 流程，直至偏差达标。

2. 设备构成

• 基础印刷单元（印版滚筒、压印滚筒）；

• 手动调节机构（位移旋钮、张力手轮、角度微调螺丝）；

• 简易检测工具（20~50 倍放大镜、套准标尺）。

3. 优缺点与适用场景

（二）半自动控制（过渡型方案，人工检测 + 自动校正）

半自动控制结合了人工检测的灵活性和自动执行的稳定性，适用于中速印刷设备（如部分凹版印刷机、柔版印刷机），核心是 “人工判断偏差方向 / 大小，设备自动完成校正动作”。

1. 控制原理

1. 第一色印刷后，印刷品随走纸机构进入人工检测工位（或在线光学检测窗口）；

2. 操作员通过高清摄像头（连接显示器）观察套准标记，判断偏差值（如 “横向偏左 0.15mm”）；

3. 操作员在控制柜上输入偏差参数（或通过摇杆设定校正方向），控制系统驱动执行机构：

• 横向校正：伺服电机带动印版滚筒沿导轨左右移动（精度 ±0.01mm）；

• 纵向校正：伺服电机调节牵引辊转速（补偿走纸长度偏差）；

• 角度校正：步进电机驱动印版滚筒的角度微调机构（如偏心轴）；

4. 校正过程中，设备无需停机，仅需降速（通常降至正常速度的 50%），校正后恢复全速。

2. 设备构成

• 基础印刷单元 + 伺服 / 步进电机驱动的校正机构；

• 在线光学检测系统（高清摄像头、显示器）；

• 控制柜（PLC + 触摸屏，支持参数输入 / 校正指令发送）。

3. 优缺点与适用场景

（三）全自动控制（主流高精度方案，实时检测 + 闭环自动校正）

全自动控制是现代高速印刷设备（如高速凹版印刷机、卫星式柔版印刷机、标签印刷机）的核心技术，实现 “实时检测 - 自动计算偏差 - 毫秒级校正” 的全闭环控制，可应对高速（≥300m/min）、连续印刷中的动态偏差。

1. 控制原理（以 “在线光学检测 + 伺服驱动” 为例）

全自动控制的核心是 **“套准标记识别算法” 和 “动态校正响应速度”**，具体流程如下：

1. 基准色标记预设：在印刷图案设计阶段，在第一色（基准色）的边缘设置高对比度套准标记（如黑色十字线、方形靶标，尺寸通常 2~5mm），标记位置与图案的相对坐标预先存入控制系统（PLC / 专用套印控制器）；

2. 实时偏差检测：第二色印刷单元前方安装高速工业相机（帧率≥500fps，分辨率≥2000 万像素）和光源系统（LED 同轴光源，避免反光干扰），相机实时拍摄经过的印刷品套准标记；

3. 偏差计算：图像处理器（如 FPGA 芯片）对拍摄的标记图像进行处理（灰度化、边缘提取、坐标定位），对比 “实际标记坐标” 与 “预设基准坐标”，计算出 X（横向）、Y（纵向）、θ（角度）三个维度的偏差值（计算精度≤0.001mm）；

4. 校正指令发送：偏差信号实时传输至套印控制器（专用工控单元，响应时间≤1ms），控制器根据偏差值和走纸速度，通过 PID 算法（比例 - 积分 - 微分）计算出校正量（如 “横向右移 0.08mm”“牵引辊转速提高 0.5%”）；

5. 执行校正：控制器驱动对应的执行机构完成动态补偿：

• 横向校正：伺服电机通过滚珠丝杠带动印版滚筒沿线性导轨移动（响应速度≤50ms，定位精度 ±0.005mm）；

• 纵向校正：伺服电机调节牵引辊 / 送纸辊的转速（通过改变走纸长度补偿 Y 向偏差，如走纸速度 300m/min 时，转速微调 0.1% 即可补偿 0.3mm/m 的偏差）；

• 角度校正：伺服电机驱动印版滚筒的 “偏心套” 机构（通过微调滚筒轴线角度，校正 θ 向偏差，通常角度调节范围 ±0.5°）；

6. 闭环反馈：校正后，相机再次拍摄标记，验证偏差是否降至允许范围，若未达标则重复 “计算 - 校正” 流程，直至偏差合格。

2. 关键设备与技术

3. 优缺点与适用场景

三、特殊场景的控制优化方案

除上述三类基础方式外，针对特殊印刷材料或工艺，需对控制方式进行优化：

1. 弹性材料（如薄膜、无纺布）的套印控制

• 问题：材料易拉伸（走纸张力变化导致纵向偏差）、变形（温度湿度影响横向偏差）；

• 优化方案：

• 增加张力闭环控制：在走纸路径中安装张力传感器（如张力辊），实时调节牵引辊转速，稳定材料张力（张力波动控制在 ±5% 以内）；

• 采用 **“浮动印版” 设计 **：印版滚筒通过弹性机构与压印滚筒接触，补偿材料局部变形；

• 图像算法增加 “拉伸补偿”：根据材料拉伸系数（预先测量），动态调整标记坐标的计算基准。

2. 单张纸印刷的套印控制

• 问题：单张纸之间的定位偏差（如纸张输送时的歪斜、前后错位）；

• 优化方案：

• 增加纸张定位机构：采用 “侧规 + 前规” 双重定位（侧规定位横向，前规定位纵向），确保每张纸进入印刷单元时位置一致；

• 相机按 “单张检测” 模式工作：每张纸对应一次偏差检测与校正（而非连续检测），避免不同纸张的偏差叠加。

四、控制方式选型的核心考量因素

选择二次套印控制方式时，需平衡精度要求、印刷速度、材料特性、成本预算四大要素，具体决策逻辑如下：

1. 精度优先：若要求偏差≤0.05mm（如高端标签、电子线路板印刷），必须选全自动控制；

2. 速度优先：若印刷速度≥200m/min（如卷筒料高速印刷），需选全自动控制（半自动 / 手动无法响应动态偏差）；

3. 成本优先：若为小批量、低速印刷（如手工丝印），手动控制即可满足需求；

4. 材料特性：弹性材料（薄膜）需选带张力控制的全自动方案；单张纸印刷可选用半自动或简化版全自动方案。

五、常见套印偏差问题与解决（以全自动控制为例）

综上，二次套印的控制方式正从 “人工依赖” 向 “全自动化、高精度化” 发展，全自动控制凭借实时闭环校正能力，已成为中高端印刷设备的标配。实际应用中，需结合具体工艺需求，优化检测精度、执行响应速度和材料适应性，才能实现稳定的套印效果。