Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ МАРКИРОВКИ И КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА БУМАЖНОГО ПОЛОТНА ВЫХОДНОГО РУЛОНА И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретения относятся к области полиграфической промышленности и могут быть использованы для контроля длины бумажного полотна выходного рулона на бумажных фабриках, предназначенного для дальнейшего использования на печатных фабриках, преимущественно Объединения Гознак.

Из уровня техники известен, способ маркировки и контроля технологического параметра бумажного полотна выходного рулона, согласно которому наносят контрольные метки методом печати на незапечатываемом поле бумажного полотна по всей длине рулона с заданным шагом, которые (т.е., контрольные метки и шаг между ними) функционально являются информативными признаками контролируемого технологического параметра. Последующую регистрацию указанных информативных признаков с использованием блока оптико-электронных устройств, который включает, по меньшей мере: средства подсветки, оптические средства считывания, средства аналогово-цифрового преобразования, ввода и запоминания считанной и преобразованной информации в блоке памяти электронно-вычислительного устройства согласно заданной программе (SU, № 511232, B41F 33/00, 1976 или SU, № 1014767, B41F 33/00, 1983 или RU, № 2102242, B41F 5/04).

Из уровня техники известна также система для маркировки и контроля технологического параметра бумажного полотна выходного рулона, включающая последовательно размещенные (вдоль расположенного между входным и выходным рулонами маркируемого контрольными метками участка бумажного полотна) средство маркировки, установленное с возможностью нанесения контрольных меток методом печати на незапечатываемом поле бумажного полотна по всей длине рулона с заданным шагом (которые, т.е. контрольные метки и шаг между ними, являются информативными признаками контролируемого технологического параметра) и блок оптико-электронных устройств контроля и регистрации вышеуказанных информативных признаков. Указанный блок оптико-электронных устройств контроля и регистрации включает, по меньшей мере, средства подсветки, оптические средства считывания, коммутационно связанные со средствами аналого-цифрового преобразования, ввода и запоминания считанной и преобразованной информации в блоке памяти электронно-вычислительного устройства посредством программного обеспечения (SU, № 511232, B41F 33/00, 1976 или SU, № 1014767, B41F 33/00, 1983 или RU, № 2102242, B41F 5/04).

К недостаткам данных известных из уровня техники способа маркировки и контроля технологического параметра бумажного полотна выходного рулона, а также системы для его реализации следует отнести отсутствие возможности контроля действительной длины бумажного полотна посредством сформированных на бумажном полотне выходного рулона информативных признаков (т.е. контрольных меток и шага между ними), ввиду отсутствия информации о величине шага между контрольными метками, а также кодовой информации о последовательности их расположения.

В основу заявленных способа маркировки и контроля технологического параметра (действительной длины) бумажного полотна выходного рулона, а также системы для его осуществления была положена задача обеспечения возможности высокоточного (т.е., независящего от изменения размеров полотна от влажности, температуры и усилия натяжения намотки/размотки) контроля действительной длины бумажного полотна за счет маркировки незапечатываемого (свободного) в дальнейшем поля этого полотна систематизированной совокупностью контрольных меток с регламентируемым шагом, а также задача расширения функциональных возможностей за счет использования информационной базы (т.е. «паспорта рулона») сформированной на печатной фабрике для контроля ряда технологических параметров (в том числе, и длины) бумажного полотна ранее сформированного рулона применительно к печатной фабрике (т.е. при изготовлении конечной продукции в процессе запечатывания бумажного полотна с возможностью обеспечения контроля его расхода как на входе в машину рулонной печати, так и на выходе из нее с учетом технологического брака).

Поставленная задача в отношении объекта изобретения «способ» решается посредством того, что в способе маркировки и контроля технологического параметра бумажного полотна выходного рулона, согласно которому наносят контрольные метки методом печати на незапечатываемом поле бумажного полотна по всей длине рулона с заданным шагом, которые, т.е. контрольная метка и шаг, функционально являются информативными признаками контролируемого технологического параметра и регистрируют эти информативные признаки с использованием блока оптико-электронных устройств, который включает, по меньшей мере, средства подсветки, оптические средства считывания, средства аналого-цифрового преобразования, ввода и запоминания считанной и преобразованной информации в блоке памяти электронно-вычислительного устройства согласно заданной программе, согласно изобретению в качестве контролируемого технологического параметра выбирают длину бумажного полотна выходного рулона, комплектуемого на бумажной фабрике; в качестве контрольных меток используют, преимущественно, цифровой код с элементом, указывающим направление считывания, который печатают рядом с кодом; шаг между контрольными метками обеспечивают постоянной величины, которую выбирают в зависимости от технологически допустимой погрешности в отношении действительной длины бумажного полотна выходного рулона, регламентируемой его растяжением в процессе технологического цикла формирования этого рулона; запоминание считанной и преобразованной информации в блоке памяти электронно-вычислительного устройства осуществляют с обеспечением неограниченного по времени сохранения этой информации и возможностью ее вывода на бумажные и/или электронные носители информации, которые функционально являются «паспортом рулона» с заданной базой данных по выходному рулону.

Оптимально, чтобы в базе данных «паспорта рулона» была отображена, по меньшей мере, следующая информация по конкретному рулону: название рулона, дата и время формирования паспорта рулону; номера контрольных меток начала и окончания рулона, а также дата и время их формирования; общее количество контрольных меток в рулоне; общая длина рулона; недостающие фрагменты контрольных меток (т.е. расстояния между метками, вышедшие за пределы допуска в отрицательную сторону); избыточные фрагменты контрольных меток (т.е., расстояния между метками, вышедшие за пределы допуска в положительную сторону).

Допустимо шаг между контрольными метками обеспечивать в диапазоне следующих величин: 1000±1 мм.

Оптимально цифровой код выполнять девятизначным в виде последовательного ряда чисел от 1 до N, где N - количество контрольных меток в комплектуемом рулоне.

Целесообразно элемент, указывающий направление считывания кодовой информации, выполнять в виде стрелки.

Поставленная задача в отношении объекта изобретения «устройство» решается посредством того, что система для маркировки и контроля технологического параметра бумажного полотна выходного рулона, включающая последовательно размещенные вдоль расположенного между входным и выходным рулонами маркируемого контрольными метками участка бумажного полотна средство маркировки, установленное с возможностью нанесения контрольных меток методом печати на незапечатываемом поле бумажного полотна по всей длине рулона с заданным шагом, которые, т.е., контрольные метки и шаг, являются информативными признаками контролируемого технологического параметра и блок оптико-электронных устройств контроля и регистрации вышеуказанных информативных признаков, который включает, по меньшей мере, средства подсветки, оптические средства считывания, коммутационно связанные со средствами аналого-цифрового преобразования, ввода и запоминания считанной и преобразованной информации в блоке памяти электронно-вычислительного устройства посредством программного обеспечения, согласно изобретению она дополнительно содержит последовательно расположенные между средством маркировки и упомянутым блоком оптико-электронных устройств контроля и регистрации датчик скорости и резательный аппарат, при этом датчик скорости и средства маркировки коммутационно связаны с электронно-вычислительным устройством, программное обеспечение которого сформировано с возможностью нанесения средствами маркировки контрольных меток методом печати на незапечатываемом поле бумажного полотна по всей длине комплектуемого на бумажной фабрике выходного рулона с шагом заданной величины, которую выбирают в зависимости от технологически допустимой погрешности в отношении контролируемого технологического параметра - действительной длины, бумажного полотна выходного рулона, регламентируемой его растяжением в процессе технологического цикла формирования этого рулона; регистрации величины шага между контрольными метками в виде цифровых кодов с элементами, указывающими направление считывания, которые расположены рядом с кодами; запоминание считанной и преобразованной информации в блоке памяти электронно-вычислительного устройства с обеспечением неограниченного по времени сохранения этой информации и возможностью ее вывода на бумажные и/или электронные носители информации, которые являются «паспортом рулона» и содержат заданную информацию по рулону.

Оптимально, если система включает рабочее место оператора, которое содержит клавиатуру, монитор и принтер, коммутационно связанные с электронно-вычислительным устройством.

Изобретения поясняются графическими материалами.

Фиг.1 - структурная схема организации контроля и учета длины бумажного полотна на бумажной фабрике с последующим использованием данных «паспорта рулона» на печатной фабрике.

Фиг.2 - демонстрационная схема устройства считывания меток и контроля расстояния (шага) между ними.

Фиг.3 - структурная схема устройства управления, обработки и отображения информации.

Фиг.4 - структурная схема системы применительно к продольно резательным станкам на бумажных фабриках.

Фиг.5 - серверная часть программного обеспечения (серверное приложение).

Так как бумажное полотно при формировании рулона изменяет свои размеры в зависимости от влажности и натяжения намотки/размотки, то задача измерения действительной длины бумажного полотна в рулоне с большой точностью становится практически неразрешимой с помощью известных из уровня техники методов (способов) и систем для их реализации. Поэтому для контроля и учета длины бумажного полотна в рулоне были разработаны следующая структура технологического процесса формирования выходного рулона бумажного полотна и система для его реализации применительно к бумажным фабрикам, преимущественно Объединения Гознак.

Способ маркировки и контроля технологического параметра (действительной длины) бумажного полотна 1 выходного рулона 2 на бумажной фабрике заключается в следующем. Согласно данному способу наносят контрольные метки 3 методом печати на незапечатываемом поле бумажного полотна 1 по всей длине рулона 2 с заданным шагом 4. Упомянутые контрольные метки 3 и шаг 4 функционально являются информативными признаками для определения величины контролируемого технологического параметра - действительной длины бумажного полотна 1 выходного рулона 2. Регистрацию этих информативных признаков осуществляют посредством блока 5 оптико-электронных устройств (видеоблока). Данный блок 5 включает, по меньшей мере, средства 6 подсветки, оптические средства 7 считывания, средства аналого-цифрового преобразования, ввода и запоминания считанной и преобразованной информации в блоке памяти электронно-вычислительного устройства 8 согласно заданной программе. Как ранее указывалось, согласно изобретению в качестве контролируемого технологического параметра выбирают длину бумажного полотна 1 выходного рулона 2, комплектуемого на бумажной фабрике. В качестве контрольных меток 3 используют, преимущественно, цифровой код с элементом, указывающим направление считывания, который печатают рядом с кодом. Шаг 4 между контрольными метками 3 обеспечивают постоянной величины, которую выбирают в зависимости от технологически допустимой погрешности в отношении действительной длины бумажного полотна 1 выходного рулона 2, регламентируемой его растяжением в процессе технологического цикла формирования этого рулона 2. Запоминание считанной и преобразованной информации в блоке памяти электронно-вычислительного устройства 8 осуществляют с обеспечением неограниченного по времени сохранения этой информации и возможностью ее вывода на бумажные и/или электронные носители информации, которые функционально являются «паспортом рулона» с заданной базой данных по выходному рулону 2.

Оптимально, чтобы в базе данных «паспорта рулона» была отображена, по меньшей мере, следующая информация по конкретному выходному рулону 2: название рулона 2, дата и время формирования «паспорта рулона» 2; номера контрольных меток 3 начала и окончания рулона 2, а также дата и время их формирования; общее количество контрольных меток 3 в рулоне 2; общая длина рулона 2; недостающие фрагменты контрольных меток 3 (т.е. расстояния между метками 3, вышедшие за пределы допуска в отрицательную сторону); избыточные фрагменты контрольных меток 3 (т.е. расстояния между метками 3, вышедшие за пределы допуска в положительную сторону).

Допустимо шаг 4 между контрольными метками 3 обеспечивать в диапазоне следующих величин: 1000±1 мм.

Оптимально цифровой код выполнять девятизначным в виде последовательного ряда чисел от 1 до N, где N - количество контрольных меток 3 в комплектуемом рулоне 2.

Целесообразно элемент, указывающий направление считывания кодовой информации выполнять в виде стрелки.

Более подробно физическая сущность заявленного способа маркировки и контроля длины бумажного полотна 1 выходного рулона 2 на бумажной фабрике раскрыта на примере промышленной реализации системы для осуществления способа.

Система для маркировки и контроля технологического параметра бумажного полотна 1 выходного рулона 2 включает: последовательно размещенные (вдоль расположенного между входным рулоном 9 и выходным рулоном 2 маркируемого контрольными метками 3 участка бумажного полотна 1) средство 10 маркировки, установленное с возможностью нанесения контрольных меток 3 методом печати на незапечатываемом поле бумажного полотна 1 по всей длине рулона 2 с заданным шагом 4, которые (т.е. контрольные метки 3 и шаг 4) являются информативными признаками контролируемого технологического параметра (действительной длины бумажного полотна 1 выходного рулона 2), и блок 5 оптико-электронных устройств контроля и регистрации вышеуказанных информативных признаков. Данный блок 5 включает, по меньшей мере, средства 6 подсветки, оптические средства 7 считывания, коммутационно связанные со средствами аналого-цифрового преобразования, ввода и запоминания считанной и преобразованной информации в блоке памяти электронно-вычислительного устройства 8 посредством программного обеспечения. Кроме того, согласно изобретению, система дополнительно содержит последовательно расположенные между средством 10 маркировки и упомянутым блоком 5 оптико-электронных устройств контроля и регистрации датчик 11 скорости и резательный аппарат 12. При этом датчик 11 скорости и средства 10 маркировки коммутационно связаны с электронно-вычислительным устройством 8. Программное обеспечение электронно-вычислительного устройства 8 сформировано с возможностью нанесения средствами 10 маркировки контрольных меток 3 методом печати на незапечатываемом поле бумажного полотна 1 по всей длине комплектуемого на бумажной фабрике выходного рулона 2 с шагом 4 заданной величины (величину шага 4 выбирают в зависимости от технологически допустимой погрешности в отношении контролируемого технологического параметра - действительной длины, бумажного полотна 1 выходного рулона 2, регламентируемой его растяжением в процессе технологического цикла формирования этого рулона 2); регистрации величины шага 4 между контрольными метками 3, выполненными, преимущественно, в виде цифровых кодов с элементами, указывающими направление считывания, которые расположены рядом с кодами; запоминания считанной и преобразованной информации в блоке памяти электронно-вычислительного устройства 8 с обеспечением неограниченного по времени сохранения этой информации и возможностью ее вывода на бумажные и/или электронные носители информации, которые являются «паспортом рулона» и содержат заданную информацию по рулону 2.

Оптимально, если система включает рабочее место 13 оператора, которое содержит клавиатуру 14, монитор 15 и принтер 16, коммутационно связанные с электронно-вычислительным устройством 8.

На фиг.4 изображена структурная схема системы применительно к установке на продольно-резательных станках бумажных фабрик.

Система состоит из следующих устройств:

- средства 10 маркировки (т.е. промышленного каплеструйного принтера 17 с печатающей головкой 18);

- датчика 11 скорости движения полотна 1;

- блока 5 оптико-электронных устройств, включающего оптические средства 7 считывания (в виде скоростной линейной CCD-камеры) и средства 6 подсветки;

- электронно-вычислительного устройства 8 (промышленный компьютер), включающего плату промышленного компьютера, плату видеоввода и интерфейсную плату;

- рабочего места 13 оператора, состоящего из принтера 16, монитора 15 и клавиатуры 14.

Таким образом, система предназначена для маркировки и контроля длины бумажного полотна 1 в выходном рулоне 2 на бумажных фабриках, преимущественно, Объединения Гознак. На бумажных фабриках система осуществляет маркировку, контроль и учет длины бумажного полотна 1 в рулоне 2 с формированием «паспорта рулона».

На бумажной фабрике (при намотке выходного рулона 2)с помощью средства 10 маркировки, например посредством промышленного каплеструйного принтера 17,преимущественно, через каждый метр осуществляется печатание контрольных меток 3 в поле маркировки (т.е. в незапечатываемой впоследствии на печатной фабрике области, как правило, расположенной по краю этого полотна 1) бумажного полотна 1 в виде цифрового кода, состоящего, например, из девятизначных чисел с инкрементом. Для указания направления возрастания нумерации рядом с каждой контрольной меткой 3 печатается стрелка. Последовательно со средством 10 маркировки устанавливается блок 5 оптико-электронных устройств контроля, регистрации и учета нанесенных меток 3 и расстояний (шага 4) между ними. Так как между метками 3 расстояние (шаг 4) небольшое, то изменением размеров полотна 1 от влажности, температуры и натяжения намотки/размотки можно пренебречь и вести учет длины бумажного полотна 1 с большой точностью.

После намотки рулона 2 со сформированными контрольными метками 3 система в электронной и печатной форме формирует «паспорт рулона», в котором отображено количество меток 3 и расстояния между ними. Далее бумажный рулон 2 с собственным «паспортом рулона» поступает на печатную фабрику.

Система построена на базе современных технических средств (аппаратных, оптических и программных) по модульному типу с целью последующего расширения ее функциональных возможностей.

Система обеспечивает круглосуточный режим работы.

Система оснащена устройствами защиты (на случай аварийного сбоя электропитания), самодиагностики и восстановления в случае сбоев или отказов по аппаратным и программным компонентам, а также обеспечивает сохранность данных в нештатных ситуациях.

При обнаружении отклонений от заданных параметров система имеет возможность сигнализировать об отклонении.

Система имеет стандартные внешние интерфейсы связи при необходимости управления внешними устройствами или получения от них необходимой информации.

К основным функциям системы маркировки контроля и учета длины бумажного полотна в выходном рулоне 2 (инсталлированной применительно к бумажным фабрикам) относятся следующие функции:

- маркировка бумажного полотна 1 с помощью промышленных каплеструйных принтеров 17;

- считывание контрольных меток 3 и расстояний между ними при формировании рулона 2;

- создание «паспорта рулона» с указанием количества меток 3 и расстояний (шага 4) между ними.

Средство 10 маркировки характеризуется следующими параметрами.

Тип маркировочного устройства: промышленный каплеструйный принтер 17.

Цвет маркировки: черный.

Свойства чернил: чернила не должны проникать на противоположную сторону бумаги и маркировать посторонние объекты.

Точность нанесения маркировки: с шагом в 1000±1 мм с привязкой к полю маркировки.

Вид маркировки: девятизначное число с инкрементом и стрелка для указания направления возрастания числа.

Оптические средства 7 считывания меток 3 и контроля расстояния между ними создаются на базе скоростной линейной CCD-камеры с цифровым выходом, внешней синхронизацией и линейной подсветкой (средством 6 подсветки), а также датчика 11 скорости.

CCD-камера электронной разверткой захватывает (с перекрытием) поле маркировки с разрешением 0,1 мм, а с помощью датчика 11 скорости формирует механическую развертку с шагом 0,1 мм по направлению движения полотна 1.

Из вышесказанного следует, что данное устройство производит непрерывную съемку поля маркировки полотна 1 с разрешением 0,1 мм и скоростью движения полотна 1 до 10 м/с, что дает возможность программно распознавать цифровые метки 3 и измерять расстояния между ними с точностью до 0,1 мм.

Устройство управления, обработки и отображения информации (электронно-вычислительное устройство 8) создается на базе промышленного компьютера, специализированной платы видеоввода и интерфейсной платы. Структурная схема устройства представлена на фиг.3.

Плата видеоввода принимает видеоинформацию с линейной CCD-камеры, а также осуществляет ее настройку и синхронизацию по импульсам, поступающим с интерфейсной платы. А также (из полученной видеоинформации с линейной CCD-камеры) плата видеоввода выделяет изображение поля маркировки и передает на плату промышленного компьютера.

Интерфейсная плата по сигналам с датчика скорости 11 формирует импульсы синхронизации с шагом 0,1 мм по направлению движения полотна 1 с выдачей на плату видеоввода, также она осуществляет управление элементами средства подсветки 6 в динамическом режиме работы.

Плата промышленного компьютера по принятому изображению поля маркировки осуществляет обнаружение и распознавание цифровых меток 3 (цифровых кодов), а также измерение расстояния между ними с точностью до 0,1 мм. Кроме этого плата промышленного компьютера осуществляет настройку платы видеоввода и интерфейсной платы, а также обслуживает рабочее место 13 оператора.

Программное обеспечение системы применительно к бумажным фабрикам работает под операционной системой Windows 2000^XP и состоит из серверного и клиентского приложений.

До изготовления и испытания аппаратной части системы было проведено моделирование работы серверной и клиентской части программного обеспечения.

Серверная часть программного обеспечения моделировалась с помощью приложения, изображенного на фиг.5. Здесь задавалось название рулона, расстояние между контрольными метками и допуск погрешности измерения.

В итоге моделирования серверным приложением были сформированы базы данных меток по конкретным рулонам, а также нажатием кнопки «х» были имитированы разрывы полотна.

С помощью клиентского приложения были получены по базам данных «паспорта рулонов».

Серверное приложение (фиг.5) инсталлируется на промышленном компьютере системы и выполняет следующие функции:

- запуск и остановку системы;

- настройку системы;

- контроль состояния системы;

- обнаружение и распознавание контрольных меток 3 и контроль расстояний (шага 4) между ними;

- формирование базы данных контрольных меток 3 (цифровых кодов) по выходному рулону 2;

- включение сигнализации при нарушениях печати контрольных цифровых меток 3.

Клиентское приложение может инсталлироваться как на промышленном компьютере системы, так и на других компьютерах и позволяет выполнять следующие функции:

- просмотр сформированных баз данных контрольных меток 3 и расстояний между ними;

- формирование «паспорта рулона».

Таким образом, на данном этапе разработки:

- проведена разработка структуры системы контроля и учета длины бумажного полотна в рулоне на бумажных фабриках;

- осуществлен подбор и испытание каплеструйного промышленного принтера для печати цифровых контрольных меток со скоростью до 300 м/мин;

- осуществлена разработка и испытание на реальных образцах нейросетевого модуля распознавания цифровых символов контрольных меток 3;

- проведена разработка и моделирование работы программного обеспечения клиентских и серверных приложений для бумажных фабрик;

- произведена разработка кинематических, оптических, принципиальных схем системы в целом, а также созданы и испытаны отдельные ее модули.

- разработана структурная схема организации контроля длины бумажного полотна 1 в рулоне 2 на бумажных фабриках Объединения Гознак;

- произведен подбор и испытание промышленного каплеструйного принтера для маркировки бумажного полотна 1 в рулоне 2;

- разработаны структурная схема и алгоритмы, а также проведено моделирование работы системы контроля и учета длины бумажного полотна в рулоне на бумажных фабриках Объединения Гознак.

Таким образом, заявленные изобретения могут найти широкое применение в области полиграфической промышленности и могут быть использованы для контроля действительной длины бумажного полотна в выходном рулоне, формируемом на бумажных фабриках, предназначенного для дальнейшего использования на печатных фабриках, преимущественно Объединения Гознак.