基于軟件實(shí)現(xiàn)的計(jì)量位移在涂布壓合機(jī)構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)

郭智華 曾任仁

(1.福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,福建南平,353000;2.福建農(nóng)林大學(xué)交通學(xué)院,福建福州,350002)

基于軟件實(shí)現(xiàn)的計(jì)量位移在涂布壓合機(jī)構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)

郭智華1曾任仁2

(1.福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,福建南平,353000;2.福建農(nóng)林大學(xué)交通學(xué)院,福建福州,350002)

在上光機(jī)涂布壓合機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)中,采用增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器對蝸桿旋轉(zhuǎn)的角度信息進(jìn)行測量,通過軟件記錄電平狀態(tài)并進(jìn)行辨向,分析了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)辨向細(xì)分和角位移的關(guān)鍵,采用軟件方法來實(shí)現(xiàn)對編碼器的辨向、位移測量,可消除硬件電路中存在的缺陷,達(dá)到了涂布量自動反饋的效果。

旋轉(zhuǎn)編碼器;辨向細(xì)分;軟件方式;精細(xì)涂布計(jì)量調(diào)節(jié)

在上光機(jī)涂布系統(tǒng)中,隨著涂層厚度的增加,厚度變動系數(shù)逐漸增大,從而對涂布的均勻性、穩(wěn)定性以及上光涂布表面平整性產(chǎn)生一定的影響。迄今為止,大部分廠家仍采用憑經(jīng)驗(yàn)來目測涂布量并加以調(diào)整確定涂層厚度,不僅占用生產(chǎn)時間,又缺乏定量的科學(xué)標(biāo)準(zhǔn),因此應(yīng)該根據(jù)涂布的總進(jìn)給量和上光復(fù)合機(jī)涂布壓合系統(tǒng)實(shí)際工作條件,合理地選用涂布量自動檢測反饋裝置。

國內(nèi)現(xiàn)有的回轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)角度測量方法大多采用旋轉(zhuǎn)電位器作為傳感元件,旋轉(zhuǎn)電位器輸出的信號需經(jīng)過整形、濾波和放大處理后,再經(jīng)過 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,可靠性差,傳感器易磨損,且測量過程存在著零點(diǎn)漂移、測量的準(zhǔn)確度低、系統(tǒng)壽命短等問題[1-3]。本課題采用增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器對蝸桿旋轉(zhuǎn)的角度信息進(jìn)行測量,采用軟件來實(shí)現(xiàn)對編碼器的辨向、位移測量[4],可消除硬件電路中存在的一些缺陷,從而使UVSG950環(huán)保節(jié)能型上光機(jī)更加適用于紙張印刷品、紙板等上光,使其表面光澤,色澤艷麗。

1 設(shè)計(jì)要求和總體方案

該涂布厚度檢測反饋系統(tǒng)要完成的主要功能有:通過檢測元件測量蝸桿旋轉(zhuǎn)的角度,并將測量的信號經(jīng)過處理發(fā)送到控制器,控制器根據(jù)接受到的信息,對信息作相應(yīng)處理,并將最終的值送到顯示器顯示,完成對涂布輥和壓合輥間隙的顯示,以便操作人員及時了解當(dāng)前涂布厚度。在該系統(tǒng)中,選用蝸桿蝸輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動進(jìn)行間接位移非接觸測量,其測量精度更高,信號采集易解決。

2 編碼器的工作原理及其選擇

光電旋轉(zhuǎn)編碼器是一種高精度的角位移傳感器。光電編碼器主要由光柵盤和光電檢測裝置組成。光電旋轉(zhuǎn)編碼器能將角度信息變成脈沖信號進(jìn)行有線傳輸,利用光柵衍射原理實(shí)現(xiàn)位移-數(shù)字變換。放大成可驅(qū)動器件運(yùn)動的脈沖信號,就能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離角度信息傳輸和采集[5]。

2.1 光電編碼器的信號采集檢測

對于光電編碼器的信號采集、檢測及正、反向判別等一般都是由硬件電路來完成的。但是采用硬件電路時往往會產(chǎn)生抖動現(xiàn)象,在速度較快的情況下,脈沖的波形直接影響可逆計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)。鑒于硬件電路存在的一些不足,本課題采用軟件來實(shí)現(xiàn)對編碼器的辨向、位移測量,可消除硬件電路中存在的一些缺陷。

2.2 辨向細(xì)分電路及其工作原理

編碼器通過軟件記錄電平狀態(tài)并進(jìn)行辨向,從而彌補(bǔ)硬件電路的較難解決的抖動等問題的不足;另外,通過在軟件中設(shè)置參數(shù)值,解決了光電編碼器速度較快、脈沖變形的問題。辨向細(xì)分電路對旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信號進(jìn)行解碼,得到主軸的旋轉(zhuǎn)方向和角度。

其具體的思路是通過簡單的電平采樣口對旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的A、B兩相信號進(jìn)行采樣,將計(jì)脈沖方法改為計(jì)A、B兩相電平變化的方法,這樣每一周期計(jì)得 A、B相電平變化各 2次,即達(dá) 4倍細(xì)分。如圖1所示。

圖1 方法原理示意圖

單片機(jī)對 A、B相電平分別采樣 2次,采樣點(diǎn)X1,X2,即A1=1,B1=1,A2=0,B2=1,由采樣值可知,A相電平發(fā)生變化而 B相電平未發(fā)生變化,且 A1=B2,說明 A相超前 B相,為正向;同理,根據(jù)采樣值得知,B相電平發(fā)生變化而A相電平未發(fā)生變化,且 B1=A2,則為反向。這樣實(shí)現(xiàn)了辨向[6]。

3 實(shí)現(xiàn)編碼器位移測量的軟件模塊

上述分主程序和定時中斷程序,主程序主要是位移計(jì)算、輸出顯示和串行通訊;定時中斷處理程序是實(shí)現(xiàn)辨向細(xì)分和角位移的關(guān)鍵。下面對實(shí)現(xiàn)編碼器位移測量的軟件模塊進(jìn)行介紹。

3.1 位移方向的判斷

切換速度的決定應(yīng)取決于采樣周期與信號周期的關(guān)系,采用采樣 10次,而讀 A相脈沖值不變作為快慢速的臨界速度。若采樣 10次,A相計(jì)數(shù)值不變即為慢速標(biāo)志而進(jìn)入辨向細(xì)分。

3.2 位移脈沖的計(jì)算方法

在本設(shè)計(jì)中選取計(jì)數(shù)器對位移脈沖計(jì)數(shù)都是增計(jì)數(shù)方式,對實(shí)際位移是以變向時的計(jì)數(shù)值為基準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算[7]的,即:

式中: △Ri——計(jì)數(shù)值增量;

Ri——當(dāng)前計(jì)數(shù)器值;

Ri-1——前次變向時計(jì)數(shù)器值;

Ni——當(dāng)前變向時脈沖累計(jì)值;

Ni-1——前次變向時脈沖累計(jì)值;

i——變向次數(shù)。

取 i=0,1,2,3……,則由檢測原理知:N0=0,R0=0。

可見,只要能保存前次變向時計(jì)數(shù)值 Ri-1及前次變向時脈沖累計(jì)值 Ni-1,再根據(jù)當(dāng)前計(jì)數(shù)值 Ri,就可計(jì)算實(shí)際位移對應(yīng)的當(dāng)前脈沖累計(jì)值 Ni,進(jìn)而得到位移值。

3.3 細(xì)分方法

本設(shè)計(jì)中采用計(jì)數(shù) A相的脈沖,再進(jìn)行細(xì)分修正的方法。如圖2所示,設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)為 X0(即位移起始點(diǎn)或變向點(diǎn)),檢測點(diǎn)在 X1,并設(shè)對 A相的計(jì)數(shù)是下沿有效,則若 X0和 X1檢測過程中累計(jì)計(jì)數(shù)值為N,那么實(shí)際的位移值為:

式中:△M——細(xì)分修正值;

S——周期位移。

圖2 細(xì)分修正原理圖

已知,脈沖分辨率 2000 p/r,蝸桿轉(zhuǎn)動 360°時,計(jì)量輥筒移動位移即對于編碼器,每發(fā)出一個脈沖,進(jìn)給位移為 0.067/2000=0.0000335 mm,則周期位移 S=0.0000335 mm。

如圖2所示,從 X0(A0B0=11)到 X1(A1B1=00),雖然計(jì)數(shù)值是 N,但實(shí)際位移要到 X1′(A1′B1′=11)才達(dá)到 N個完整的周期。因此△M=-2,上式就是細(xì)分方法。

4 結(jié) 論

UVSG950環(huán)保節(jié)能型上光機(jī)在上光機(jī)涂布壓合機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)中,采用增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器對蝸桿旋轉(zhuǎn)的角度信息進(jìn)行測量,通過軟件記錄電平狀態(tài)并進(jìn)行辨向,分析了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)辨向細(xì)分和角位移的關(guān)鍵。采用軟件方法來實(shí)現(xiàn)對編碼器的辨向、位移測量。可消除硬件電路中產(chǎn)生的抖動現(xiàn)象,達(dá)到了涂布量自動反饋的效果。該項(xiàng)目于 2008年 5月 10日通過了福建省科技廳組織的省級鑒定,專家們一致認(rèn)為該上光機(jī)涂布壓合系統(tǒng)技術(shù)水平屬國內(nèi)領(lǐng)先。

[1] 翠 華.用旋轉(zhuǎn)電位器驅(qū)動半導(dǎo)體音量控制器[J].電子設(shè)計(jì)應(yīng)用,2003(4):91.

[2] ADSP-21160 SHARC DSP Hardware Reference[S].1998.

[3] 朱伯申,張 炬.數(shù)字式傳感器[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1996.

[4] 張永松,朱家誠.基于軟件實(shí)現(xiàn)的普通編碼器計(jì)量位移的方法[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008(1):140.

[5] 黃勤山,張?zhí)煺?GD70-72光電編碼器的改進(jìn)[J].傳感器技術(shù),1993(3):37.

[6] 張九才.增量式編碼器抗抖性研究[J].自動化儀表,2005(10):38.

[7] 金建新.增量式光電脈沖編碼器的單片機(jī)計(jì)數(shù)器[J].元器件與應(yīng)用,1999(20):27.

The Research and Design on the Key Technologies in the Agency of Coated Paper and Pressure in GlazingMachine of D istanceM easurement with the Encoder Based on SoftwareM ethods

GUO Zhi-hua1ZENG Ren-ren2
(1.Fujian Forestry Vocational&Technical College,Nanping,Fujian Province,353000;
2.Traffic College,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou,Fujian Province,350002)

UVSG950,the energy-saving polishing machine,using Incremental Optical Rotary Encoder to measure the rotary angle of the worm and the distance measurement based on software methods is presented.The synthetic status of the encoder is used to judge the direction,eliminate the jitter and handle the errors,thus eliminate hardware defects and,the system can make the thinkness of coated paper uniform automatic feedback.

Rotary Encoder;quadrature decode/emicel;sof tware methods;the elaborate measure in regulative device of coated paper

TS803

B

0254-508X(2010)10-0050-03

郭智華先生,副教授;主要研究方向:圖像處理、信號控制及工業(yè)設(shè)計(jì)。

(＊E-mail:bpy612@163.com)

2010-06-13(修改稿)

福建省科技廳重點(diǎn)資助項(xiàng)目 (編號 2005H004):UVSG950環(huán)保節(jié)能型上光機(jī)的研制。

(責(zé)任編輯:趙旸宇)