一種FCCL行業(yè)的新型表面檢查機(jī)

李省

（廣東生益科技股份有限公司 廣東東莞 523808）

摘 要：針對傳統(tǒng)的表面檢查機(jī)缺陷進(jìn)行分析，傳統(tǒng)表面檢查機(jī)只要造成影響產(chǎn)品質(zhì)量為主軸與夾輥。因此針對傳統(tǒng)表面檢查機(jī)的問題重新開發(fā)一臺可滿足FCCL產(chǎn)品使用的一種新型表面檢查機(jī)。新型表面檢查機(jī)具有較強(qiáng)的通用性、免調(diào)節(jié)和免維護(hù)功能。

關(guān)鍵詞：新型 表面檢查機(jī) 自動運(yùn)算 FCCL

一、開發(fā)的目的

目前市場上所使用的表面檢查機(jī)均以放卷單元、驅(qū)動單元和收卷單元組成。只要控制方式均以收/放卷伺服控制產(chǎn)品的張力，主軸和夾輥方式控制設(shè)備的速度。在純理論情況下可滿足各種產(chǎn)品的使用，而在FCCL行業(yè)中，涂覆機(jī)、輥壓機(jī)所生產(chǎn)的半成品均出現(xiàn)左右松馳并具產(chǎn)品厚度在20-300um范圍內(nèi)。因產(chǎn)品的左右松馳在經(jīng)過表面檢查機(jī)的主軸和夾輥之間時便會出現(xiàn)不規(guī)則打折。經(jīng)過調(diào)節(jié)主軸前的可調(diào)拉平輥和主軸與夾輥的間隙后對部分產(chǎn)品的打折的所改善，而在調(diào)節(jié)的過程中會出現(xiàn)較多產(chǎn)品的報廢，如間隙調(diào)節(jié)過大會出現(xiàn)夾輥夾不實(shí)再出現(xiàn)主軸打滑造成產(chǎn)品的劃花等問題。為解決表面檢查機(jī)存在的問題作以下三方面進(jìn)行考察和論證，一是對夾輥的膠輥進(jìn)行改善；二是更改控制方式為市面上常用的雙驅(qū)動S型控制；三是取消主驅(qū)動控制，直接由收/放卷兩軸控制。三方面的考察后優(yōu)點(diǎn)與劣勢如下：

一、夾輥膠輥改善的優(yōu)點(diǎn)與劣勢以下：

1、錐形輥：

優(yōu)點(diǎn)：對250mm幅寬的部分產(chǎn)品可通過調(diào)節(jié)解決打折問題；劣勢：1、因受力點(diǎn)小，較薄和表面較滑的材料夾不實(shí)，出現(xiàn)劃花。2、520mm幅寬產(chǎn)品容易出現(xiàn)打折。

2、螺紋輥：

優(yōu)點(diǎn)：無；劣勢：可調(diào)性差，反轉(zhuǎn)、薄料打折。

二、S型雙驅(qū)動控制優(yōu)點(diǎn)與劣勢以下：

優(yōu)點(diǎn)：減少夾輥控制，減少打折，免維護(hù)；劣勢：表面較滑產(chǎn)品容易劃花，增加輥軸后產(chǎn)品墊傷隨之增加。

三、收/放卷兩軸控制優(yōu)點(diǎn)與劣勢以下：

優(yōu)點(diǎn)：1、減少主軸和夾輥控制，杜絕產(chǎn)品打折、劃花；2、減少設(shè)備輥軸減少墊傷產(chǎn)生；3、所有物料適用；4、免調(diào)節(jié)；5、免維護(hù)；劣勢：開發(fā)難度大。

二、技術(shù)方案與技術(shù)原理

根據(jù)傳統(tǒng)的控制技術(shù)原理可知，在卷狀物料的收/放以及張力的控制均需要使用主軸和夾輥的配合或使用S型雙驅(qū)動控制來增大對物料的摩擦以實(shí)現(xiàn)物料速度的可控性。而FCCL生產(chǎn)的產(chǎn)品表面為銅箔，因銅箔的特性較為光滑。而無論主軸和夾輥結(jié)構(gòu)還是S型雙驅(qū)動控制在經(jīng)過長時間與銅箔摩擦后表面較為光滑而出現(xiàn)一系列問題的產(chǎn)生，例如：打折、劃花。而收/放卷兩軸控制的優(yōu)點(diǎn)極為顯著，在解決目前表面檢查機(jī)問題的同時并具有較好的免維護(hù)功能，免除夾輥的返磨和調(diào)節(jié)，具有極大的優(yōu)勢。

經(jīng)過一系列的設(shè)想、研究和試驗(yàn)，取消主驅(qū)動的控制，直接使用收/放卷驅(qū)動控制設(shè)備運(yùn)行的方法可行性極高。通過放卷伺服電機(jī)控制設(shè)備的速度，收卷伺服控制產(chǎn)品的張力，這可突破傳統(tǒng)的控制技術(shù)。因去除傳統(tǒng)表面檢查機(jī)對產(chǎn)品造成打折和劃花的主軸和夾輥，直接杜絕因表面檢查機(jī)對產(chǎn)品造成的報廢問題而大幅提升目檢的質(zhì)量。而在改造的過程中最大的難題為放卷的卷徑自動檢測和速度的平穩(wěn)控制。通過利用三菱Q系列PLC的QD62D高速模塊讀取三菱伺服放大器MR-J2S-200A的編碼器數(shù)據(jù)，通過對編碼器數(shù)據(jù)的復(fù)雜運(yùn)算并根據(jù)卷徑的變化控制收放卷的速度以達(dá)到速度精確平穩(wěn)控制。

三、系統(tǒng)設(shè)計

為系統(tǒng)能穩(wěn)定和滿足生產(chǎn)需求，系統(tǒng)分為放卷、糾偏、收卷三個單元。放卷單元只要使用夾頭形式對品進(jìn)行放卷，只要使用伺服電機(jī)對速度進(jìn)行準(zhǔn)確控制。同時可根據(jù)PLC控制技術(shù)對放卷產(chǎn)品卷徑的運(yùn)算，通過精確計算出產(chǎn)品的卷徑后可穩(wěn)定控制設(shè)備速度的運(yùn)行。糾偏單元應(yīng)用于放卷單元。收卷單元只要使用伺服電機(jī)的扭拒方式控制產(chǎn)品的張力。

1、伺服數(shù)據(jù)讀取與寫入

通過三菱QD62D高速數(shù)據(jù)模塊讀取三菱伺服放大器編碼器數(shù)據(jù)。放卷伺服放大器A相與QD62D高速數(shù)據(jù)模塊CH1連接，收卷伺服放大器A相與QD62D高速數(shù)據(jù)模塊CH2連接。對QD62D參數(shù)設(shè)置后使用模塊的讀寫指令FROM/TO讀取及對讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行歸零等設(shè)置。

伺服電機(jī)的速度下反轉(zhuǎn)和扭矩的控制使用三菱Q68DAV模擬量輸出模塊進(jìn)行控制，伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)則使用-10～10V模擬量控制，當(dāng)控制模擬量模塊輸出電壓為-10～0V時伺服電機(jī)為反轉(zhuǎn)，當(dāng)模擬量輸出為0～10V則為正轉(zhuǎn)。放卷只作速度控制，只需要通過程序運(yùn)算后輸出精確的電壓信號則可。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時收卷作為張力控制點(diǎn)，而張力的控制使用伺服的扭矩作為開環(huán)控制。張力控制需要速度加上扭矩，而速度的運(yùn)算和放卷控制方式一致，扭矩則通過0～10V控制則可，0～10V對應(yīng)控制伺服扭矩的0～100%。在收卷過程中不能從始至終使用一個張力，經(jīng)過實(shí)踐得出一卷產(chǎn)品卷內(nèi)和卷外張力相同的情況下，將出現(xiàn)內(nèi)松外緊，在運(yùn)輸過程中會出現(xiàn)滑卷。因此在張力控制中引入斜率控制，產(chǎn)品的張力會隨卷徑的增大而減小。收卷在產(chǎn)品末端需要具備另一功能，扭矩與速度切換功能，使末端產(chǎn)品平穩(wěn)收卷。

2、收/放卷周長自動運(yùn)算功能

收/放卷周長是速度運(yùn)算的必備條件，通過程序的運(yùn)算和伺服放大器參數(shù)的設(shè)定，可快速運(yùn)算出收/放卷物料的周長。首先通過檢測收/放卷夾頭旋轉(zhuǎn)一周伺服器所發(fā)出的脈沖，經(jīng)過檢測夾頭旋轉(zhuǎn)一卷的脈沖為1440個。直接使用收/放卷編碼器的數(shù)量作為基準(zhǔn)與計米器的計數(shù)量10cm進(jìn)行運(yùn)算，而計米器的數(shù)據(jù)則通過QD62高速數(shù)據(jù)讀取模塊讀取旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)據(jù)作為產(chǎn)品長度的計數(shù)，精確度為0.01米，保證產(chǎn)品長度準(zhǔn)確。收/放卷周長運(yùn)算公式以下：

收/放卷周長=1440*10cm /檢測夾頭旋轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)

以下為收/放卷周長運(yùn)算程序，周長長度保存到PLC寄存器。通過程序的運(yùn)算可精確計算收/放卷的周長，并為速度的運(yùn)算提供數(shù)據(jù)。

3、速度運(yùn)算

首先定義設(shè)備運(yùn)行的最高速度為100m/min，最小卷徑3寸管周長約25cm/r。

伺服放大器最大轉(zhuǎn)速參數(shù)=100（m/min）/25（cm/r）*100=400r/min

因設(shè)備的速度由放卷控制，放卷的周長與設(shè)備的速度有直接關(guān)系，伺服放大器只能接收模擬量信號，此使用0-10V電壓信號。直接使用設(shè)備原有的Q68DAV模塊出相應(yīng)且伺服放大器能識別的信號。而0-10V對應(yīng)PLC內(nèi)存數(shù)字量為0-8000對應(yīng)伺服為0-400 r/min。

PLC輸出的電壓=（設(shè)定速度/放卷周長*（8000/最高速度/放卷最小周長））*10/8000

通過復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算后，可精確計算出收/放卷的周長，并用于運(yùn)算放卷的速度。使設(shè)備的速度能精確平穩(wěn)運(yùn)行。同時以同樣的方式運(yùn)算收卷的速度運(yùn)行，以使收卷的張力穩(wěn)定，以達(dá)到我司的出貨要求。

通過以上兩項(xiàng)技術(shù)的突破，完全解決去除主軸與夾輥所存在的問題。顛覆傳統(tǒng)的控制的同時實(shí)現(xiàn)新的控制模式，完全符合FCCL產(chǎn)品的使用。完全杜絕目檢機(jī)所產(chǎn)生的打折/劃花問題。同時因控制方式的改變后設(shè)備的穿膜方式隨之更改，減少使用設(shè)備28.57%的輥軸，減少28.57%的墊傷的風(fēng)險，并且所有物料均可適用。

四、結(jié)論

通過對設(shè)備技術(shù)的突破，解決兩軸控制各方面的技術(shù)難題，成功針對FCCL產(chǎn)品開發(fā)出一臺表面檢查機(jī)。此表面檢查機(jī)適用于FCCL所有類型產(chǎn)品的生產(chǎn)，也完全解決因目檢造成打折和劃花的瓶頸問題。與傳統(tǒng)的表面檢查機(jī)相比，此設(shè)備控制和結(jié)構(gòu)的改變，減少28.57%的輥軸的同時同樣達(dá)到生產(chǎn)所需，減少產(chǎn)品墊傷的同時減少操作人員對設(shè)備的清潔時間。同時減少主軸和夾輥費(fèi)用的投入，以及后期夾輥返磨等維護(hù)費(fèi)用。