一種新型連續(xù)式供膜糾偏系統(tǒng)及控制方法

蔡雙 蔡敏 馬璨

摘要：本文提出了一種連續(xù)式供膜糾偏系統(tǒng)及控制方法。通過(guò)設(shè)置薄膜帶的色標(biāo)間距、主伺服軸編碼器的基準(zhǔn)位置以及供膜糾偏伺服電機(jī)的單次補(bǔ)償量，該系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)節(jié)供給量進(jìn)行膜糾偏。在更換不同色標(biāo)間距的薄膜帶時(shí)，無(wú)須更換任何零件部，直接設(shè)置參數(shù)即可運(yùn)行設(shè)備，從而完成膜的供給以及糾偏，大大提高了機(jī)器的綜合效率。

關(guān)鍵詞：供膜糾偏;色標(biāo)檢測(cè)器;伺服驅(qū)動(dòng)器;運(yùn)動(dòng)控制器

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2019）01-0227-02

A New Type of Continuous Membrane Correction System and Control Method

CAI Shuang， CAI Min， MA Can

（Changde Tobacco Machinery Co.Ltd.， Changde 415000， China）

Abstract： In this paper， a continuous membrane correction system and control method are presented. The system can automatically adjust the amount of supply to correct the film by setting the color label spacing of the film belt，the reference position of the main servo shaft encoder and the single compensation amount of the servo motor. When replacing the film strip with different color mark spacing， the equipment can be operated without changing any part to complete the film supply and rectifying， which greatly improved the overall efficiency of the machine.

Key words： Membrane correction; Color standard detector; Servo driver; Motion controller

傳統(tǒng)連續(xù)式供膜中糾偏采用差動(dòng)式輸送牽引調(diào)節(jié)裝置，由色標(biāo)檢測(cè)器對(duì)包裝薄膜帶上的色標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，由牽引輥牽引包裝薄膜帶進(jìn)行輸送，其牽引輸送速度由色標(biāo)檢測(cè)器及凸輪同步信號(hào)裝置通過(guò)電氣裝置控制的誤差補(bǔ)償裝置、差動(dòng)傳動(dòng)裝置等實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)[1]。色標(biāo)檢測(cè)器、凸輪同步信號(hào)裝置及電氣裝置綜合判別出必需的牽引輸送速度，借此控制誤差補(bǔ)償裝置，通過(guò)差動(dòng)傳動(dòng)裝置的正傳或反轉(zhuǎn)，使?fàn)恳佋鏊倩驕p速，確保牽引輸送速度的實(shí)現(xiàn)，從而完成包裝薄膜帶的縱向糾偏。但是，采用差動(dòng)式輸送牽引調(diào)節(jié)裝置時(shí)，在更換不同色標(biāo)間距的薄膜帶時(shí)，在牽引輥的直徑不變及角速度恒定時(shí)，其差動(dòng)裝置的誤差補(bǔ)償較大，造成牽引輥的線速度變化較大，引起糾偏誤差增大，有時(shí)還可能對(duì)薄膜帶造成拉伸變形，所以必須更換不同直徑的牽引輥來(lái)解決此問(wèn)題，操作不方便，影響機(jī)器綜合效率[2]-[4]。因此，本文提出了一種新型連續(xù)式供膜系統(tǒng)及方法、糾偏控制系統(tǒng)及方法，無(wú)須更換任何零件就完成不同規(guī)格薄膜糾偏，節(jié)約了成本，提高了生產(chǎn)效率。

1 一種連續(xù)式供膜糾偏系統(tǒng)立體結(jié)構(gòu)

圖1為本文所提出的一種連續(xù)式供膜糾偏系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1為供膜糾偏伺服電機(jī)，2為聯(lián)軸器，3為第一齒輪，4為第二齒輪，5為主伺服電機(jī)，6為包裝輪，7為壓膜輥，8為牽引輥，9為色標(biāo)檢測(cè)器，10為供膜糾偏伺服驅(qū)動(dòng)器，11為運(yùn)動(dòng)控制器，12為輸入單元，13為薄膜帶，14為主伺服驅(qū)動(dòng)器。

主伺服電機(jī)5驅(qū)動(dòng)包裝輪6運(yùn)轉(zhuǎn)，供膜糾偏伺服電機(jī)1通過(guò)聯(lián)軸器2驅(qū)動(dòng)第一齒輪3，第一齒輪3帶動(dòng)第二齒輪4運(yùn)轉(zhuǎn)，第二齒輪4和牽引輥8同軸安裝，壓膜輥7將薄膜帶13緊緊壓在牽引輥8上。

運(yùn)行時(shí)，把薄膜帶繞在牽引輥8上，供膜糾偏伺服電機(jī)1跟隨主伺服電機(jī)5運(yùn)轉(zhuǎn)，主伺服電機(jī)5轉(zhuǎn)一圈即360°，供膜糾偏伺服電機(jī)1驅(qū)動(dòng)牽引輥8轉(zhuǎn)一個(gè)色標(biāo)間距的弧長(zhǎng)。

2 一種連續(xù)式供膜糾偏控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2為本文所提出的一種連續(xù)式供膜糾偏控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。輸入單元12，用于輸入薄膜帶13的色標(biāo)間距、主伺服軸編碼器的基準(zhǔn)位置和供膜糾偏伺服電機(jī)1的單次補(bǔ)償量;輸入單元12可以為鍵盤、顯示器、觸摸屏，其中本文所提出的輸入單元12為觸摸屏，該觸摸屏不僅能夠顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)，還可以通過(guò)虛擬鍵盤進(jìn)行輸入上述參數(shù)。

色標(biāo)檢測(cè)器9，用于檢測(cè)薄膜帶13上的色標(biāo)并生成色標(biāo)信號(hào)，薄膜帶13纏繞在牽引輥8上;色標(biāo)檢測(cè)器9安裝在牽引輥8旁，色標(biāo)檢測(cè)器9的光斑垂直照射在牽引輥8上，當(dāng)色標(biāo)檢測(cè)器9的光斑與薄膜帶13的色標(biāo)對(duì)齊時(shí)，觸發(fā)生成色標(biāo)信號(hào)。

主伺服驅(qū)動(dòng)器14，用于驅(qū)動(dòng)主伺服電機(jī)5運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)接收到色標(biāo)信號(hào)時(shí)，主伺服驅(qū)動(dòng)器14鎖存主伺服軸編碼器的位置信息。

供膜糾偏伺服驅(qū)動(dòng)器10，用于驅(qū)動(dòng)供膜糾偏伺服電機(jī)1運(yùn)轉(zhuǎn)。

運(yùn)動(dòng)控制器11，用于接收薄膜帶13的色標(biāo)間距、主伺服軸編碼器的基準(zhǔn)位置和供膜糾偏伺服電機(jī)1的單次補(bǔ)償量，調(diào)用位置信息和基準(zhǔn)位置獲得供膜偏差，并根據(jù)供膜偏差和色標(biāo)間距得到補(bǔ)償量;根據(jù)單次補(bǔ)償量和補(bǔ)償量調(diào)節(jié)供膜糾偏伺服驅(qū)動(dòng)器10的供給量。

各部件之間的數(shù)據(jù)通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞，或者無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞。輸入單元12通過(guò)以太網(wǎng)和運(yùn)動(dòng)控制器11通訊，主伺服驅(qū)動(dòng)器14和供膜糾偏伺服驅(qū)動(dòng)器10通過(guò)高速總線實(shí)現(xiàn)與運(yùn)動(dòng)控制器11數(shù)據(jù)交換。主伺服驅(qū)動(dòng)器14驅(qū)動(dòng)主伺服電機(jī)5運(yùn)轉(zhuǎn)，供膜糾偏伺服驅(qū)動(dòng)器10驅(qū)動(dòng)供膜糾偏伺服電機(jī)1運(yùn)轉(zhuǎn)。色標(biāo)檢測(cè)器9輸出信號(hào)連接到主伺服驅(qū)動(dòng)器14，可有效避免運(yùn)動(dòng)控制器11的程序掃描周期的影響。

3 一種連續(xù)式供膜糾偏控制方法

步驟S100、輸入薄膜帶的色標(biāo)間距、主伺服軸編碼器的基準(zhǔn)位置和/或供膜糾偏伺服電機(jī)的單次補(bǔ)償量;上述各參數(shù)由輸入單元人為進(jìn)行輸入，該輸入單元可以為鍵盤、顯示器、觸摸屏，其中本發(fā)明實(shí)施例中優(yōu)選地，輸入單元為觸摸屏，該觸摸屏不僅能夠顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)，還可以通過(guò)虛擬鍵盤進(jìn)行輸入上述參數(shù)。

步驟S200、當(dāng)色標(biāo)檢測(cè)器檢測(cè)到色標(biāo)信號(hào)時(shí)，觸發(fā)主伺服驅(qū)動(dòng)器鎖存主伺服軸編碼器的鎖存角度;色標(biāo)檢測(cè)器安裝在牽引輥旁，色標(biāo)檢測(cè)器的光斑垂直照射在牽引輥上，當(dāng)色標(biāo)檢測(cè)器的光斑與薄膜帶色標(biāo)對(duì)齊時(shí)，觸發(fā)生成色標(biāo)信號(hào)。

步驟S300、接收薄膜帶的色標(biāo)間距、主伺服軸編碼器的基準(zhǔn)位置和/或供膜糾偏伺服電機(jī)的單次補(bǔ)償量，調(diào)用所述位置信息和所述基準(zhǔn)位置獲得供膜偏差，并根據(jù)所述供膜偏差和所述色標(biāo)間距得到補(bǔ)償量;根據(jù)所述單次補(bǔ)償量和所述補(bǔ)償量調(diào)節(jié)所述供膜糾偏伺服驅(qū)動(dòng)器的供給量。所述基準(zhǔn)位置為主伺服軸編碼器的基準(zhǔn)角度[α]，[0o≤α≤360o];所述位置信息為主伺服軸編碼器的鎖存角度[β]，[0o≤β≤360o]。所述調(diào)用所述位置信息和所述基準(zhǔn)位置獲得供膜偏差具體為：若[β≥α]，則所述供膜偏差[Δθ=β-α];若[β<α]，則所述供膜偏差[Δθ=360+β-α]。當(dāng)[Δθ<180o]時(shí)，所述補(bǔ)償量[ΔL=-L*Δθ/360o];當(dāng)[Δθ≥180o]時(shí)，所述補(bǔ)償量[ΔL=L*（360o-Δθ）/360o]。

4 結(jié)果分析

我們將該連續(xù)式供膜系統(tǒng)及糾偏方式應(yīng)用TH20型手帕紙機(jī)包裝機(jī)組，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，得到以下結(jié)論：

1）在無(wú)線速度同步要求時(shí)，更換不同色標(biāo)間距的薄膜帶時(shí)，無(wú)須更換任何零部件，當(dāng)薄膜帶的色標(biāo)間距變化較小時(shí)，可自動(dòng)調(diào)節(jié)供給糾偏，當(dāng)薄膜帶的色標(biāo)間距變化較大時(shí)，為提高供膜精度、減小補(bǔ)償量，防止誤差增大造成圖案拉伸變形，需要在輸入單元內(nèi)輸入色標(biāo)間距和單次補(bǔ)償量，即可改變供膜糾偏伺服電機(jī)的供給量，實(shí)現(xiàn)高速連續(xù)供給糾偏。

2）在有線速度同步要求時(shí)，更換不同色標(biāo)間距的薄膜帶時(shí)，不需更換任何零部件，更不可改變觸摸屏內(nèi)色標(biāo)間距。運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)檢測(cè)的供膜偏差，經(jīng)過(guò)運(yùn)算后換算成供膜伺服驅(qū)動(dòng)器的補(bǔ)償量，在無(wú)線速度同步的區(qū)間供膜糾偏伺服電機(jī)進(jìn)行多次補(bǔ)償，平穩(wěn)改變薄膜帶的線速度，防止薄膜帶的線速度陡變?cè)斐傻恼`差增大和圖案拉伸變形。

因此，本文所提出的一種新型連續(xù)式供膜糾偏系統(tǒng)及控制方法不僅兼容舊式供膜系統(tǒng)的功能，而且彌補(bǔ)了舊式系統(tǒng)的不足，功能更加強(qiáng)大，穩(wěn)定性更高，能很大的提高設(shè)備的綜合效率，大大節(jié)省了成本和時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄔昌軍，王巧花， “袋成型自動(dòng)包裝機(jī)供膜機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)”[J].機(jī)械管理開發(fā)，2013（4）：69-70.

[2] 陳德傳，程志林.“力矩伺服式卷繞張力與速度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)”[J].紡織學(xué)報(bào)，2009，30（6）：118-121.

[3] 張有良，王茹，張國(guó)安.“提高熱縮膜包裝機(jī)送膜速度的研究”[J].包裝與食品機(jī)械，2011，29（5）：21-24.

[4] 郭慧靜.“啤酒膜包裝送切膜機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)”[J].包裝與食品機(jī)械，2010，28（2）： 64-67.