方鳳玲

(福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，福州 350003)

0 引言

熱熔膠機(jī)廣泛應(yīng)用于衛(wèi)生巾、護(hù)墊、嬰兒尿褲生產(chǎn)線.近年來(lái)，隨著這些生產(chǎn)線速度的逐步提高以及受電子執(zhí)行元件與機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間的影響，原先在低速度生產(chǎn)時(shí)不被顯現(xiàn)的施膠量、施膠位置、施膠長(zhǎng)度變化等問(wèn)題成為影響生產(chǎn)線提速的主要障礙.為此出現(xiàn)了各種不同形式的糾正方法，主要為:時(shí)間修正法、相對(duì)位置修正法等.采用時(shí)間修正法:增設(shè)一接近開關(guān)用于機(jī)械對(duì)零，檢測(cè)到機(jī)械對(duì)零信號(hào)后，利用電子計(jì)時(shí)器人為加減一定的計(jì)時(shí)時(shí)間后輸出動(dòng)作信號(hào)，補(bǔ)償由于執(zhí)行元件動(dòng)作時(shí)間偏差造成的施膠誤差，達(dá)到正確施膠的目的.但施膠執(zhí)行元件必須隨著生產(chǎn)線的啟停而打開和關(guān)閉，因此，這種方法無(wú)法做到快速跟蹤生產(chǎn)線的啟停、提速變化.該方法由于施膠不及時(shí)將造成一定的廢品率.相對(duì)位置修正法:在生產(chǎn)線上增設(shè)一增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用于測(cè)量位置和速度，把執(zhí)行元件的動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)短轉(zhuǎn)換為增量編碼器的碼值，根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)的位置值和人工設(shè)定的動(dòng)作位置來(lái)決定輸出，達(dá)到正確施膠的目的.這種方法由于需要轉(zhuǎn)動(dòng)1 圈以上才能得到對(duì)零信號(hào)，因此生產(chǎn)線中途停工 后復(fù)機(jī)將造成廢品出現(xiàn)，同時(shí)該方法為了防止生產(chǎn)線抖動(dòng)需要對(duì)編碼器的動(dòng)作方向進(jìn)行鑒別，以正確判別其位置，從而造成電路繁瑣，而且還有可能因?yàn)榕袆e不及時(shí)造成位置測(cè)量誤差，從而引起施膠錯(cuò)誤.針對(duì)以上缺點(diǎn)，本文擬采用一種對(duì)生產(chǎn)線啟停、提速快速反應(yīng)，不受首圈對(duì)零影響、生產(chǎn)線抖動(dòng)影響及中途啟停機(jī)影響的高速斷膠補(bǔ)償方案.

1 高速斷膠補(bǔ)償裝置的組成與原理

高速斷膠補(bǔ)償裝置擬利用絕對(duì)值修正法來(lái)解決高速生產(chǎn)時(shí)施膠錯(cuò)位問(wèn)題.該裝置主要由絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器、信號(hào)調(diào)理單元、顯示按鍵單元、CPU 處理單元、三個(gè)隔離器單元、D/A 處理單元、電機(jī)啟停信號(hào)處理單元、電磁閥動(dòng)作信號(hào)處理單元、變頻器、電磁閥等組成.其中變頻器、電磁閥為膠機(jī)施膠執(zhí)行元件.如圖1 所示.

圖1 采用對(duì)值修正法的高速斷膠補(bǔ)償裝置組成示意圖

(1)生產(chǎn)線的啟停、速度以及產(chǎn)品位置的測(cè)量

根據(jù)需要選用不同分辨率的絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器以保證測(cè)量精度.將該編碼器安裝于生產(chǎn)線轉(zhuǎn)軸上，用其來(lái)測(cè)量生產(chǎn)線的啟停、速度以及產(chǎn)品的位置，并將測(cè)量結(jié)果通過(guò)信號(hào)調(diào)理單元傳遞給CPU.信號(hào)調(diào)理單元見圖2，該調(diào)理單元由R1、R2、R3、Q1組成.圖2 為1 路范例，如采用n 線分辨率的絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器時(shí)需按此結(jié)構(gòu)增加n 路.調(diào)理部分接收來(lái)至絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器的信號(hào)，采用集電極開路方式變換后連接CPU 進(jìn)行采樣處理.增設(shè)調(diào)理部分可增加輸入電平的識(shí)別范圍，增加裝置的整體抗干擾能力.

圖2 信號(hào)調(diào)理單元

(2)人機(jī)交互的實(shí)現(xiàn)

用顯示按鍵單元來(lái)設(shè)定并顯示有關(guān)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互.

(3)出膠量的調(diào)節(jié)

將上述(1)中存放在CPU 的有關(guān)測(cè)量結(jié)果通過(guò)隔離器1 傳遞給D/A 處理單元.隔離器1 與D/A處理單元的連接方式如下圖3 所示:高速光耦接收來(lái)至CPU 的信號(hào)，然后傳遞給DA 轉(zhuǎn)換芯片以實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換，DA 轉(zhuǎn)換芯片將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出并經(jīng)過(guò)功率放大和輸出保護(hù)環(huán)節(jié)后提供模擬調(diào)速信號(hào)給變頻器，再通過(guò)變頻器的外控調(diào)速信號(hào)端控制熱熔機(jī)的內(nèi)部電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)出供膠量調(diào)節(jié).由于膠機(jī)的出膠量調(diào)整無(wú)需較高的變換速度，一般100 mS 刷新DA 輸出可足夠滿足生產(chǎn)需求，故采用串行接口的多通道DA 芯片不僅可以節(jié)省硬件費(fèi)用，還可以增加可靠性.圖3 使用了具有SPI 接口的8 通道DA，所以可同時(shí)連接控制8 變頻器，實(shí)現(xiàn)最大8 臺(tái)膠機(jī)的調(diào)速.

圖3 隔離器1 與D/A 處理單元的連接方式示意圖

(4)是否供膠的實(shí)現(xiàn)

將上述(1)中存放在CPU 的有關(guān)測(cè)量結(jié)果通過(guò)隔離器2 輸出給電機(jī)啟停信號(hào)處理單元.將電機(jī)啟停信號(hào)處理單元與變頻器的啟?？刂贫诉B接，因此可通過(guò)變頻器控制熱熔膠機(jī)的內(nèi)部電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)是否供膠.電機(jī)啟停控制信號(hào)部分如圖4 所示:使用P1 實(shí)現(xiàn)與CPU 的隔離，電機(jī)啟停控制信號(hào)連接至變頻器的啟?？刂贫耍琍1 可直接采用達(dá)林頓管輸出型式的光耦器，可同時(shí)控制多臺(tái)變頻器啟停.

圖4 電機(jī)啟動(dòng)控制信號(hào)單元

(5)是否出膠的實(shí)現(xiàn)

將上述(1)中存放在CPU 的有關(guān)測(cè)量結(jié)果通過(guò)隔離器3 輸出給電磁閥動(dòng)作信號(hào)處理單元.將電磁閥動(dòng)作信號(hào)處理單元與電磁閥的電氣控制端連接，從而實(shí)現(xiàn)是否出膠.電磁閥動(dòng)作信號(hào)部分如圖5所示:主要由光耦器P1、圖騰柱驅(qū)動(dòng)、MOS 管及若干電阻組成，使用P1 實(shí)現(xiàn)與CPU 的隔離，電磁閥動(dòng)作信號(hào)輸出連接至電磁閥實(shí)現(xiàn)斷膠控制.圖5 為1路輸出時(shí)的范例，當(dāng)有多路斷膠時(shí)可按此電路結(jié)構(gòu)增加硬件.即只需按圖1 的結(jié)構(gòu)增加隔離器3 的個(gè)數(shù)、電磁閥動(dòng)作信號(hào)處理單元的個(gè)數(shù)即可，電路結(jié)構(gòu)可參見圖5.

圖5 電磁閥動(dòng)作信號(hào)單元

2 高速斷膠補(bǔ)償裝置的調(diào)試運(yùn)行

本裝置初次使用時(shí)需要按照?qǐng)D6 所示的流程圖進(jìn)行調(diào)試.即將生產(chǎn)線速度調(diào)至最低，CPU 通過(guò)絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器、信號(hào)調(diào)理單元測(cè)量并記錄當(dāng)前生產(chǎn)線速度V1.CPU 通過(guò)顯示按鍵單元按需設(shè)定當(dāng)前供膠量大小并記錄為當(dāng)前供膠量G1.然后通過(guò)隔離器1、D/A 處理單元、隔離器2、電機(jī)啟停信號(hào)處理單元控制變頻器啟動(dòng)熱熔膠機(jī)內(nèi)部電機(jī)實(shí)現(xiàn)供膠.CPU 通過(guò)顯示按鍵單元設(shè)定輸出位置和長(zhǎng)度(此時(shí)位置及長(zhǎng)度轉(zhuǎn)換為絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器的對(duì)應(yīng)值，如1000 碼分辨率的編碼器可設(shè)定范圍為0-999).然后通過(guò)隔離器3、電磁閥動(dòng)作信號(hào)處理單元控制電磁閥動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)膠的間斷輸出，根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品的施膠情況調(diào)至合適值即可，并記錄當(dāng)前的調(diào)節(jié)位置輸出值A(chǔ)1 及調(diào)節(jié)長(zhǎng)度輸出值B1.然后將生產(chǎn)線速度提高至最高值，方法同上，測(cè)量并記錄當(dāng)前生產(chǎn)線速度V2、調(diào)節(jié)供膠量G1 +△G、調(diào)節(jié)位置輸出值A(chǔ)1 +△A、調(diào)節(jié)長(zhǎng)度輸出值B1 +△B.

圖6 高速斷膠補(bǔ)償裝置調(diào)試流程圖

圖6 中:＆1:通過(guò)調(diào)節(jié)D/A 處理單元實(shí)現(xiàn);＆2:△G、△A、△B 可為正負(fù)值.

本裝置調(diào)試結(jié)束就可以投入正常使用，正常運(yùn)行輸出如圖7 所示.即在正常運(yùn)行狀態(tài)下，CPU 不斷根據(jù)測(cè)得的生產(chǎn)線速度V.當(dāng)測(cè)得生產(chǎn)線停止時(shí)，關(guān)閉所有輸出.當(dāng)生產(chǎn)線在非停止?fàn)顟B(tài)時(shí)按如下3個(gè)公式調(diào)節(jié)輸出，就可以實(shí)現(xiàn)不同速度下的供膠量調(diào)節(jié)、施膠位置調(diào)節(jié)、施膠長(zhǎng)度調(diào)節(jié)，從而抑制施膠位移、施膠長(zhǎng)度變化，實(shí)現(xiàn)任何生產(chǎn)速度狀態(tài)下都能正確施膠的目的.

其中G 為供膠量大小;V 為當(dāng)前生產(chǎn)線速度;A 為位置;B 為長(zhǎng)度;V1、V2、△G、G1、△A、A1、△B、B1見調(diào)試過(guò)程所述.

圖7 高速斷膠補(bǔ)償裝置正常運(yùn)行輸出的流程圖

3 高速斷膠補(bǔ)償裝置的關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)

采樣絕對(duì)值修正法的高速斷膠補(bǔ)償裝置具有如下技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn):

(1)可根據(jù)生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)速度實(shí)現(xiàn)膠機(jī)施膠量、施膠位置、施膠長(zhǎng)度的自動(dòng)補(bǔ)償調(diào)節(jié)，解決高速生產(chǎn)時(shí)的施膠錯(cuò)位問(wèn)題.

(2)使用絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器做為位置檢測(cè)元件，不受系統(tǒng)停電、生產(chǎn)線中途啟停的影響.

(3)使用絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器做為生產(chǎn)線速度檢測(cè)元件，CPU 可以根據(jù)生產(chǎn)線速度控制由隔離器、D/A 單元、電機(jī)啟停處理單元等組成的供膠量調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)是否供膠，同時(shí)供膠量大小還可以隨生產(chǎn)線轉(zhuǎn)速變化而變化.

(4)使用隔離器、電磁閥動(dòng)作信號(hào)處理單元組成的斷膠位置、長(zhǎng)度控制環(huán)節(jié)，CPU 可以根據(jù)生產(chǎn)線速度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)斷膠位置、斷膠長(zhǎng)度，以實(shí)現(xiàn)正確的施膠.

4 高速斷膠補(bǔ)償裝置的的主要技術(shù)指標(biāo)

高速斷膠補(bǔ)償裝置的主要技術(shù)指標(biāo)列表如下:

表1 高速斷膠補(bǔ)償裝置主要技術(shù)指標(biāo)表

5 結(jié)語(yǔ)

隨著生產(chǎn)線速度的逐步提高，原先在低生產(chǎn)速度時(shí)不被顯現(xiàn)的熱熔膠機(jī)的施膠位移、施膠長(zhǎng)度變化等問(wèn)題成為影響設(shè)備提速的主要障礙.本文研究一種新的高速斷膠補(bǔ)償方式——絕對(duì)值修正法，解決了高速生產(chǎn)時(shí)的施膠錯(cuò)位問(wèn)題.使使用熱熔機(jī)的生產(chǎn)線的提速成為可能，從而提高了工作的效率，促進(jìn)企業(yè)與院校進(jìn)一步結(jié)合，把經(jīng)驗(yàn)變成行動(dòng)，把技術(shù)變成產(chǎn)業(yè)，把創(chuàng)新變成顯著的實(shí)體效益.

［1］佚名.熱熔膠機(jī)［EB/OL］.(2011-08-02).［2013-11-20］.http://zhidao.baidu.com/question/301238983.html

［2］泉州精泰機(jī)械.熱熔膠機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)［EB/OL］.(2012-02-17).［2013-11-20］.http://wenku.baidu.com/vie w/1ef1290ef78a6529647d530a.html

［3］時(shí)莉莉.熱熔膠技術(shù)資料［EB/OL］.(2011-04-28).［2013-11-20］.http://wenku.baidu.com/view/5e283dde5022aaea998f0f9f.html