多軸控制裝置、循圓方法以及包裝的制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種多軸控制裝置、循圓方法以及包裝機。所述多軸控制裝置包括：一啟動控制器，通過一命令接收模塊接收外部的啟動和停止信號；一運動控制器，與所述啟動控制器通信；一馬達驅動器，與所述運動控制器通信；以及一輸入模塊，與所述啟動控制器和所述運動控制器通信。優點在于可以精確地同步控制多個馬達協同工作，且對外部命令的處理速度迅速。
【專利說明】多軸控制裝置、循圓方法以及包裝機
【技術領域】
[0001]本發明涉及自動控制領域，尤其涉及一種多軸控制裝置、循圓方法以及包裝機。
【背景技術】
[0002]在社會流通的全過程中，包裝能發揮保護、美化、宣傳、銷售產品的功能，提高商品的競爭能力。包裝自動化是利用自動化裝置控制和管理包裝過程，使其按照預先規定的程序自動進行。包裝自動化已成為一種必然的趨勢，但現有技術中包裝工程的自動化程度并不高。由于企業的各個生產線是連續不間斷的，因此對包裝機械中的馬達的扭矩、速度、精度和動態性能等指標都有極高的要求。在包裝機械上需要控制馬達的精確位置和嚴格的速度同步，保證輸送、裝卸、卸垛、打標、打包等工序正常運轉。這是封口機、打包機、打碼機、旋蓋機等包裝機械產品在升級時需要考慮的關鍵問題。
[0003]目前市場上常見的包裝機械控制系統主要有兩種方式:
方式1:主控采用機械傳動方式。對于包裝工藝不復雜，包裝速度要求不高的場合，在主控部分采用機械凸輪的方式即可以滿足要求，故這種控制方式仍然被少量使用，主要原因是成本低。但是采用機械凸輪控制的方式，無論如何也避免不了后期維護的不便。由于機械的硬性連接，在運行的過程中，會出現機械磨損嚴重，噪音大，效率低等特點。
[0004]方式2:主控采用可編程邏輯控制器(PLC, Programmable Logic Controller)控制。附圖1所示是現有技術中采用可編程邏輯控制器的包裝機械控制系統的結構示意圖，包括可編程邏輯控制器11、交流伺服驅動器12和變頻器13。PLC 11通過發送脈沖給交流伺服驅動器12完成定位動作，變頻器13驅動主軸14做勻速運動。主軸14的脈沖同樣輸出給交流伺服驅動器12作為命令來源，做出相應的動作。PLC 11同時控制I/O設備15，包括溫控器等。這種方式的缺點在于配線復雜，不利于維護，且主軸是采用變頻方式驅動，系統包裝精度難以提高，無法滿足包裝行業對精度越來越高的要求。大量的運算都集中在可編程邏輯控制器11，運算量大，影響運行速度和精度。且每次修改包裝程序都需要通過修改PLC命令實現，而修改PLC控制命令需要專業人士花費大量時間才能夠完成。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是，提供一種多軸控制裝置，可以精確地同步控制多個馬達協同工作，且對外部命令的處理速度迅速。
[0006]本發明所要解決的技術問題還在于提供一種包裝機，可以精確控制傳送馬達和裁切馬達系統工作，并且能在樣品規格發生變化時，簡單快速地調整工作模式，從而節省生產時間。
[0007]為了解決上述問題，本發明提供了一種多軸控制裝置，包括:一啟動控制器，通過一命令接收模塊接收外部的啟動和停止信號；一運動控制器，與所述啟動控制器通信，用于根據所述啟動控制器發出的命令開始或停止執行一預置的控制程序；一馬達驅動器，與所述運動控制器通信，用于根據所述運動控制器發出的命令來控制至少一外部馬達；以及一輸入模塊，與所述啟動控制器和所述運動控制器通信，用于使用者從外部輸入參數來控制所述多軸控制裝置。
[0008]可選的，進一步包括一 I/O模塊，與所述啟動控制器和所述運動控制器通信，所述I/o模塊用于同連接至所述多軸控制裝置外部的至少一運動控制器實時通信，以擴展所述多軸控制裝置的控制能力。
[0009]可選的，所述運動控制器為一數字信號處理芯片。
[0010]可選的，所述輸入模塊進一步包含一圖形化的人機界面，使用者通過所述圖形化的人機界面完成輸入。
[0011]可選的，所述運動控制器中進一步包括一插補命令單元，所述插補命令單元與所述馬達驅動器連接，所述插補命令單元用于合成多軸的同步插補命令并發送至馬達驅動器實施插補。
[0012]本發明進一步提供了一種循圓方法，采用上述的多軸控制裝置，包括如下步驟:通過所述輸入模塊將編輯的圓周路徑命令發送至所述運動控制器；所述運動控制器驅動外部的馬達執行所述圓周路徑命令，并通過所述命令接收模塊反饋收集執行結果，所述執行結果包含所述馬達執行所述圓周路徑命令的實際平面路徑，以及所述馬達的命令位置與回授位置之間的變化，以用于循圓誤差分析。
[0013]本發明進一步提供了一種包裝機，包括:一上述的多軸控制裝置；以及一傳送馬達、一送料馬達和一裁切馬達，各自與所述多軸控制裝置連接并被單獨的馬達驅動器驅動，接收各自的馬達驅動器控制信號并分別驅動一傳送帶、一所述傳送帶表面的樣品和一切刀同步運轉。
[0014]可選的，進一步包括一位置監控器，與所述運動控制器通信，所述位置監控器用于監控所述傳送帶表面的樣品位置偏移，并通過所述命令接收模塊反饋至所述運動控制器。
[0015]可選的，進一步包括一 I/O模塊，與所述啟動控制器和所述運動控制器通信，所述I/o模塊用于同連接至所述多軸控制裝置外部的至少一運動控制器實時通信，以擴展所述多軸控制裝置的控制能力。
[0016]可選的，所述運動控制器為一數字信號處理芯片。
[0017]可選的，所述輸入模塊進一步包含一圖形化的人機界面，使用者通過所述圖形化的人機界面完成輸入。
[0018]可選的，所述運動控制器中進一步包括一插補命令單元，所述插補命令單元與所述馬達驅動器連接，所述插補命令單元用于合成多軸的同步插補命令并發送至多個馬達驅動器實施插補。
[0019]本發明所述多軸控制裝置的優點在于采用了運動控制器根據外部命令計算出每個馬達的運動路徑，并發送至馬達驅動器，馬達驅動器根據運動控制器發出的統一時鐘來執行這些路徑。這種架構使所有的馬達驅動器的運動路徑規劃均來自于同一個運動控制器，并且共用運動控制器的時鐘，可以做到精確同步；并且把現有技術中集中在上位機上的運算量在所述馬達驅動器與所述運動控制器之間重新分配，提高了系統的處理速度，使所述多軸控制裝置能夠在工作狀態下及時準確地對外界命令做出響應。并且所述多軸控制裝置由于各軸之間的同步性好，因此還能夠執行循圓儀的功能。
[0020]本發明所述包裝機的優點在于采用上述多軸控制裝置驅動傳送馬達、送料馬達和裁切馬達，能夠做到精確同步，并且在所述運動控制器中預設算法，根據使用者輸入的參數自行計算出各個部件的工作參數，并轉化成運動路徑下發至馬達驅動器。這樣無需每次更換不同規格的樣品時都要重新編寫軟件代碼，而只需要將參數輸入即可實現調整。而輸入參數的動作是普通的操作工人即可完成的，因此本包裝機可以節省生產時間并降低操作難度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]附圖1所示是現有技術中采用可編程邏輯控制器的包裝機械控制系統的結構示意圖。
[0022]附圖2所示是本發明所述多軸控制裝置【具體實施方式】的結構示意圖。
[0023]附圖3所示是本發明所述循圓方法【具體實施方式】的實施步驟示意圖。
[0024]附圖4所示是本發明所述包裝機【具體實施方式】的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本發明提供的多軸控制裝置、循圓方法以及包裝機的【具體實施方式】做詳細說明。
[0026]附圖2所示是本發明所述多軸控制裝置20【具體實施方式】的結構示意圖，包括一啟動控制器21、一命令接收模塊22、一運動控制器23、多個馬達驅動器24、一輸入模塊25以及一 I/O模塊26。所述馬達驅動器24的數量由需要驅動的馬達數目決定，并至少為一個。本【具體實施方式】為三個。
[0027]所述啟動控制器21通過所述命令接收模塊22接收外部的啟動和停止信號。所述命令接收模塊22還可以進一步和運動控制器23連接，用于接收多軸控制裝置20外部發送至運動控制器23的參考信號，所述參考信號例如是可以用來校準馬達驅動器24的工作狀態的。
[0028]所述運動控制器23與所述啟動控制器21通信，用于根據啟動控制器21發出的命令開始或停止執行一預置的控制程序。所述輸入模塊25與所述啟動控制器21和所述運動控制器23通信。所述預置的控制程序是通過所述輸入模塊25發送至運動控制器23的。使用者通過輸入模塊25輸入運動控制器23的控制參數。輸入模塊25進一步包括一圖形化的人機界面，使用者可以通過此圖形化的界面完成輸入動作。運動控制器23根據此參數生成馬達驅動器24能夠執行的控制命令，從而執行相應的操作。所述運動控制器23可以是數字信號處理(DSP)芯片。
[0029]所述多個馬達驅動器24各自與所述運動控制器23通信，用于根據所述運動控制器23發出的運動路徑來控制各自對應的外部馬達。在所述馬達驅動器24為多個的情況下，由于運動路徑來自于同一個運動控制器23，因此所有的馬達驅動器24共用同一個命令時鐘，嚴格地保證伺服的同步性，因此可以實現同動控制，并且馬達驅動器24之間交換資料僅通過運動控制器23而無其它外部設備，因此交換速度高且無時間延遲。在上述結構中，運動控制器23用于根據外部命令計算出每個馬達的運動路徑，并發送至馬達驅動器24，馬達驅動器24存儲收到的運動路徑至本地，并根據運動控制器23發出的統一時鐘來執行這些運動路徑。這種架構把現有技術中集中在上位機上的運算量在所述馬達驅動器24與所述運動控制器23之間重新分配，提高了系統的處理速度，能夠在工作狀態下及時準確地對外界命令做出響應。并且所述運動控制器23還可以進一步通過命令接收模塊22采集馬達的工作狀態以及各種監控信息，并據此做出調整。
[0030]所述運動控制器23還可以進一步包括一插補命令單元231。所述插補命令單元231與所述馬達驅動器24連接。在三維運動中，每個馬達對應一個運動軸。在所述馬達驅動器24為多個，即多軸的情況下，多軸的同步插補命令可以通過所述插補命令單元231生成。插補命令單元231內部根據坐標利用插補算法自動分配出相關的運動軸相應的位置和速度值，并發送至對應的馬達驅動器24執行，以實現多軸的同步插補，包括直線、圓弧與螺旋的插補。由插補命令單元231運算可以減低控制器運算，驅動動作響應更精確及時，且無需上位機介入。在進行多軸運動時，為了達到整個路徑的運行更加平穩和高效，利用三軸圓弧插補指令，只需給定一個目標點，插補命令單元231便可以根據坐標利用插補算法自動分配出相應的位置和速度值給相關的運動軸。插補命令單元231可以支持絕對，相對，增量坐標模式，可以實現單軸定位，兩軸/三軸直線和圓弧插補。
[0031]為了擴展所述多軸控制裝置的控制能力，還可以進一步包括一可選的I/O模塊26。所述I/O模塊26與所述啟動控制器21和所述運動控制器23通信。由于所述多軸控制裝置20中的馬達驅動器24的數目是固定的，故多軸控制裝置20所能夠控制的馬達數目必然不能超過馬達驅動器24的數目。所述I/O模塊26的優點在于可以突破此限制，使多軸控制裝置20能夠控制更多的馬達。所述I/O模塊26與外部的至少一運動控制器以及馬達控制器(未圖示)實時通信，為了保證控制效果，通信協議應采用高速的通信協議，通過高速通信協議可與外部的單軸伺服快速通訊，以擴展所述多軸控制裝置的控制能力。
[0032]上述多軸控制裝置還可以很容易地實現循圓功能，代替專門的循圓儀。
[0033]附圖3所示是本發明所述循圓方法【具體實施方式】的實施步驟示意圖，包括:步驟S30，通過所述輸入模塊將編輯的圓周路徑命令發送至所述運動控制器；以及步驟S31，所述運動控制器驅動外部的馬達執行所述圓周路徑命令，并通過所述命令接收模塊反饋收集執行結果。
[0034]在步驟S30中，通過所述輸入模塊25將編輯的圓周路徑命令發送至所述運動控制器23。所述運動控制器23可以在內部根據坐標利用插補算法自動分配出相應的位置和速度值給X軸和Y軸對應的馬達，因此能夠保證兩軸之間的絕對同步。
[0035]在步驟S31中，所述運動控制器23驅動外部的馬達執行所述圓周路徑命令，并通過所述命令接收模塊22反饋收集執行結果。所述執行結果包含所述馬達執行所述圓周路徑命令的實際平面路徑，以及所述馬達的命令位置與回授位置之間的變化，以用于循圓誤差分析。此結果可供使用者對設備的工作狀態進行判斷。
[0036]接下來給出本發明所述包裝機的【具體實施方式】。上述多軸控制裝置適合用于包裝機等需要多馬達協同工作的設備上。附圖4所示是本【具體實施方式】所述包裝機的結構示意圖，包括:一多軸控制裝置20、一傳送馬達41、一送料馬達45和一裁切馬達42。所述傳送馬達41、送料馬達45和裁切馬達42各自與所述多軸控制裝置20連接并被單獨的馬達驅動器24驅動，接收各自的馬達驅動器發出的控制信號。所述傳送馬達41通過一組驅動輪411驅動一傳送帶412水平運動，輸送樣品44。所述送料馬達45通過一驅動輪451來驅動樣品在傳送帶412上同步移動，并且所述驅動輪451還可以同時給樣品上加印色標。所述裁切馬達42通過一組齒輪421驅動一組切刀422轉動以切割樣品44。為了使切刀422每次都在預定的位置切割樣品44，必須嚴格保證傳送馬達41、送料馬達45和裁切馬達42同步運轉。由于所述多軸控制裝置20中的所有馬達驅動器24執行的是同一個運動控制器23分解的命令，并且共用運動控制器23的時鐘，可以很好的滿足上述精確的同步要求。
[0037]繼續參考附圖4，所述包裝機還可以進一步包括一位置監控器43。所述位置監控器43與所述多軸控制裝置20中的運動控制器23通信。所述傳送帶412表面的樣品44上可以設置色標等定位圖案，并采用位置監控器43監測這些圖案的出現頻率，從而計算出樣品44的位置和移動速率。由于樣品44在表面由于抻拉或者滑動可能導致樣品的位置偏移和速度變化。位置監控器43可以監控到這一現象，并通過所述多軸控制裝置20中的命令接收模塊22反饋至所述運動控制器23。運動控制器23可以根據收到的信息調整三個馬達的工作狀態。例如，如果發現樣品的位置整體向后移動，可以給裁切馬達42發送一個延時命令，從而保證裁切的位置正確。若發現樣品在表面移動的速度大于或者小于預定速度，則可以通過調節傳送馬達41和裁切馬達42的轉速比，使裁切馬達42的相對裁切速度增大或減小，從而保證裁切的位置仍然正確，或者調整送料馬達45的轉速，以使樣品44的速度發生變化。以上算法全部都是在運動控制器23中完成的，并將根據計算結果得出的馬達運動路徑下發到對應的馬達驅動器24中，而馬達驅動器24存儲收到的路徑至本地，并根據運動控制器23發出的統一時鐘來執行這些路徑。顯然這種處理方式將運算和執行兩個任務分別分配在運動控制器23和馬達驅動器24中來完成，降低了單一設備尤其是運動控制器23的運算量，從而提高了運算速度，使包裝機可以根據樣品44的情況及時準確地調整傳送馬達41、送料馬達45和裁切馬達42的工作狀態。
[0038]使用者通過所述輸入模塊25完成輸入，例如樣品長度和包裝速度等。運動控制器23收到這些參數后，根據內置的算法自行計算出各個部件的工作參數，并轉化成驅動命令下發至馬達驅動器24。所述多軸控制裝置20中的輸入模塊25還可以進一步包含一圖形化的人機界面。對于人機界面而言，除了可以輸入參數之外，還可以預設一些工作模式，或者對切刀422以及傳送帶412的工作狀態進行手動調整的選項，并將上述功能在人機界面上設置成按鍵。使用者按下這些按鍵后，運動控制器23便根據內部預設的程序來做出相應的調整，并將驅動命令下發至馬達驅動器24。所述運動控制器23進一步可以是一數字信號處理(DSP)芯片。由于運動控制器23中可以預制大量算法，因此無需每次更換不同規格的樣品44都要重新編寫軟件代碼，而只需要將參數輸入即可實現調整。而輸入參數的動作是普通的操作工人即可完成的，因此本包裝機可以節省生產時間并降低操作難度。
[0039]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種多軸控制裝置，其特征在于，包括: 一啟動控制器，通過一命令接收模塊接收外部的啟動和停止信號； 一運動控制器，與所述啟動控制器通信，用于根據所述啟動控制器發出的命令開始或停止執行一預置的控制程序； 一馬達驅動器，與所述運動控制器通信，用于根據所述運動控制器發出的命令來控制至少一外部馬達；以及 一輸入模塊，與所述啟動控制器和所述運動控制器通信，用于使用者從外部輸入參數來控制所述多軸控制裝置。
2.根據權利要求1所述的多軸控制裝置，其特征在于，進一步包括一I/O模塊，與所述啟動控制器和所述運動控制器通信，所述I/O模塊用于同所述多軸控制裝置外部的至少一運動控制器實時通信，以擴展所述多軸控制裝置的控制能力。
3.根據權利要求1所述的多軸控制裝置，其特征在于，所述運動控制器為一數字信號處理芯片。
4.根據權利要求1所述的多軸控制裝置，其特征在于，所述輸入模塊進一步包含一圖形化的人機界面，使用者通過所述圖形化的人機界面完成輸入。
5.根據權利要求1所述的多軸控制裝置，其特征在于，所述運動控制器中進一步包括一插補命令單元，所述插補命令單元與所述馬達驅動器連接，所述插補命令單元用于合成多軸的同步插補命令并發送至馬達驅動器實施插補。
6.一種循圓方法，采用權利要求1所述的多軸控制裝置，其特征在于，包括如下步驟: 通過所述輸入模塊將編輯的圓周路徑命令發送至所述運動控制器；` 所述運動控制器驅動外部的馬達執行所述圓周路徑命令，并通過所述啟動控制器中的所述命令接收模塊反饋收集執行結果，所述執行結果包含所述馬達執行所述圓周路徑命令的實際平面路徑，以及所述馬達的命令位置與回授位置之間的變化，以用于循圓誤差分析。
7.一種包裝機，其特征在于，包括: 一權利要求1所述的多軸控制裝置；以及 一傳送馬達、一送料馬達和一裁切馬達，各自與所述多軸控制裝置連接并被單獨的馬達驅動器驅動，接收各自的馬達驅動器控制信號并分別驅動一傳送帶、一所述傳送帶表面的樣品和一切刀同步運轉。
8.根據權利要求7所述的包裝機，其特征在于，進一步包括一位置監控器，與所述運動控制器通信，所述位置監控器用于監控所述傳送帶表面的樣品位置偏移，并通過所述啟動控制器中的所述命令接收模塊反饋至所述運動控制器。
9.根據權利要求7所述的包裝機，其特征在于，進一步包括一I/O模塊，與所述啟動控制器和所述運動控制器通信，所述I/o模塊用于同連接至所述多軸控制裝置外部的至少一運動控制器實時通信，以擴展所述多軸控制裝置的控制能力。
10.根據權利要求7所述的包裝機，其特征在于，所述運動控制器為一數字信號處理芯片。
11.根據權利要求7所述的包裝機，其特征在于，所述輸入模塊進一步包含一圖形化的人機界面，使用者通過所述圖形化的人機界面完成輸入。
12.根據權利要求7所述的包裝機，其特征在于，所述運動控制器中進一步包括一插補命令單元，所述插補命令單元與所述馬達驅動器連接，所述插補命令單元用于合成多軸的同步插補命令并發送至多個馬達`驅動器實施插補。
【文檔編號】G05B19/418GK103552711SQ201310525856
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】黃軍, 顏良益, 王江濤, 姜新華 申請人:中達光電工業（吳江）有限公司