一種用于金屬平板熱覆膜生產線的板料間隙消除控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于金屬平板熱覆膜生產線的板料間隙消除控制系統，其包括上位機人機交互觸摸屏、下位機多軸運動控制器、送料段主控系統、感應加熱段驅動系統、燃燒除污段驅動系統、上覆膜輥驅動系統、前夾輥驅動系統、膜板分張段驅動系統、下覆膜輥驅動系統和后夾送輥驅動系統。本發明的板料間隙消除控制系統利用伺服控制的電氣技術實現了相鄰兩板料首尾相接，進入覆膜工序前消除了相鄰兩板料之間的間隙，因此不浪費膜材料，節約了膜材料，降低了生產成本，而且設計難度小，更易于實現。
【專利說明】
一種用于金屬平板熱覆膜生產線的板料間隙消除控制系統
技術領域
[0001]本發明屬于包裝印刷行業中的金屬平板熱覆膜技術領域，涉及一種用于金屬平板熱覆膜生產線的板料間隙消除控制系統。
【背景技術】
[0002]金屬平板熱覆膜技術是一種興起于日本的材料加工技術，利用該技術能夠在金屬表面貼合一層環保、耐腐蝕的高聚合物材料，并且該貼合物不脫落、不起泡，能夠滿足承裝食物的安全衛生要求，可以全面替代傳統的金屬噴涂工藝。
[0003]由于上料系統送料間隔的原因，板料進入到覆膜工藝段時各板料之間存在較大間隙，在板料表面覆完膜之后，間隙仍然存在，這樣就造成了大量的膜浪費在兩板料之間的間隙段，由于機組是連續運行的，所覆膜是高分子材料，價格昂貴，故長期積累，原材料浪費嚴重，導致覆膜成本偏高。
[0004]目前，金屬平板熱覆膜生產線沒有采用間隙消除技術，而是在板料覆膜完成后，利用一種牽引拉扯機構將多余的膜材料從板料邊緣收入收料卷，這種技術的難點在于牽引拉扯機構的機械設計必須防止剛覆完膜的板料被牽引拉扯機構一并拉走，而且存在不足點:機械結構復雜，設計難度大，膜的利用率較低。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種用于金屬平板熱覆膜生產線的板料間隙消除控制系統，該板料間隙消除控制系統能易于將相鄰兩塊板料之間的間隙在板料進入覆膜工藝段之前消除掉，從而實現板料之間兩兩首尾相接，節約覆膜材料，并省去在覆膜完成后需要切除板料邊緣多余膜材料的工作，以達到降低覆膜成本的效果。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:一種用于金屬平板熱覆膜生產線的板料間隙消除控制系統，包括上位機人機交互觸摸屏、下位機多軸運動控制器、送料段主控系統、感應加熱段驅動系統、燃燒除污段驅動系統、上覆膜輥驅動系統、前夾輥驅動系統、膜板分張段驅動系統、下覆膜輥驅動系統和后夾送輥驅動系統，所述上位機人機交互觸摸屏與所述下位機多軸運動控制器連接，所述下位機多軸運動控制器分別與所述送料端段主控系統連接和感應加熱段驅動系統連接，所述感應加熱段驅動系統、燃燒除污段驅動系統、上覆膜輥驅動系統、前夾輥驅動系統、膜板分張段驅動系統、下覆膜輥驅動系統和后夾送輥驅動系統依次相互連接。
[0007]進一步的，所述下位機多軸運動控制器通過ECT總線與所述感應加熱段驅動系統連接，所述感應加熱段驅動系統、燃燒除污段驅動系統、上覆膜輥驅動系統、前夾輥驅動系統、膜板分張段驅動系統、下覆膜輥驅動系統和后夾送輥驅動系統依次通過ECT總線串聯在一起。
[0008]進一步的，所述前夾送輥驅動系統包括夾送輥驅動器、前夾送輥電機編碼器、前夾送輥電機和前夾送輥，所述送料段主控系統包括傳送帶電機編碼器、傳送帶電機和傳送帶，所述夾送輥驅動器的數量為兩個，這兩個夾送輥驅動器通過ECT相互連接，所述下位機多軸運動控制器通過ECT總線與其中一個所述夾送輥驅動器連接，該夾送輥驅動器分別與所述傳送帶電機編碼器和所述傳送帶電機連接，所述傳送帶電機編碼器與所述傳送帶電機連接，該傳送帶電機驅動所述傳送帶轉動，從而實現輸送板料，另一個所述夾送輥驅動器分別與所述前夾送輥電機編碼器和前夾送輥電機連接，所述前夾送輥電機驅動所述前夾送輥轉動，所述下位機多軸運動控制器還連接于激光測距傳感器，該激光測距傳感器用于測定所述傳送帶上相鄰兩塊板料之間的距離。
[0009]進一步的，前夾送輥電機為伺服電機，傳送帶電機為變頻調速電機。
[0010]本發明有益效果:本發明的板料間隙消除控制系統，利用激光測距傳感器以及傳送帶編碼器實現相鄰兩張板料之間的間隙距離的測定，利用下位機多軸運動控制器完成間隙分段計算、兩段式間隙消除以及虛擬軸速度疊加的功能，進而控制前夾送輥完成夾送動作，從而實現相鄰兩板料首尾相接，進入覆膜工序前消除了相鄰兩板料之間的間隙，因此不浪費膜材料，節約了膜材料，節省了切除板料邊緣多余膜材料的工作，降低了生產成本，而且不需設計復雜的機械結構，設計難度小，更易于實現。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明實施例的板料間隙消除控制系統原理圖。
[0012]圖2是板料間隙消除的原理圖。
[0013]圖3是板料間隙消除的時間位置節拍圖。
[0014]附圖標記說明:
[0015]上位機人機交互觸摸屏11、下位機多軸運動控制器12、感應加熱段驅動系統13、燃燒除污段驅動系統14、上覆膜輥驅動系統15、前夾輥驅動系統16、膜板分張段驅動系統17、下覆膜輥驅動系統18、后夾送輥驅動系統19、送料段主控系統20;
[0016]夾送輥驅動器21、前夾送輥電機編碼器22、前夾送輥電機23、前夾送輥24、傳送帶電機編碼器25、傳送帶電機26、激光測距傳感器27。
【具體實施方式】
[0017]下面將結合本發明的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0018]金屬平板熱覆膜生產線一般分為七個工作段，依生產的先后順序分為:
[0019]送料段:由送料機將堆垛上的板料一張張吸起并放置于傳送帶上；
[0020]燃燒除污段:用天然氣火焰槍生成的火焰烤灼板料的表面，達到去除污物及提高板料初始溫度的目的；
[0021]感應加熱段:利用高頻感應加熱裝置將板料的溫度提升到220攝氏度左右以達到覆膜的工藝溫度；
[0022]覆膜工藝段:放膜機將卷膜放出后利用滾筒的上下壓力將PET等材料的膜熱壓合到板材上下表面；
[0023]膜板分張段:利用后夾送輥與傳送帶的速度差造成膜和板料之間的速度差，從而實現膜板分離；
[0024]冷卻機構段:由大風機組成的風扇組，強制吹風冷卻覆膜后的板料，使其降溫并讓膜和板融合到一起；
[0025]雙收料段:實現一張張板料的堆垛。
[0026]如圖1所示，本實施例的用于金屬平板熱覆膜生產線的板料間隙消除控制系統的原理圖。該板料間隙消除控制系統包括上位機人機交互觸摸屏U、下位機多軸運動控制器12、送料段主控系統20、感應加熱段驅動系統13、燃燒除污段驅動系統14、上覆膜輥驅動系統15、前夾輥驅動系統16、膜板分張段驅動系統17、下覆膜輥驅動系統18和后夾送輥驅動系統19。上位機人機交互觸摸屏11與下位機多軸運動控制器12連接。下位機多軸運動控制器12通過ECT總線與感應加熱段驅動系統13連接，感應加熱段驅動系統13、燃燒除污段驅動系統14、上覆膜輥驅動系統15、前夾輥驅動系統16、膜板分張段驅動系統17、下覆膜輥驅動系統18和后夾送輥驅動系統19依次通過ECT總線串聯在一起。
[0027]板料間隙消除控制系統的特點在于:
[0028]1、采用了高速的下位機多軸運動控制器12進行控制，下位機多軸運動控制器12實時性強，可以完成運動規劃以及運動邏輯模塊之間的順序切換、實現多軸插補運動等，同時下位機多軸運動控制器12與各驅動系統采用ECT總線(EtherCAT(以太網控制自動化技術)控制總線，)進行通訊，用單線級連接的拓撲結構取代傳統的星形接法或總分式接法，再加上分布式時鐘的運用，使得通訊時間減少，保證了動作執行的快速同步性；
[0029]2、上位機人機交互界面11采用可進行以太網通訊的臺灣威綸通觸摸屏，實時與下位機多軸運動控制器12進行數據交換，可以實現狀態顯示、參數給定以及日志記錄的功能；
[0030]3、所有驅動設備中僅前、后夾送輥電機采用位置控制模式，其余驅動設備均采用速度控制模式。感應加熱、燃燒除污、上下覆膜輥、膜板分張段的驅動電機均為普通變頻電機，僅需完成平穩的傳送板料的功能，故采用控制方式相對容易的速度控制模式。而前夾送輥電機驅動前夾送輥完成較為精確的間隙消除功能，即周期性的快速加減速過程，而后夾送輥電機驅動后夾送輥完成膜板分張功能，由于運動方式與控制精確度的不同，故前、后前夾送輥電機采用位置控制的方式。
[0031]參照圖2，板料間隙消除的原理圖。前夾送輥驅動系統包括夾送輥驅動器21、前夾送輥電機編碼器22、前夾送輥電機23和前夾送輥24，其中前夾送輥電機23設計為伺服電機。送料段主控系統20包括傳送帶電機編碼器25、傳送帶電機26和傳送帶，其中傳送帶電機26設計為變頻調速電機。夾送輥驅動器21的數量為兩個，這兩個夾送輥驅動器21通過ECT相互連接，下位機多軸運動控制器12通過ECT總線與其中一個夾送輥驅動器21連接，該夾送輥驅動器21分別與傳送帶電機編碼器25和傳送帶電機26連接，傳送帶電機編碼器25與傳送帶電機26連接，該傳送帶電機26驅動所述傳送帶轉動，從而實現輸送板料，工作時傳送帶電機編碼器25向夾送輥驅動器21反饋傳送帶電機26的速度信號。另一個夾送輥驅動器21分別與前夾送輥電機編碼器22和前夾送輥電機23連接，前夾送輥電機23驅動前夾送輥24轉動，實現夾送板料，工作時前夾送輥電機編碼器22向夾送輥驅動器21反饋前夾送輥電機23的位置信號。下位機多軸運動控制器12還連接于激光測距傳感器27，該激光測距傳感器27用于測定相鄰兩塊板料之間的間隙距離，將間隙測定信號反饋給下位機多軸運動控制器12。
[0032]板料間隙消除的原理圖給出了檢測機構、核心控制器以及最終執行機構三者之間的關系，其中，前夾送輥電機編碼器22、傳送帶電機編碼器25和激光測距傳感器27均是檢測機構，激光測距傳感器27可以在板料的頭尾部抵達激光下方時給出提示信號，該提示信號達到下位機多軸運動控制器12時，下位機多軸運動控制器12同時采集該時刻發生時傳送帶編碼器25的位置，如此，由激光傳感器27提示下位機多軸運動控制器12采集相鄰兩塊板料的前一張板料末尾時刻以及后一張板料板頭時刻傳送帶編碼器25的位置，分別為SI及S2，即可以由S2-S1測算出相鄰兩塊板料之間的間隙SS。
[0033]下位機多軸運動控制器12在計算出板料之間的間隙SS后，會將該間隙分為兩個部分傳遞給前夾送輥以完成間隙消除的動作。具體說來，間隙陽被消除的過程如下:
[0034]將SS拆分成兩個部分SS= SS1+SS2，其中SSl的消除會使得前夾送輥24獲得一個加速過程，讓其速度增大為傳送帶速度的若干倍，該過程可以視作前夾送輥24夾住板料去追趕前一張板料，從而消除部分間隙陽1;
[0035]在SSl被消除后，下位機多軸運動控制器12會給出SS2的消除命令，即使得前夾送輥24獲得一個減速過程，讓其速度最終減小到和覆膜輥速度一致，實現和覆膜輥速度同步。這里需要提出的是，板料在傳送帶上的傳送速度是大于進入覆膜輥后的傳送速度的，這是因為在單位時間內送料機送出的定量板料會全部被收料機收走，傳送帶上的板料之間存在間隙而進入覆膜輥后板料之間首尾相連，故陽2在被消除的同時，也完成了板材料和覆膜輥速度同步的過程，以防止由于板料進入覆膜輥后與覆膜輥速度不一致導致的“打板”現象。
[0036]下位機多軸運動控制器12在完成SSl和SS2消除時，最終的執行機構是前夾送輥24，這里再給出一個概念，即前夾送輥24的速度是由兩部分組成的:基礎速度+疊加速度。在板料沒有進入前夾送輥24時，前夾送輥24只具有一個基礎速度，該速度與前傳送帶的速度保持一致，在板料進入前夾送輥24后，前夾送輥24隨即開始間隙消除動作，取得一個疊加速度，該疊加速度即前兩點中提到的加減速過程中產生的額外速度。
[0037]但這兩個額外速度并不是直接對前夾送輥24操作的，而是由下位機多軸運動控制器12內部生成了一個虛擬軸，由虛擬軸去承擔疊加速度，再將虛擬軸的運動疊加至前夾送輥24，從而實現加減速，這樣做的好處在于:降低運動代碼的復雜度，由于每次檢測出來的間隙不同，造成疊加速度不盡相同，避免了反復給前夾送輥24賦予不同的運動速度，只需用虛擬軸來承擔疊加速度，而前夾送輥24的基礎速度可以保持不變。
[0038]參照圖3，TO時刻到T6時刻三張板料(I號板料、2號板料和3號板料)間隙消除節拍周期示意圖。其中，板料的橫向尺寸是11OOmm，每張板料在傳送帶上的間隔為理想的200mm，經過前夾送輥24的間隙消除動作后，板料之間的間隙縮短為1_，由此在送料機單位時間內送料一致的情況下傳送帶的傳送速度可設為1100+200 = 1300mm/s，經夾送后進入覆膜棍的送料傳送速度為1100+1 = 1101mm/s。當檢測到每塊板料的板頭后200mm開始前夾送棍24進行夾送，即加減速過程。
[0039]由Tl時刻的斜線部分可見，I號板料有500mm長的行程在加減速過程中被前夾送輥24“吃掉”，即在這500_的行程中，I號板料除了有原始的基礎速度1300mm/s以外，還有疊加速度以完成追趕的過程，造成I號板料和2號板料之間的間隙反而變大。從T2到T3時刻可見，由于I號板料已經完成夾送，速度從1300mm/ s降低為1101mm/s，而2號板料速度與傳送帶的速度一致保持為1300mm/s，故1、2號板料之間的間隙又逐步減小，從T2到T3時刻，1、2號板料之間的間隙從440mm降低為280.8mm。從T3到T4時刻的過程中，由于2號板料以行進平均速度大于llOlmm/s的加減速過程追趕I號板料，在Τ4時刻2號板料結束夾送過程，追趕I號板料直至兩塊板料之間的間隙縮短為1mm。?到T4時刻即給出了每張板料進行間隙消除的完整過程，后面的每張板料重復上述間隙消除過程。
[0040]在實際工作過程中，由于每張板材之間的間隙并不是標準的200mm，傳送帶的速度也并不是所給出的1300mm/s，但是間隙的測量會由激光測距傳感器送給下位機多軸運動控制器從而調整TO到T4每個時間段的長短以最終達到每塊板料在經過覆膜輥后實現首尾相連的目的。
[0041]綜上，本發明的板料間隙消除控制系統，其利用激光測距傳感器以及傳送帶編碼器實現相鄰兩張板料之間的間隙距離的測定，同時激光測距傳感器也完成提示板頭達到的任務;利用下位機多軸運動控制器完成間隙分段計算、兩段式間隙消除以及虛擬軸速度疊加功能;傳送帶的驅動采用速度控制模式下的變頻調速電機，前夾送輥的驅動采用位置控制模式下的伺服電機，有效的降低了控制難度、增加了控制精度并合理的節省了硬件開支(傳送帶驅動不必采用伺服電機驅動)。因此，本發明的板料間隙消除控制系統利用伺服控制的電氣技術實現了相鄰兩板料首尾相接，實現了相鄰兩板料之間的間隙消除，不浪費膜材料，做到膜的利用率大于95%，從經濟性角度講，節約了膜材料，節省了切除板料邊緣多余膜材料的工作，降低了生產成本，而且與現有技術相比，設計難度小，更易于實現。
[0042]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種用于金屬平板熱覆膜生產線的板料間隙消除控制系統，其特征在于，包括上位機人機交互觸摸屏(11)、下位機多軸運動控制器(12)、送料段主控系統(20)、感應加熱段驅動系統(I3)、燃燒除污段驅動系統(I4)、上覆膜輥驅動系統(I5)、前夾輥驅動系統(I6)、膜板分張段驅動系統(17)、下覆膜輥驅動系統(18)和后夾送輥驅動系統(19)，所述上位機人機交互觸摸屏(11)與所述下位機多軸運動控制器(12)連接，所述下位機多軸運動控制器(12)分別與所述送料段主控系統連接和感應加熱段驅動系統(13)連接，所述感應加熱段驅動系統(I3)、燃燒除污段驅動系統(I4)、上覆膜輥驅動系統(I5)、前夾輥驅動系統(I6)、膜板分張段驅動系統(17)、下覆膜輥驅動系統(18)和后夾送輥驅動系統(19)依次相互連接。2.根據權利要求1所述的一種用于金屬平板熱覆膜生產線的板料間隙消除控制系統，其特征在于，所述下位機多軸運動控制器(12)通過ECT總線與所述感應加熱段驅動系統(13)連接，所述感應加熱段驅動系統(13)、燃燒除污段驅動系統(14)、上覆膜輥驅動系統(15)、前夾輥驅動系統(16)、膜板分張段驅動系統(17)、下覆膜輥驅動系統(18)和后夾送輥驅動系統(19)依次通過ECT總線串聯在一起。3.根據權利要求1所述的一種用于金屬平板熱覆膜生產線的板料間隙消除控制系統，其特征在于，所述前夾送輥驅動系統包括夾送輥驅動器(21)、前夾送輥電機編碼器(22)、前夾送輥電機(23)和前夾送輥(24)，所述送料段主控系統(20)包括傳送帶電機編碼器(25)、傳送帶電機(26)和傳送帶，所述夾送輥驅動器(21)的數量為兩個，這兩個夾送輥驅動器(21)通過ECT相互連接，所述下位機多軸運動控制器(12)通過ECT總線與其中一個所述夾送輥驅動器(21)連接，該夾送輥驅動器(21)分別與所述傳送帶電機編碼器(25)和所述傳送帶電機(26)連接，所述傳送帶電機編碼器(25)與所述傳送帶電機(26)連接，該傳送帶電機(26)驅動所述傳送帶轉動，從而實現輸送板料，另一個所述夾送輥驅動器(21)分別與所述前夾送輥電機編碼器(22)和前夾送輥電機(23)連接，所述前夾送輥電機(23)驅動所述前夾送輥(24)轉動，所述下位機多軸運動控制器(12)還連接于激光測距傳感器(27)，該激光測距傳感器(27)用于測定所述傳送帶上相鄰兩塊板料之間的距離。4.根據權利要求3所述的一種用于金屬平板熱覆膜生產線的板料間隙消除控制系統，其特征在于，前夾送輥電機(23)為伺服電機，傳送帶電機(26)為變頻調速電機。
【文檔編號】G05B19/414GK105892407SQ201610411561
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】鐘定中, 曾超, 李朋
【申請人】佛山市中菱智控科技有限公司