一种包装膜剪切控制***及方法
技术领域
本发明涉及计算机技术领域,尤其涉及一种包装膜剪切控制***及方法。
背景技术
在食品包装(立式包装或枕式包装)设备控制***中,色标在包装膜上随着拉膜轴的牵引连续不停向前运动,切刀机构跟随包装膜进行切断动作,切刀每个周期的动作需要保证和色标对齐。
现有的包装设备一般使用专用控制***,通过传感器检测色标信号到来,计算两个色标间的时间差,和理论速度下两个色标间时间值进行比较,根据两者之间的偏差来调整拉膜轴的速度,以达到切刀和色标对齐目的。
但是,上述控制***通过色标检测记录时间,存在一定的误差,影响切刀和色标的对齐精度;通过拉膜轴速度补偿的方式,存在误差累积,无法达到位置精确控制。另一方面,随着设备工艺和速度的提升,使用专用控制器不具备用户可编程功能,而目前通用的脉冲输出型PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)中,可以实现位置和速度控制,但在运行中不能实时进行位置和速度补偿。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题,提供了一种包装膜剪切控制***及方法,能够实现色标位置的精确控制,有效提高色标追踪的准确度。
本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下:
一方面,本发明提供一种包装膜剪切控制***,包括拉膜轴、切刀轴、控制装置以及设置在包装膜运行路径上且位于拉膜轴上游的色标传感器;所述控制装置包括补偿计算单元、与所述拉膜轴、所述切刀轴形成凸轮啮合关系的虚轴;
所述色标传感器用于在每检测到所述包装膜上的一个色标时,发送检测信号;
所述补偿计算单元用于根据检测信号对应的虚轴位置计算调整量,所述调整量用于调整拉膜轴的运行。
在一个优选地实施方式中,所述控制装置还包括:拉膜从轴、切刀从轴;所述补偿计算单元包括虚轴位置锁存器和从轴缩放模块;
所述拉膜从轴用于向所述拉膜轴输出第一驱动信号;所述第一驱动信号驱动所述拉膜轴与所述虚轴按1:1的关系啮合;
所述切刀从轴用于向所述切刀轴输出第二驱动信号;所述第二驱动信号驱动所述切刀轴与所述虚轴按飞剪凸轮曲线关系啮合;
所述虚轴位置锁存器用于在每接收到所述检测信号时,记录所述虚轴的位置;
所述从轴缩放模块用于将所述虚轴位置锁存器锁存的两个连续的检测信号间所述虚轴的位置与预设的理论值进行比较,并根据比较结果计算从轴缩放比例,所述拉膜从轴将所述从轴缩放比例作为调整量调整向所述拉膜轴输出的第一驱动信号。
在另一个优选地实施方式中,所述控制装置还包括:拉膜从轴、切刀从轴;所述补偿计算单元包括虚轴位置锁存器和运动叠加模块;
所述拉膜从轴用于向所述拉膜轴输出第一驱动信号;所述第一驱动信号驱动所述拉膜轴与所述虚轴按1:1的关系啮合;
所述切刀从轴用于向所述切刀轴输出第二驱动信号;所述第二驱动信号驱动所述切刀轴与所述虚轴按飞剪凸轮曲线关系啮合;
所述虚轴位置锁存器用于在每接收到所述检测信号时,记录所述虚轴的位置;
所述运动叠加模块用于根据记录的虚轴位置,计算检测信号对应的色标检测相位以及所述色标检测相位与预设的理论相位的相位偏差,所述拉膜从轴将所述相位偏差作为调整量调整向所述拉膜轴输出的第一驱动信号。
在又一个优选地实施方式中,所述控制装置还包括:拉膜从轴、切刀从轴;所述补偿计算单元包括虚轴位置锁存器、从轴缩放模块以及运动叠加模块;
所述拉膜从轴用于向所述拉膜轴输出第一驱动信号;所述第一驱动信号驱动所述拉膜轴与所述虚轴按1:1的关系啮合;
所述切刀从轴用于向所述切刀轴输出第二驱动信号;所述第二驱动信号驱动所述切刀轴与所述虚轴按飞剪凸轮曲线关系啮合;
所述虚轴位置锁存器用于在每接收到所述检测信号时,记录所述虚轴的位置;
所述从轴缩放模块用于将所述虚轴位置锁存器锁存的两个连续的检测信号间所述虚轴的位置与预设的理论值进行比较,并根据比较结果计算从轴缩放比例;
所述运动叠加模块用于根据记录的虚轴位置,计算检测信号对应的色标检测相位以及所述色标检测相位与预设的理论相位的相位偏差;
所述拉膜从轴将从轴缩放比例和所述相位偏差作为调整量调整向所述拉膜轴输出的第一驱动信号。
优选地,所述控制装置为可编程逻辑控制器PLC。
另一方面,本发明提供一种包装膜剪切控制方法,包括:
色标传感器在每检测到包装膜上的一个色标时,向控制装置发送检测信号;所述色标传感器设置在包装膜运行路径上且位于拉膜轴上游;
控制装置根据检测信号对应的虚轴位置计算调整量,并根据所述调整量调整所述拉膜轴的运行;所述拉膜轴、切刀轴与所述虚轴形成凸轮啮合关系。
在一个优选地实施方式中,所述控制装置根据检测信号对应的虚轴位置计算调整量,并根据所述调整量调整所述拉膜轴的运行,具体包括:
在每接收到所述检测信号时,记录所述虚轴的位置;
将两个连续的检测信号间所述虚轴的位置与预设的理论值进行比较,并根据比较结果计算从轴缩放比例,以根据所述从轴缩放比例调整所述拉膜轴的运行速度。
在另一个优选地实施方式中,所述控制装置根据检测信号对应的虚轴位置计算调整量,并根据所述调整量调整所述拉膜轴的运行,具体包括:
在每接收到所述检测信号时,记录所述虚轴的位置;
根据记录的虚轴位置,计算检测信号对应的色标检测相位以及所述色标检测相位与预设的理论相位的相位偏差,以根据所述相位偏差调整向所述拉膜轴的运行偏差。
在又一个优选地实施方式中,所述控制装置根据检测信号对应的虚轴位置计算调整量,并根据所述调整量调整所述拉膜轴的运行,具体包括:
在每接收到所述检测信号时,记录所述虚轴的位置;
将两个连续的检测信号间所述虚轴的位置与预设的理论值进行比较,并根据比较结果计算从轴缩放比例,以根据所述从轴缩放比例调整所述拉膜轴的运行速度;
根据记录的虚轴位置,计算检测信号对应的色标检测相位以及所述色标检测相位与预设的理论相位的相位偏差,以根据所述相位偏差调整向所述拉膜轴的运行偏差。
优选地,所述控制装置为可编程逻辑控制器PLC。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
将拉膜轴、切刀轴与虚轴形成凸轮啮合关系,保证拉膜轴与切刀轴的同步关系,每检测到包装膜上的一个色标时,根据对应的虚轴位置计算调整量,以调整拉膜轴的运行,实现色标位置的精确控制,有效提高色标追踪的准确度;根据两个连续色标之间的虚轴位置计算从轴缩放比例,以根据从轴缩放比例调整拉膜轴的运行速度,根据每检测一个色标时对应的虚轴位置,计算相位偏差,通过运动叠加使拉膜轴对相位偏差进行补偿,实现色标位置的精确控制;控制装置采用PLC,使控制装置具备用户编程功能的同时,实现高速追标的精准对位。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的包装膜剪切控制***的结构示意图;
图2是本发明实施例一提供的包装膜剪切控制***的一种具体结构示意图;
图3是本发明实施例一提供的包装膜剪切控制***的另一种具体结构示意图;
图4是本发明实施例一提供的包装膜剪切控制***的又一种具体结构示意图;
图5是本发明实施例二提供的包装膜剪切控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种包装膜剪切控制***,参见图1,该***包括拉膜轴1、切刀轴2、控制装置3以及设置在包装膜6运行路径上且位于拉膜轴1上游的色标传感器4;所述控制装置3包括补偿计算单元31和虚轴32,其中虚轴32与所述拉膜轴1、所述切刀轴2形成凸轮啮合关系。
所述色标传感器4用于在每检测到所述包装膜6上的一个色标5时,发送检测信号;
所述补偿计算单元31用于根据检测信号对应的虚轴位置计算调整量,所述调整量用于调整拉膜轴1的运行。
需要说明的是,拉膜轴用于牵引包装膜向前运动,切刀轴用于控制切刀匀速转动,使切刀每转动到包装膜位置就切断包装膜。在拉膜轴牵引包装膜的过程中,每将包装膜上的色标牵引至色标传感器的位置,色标传感器检测色标,并向控制装置中的补偿计算单元发送检测信号,补偿计算单元获取该检测信号所对应的虚轴位置,进而根据获取的虚轴位置计算调整量,以根据该调整量实时对拉膜轴的运行进行调整,一般包括对拉膜轴的运行速度进行调整和/或对拉膜轴的运行偏差进行调整。调整后的拉膜轴继续牵引包装膜向前运动,且在切刀切断包装膜时,拉膜轴恰好牵引包装膜上的色标与切刀对齐,即实现色标的精准控制,有效提高色标追踪的准确度。
在一个优选地实施方式中,如图2所示,所述控制装置3还包括:拉膜从轴33、切刀从轴34;所述补偿计算单元包括虚轴位置锁存器311和从轴缩放模块312;
所述拉膜从轴33用于向所述拉膜轴输出第一驱动信号;所述第一驱动信号驱动所述拉膜轴与所述虚轴按1:1的关系啮合;
所述切刀从轴34用于向所述切刀轴输出第二驱动信号;所述第二驱动信号驱动所述切刀轴与所述虚轴按飞剪凸轮曲线关系啮合;
所述虚轴位置锁存器311用于在每接收到所述检测信号时,记录所述虚轴的位置;
所述从轴缩放模块312用于将所述虚轴位置锁存器锁存的两个连续的检测信号间所述虚轴的位置与预设的理论值进行比较,并根据比较结果计算从轴缩放比例,所述拉膜从轴33将所述从轴缩放比例作为调整量调整向所述拉膜轴输出的第一驱动信号。
需要说明的是,控制装置一般具有1个虚轴和2个从轴,两个从轴分别控制拉膜轴和切刀轴,即拉膜从轴向拉膜轴输出按1:1的关系啮合的驱动信号,使拉膜轴与虚轴之间按1:1的关系啮合,切刀从轴向切刀轴输出与虚轴按飞剪凸轮曲线关系啮合的驱动信号,使切刀轴与虚轴之间按飞剪凸轮曲线关系啮合,从而保证拉膜轴和切刀轴的同步关系。
虚轴位置锁存器由外部输入中断触发,当触发信号有效时,实时记录当前虚轴的位置。在本实施例中,用于色标测量的色标传感器所发送的检测信号作为虚轴位置锁存器的外部输入的中断触发信号,即当色标传感器检测到色标时,由虚轴位置锁存器实时记录虚轴的位置。其中,若控制装置为PLC,则当触发信号有效时,由PLC中的FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程逻辑门阵列)硬件逻辑实时记录虚轴位置。
在本实施方式中,补偿计算单元还包括从轴缩放模块,从轴缩放模块将虚轴位置锁存器锁存的两个连续的检测信号间的虚轴位置与理论的虚轴位置进行比较,即计算两者的比值,并将该比值作为从轴缩放比例,或者,根据虚轴位置锁存器锁存的两个连续的检测信号间的虚轴位置以及虚轴转动速度,计算运行时间,进而计算该运行时间与理论周期的比值,并将该比值作为从轴缩放比例。根据该从轴缩放比例调整拉膜轴输出的驱动信号,即根据该从轴缩放比例调整拉膜轴的运行速度,使色标牵引至切刀的周期与切刀轴的转动周期相一致。
在另一个优选地实施方式中,如图3所示,所述控制装置3还包括:拉膜从轴33、切刀从轴34;所述补偿计算单元包括虚轴位置锁存器311和运动叠加模块313;
所述拉膜从轴33用于向所述拉膜轴输第一驱动信号;所述第一驱动信号驱动所述拉膜轴与所述虚轴按1:1的关系啮合;
所述切刀从轴34用于向所述切刀轴输出第二驱动信号;所述第二驱动信号驱动所述切刀轴与所述虚轴按飞剪凸轮曲线关系啮合;
所述虚轴位置锁存器311用于在每接收到所述检测信号时,记录所述虚轴的位置;
所述运动叠加模块313用于根据记录的虚轴位置,计算检测信号对应的色标检测相位以及所述色标检测相位与预设的理论相位的相位偏差,所述拉膜从轴33将所述相位偏差作为调整量调整向所述拉膜轴输出的第一驱动信号。
在本实施方式中,补偿计算单元还包括运动叠加模块,运动叠加模块根据虚轴位置锁存器锁存的虚轴位置,获取色标到达色标传感器时的色标检测相位,计算该色标检测相位与理论相位的差值,获得相位偏差,以根据该相位偏差调整拉膜轴输出的驱动信号,即对拉膜轴进行运动叠加,使拉膜轴向前或向后转动所述相位偏差对应的角度,实现对相位偏差的补偿,达到色标位置精确控制目的。
在又一个优选地实施方式中,如图4所示,所述控制装置3还包括:拉膜从轴33、切刀从轴34;所述补偿计算单元包括虚轴位置锁存器311、从轴缩放模块312以及运动叠加模块313;
所述拉膜从轴33用于向所述拉膜轴输出第一驱动信号;所述第一驱动信号驱动所述拉膜轴与所述虚轴按1:1的关系啮合;
所述切刀从轴34用于向所述切刀轴输出第二驱动信号;所述第二驱动信号驱动所述切刀轴与所述虚轴按飞剪凸轮曲线关系啮合;
所述虚轴位置锁存器311用于在每接收到所述检测信号时,记录所述虚轴的位置;
所述从轴缩放模块312用于将所述虚轴位置锁存器锁存的两个连续的检测信号间所述虚轴的位置与预设的理论值进行比较,并根据比较结果计算从轴缩放比例;
所述运动叠加模块313用于根据记录的虚轴位置,计算检测信号对应的色标检测相位以及所述色标检测相位与预设的理论相位的相位偏差;
所述拉膜从轴33将从轴缩放比例和所述相位偏差作为调整量调整向所述拉膜轴输出的第一驱动信号。
在本实施方式中,补偿计算单元还包括从轴缩放模块和运动叠加模块。从轴缩放模块将虚轴位置锁存器锁存的两个连续的检测信号间的虚轴位置与理论的虚轴位置进行比较,即计算两者的比值,并将该比值作为从轴缩放比例,或者,根据虚轴位置锁存器锁存的两个连续的检测信号间的虚轴位置以及虚轴转动速度,计算运行时间,进而计算该运行时间与理论周期的比值,并将该比值作为从轴缩放比例。根据该从轴缩放比例调整拉膜轴输出的驱动信号,即根据该从轴缩放比例调整拉膜轴的运行速度,使色标牵引至切刀的周期与切刀轴的转动周期相一致。同时,运动叠加模块根据虚轴位置锁存器锁存的虚轴位置,获取色标到达色标传感器时的色标检测相位,计算该色标检测相位与理论相位的差值,获得相位偏差,以根据该相位偏差调整拉膜轴输出的驱动信号,即对拉膜轴进行运动叠加,使拉膜轴向前或向后转动所述相位偏差对应的角度,实现对相位偏差的补偿,达到色标位置精确控制目的。
优选地,所述控制装置为可编程逻辑控制器PLC。
其中,控制装置可具备用户可编程功能,且通过PLC内部设计运动补偿控制功能,实现高速追标的精确对位。
本发明实施例将拉膜轴、切刀轴与虚轴形成凸轮啮合关系,保证拉膜轴与切刀轴的同步关系,每检测到包装膜上的一个色标时,根据对应的虚轴位置计算调整量,以调整拉膜轴的运行,实现色标位置的精确控制,有效提高色标追踪的准确度;根据两个连续色标之间的虚轴位置计算从轴缩放比例,以根据从轴缩放比例调整拉膜轴的运行速度,根据每检测一个色标时对应的虚轴位置,计算相位偏差,通过运动叠加使拉膜轴对相位偏差进行补偿,实现色标位置的精确控制;控制装置采用PLC,使控制装置具备用户编程功能的同时,实现高速追标的精准对位。
实施例二
本发明实施例提供了一种利用上述实施例中的包装膜剪切控制***进行包装膜剪切控制的方法,参见图5,该包装膜剪切控制方法包括:
S1、色标传感器在每检测到包装膜上的一个色标时,向控制装置发送检测信号;所述色标传感器设置在包装膜运行路径上且位于拉膜轴上游;
S2、控制装置根据检测信号对应的虚轴位置计算调整量,并根据所述调整量调整所述拉膜轴的运行;所述拉膜轴、切刀轴与所述虚轴形成凸轮啮合关系。
在一个优选地实施方式中,所述控制装置根据检测信号对应的虚轴位置计算调整量,并根据所述调整量调整所述拉膜轴的运行,具体包括:
在每接收到所述检测信号时,记录所述虚轴的位置;
将两个连续的检测信号间所述虚轴的位置与预设的理论值进行比较,并根据比较结果计算从轴缩放比例,以根据所述从轴缩放比例调整所述拉膜轴的运行速度。
在另一个优选地实施方式中,所述控制装置根据检测信号对应的虚轴位置计算调整量,并根据所述调整量调整所述拉膜轴的运行,具体包括:
在每接收到所述检测信号时,记录所述虚轴的位置;
根据记录的虚轴位置,计算检测信号对应的色标检测相位以及所述色标检测相位与预设的理论相位的相位偏差,以根据所述相位偏差调整向所述拉膜轴的运行偏差。
在又一个优选地实施方式中,所述控制装置根据检测信号对应的虚轴位置计算调整量,并根据所述调整量调整所述拉膜轴的运行,具体包括:
在每接收到所述检测信号时,记录所述虚轴的位置;
将两个连续的检测信号间所述虚轴的位置与预设的理论值进行比较,并根据比较结果计算从轴缩放比例,以根据所述从轴缩放比例调整所述拉膜轴的运行速度;
根据记录的虚轴位置,计算检测信号对应的色标检测相位以及所述色标检测相位与预设的理论相位的相位偏差,以根据所述相位偏差调整向所述拉膜轴的运行偏差。
优选地,所述控制装置为可编程逻辑控制器PLC。
本发明实施例将拉膜轴、切刀轴与虚轴形成凸轮啮合关系,保证拉膜轴与切刀轴的同步关系,每检测到包装膜上的一个色标时,根据对应的虚轴位置计算调整量,以调整拉膜轴的运行,实现色标位置的精确控制,有效提高色标追踪的准确度;根据两个连续色标之间的虚轴位置计算从轴缩放比例,以根据从轴缩放比例调整拉膜轴的运行速度,根据每检测一个色标时对应的虚轴位置,计算相位偏差,通过运动叠加使拉膜轴对相位偏差进行补偿,实现色标位置的精确控制;控制装置采用PLC,使控制装置具备用户编程功能的同时,实现高速追标的精准对位。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。