CN108529270B - 一种自适应启动点的送纸方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应启动点的送纸方法，其包括以下步骤：S1.设计机械凸轮C₁和C₂，C₁用于抬板平台前端上下运动控制；C₂用于抬板平台末端上下运动控制；设计送纸轮M₃的电子凸轮曲线，所述送纸轮M₃循环运行依次在以下4个基本运动区段：零速段、加速段、匀速段、减速段；S3.设计抬板凸轮C₁、C₂的电子凸轮曲线，所述纸板在送纸区域内始终与送纸轮接触，且不会接触到第二张纸板，并精确控制抬板C₁、C₂的动作来配合送纸轮M₃的运行；S4.选定抬板凸轮C₁、C₂曲线零点位置在距离开始下降点一定角度的K位置；在送纸时，所述C1上升至高位后C2再开始上升，需做到θ₄=γ₃+γ₄。

Description

一种自适应启动点的送纸方法

技术领域

本发明涉及纸箱印刷机械的技术领域，尤其涉及的是一种自适应启动点的送纸方法。

背景技术

纸箱印刷机的伺服前缘送纸是通过由伺服驱动控制的进纸轮和格栅板的精确运动和适当尺寸的真空吸附纸板固定***一起互相配合，确保了将纸板送入机器。

传统的送纸方法中，为确保与后序工序（印刷、模切、开槽等）达到同步，不同纸板送纸轮的启动点都固定不变，典型启动点为抬板低位开始的位置，而抬板的机械凸轮的高低位为固定不变的，这样就相当于固定了抬板凸轮配合送纸轮的送纸角度α和非送纸角度β；送纸角度α用于传送纸板长度L_f，非送纸角度β产生两张纸板间的间隙L_d，而由于印刷滚筒或模切辊的限制，L_f+L_d需为滚筒的外径D（即送纸周期cyc）。

不难得出：为了缓解抬板凸轮的加减速，与的值不能相差太大。而上述分析 可知：D与α为固定值，限制了的可变范围，否则将增加凸轮伺服电机的加速度，从而影响 机器的稳定性、送纸精度，加速度过大还可能造成机械结构的异响，影响使用寿命。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种根据纸板长度自适应送纸轮相对主轴启动点的送纸方法，在保证精准送纸及不影响后序工序正常工作的前提下扩大了印刷机的精准送纸范围，增加印刷机对于不同纸板长度的适应性；同时还能降低送纸机构的加速度，从而减小机械应力，提升印刷机的竞争力。

本发明的技术方案如下：一种自适应启动点的送纸方法，其包括以下步骤：

S1. 设计机械凸轮C₁和C₂，C₁用于抬板平台前端上下运动控制；C₂用于抬板平台末端上下运动控制，凸轮C₁、C₂各角度定义如下：

凸轮C₁角度定义：，凸轮C₂角度定义：；

S2. 设计送纸轮M₃的电子凸轮曲线，所述送纸轮M₃循环运行依次在以下4个基本运动区段：零速段、加速段、匀速段、减速段；

S3. 设计抬板凸轮C₁、C₂的电子凸轮曲线，所述纸板在送纸区域内始终与送纸轮接触，且不会接触到第二张纸板，并精确控制抬板C₁、C₂的动作来配合送纸轮M₃的运行；

其中，加速段：M₃由0速加速至同步速度V，加速距离设为S₁（单位：mm），加速段主、从轴位置关系采用5次多项式拟合而成；

匀速段：M₃保持同步速度V运行，匀速距离设为S₂（单位：mm），匀速段主、从轴位移变化量相等；

减速段：M₃由同步速度V减速至0速，减速距离设为S₃（单位：mm），减速段主、从轴位置关系采用5次多项式拟合而成；

零速段：M₃保持0速运行，对应主轴跑完剩下的位移；

所述S₁、S₂和S₃的长度单位为mm；所述送纸轮M₃包括轮1、轮2、轮3和轮4。

S4.选定抬板凸轮C₁、C₂曲线零点位置在距离开始下降点一定角度的K位置。

所述的自适应启动点的送纸方法，其中，在送纸时，所述C1上升至高位后C2再开始上升，需做到θ₄=γ₃+γ₄。

所述的自适应启动点的送纸方法，其中，所述纸板在送纸区域内始终与送纸轮接 触，γ₃占凸轮角度的比值等于送纸区域占送纸周期比值，即：=；上述的R₀为相邻两排 送纸轮的轮距，3R₀为送纸区域长度。

所述的自适应启动点的送纸方法，其中，所述S3包括以下步骤：

步骤一，在凸轮C₁、C₂从高位零点开始运行至下降区，当纸板与轮1~轮4全部接触时，可开始送纸，此时C₁、C₂距离零点K的角度分别设为P₀，Q₀，（ P₀处于下降过渡区θ₁内，Q₀处于下降过渡区γ₁内），此时，纸板位移为0；

步骤二，当纸板末端到达轮1与轮2的中点位置时，抬板平台需与轮1齐平，此时C₁、C₂距离零点K的角度分别设为P₁，Q₁，（P₁处于上升过渡区θ₃内，Q₁处于低位区γ₂内），此时，纸板位移设为L₁，则有：

（3）

步骤三，3、当纸板末端到达轮2与轮3的中点位置时，抬板平台需与轮2齐平，此时C₁、C₂距离零点K的角度分别设为P₂，Q₂，（P₂处于高位区θ₄内，Q₂处于上升过渡区γ₃内），此时，纸板位移设为L₂，则有：

（4）

步骤四，4、当纸板末端到达轮3与轮4的中点位置时，抬板平台需与轮3齐平，此时C₁、C₂距离零点K的角度分别设为P₃，Q₃，（P₃处于高位区θ₄内，Q₃处于上升过渡区γ₃内），此时，纸板位移设为L₃，则有：

（5）；

步骤五，当纸板再运行R₀位移时，抬板平台需与轮4齐平，此时C₁、C₂距离零点K的角 度分别设为P₄，Q₄，（P₄处于高位区θ₄内，Q₄处于上升过渡区γ₃内），此时，纸板位移设为L₄，机 械结构条件需满足，则有：

（6）。

所述的自适应启动点的送纸方法，其中，所述S2中M₃需保持同步速运行；即需满足条件：

（1）

考虑到机械结构的精度问题，采用：S₂= L_f- S₁，即：

L_f=S₂+S₁ （2）

本发明技术方案中M₃电子凸轮曲线的设计特点在于：零速段与匀速段对应主轴的位移变化量△X₁₀（△X₁₀=X₁-0），△X₃₂（△X₃₂=X₃-X₂）为关于纸板长度L_f的变量，而加速段和减速段对应主轴的位移变化量△X₂₁（△X₂₁=X₂-X₁），△X₄₃ (△X₄₃=360-X₃)为固定值；即C、D点的坐标位置不变，A、B点的相对位置不变，S₁和S₃为固定值，由式（2）可知，L_f的值决定了S₂的值，S₂的值又决定了A点坐标位置（即启动点）；即根据本方案，不同的纸板长度将会有唯一的一个送纸轮启动点与之对应。

所述的自适应启动点的送纸方法，其中，其中，所述P₁时送纸轮已达到同步速V运行，则有：L₁≥S₁，代入式（3），得：

（7）

式（7）等号成立时即得出可送最小纸板长度L_fmin，有： （8） ； 其中，P₁为凸轮C₁的送纸结束角度值。

所述的自适应启动点的送纸方法，其中，所述

P₀点对应主轴位置X_P0为启动点A的极限最小启动值，此点对应的纸板长度为理论 可送最大纸板长度L_fmax；+ （9）。

所述的自适应启动点的送纸方法，其中，所述

P₁点后还需匀速运行的距离设为S_P1，则有S_P1=L_f-L₁

代入式（3），得：

（10）。

所述的自适应启动点的送纸方法，其中，所述 Q₄为凸轮C₂的送纸结束角度值，Q₄点后还需匀速运行的距离设为S_Q4，Q₃到Q₄点运行的距离设为S_Q3，Q₂到Q₃点运行的距离设为S_Q2，则有：

代入式（4）、（5）、（6），得：

其中，S_Q2，S_Q3，S_Q4，S₃均为常数时，则F、G、H点的坐标为固定不变；

即得：Q₂，Q₃，Q₄对应的主轴位置X_Q2，X_Q3，X_Q4为一固定值，进而得凸轮C₂的电子凸轮曲线为与纸板长度无关的固定曲线，其加减速大小仅与机械参数及凸轮角度Q₂，Q₃，Q₄的值有关。

本发明的有益效果：本发明通过针对不同的纸板长度，通过改变启动点而得到 一个合适的，使得=成立，所以，只要机械参数及凸轮角度设计得当（按S1所描述 的要点设计使的可变范围尽量大），则可以得到一个很宽的精准送纸范围，且纸板长度不 影响送纸轮及凸轮的加速度，即对于不同纸板长度，送纸轮、凸轮都以同一平滑的加减速运 行；所以在保证精准送纸及不影响后序工序正常工作的前提下，扩大了印刷机的精准送纸 范围，增加印刷机对于不同纸板长度的适应性；同时还能降低送纸机构的加速度，从而减小 机械应力，提升印刷机的竞争力。另外，本部发明改变纸板在主轴的启动点即改变了纸板前 端所在主轴的相位位置，而根据印刷机的特点，后序工序（印刷、模切、开槽等）是与主轴 走相位同步以达到整机同步的。这样就使得不同的纸板对于后序工序将会有一个相位差， 使得在更改纸板长度时需重新校对后序工序的相位来弥补这个相位差。可通过程序将启动 点的相位值以相位差的形式叠加到后序工序的控制中，这样在更改纸板长度时，程序将 会根据的值自动调整后序工序的相位，从而避免在更改纸板长度时需重新校对后序工序 的相位来弥补这个相位差的麻烦，提高机器的工作效率。

附图说明

图1是本发明中凸轮C₁各区段角度示意图。

图2是是本发明中凸轮C2的区段角度示意图。

图3是本发明中纸板L_f对应送纸轮速度-主轴角度电子凸轮曲线示意图。

图4是本发明中纸板L_f ^，对应送纸轮速度-主轴角度电子凸轮曲线示意图。

图5是本发明中送纸平台的结构示意图。

图6是本发明送纸过程配合动作示意图。

图7是本发明在P1点时主轴位置示意图。

图8是本发明当中凸轮C1速度-主轴角度电子凸轮曲线示意图。

图9是本发明在Q2，Q3,Q4，点时主轴位置示意图。

图10是本发明中凸轮C2速度-主轴角度电子凸轮曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

一种根据纸板长度自适应送纸轮相对主轴启动点的送纸方法，其中,包括以下步骤： S1. 设计机械凸轮C₁、C₂：C₁用于抬板平台前端上下运动控制，如图1所示；C₂用于抬板平台末端上下运动控制，如图2所示；凸轮C₁，C₂各角度定义如下：

凸轮C₁角度定义：，

凸轮C₂角度定义：；

在实际设计当中，本发明的凸轮角度设计要点为：

1、θ₁，γ₁，θ₃在不影响动作安全的前提下需尽量小；

2、为实现大行程送纸，θ₂，γ₂需设计的尽量大；

3、为确保C₁上升至高位后C₂再开始上升，需尽量做到θ₄=γ₃+γ₄

4、为确保纸板在送纸区域内始终与送纸轮接触，γ₃占凸轮角度的比值需大致等 于送纸区域占送纸周期比值，即：=，（R₀为相邻两排送纸轮的轮距，3R₀为送纸区域长 度）。

S2. 设计送纸轮M₃的 电子凸轮曲线：送纸轮M₃循环运行在以下4个基本运动区段：零速段→加速段→匀速段→减速段，如图3所示；

加速段：M₃由0速加速至同步速度V，加速距离设为S₁（单位：mm），加速段主、从轴位置关系采用5次多项式拟合而成；

匀速段：M₃保持同步速度V运行，匀速距离设为S₂（单位：mm），匀速段主、从轴位移变化量相等；

减速段：M₃由同步速度V减速至0速，减速距离设为S₃（单位：mm），减速段主、从轴位置关系采用5次多项式拟合而成；

零速段：M₃保持0速运行，对应主轴跑完剩下的位移

如图5所示：为确保纸板在与M₃、M₄同时接触时，M₃需保持同步速运行；即需满足条件：

（1）

考虑到机械结构的精度问题，本方案采用：，即：

（2）

本发明技术方案中M₃电子凸轮曲线的设计特点在于：零速段与匀速段对应主轴的位移变化量△X₁₀（△X₁₀=X₁-0），△X₃₂（△X₃₂=X₃-X₂）为关于纸板长度L_f的变量，而加速段和减速段对应主轴的位移变化量△X₂₁（△X₂₁=X₂-X₁），△X₄₃ (△X₄₃=360-X₃)为固定值；即C、D点的坐标位置不变，A、B点的相对位置不变，S₁和S₃为固定值，由式（2）可知，L_f的值决定了S₂的值，S₂的值又决定了A点坐标位置（即启动点）；即根据本方案，不同的纸板长度将会有唯一的一个送纸轮启动点与之对应而其加减速段S₁和S₃为固定值，故其加速度也为一固定值，不随纸板长度变化而变化；如图3-4为两种纸板长度对应的M₃电子凸轮曲线；

S3. 设计抬板凸轮C₁、C₂的电子凸轮曲线：为了实现纸板在送纸区域内始终与送纸轮接触，且不会接触到第二张纸板，需要精确控制抬板C₁、C₂的动作来配合送纸轮M₃的运行，具体动作配合过程如图6所示，并分以下几个步骤设计：

首先选定抬板凸轮C₁、C₂曲线零点位置在距离开始下降点一定角度的K位置，如图1-2所示；

1、凸轮C₁、C₂从高位零点开始运行至下降区，当纸板与轮1~轮4全部接触时，可开始 送纸，此时C₁、C₂距离零点K的角度分别设为P₀，Q₀，（P₀处于下降过渡区内，Q₀处于下降过渡 区γ₁内），此时，纸板位移为0；

2、当纸板末端到达轮1与轮2的中点位置时，抬板平台需与轮1齐平，此时C₁、C₂距离 零点K的角度分别设为P₁，Q₁，（P₁处于上升过渡区θ₃内，Q₁处于低位区γ₂内），此时，纸板位移 设为，则有：

（3）

3、当纸板末端到达轮2与轮3的中点位置时，抬板平台需与轮2齐平，此时、距 离零点K的角度分别设为P₂，Q₂，（ P₂处于高位区θ₄内，Q₂处于上升过渡区γ₃内），此时，纸板 位移设为，则有：

（4）

4、当纸板末端到达轮3与轮4的中点位置时，抬板平台需与轮3齐平，此时C₁、C₂距离 零点K的角度分别设为P₃，Q₃，（P₃处于高位区θ₄内，Q₃处于上升过渡区γ₃内），此时，纸板位移 设为，则有：

（5）

5、当纸板再运行位移时，抬板平台需与轮4齐平，此时C₁、C₂距离零点K的角度分 别设为P₄，Q₄，（P₄处于高位区θ₄内，Q₄处于上升过渡区γ₃内），此时，纸板位移设为，机械结 构条件需满足，则有：

（6）。

由上述过程可得以下结论：

结论1：为凸轮的送纸结束角度值，假设时送纸轮已达到同步速V运行，则 有：，代入式（3），得：

（7）

式（7）等号成立时即得出可送最小纸板长度

（8）

结论2：为使纸板不产生速度突变，点对应主轴位置为启动点A的极限最小启 动值，此点对应的纸板长度为理论可送最大纸板长度，结合图7可得：

+ （9）

结论3：点后还需匀速运行的距离设为，则有

代入式（3），得：

（10）

由图7可知，，均为常数时，则E点的坐标为固定不变。

即得：对应的主轴位置为固定值，进而得凸轮的电子凸轮曲线为与纸板长 度无关的固定曲线，其加速度大小仅与机械参数及凸轮角度的值有关；只要机械参数设 计得当，凸轮的加减速可得到很好的控制，如图8所示

结论4：为凸轮的送纸结束角度值，点后还需匀速运行的距离设为，到点运行的距离设为，到点运行的距离设为，则有：

代入式（4）、（5）、（6），得：

由图9可知，，，，均为常数时，则F、G、H点的坐标为固定不变。

即得：，，对应的主轴位置，，为一固定值，进而得凸轮的电子凸 轮曲线为与纸板长度无关的固定曲线，其加减速大小仅与机械参数及凸轮角度，，的 值有关；只要机械参数设计得当，凸轮的加速度可得到很好的控制，如图10所示

需要说明的是，改变纸板在主轴的启动点即改变了纸板前端所在主轴的相位位置，而根据印刷机的特点，后序工序（印刷、模切、开槽等）是与主轴走相位同步以达到整机 同步的。这样就使得不同的纸板对于后序工序将会有一个相位差，使得在更改纸板长度时 需重新校对后序工序的相位来弥补这个相位差。可通过程序将启动点的相位值以相位差 的形式叠加到后序工序的控制中，这样在更改纸板长度时，程序将会根据的值自动调整 后序工序的相位，从而避免在更改纸板长度时需重新校对后序工序的相位来弥补这个相位 差的麻烦，提高机器的工作效率。

传统送纸方法要满足≈，纸板越大或是越小，都会使上式相差较大，使得凸 轮的加速度增大，考虑到电机的特性，其加速度有一个安全的范围，故传统送纸方法可精准 送纸板长度范围相当有限。

而本发明方法相当于：对于不同的纸板长度，通过改变启动点而得到一个合适 的，使得=成立，所以，只要机械参数及凸轮角度设计得当（按S1所描述的要点设 计使的可变范围尽量大），则可以得到一个很宽的精准送纸范围，且纸板长度不影响送纸 轮及凸轮的加速度，即对于不同纸板长度，送纸轮、凸轮都以同一平滑的加减速运行。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种自适应启动点的送纸方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.设计机械凸轮C₁和C₂，C₁用于抬板平台前端上下运动控制；C₂用于抬板平台末端上下运动控制，凸轮C₁、C₂各角度定义如下：

凸轮C₁角度定义：凸轮C₂角度定义：

S2.设计送纸轮M₃的电子凸轮曲线，所述送纸轮M₃循环运行依次在以下4个基本运动区段：零速段、加速段、匀速段、减速段；

S3.设计抬板凸轮C₁、C₂的电子凸轮曲线，纸板在送纸区域内始终与送纸轮接触，且不会接触到第二张纸板，并精确控制抬板C₁、C₂的动作来配合送纸轮M₃的运行；

其中，加速段：M₃由0速加速至同步速度V，加速距离设为S₁(单位：mm)，加速段主、从轴位置关系采用5次多项式拟合而成；

匀速段：M₃保持同步速度V运行，匀速距离设为S₂(单位：mm)，匀速段主、从轴位移变化量相等；

减速段：M₃由同步速度V减速至0速，减速距离设为S₃(单位：mm)，减速段主、从轴位置关系采用5次多项式拟合而成；

零速段：M₃保持0速运行，对应主轴跑完剩下的位移；

所述S₁、S₂和S₃的长度单位为mm；所述送纸轮M₃包括轮1、轮2、轮3和轮4；

S4.选定抬板凸轮C₁、C₂曲线零点位置在距离开始下降点一定角度的K位置；

在送纸时，所述C1上升至高位后C2再开始上升，需做到θ₄＝γ₃+γ₄；

所述纸板在送纸区域内始终与送纸轮接触，γ₃占凸轮角度的比值等于送纸区域占送纸周期比值，即：上述的R₀为相邻两排送纸轮的轮距，3R₀为送纸区域长度；

所述S3包括以下步骤：

步骤一，在凸轮C₁、C₂从高位零点开始运行至下降区，当纸板与轮1至轮4全部接触时，可开始送纸，此时C₁、C₂距离零点K的角度分别设为P₀，Q₀，(P₀处于下降过渡区θ₁内，Q₀处于下降过渡区γ₁内)，此时，纸板位移为0；

步骤二，当纸板末端到达轮1与轮2的中点位置时，抬板平台需与轮1齐平，此时C₁、C₂距离零点K的角度分别设为P₁，Q₁，(P₁处于上升过渡区θ₃内，Q₁处于低位区γ₂内)，此时，纸板位移设为L₁，则有：

步骤三，当纸板末端到达轮2与轮3的中点位置时，抬板平台需与轮2齐平，此时C₁、C₂距离零点K的角度分别设为P₂，Q₂，(P₂处于高位区θ₄内，Q₂处于上升过渡区γ₃内)，此时，纸板位移设为L₂，则有：

步骤四，当纸板末端到达轮3与轮4的中点位置时，抬板平台需与轮3齐平，此时C₁、C₂距离零点K的角度分别设为P₃，Q₃，(P₃处于高位区θ₄内，Q₃处于上升过渡区γ₃内)，此时，纸板位移设为L₃，则有：

步骤五，当纸板再运行R₀位移时，抬板平台需与轮4齐平，此时C₁、C₂距离零点K的角度分别设为P₄，Q₄，(P₄处于高位区θ₄内，Q₄处于上升过渡区γ₃内)，此时，纸板位移设为L₄，机械结构条件需满足则有：

2.根据权利要求1所述的自适应启动点的送纸方法，其特征在于，所述S2中M₃需保持同步速运行；即需满足条件：

S₂≥L_f-S₁-D_f (1)。

3.根据权利要求2所述的自适应启动点的送纸方法，其特征在于，所述S2采用：S₂＝L_f-S₁，即：L_f＝S₂+S₁ (2)；

所述送纸轮M₃电子凸轮曲线的设计特点在于：零速段与匀速段对应主轴的位移变化量△X₁₀(△X₁₀＝X₁-0)，△X₃₂(△X₃₂＝X₃-X₂)为关于纸板长度L_f的变量，而加速段和减速段对应主轴的位移变化量△X₂₁(△X₂₁＝X₂-X₁)，△X₄₃(△X₄₃＝360-X₃)为固定值；即C、D点的坐标位置不变，A、B点的相对位置不变，S₁和S₃为固定值，由式(2)可知，L_f的值决定了S₂的值，S₂的值又决定了A点坐标位置(即启动点)。

4.根据权利要求1所述的自适应启动点的送纸方法，其特征在于，其中，所述P₁是送纸轮已达到同步速V运行，则有：L₁≥S₁，代入式(3)，得：

式(7)等号成立时即得出可送最小纸板长度L_fmin，有：

其中，P₁为凸轮C₁的送纸结束角度值。

5.根据权利要求1所述的自适应启动点的送纸方法，其特征在于，所述P₀

点对应主轴位置X_P0为启动点A的极限最小启动值，此点对应的纸板长度为理论可送最大纸板长度L_fmax；

6.根据权利要求1所述的自适应启动点的送纸方法，其特征在于，所述P₁点后还需匀速运行的距离设为S_P1，则有S_P1＝L_f-L₁

代入式(3)，得：

7.根据权利要求1所述的自适应启动点的送纸方法，其特征在于，所述Q₄为凸轮C₂的送纸结束角度值，Q₄点后还需匀速运行的距离设为S_Q4，Q₃到Q₄点运行的距离设为S_Q3，Q₂到Q₃点运行的距离设为S_Q2，则有：

代入式(4)、(5)、(6)，得：其中，S_Q2，S_Q3，S_Q4，S₃均为常数时，则F、G、H点的坐标为固定不变；

即得：Q₂，Q₃，Q₄对应的主轴位置X_Q2，X_Q3，X_Q4为一固定值，进而得凸轮C₂的电子凸轮曲线为与纸板长度无关的固定曲线，其加减速大小仅与机械参数及凸轮角度Q₂，Q₃，Q₄的值有关。