CN111891807A - 柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***和校正方法 - Google Patents

柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***和校正方法 Download PDF

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Abstract

一种柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***和校正方法，是设置在KN95口罩机中的张紧力自动校正***，有与前张紧机构相连用于驱动前张紧机构张紧力的前张紧机构驱动***，与后张紧机构相连用于驱动后张紧机构张紧力的后张紧机构驱动***，设置在封口印花机构和后张紧机构之间的图像采集***，以及设置在一侧的通过导线分别连接图像采集***、前张紧机构驱动***和后张紧机构驱动***的上位机，上位机接收图像采集***所采集的图像，并根据图像所反映的口罩布料松紧程度来控制所述的前张紧机构驱动***和后张紧机构驱动***驱动所对应的前张紧机构和后张紧机构的张紧力。本发明减少了人工维护频率，降低了劳动强度。

Description

柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***和校正方法
技术领域
本发明涉及一种柔性材料张紧力校正方法。特别是涉及一种柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***和校正方法。
背景技术
随着科技的不断进步，生产设备的集成化、自动化和智能化程度越来越高。然而一些日用品的生产过程中，设备和生产工艺仍然比较落后。设备在生产过程中经常需要人去手动调节，而且调好后稳定性很差。不但制约了产品的生产效率，而且严重影响了产品的质量。比如KN95口罩，多层材料(无纺布、海绵、熔喷布等)的表面需要使用超声波焊机进行烫印、缝合，形成各种花纹图案，花纹图案之间，需要较为准确的定位。而柔性材料在进给过程中张紧力的变化，则直接影响图案与图案之间的匹配。产品进行二次滚花前，控制材料的张紧力常是需要人手动调节的，不仅调节难度大，且维护频次较高。因此需要开发一种新型的柔性材料张紧力自动校正技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高产品质量、生产稳定性和生产效率的柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***和校正方法。
本发明所采用的技术方案是：一种柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***，是设置在KN95口罩机中的张紧力自动校正***，包括有与KN95口罩机中前张紧机构相连用于驱动前张紧机构张紧力的前张紧机构驱动***，与KN95口罩机中后张紧机构相连用于驱动后张紧机构张紧力的后张紧机构驱动***，设置在KN95口罩机中封口印花机构和后张紧机构之间的用于采集口罩布料松紧程度图像的图像采集***，以及设置在KN95口罩机一侧的通过导线分别连接图像采集***、前张紧机构驱动***和后张紧机构驱动***的上位机，所述上位机接收图像采集***所采集的图像，并根据图像所反映的口罩布料松紧程度来控制所述的前张紧机构驱动***和后张紧机构驱动***驱动所对应的前张紧机构和后张紧机构的张紧力。
一种柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***的校正方法，其特征在于，包括：工业相机拍照前设置取景坐标原点，口罩布料在光源的照射下，工业相机对口罩布料进行拍照；照片传到上位机和显示器，采用视觉处理软件对照片进行处理，分别获得相机取景范围上线和下线处图像由暗转明的点的坐标值，以及图像由明转暗的点的坐标值，其中，H为取景范围上线和下线Y向坐标的绝对值；分别计算出封口纹四边形的中心点A0和B0的坐标值再由A0和B0的坐标值计算出两点间的距离值D；减去标准距离值D0得到偏差值ΔD；通过连续N次拍照并重复计算得到N个偏差值ΔD；再通过N次偏差值ΔD的变化趋势，给前张紧机构及前张紧机构驱动***发出相应的调整指令；前张紧伺服电机根据上位机发出的指令对下个节拍的运行速度做出相应的调整；如此循环往复，通过相机的不断拍照，上位机的视觉处理软件的不断计算和发出指令，前张紧伺服电机速度的不断调整，从而实现了口罩布料在封口纹焊接过程中张紧力的自动调整。
本发明的柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***和校正方法，采用工业相机和配套光源作为图像采集设备，主机作为数据处理设备，对工业相机采集到的图像数据通过程序进行对比分析，计算出偏差值，并通过偏差值的趋势判断，传出指令给下位机(PLC***)，下位机根据指令，通过控制主线电机和张紧装置伺服电机的转速差值，来调整柔性材料的张紧力，使材料的张紧力发生变化，达到自动控制材料的张紧力的目的，从而保证产品印花前的位置一致性。通过这样的操作，减少了设备的人工维护频率，降低了劳动强度的同时，在很大程度上都得到了提高。
附图说明
图1是本发明柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***的结构示意图；
图2是本发明中前张紧机构和前张紧机构驱动***的结构示意图；
图3是本发明中后张紧机构和后张紧机构驱动***的结构示意图；
图4是本发明中后张紧机构驱动***的结构示意图；
图5是本发明中工业相机和光源的设置结构示意图；
图6是本发明中相机取景及计算坐标点的示意图；
图7是本发明中校正方法的流程图。
图中
1：后张紧机构 2：工业相机
3：光源 4：封口印花机构
5：前张紧机构 6：前张紧伺服电机
7：主驱动电机 8：上位机
9：键盘 10：显示器
11：鼠标 12：口罩布料
13：后张紧机构链轮 14：传动链条
15：张紧链轮 16：支撑柱
17：轴承及轴承座 18：从动齿轮
19：从动张紧轮 20：主动张紧轮
21：主传动齿轮 22机架桌面
23：联轴器 24：封口纹
25：相机取景范围 26：面纹
27：传动链轮 28：从动同步带轮
29：主同步传动斜齿轮 30：主同步带
31：主动同步带轮 32：主驱动电机安装座
33：从同步传动斜齿轮 34：从动机构安装架
35：水平旋转轴 36：垂直旋转轴
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***和校正方法做出详细说明。
如图1、图2、图3所示，本发明的柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***，是设置在KN95口罩机中的张紧力自动校正***，其特征在于，包括有与KN95口罩机中前张紧机构5相连用于驱动前张紧机构5张紧力的前张紧机构驱动***，与KN95口罩机中后张紧机构1相连用于驱动后张紧机构1张紧力的后张紧机构驱动***，设置在KN95口罩机中封口印花机构4和后张紧机构1之间的用于采集口罩布料12松紧程度图像的图像采集***，以及设置在KN95口罩机一侧的通过导线分别连接图像采集***、前张紧机构驱动***和后张紧机构驱动***的上位机8，分别连接所述上位机8的键盘9、显示器10和鼠标11。所述上位机8接收图像采集***所采集的图像，并根据图像所反映的口罩布料12松紧程度来控制所述的前张紧机构驱动***和后张紧机构驱动***驱动所对应的前张紧机构5和后张紧机构1的张紧力。
如图2所示，所述的前张紧机构驱动***，是张紧力自动校正的核心执行机构，包括有：通过支撑柱16固定设置在机架桌面22下面的前张紧伺服电机6，所述前张紧伺服电机6的输出轴依次通过连接联轴器23、轴承及轴承座17连接位于所述机架桌面22上面的主传动齿轮21，所述主传动齿轮21与前张紧机构5中的用于输送口罩布料12的主动张紧轮20的轮轴固定连接，所述主传动齿轮21还与位于所述机架桌面22上面的从动齿轮18相啮合，所述从动齿轮18与前张紧机构5中的用于输送口罩布料12的从动张紧轮19的轮轴固定连接。前张紧伺服电机6通过联轴器23驱动主传动齿轮21转动，主传动齿轮21又分别带动主动张紧轮20和从动齿轮18同步转动，从动齿轮18又带动从动张紧轮19同步转动。
如图3、图4所示，所述的后张紧机构驱动***，包括有：固定在机架桌面22下面的分别通过轴承座和轴承安装有水平旋转轴35和垂直旋转轴36的从动机构安装架34，位于从动机构安装架34下方的安装有主驱动电机7的主驱动电机安装座32，所述主驱动电机7的输出轴上连接有主动同步带轮31，所述主动同步带轮31通过主同步带30连接固定在水平旋转轴35上的从动同步带轮28，所述水平旋转轴35上还固定设置有主同步传动斜齿轮29，所述主同步传动斜齿轮29与固定设置的垂直旋转轴36下部的从同步传动斜齿轮33相啮合，所述垂直旋转轴36的上部固定设置有传动链轮27，所述传动链轮27通过传动链条14连接后张紧机构链轮13，所述后张紧机构链轮13固定连接后张紧机构1的旋转轴，从而驱动动后张紧机构1完成口罩布料12的向前移动。主驱动电机7通过传动链条14，驱动后张紧机构链轮13带动后张紧机构1完成口罩布料12的向前运输，封口印花机构4完成封口印花的动作，封口印花机构4是布料完成封口纹焊接的执行机构。
所述的机架桌面22下面还设置有用于对传动链条14进行绷紧的张紧链轮15。
如图5所示，所述的图像采集***，包括有通过支架设置在KN95口罩机的机架桌面22上且位于封口印花机构4和后张紧机构1之间的用于采集口罩布料12松紧程度图像的工业相机2和用于提供照明的光源3，所述工业相机2和光源3对应设置在所述口罩布料12的两侧。图像采集***使口罩布料12进给状态可视化和参数化，使设备在调试时更简单更容易。
本发明的柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***的校正方法，包括：工业相机拍照前设置取景坐标原点(0，0)，口罩布料在光源的照射下，工业相机对口罩布料进行拍照；照片传到上位机和显示器，视觉处理软件(如LABVIEW、OpenCV、Halcon等)对照片进行处理，分别获得相机取景范围上线和下线处图像由暗转明的点的坐标值(A1，H)、(A3，-H)、(B2，H)、(B4，-H)以及图像由明转暗的点的坐标值(A2，H)、(A4，-H)、(B1，H)、(B3，-H)，其中，H为取景范围上线和下线Y向坐标的绝对值；分别计算出封口纹四边形的中心点A0和B0的坐标值再由A0和B0的坐标值计算出两点间的距离值D；减去标准距离值D0得到偏差值ΔD；通过连续N次拍照并重复计算得到N个偏差值ΔD；再通过N次偏差值ΔD的变化趋势，给前张紧机构及前张紧机构驱动***发出相应的调整指令；前张紧伺服电机根据上位机发出的指令对下个节拍的运行速度做出相应的调整；如此循环往复，通过相机的不断拍照，上位机的视觉处理软件的不断计算和发出指令，前张紧伺服电机速度的不断调整，从而实现了口罩布料在封口纹焊接过程中张紧力的自动调整。
所述的前张紧伺服电机根据上位机发出的指令对下个节拍的运行速度做出相应的调整，包括如下3种情况：
(1)若连续拍照N次，计算得到N个偏差值ΔD是连续N次增大且为正值，则需要减小张力，前张紧伺服电机下个节拍多运行速度加快；
(2)若连续拍照N次，计算得到N个偏差值ΔD是连续N次减小且为负值，则需要增大张力，前张紧伺服电机下个节拍速度减慢；
(3)若连续拍照N次，计算得到N个偏差值ΔD是连续N次减小且为正值或ΔD连续N次增大且为负值，前张紧伺服电机运行速度暂不调整。
如图6、图7所示，本发明的柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***的校正方法，具体调整和计算过程包括如下步骤：
1)设定坐标原点(0，0)，原点为取景范围X、Y向中线的交点，为固定值，后续拍照不变；
2)工业相机拍照；
3)上位机获得照片，使用视觉处理软件(如LABVIEW、OpenCV、Halcon等)，对照片进行处理，分别获得取景范围上线和下线处图像由暗转明的点的坐标值：(A1，H)、(A3，-H)、(B2，H)、(B4，-H)，以及图像由明转暗的点的坐标值(A2，H)、(A4，-H)、(B1，H)、(B3，-H)，其中，H为取景范围上线和下线Y向坐标的绝对值；
4)计算封口纹四边形的中心点A0的坐标值；包括：
(4.1)计算点(A1，H)与(A3，-H)连线与X轴交点的坐标值(A1-3，0)
A1-3＝A3-(ABS(A1-A3))/2
(4.2)计算点(A2，H)与(A4，-H)连线与X轴交点的坐标值(A2-4，0)
A2-4＝A4-(ABS(A2-A4))/2
(4.3)计算中心点(A0，0)的坐标值
A0＝A2-4-(ABS(A1-3-A2-4))/2。
5)计算面纹四边形的中心点B0的坐标值；包括：
(5.1)计算点(B1，H)与(B3，-H)连线与X轴交点的坐标值(B1-3，0)
如果B3>＝B1，则B1-3＝B3-(ABS(B1-B3))/2
否则B1-3＝B3+(ABS(B1-B3))/2
(5.2)计算点(B2，H)与(B4，-H)连线与X轴交点的坐标值(B2-4，0)
如果B4>＝B2，则B2-4＝B4-(ABS(B2-B4))/2
否则B2-4＝B4+(ABS(B2-B4))/2
(5.3)计算中心点(B0，0)的坐标值
B0＝B2-4+(ABS(B1-3-B2-4))/2。
6)计算A0与B0的距离D：D＝ABS(A0)+ABS(B0)；
7)计算D与标准值D0偏差值ΔD；
8)根据若连续拍照N次得到的N个偏差值ΔD，控制前张紧伺服电机下次进给运行状况。其中：
(8.1)若连续拍照N次，ΔD为连续N次增大且为正值，则需要减小张力，前张紧伺服电机下次进给多运行1步；
(8.2)若连续测量N次，ΔD为连续N次减小且为负值，则需要增大张力，前张紧伺服电机下次进给少运行1步；
(8.3)若连续测量N次，ΔD为连续N次减小且为正值或ΔD连续N次增大且为负值，前张紧伺服电机运行速度暂不调整。

Claims (10)

1.一种柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***，是设置在KN95口罩机中的张紧力自动校正***，其特征在于，包括有与KN95口罩机中前张紧机构(5)相连用于驱动前张紧机构(5)张紧力的前张紧机构驱动***，与KN95口罩机中后张紧机构(1)相连用于驱动后张紧机构(1)张紧力的后张紧机构驱动***，设置在KN95口罩机中封口印花机构(4)和后张紧机构(1)之间的用于采集口罩布料(12)松紧程度图像的图像采集***，以及设置在KN95口罩机一侧的通过导线分别连接图像采集***、前张紧机构驱动***和后张紧机构驱动***的上位机(8)，所述上位机(8)接收图像采集***所采集的图像，并根据图像所反映的口罩布料(12)松紧程度来控制所述的前张紧机构驱动***和后张紧机构驱动***驱动所对应的前张紧机构(5)和后张紧机构(1)的张紧力。
2.根据权利要求1所述的柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***，其特征在于，所述的前张紧机构驱动***，包括有：通过支撑柱(16)固定设置在机架桌面(22)下面的前张紧伺服电机(6)，所述前张紧伺服电机(6)的输出轴依次通过连接联轴器(23)、轴承及轴承座(17)连接位于所述机架桌面(22)上面的主传动齿轮(21)，所述主传动齿轮(21)与前张紧机构(5)中的用于输送口罩布料(12)的主动张紧轮(20)的轮轴固定连接，所述主传动齿轮(21)还与位于所述机架桌面(22)上面的从动齿轮(18)相啮合，所述从动齿轮(18)与前张紧机构(5)中的用于输送口罩布料(12)的从动张紧轮(19)的轮轴固定连接。
3.根据权利要求1所述的柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***，其特征在于，所述的后张紧机构驱动***，包括有：固定在机架桌面(22)下面的分别通过轴承座和轴承安装有水平旋转轴(35)和垂直旋转轴(36)的从动机构安装架(34)，位于从动机构安装架(34)下方的安装有主驱动电机(7)的主驱动电机安装座(32)，所述主驱动电机(7)的输出轴上连接有主动同步带轮(31)，所述主动同步带轮(31)通过主同步带(30)连接固定在水平旋转轴(35)上的从动同步带轮(28)，所述水平旋转轴(35)上还固定设置有主同步传动斜齿轮(29)，所述主同步传动斜齿轮(29)与固定设置的垂直旋转轴(36)下部的从同步传动斜齿轮(33)相啮合，所述垂直旋转轴(36)的上部固定设置有传动链轮(27)，所述传动链轮(27)通过传动链条(14)连接后张紧机构链轮(13)，所述后张紧机构链轮(13)固定连接后张紧机构(1)的旋转轴，从而驱动动后张紧机构(1)完成口罩布料(12)的向前移动。
4.根据权利要求3所述的柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***，其特征在于，所述的机架桌面(22)下面还设置有用于对传动链条(14)进行绷紧的张紧链轮(15)。
5.根据权利要求1所述的柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***，其特征在于，所述的图像采集***，包括有通过支架设置在机架桌面(22)上且位于封口印花机构(4)和后张紧机构(1)之间的用于采集口罩布料(12)松紧程度图像的工业相机(2)和用于提供照明的光源(3)，所述工业相机(2)和光源(3)对应设置在所述口罩布料(12)的两侧。
6.一种权利要求1所述的柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***的校正方法，其特征在于，包括：工业相机拍照前设置取景坐标原点(0,0)，口罩布料在光源的照射下，工业相机对口罩布料进行拍照；照片传到上位机和显示器，采用视觉处理软件对照片进行处理，分别获得相机取景范围上线和下线处图像由暗转明的点的坐标值(A1，H)、(A3，-H)、(B2，H)、(B4，-H)以及图像由明转暗的点的坐标值(A2，H)、(A4，-H)、(B1，H)、(B3，-H)，其中，H为取景范围上线和下线Y向坐标的绝对值；分别计算出封口纹四边形的中心点A0和B0的坐标值再由A0和B0的坐标值计算出两点间的距离值D；减去标准距离值D0得到偏差值ΔD；通过连续N次拍照并重复计算得到N个偏差值ΔD；再通过N次偏差值ΔD的变化趋势，给前张紧机构及前张紧机构驱动***发出相应的调整指令；前张紧伺服电机根据上位机发出的指令对下个节拍的运行速度做出相应的调整；如此循环往复，通过相机的不断拍照，上位机的视觉处理软件的不断计算和发出指令，前张紧伺服电机速度的不断调整，从而实现了口罩布料在封口纹焊接过程中张紧力的自动调整。
7.根据权利要求6所述的柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***的校正方法，其特征在于，所述的前张紧伺服电机根据上位机发出的指令对下个节拍的运行速度做出相应的调整，包括如下3种情况：
(1)若连续拍照N次，计算得到N个偏差值ΔD是连续N次增大且为正值，则需要减小张力，前张紧伺服电机下个节拍多运行速度加快；
(2)若连续拍照N次，计算得到N个偏差值ΔD是连续N次减小且为负值，则需要增大张力，前张紧伺服电机下个节拍速度减慢；
(3)若连续拍照N次，计算得到N个偏差值ΔD是连续N次减小且为正值或ΔD连续N次增大且为负值，前张紧伺服电机运行速度暂不调整。
8.根据权利要求6或7所述的柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***的校正方法，其特征在于，具体调整和计算过程包括如下步骤：
1)设定坐标原点(0,0)，原点为取景范围X、Y向中线的交点，为固定值，后续拍照不变；
2)工业相机拍照；
3)上位机获得照片，使用视觉处理软件，对照片进行处理，分别获得取景范围上线和下线处图像由暗转明的点的坐标值：(A1，H)、(A3，-H)、(B2，H)、(B4，-H)，以及图像由明转暗的点的坐标值(A2，H)、(A4，-H)、(B1，H)、(B3，-H)，其中，H为取景范围上线和下线Y向坐标的绝对值；
4)计算封口纹四边形的中心点A0的坐标值；
5)计算面纹四边形的中心点B0的坐标值；
6)计算A0与B0的距离D：D＝ABS(A0)+ABS(B0)；
7)计算D与标准值D0偏差值ΔD；
8)根据若连续拍照N次得到的N个偏差值ΔD，控制前张紧伺服电机下次进给运行状况。其中：
(8.1)若连续拍照N次，ΔD为连续N次增大且为正值，则需要减小张力，前张紧伺服电机下次进给多运行1步；
(8.2)若连续测量N次，ΔD为连续N次减小且为负值，则需要增大张力，前张紧伺服电机下次进给少运行1步；
(8.3)若连续测量N次，ΔD为连续N次减小且为正值或ΔD连续N次增大且为负值，前张紧伺服电机运行速度暂不调整。
9.根据权利要求8所述的柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***的校正方法，其特征在于，步骤4)包括：
(4.1)计算点(A1，H)与(A3，-H)连线与X轴交点的坐标值(A1-3，0)
A1-3＝A3-(ABS(A1-A3))/2
(4.2)计算点(A2，H)与(A4，-H)连线与X轴交点的坐标值(A2-4，0)
A2-4＝A4-(ABS(A2-A4))/2
(4.3)计算中心点(A0，0)的坐标值
A0＝A2-4-(ABS(A1-3-A2-4))/2。
10.根据权利要求8所述的柔性材料在供给过程中的张紧力自动校正***的校正方法，其特征在于，步骤5)包括：
(5.1)计算点(B1，H)与(B3，-H)连线与X轴交点的坐标值(B1-3，0)
如果B3>＝B1，则B1-3＝B3-(ABS(B1-B3))/2
否则B1-3＝B3+(ABS(B1-B3))/2
(5.2)计算点(B2，H)与(B4，-H)连线与X轴交点的坐标值(B2-4，0)
如果B4>＝B2，则B2-4＝B4-(ABS(B2-B4))/2
否则B2-4＝B4+(ABS(B2-B4))/2
(5.3)计算中心点(B0，0)的坐标值
B0＝B2-4+(ABS(B1-3-B2-4))/2。
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