订箱机控制方法与流程

本发明涉及高速钉箱机，特别是涉及对钉箱机钉头的摆动控制。

背景技术：

当年物流电商的高速发展，对瓦楞纸箱的需求也急剧上升，纸箱厂家也在不停的更新设备，提高生产效率。在纸箱生产过程中，需要对已经糊好的箱板材执行订合操作以形成完整箱子。为了实现高速生产箱子的目的，纸箱生产在传送带上最好不要停，在装订过程中，需要钉箱机的钉头与纸箱同步，从而完成连续完成钉箱操作。图1示意性示出了钉箱操作的示意图。如图所示，箱板通过传送带2沿着箭头方向以恒定速度前进，同时钉头1沿着传送带运动方向摆动，可以看到，自钉头向下摆动接触传送带上的纸板开始直到离开纸板，完成将对箱板的钉合操作。不难理解，自钉头向下摆动接触传送带上的纸板开始直到离开纸板这个接触过程中，钉头端的线速度与传送带的传送速度保持一致，从而完成高质量的钉箱操作。

传统上，为了适应不同的箱体尺寸所带来的钉距变化，需要调整钉头1的摆幅，然而这种摆幅调整通常需要人工经验调整，耗时并需要多次调整才能达到钉距要求，而且精度较低，灵活性很差。

技术实现要素：

本发明提出一种改进的钉箱机的钉头摆动控制方法，可以根据不同的钉距要求而灵活地制订钉头摆动控制方案。

按照本发明的一个方面，提供一种用于钉箱机的钉头控制方法，包括：接收箱体参数与钉头参数；基于所述箱体参数，确定钉距；基于所述钉距与钉头参数，生成控制钉头摆动的凸轮模式，该凸轮模式包括同步区与调整区，其中所述调整区根据所述钉距而变化；在所述同步区内，所述钉头与传送箱带材的传送带同步摆动以完成钉合操作。按照本发明的控制方法，钉箱机可以在不改变钉头摆幅情况下通过控制钉头摆动速度而适应不同的钉距要求。

附图说明

图1示意性示出钉箱操作示意图；

图2示出钉箱机的钉头摆动的等效模型图；

图3a示出根据本发明的实施例的钉箱机的钉头摆动的等效凸轮模型图；

图3b示出根据本发明实施例的确定等效凸轮模型的曲线图；

图4示出根据本发明实施例的钉箱机示意图；

图5示出根据本发明的实施例的钉头驱动控制方法流程图。

具体实施方式

对于传统的钉箱机，在钉头往复摆动实现钉箱操作的过程中，由于摆幅已经事先针对传送带行进速度设计好以匹配特定钉距要求，因此在整个过程中，钉头以固定角速度摆动。为此，可将钉头的一个周期的摆动模型化圆周运动，如图2所示意的，其中钉头实际完成一次钉箱操作可仿真为切刀对输送带上前行的带材一次轮切操作，如图所示轮切下来的每段带材长度对应于钉距d，也即切刀旋转一周的轮转周长(以下也称为模长)lc。在图中所示圆周模型上，startsyncangle代表相对最低点即零度位置的同步启动角，表示切头开始接触带材，并且在最低点即零度位置切刀切断带材，并且随后在endsyncangle指示的位置切刀最终脱离带材，即这里endsyncangle表示同步结束角；从而完成整个轮切操作。对于传统钉箱机而言，在整个旋转周期期间，切刀始终以匀速即传送带传送速度v运转，因此相对于传送带而言，切刀运动曲线为标准圆周曲线，相对于传送带而言实际上是线性运动。

可以看到，实际上在传送速度v不变情况下，只要保证在startsyncangle与endsyncangle所限定的区域内使切刀以传送速度v运转，以保持与传送带同步即可实现高质量切断，而在startsyncangle与endsyncangle所限定的区域以外的其它区域可以变速度运转，此时相对于传送带而言，切刀的运转不再是标准圆周的线性运动，而是变化曲线的非线性运动，即图中所示的凸轮模式曲线。由于切刀所遵循的凸轮模式曲线等于切断的带材的长度，即等同于钉距d。因此通过设计凸轮模式曲线可实现轮切出不同长度的带材，本发明正是基于这一原理实现对钉箱机钉头摆动的控制，以实现适应于不同的钉距d。

图3a示出根据本发明的模拟钉头运转的凸轮模式示意图，其中在最低点零度位置表示钉头完成轮切操作，startangle代表启动角度，指示正常情况下在钉头启动工作前所悬停位置，stopangle代表停止角度，指示正常情况下在完成所有钉子的钉箱操作后钉头停止位置，通常startangle位置与stopangle可处于相同位置，例如图中所示与最低点相对的位置，即θstt＝θstp＝180°，其中θstt代表启动前位置startangle与切点即零度点的夹角，而θstp代表停止后位置stopangle与切点的夹角。但这里需要指出的，startangle位置与stopangle位置也可以根据需要选择不同的位置。如前所述，startsyncangle表示切头开始接触带材位置，由角度θsts表示，而endsyncangle指示切刀脱离带材的位置，由角度θens表示。通常startsyncangle与endsyncangle关于切点即零度点对称，例如图中startsyncangle与切点的夹角θsts为315°(按切刀运转的逆时针方向)，则endsyncangle与切点的夹角θens一般为45°。按照本发明，将startsyncangle与endsyncangle之间的区域定义为同步区synchronarea，在此区内钉头1与传送带2保持同步前进。此外，将同步区synchronarea以外的其余区域定义为调整区formatarea，可在不改变钉头摆动幅度的情况下通过改变调整区formatarea的轮廓来为针对不同的钉距d设计不同的凸轮曲线。下面结合图3b描述凸轮曲线设定，其中横轴x代表为引导轴，表示传送带行进位置，而纵轴y为从动轴，表示钉头摆动位置。

在图3b中，a0指示钉头开始运动的起始位置，其对应于图3a上的位置startangle，而斜线段a1-a1′表示第一同步区synchronarea，即代表钉头首次钉合动作，其中斜线段a1-a1′的中心即切点c1(图中未示出)代表图3a中所示最低位零度位置。斜线段a2-a2′代表第二个同步区synchronarea，其中心点c2，即经过一个周期后钉头实现第二次钉合动作。在图中共示意性示出了四个斜线段a1-a1′、a2-a2′、a3-a3′、a4-a4′，代表对于对当前箱板材共需要四个钉子。如图所示，每个斜线段均为线性函数，代表了钉头1与传送带2同步线性变化。第一个同步区a1-a1′的切点c1由坐标(x1,y1)表示,这里中心c1的横坐标x1为预定值，如图3a所示，通常为用于检测箱板存在的传感器s至钉头最低点的距离，以ls表示，而纵坐标y1由切刀起始位置startangle至零度最低点的刀轮弧长确定，即y1＝(θstt)/360*lc，在图中startangle定位于180度位置时y1＝lc/2。类似地，第二同步区a2-a2′切点c2的坐标(x2,y2)可表示为：x2＝x1+d,y2＝y1+lc；第三同步区a3-a3′切点c3的坐标(x3,y3)可表示为：x3＝x2+d,y3＝y2+lc；第四同步区a4-a4′切点c4的坐标(x4,y4)可表示为：x4＝x3+d,y4＝y3+lc。

图3b中，曲线段a1′-a2、a2′-a3、a3′-a4相同，其代表了调整区formatarea的变化曲线。按照本发明，可通过在每个曲线的起始点与终止点之间进行插补来确定整个调整区formatarea变化曲线。例如对于第一调整区a1′-a2：点a1′的座标(xa1′，ya1′)可表示如下：

(x1+lsyn1，y1+lsyn1)，其中lsyn1为自切点c1至同步结束点endsyncangle之间的轮转长度，lsyn1＝θens/360*lc；点a2的位置坐标(xa2,ya2)可表示如下：(x2-lsyn2，y2-lsyn2)，其中lsyn2为自同步开始点startsyncangle至切点c2之间的长度，lsyn2＝(360-θsts)/360*lc。由此，基于曲线a1′-a2的起始点坐标(xa1′，ya1′)与终点坐标(xa2,ya2)，通过自动插补来确定调整区曲线a1′-a2，例如可通过现有技术中5次插补方式来确定。由此可确定在一个周期内由同步区synchronarea(a1-a1′)与调整区formatarea(a1′-a2)构成的凸轮轮廓变化。在第一个摆动周期内，钉头按照由直线a1-a1′、曲线a1′-a2所确定的凸轮摆动模式运转。以此方式，根据需要的钉数，通过循环程序而相应地增加同步区synchronarea和调整区formatarea可完成预定钉数的钉箱操作。如图3b所示，通过4个同步区完成了在切点c1、c2、c3、c4处的四次钉合操作，从而完成对箱体一条边的全部钉箱操作，并停留在图3a所示的预定位置endangle。

钉头依据上述方式确定的由调整区formatarea与同步区syncarea构成的凸轮模式摆动，具体地，依据确定的调整区formatarea与同步区syncarea控制钉头驱动电机103的转速，其中在同步区syncarea内电机转速其中v为传送带的传送速度，r为钉头摆动半径。而在调整区formatarea内，电机转速ω′＝ω0·λ，其中λ为上述确定的调整区曲线formatarea上各点的斜率，显然在整个调整区内电机转速是变化的，以适应特定的钉距d要求。由此按照本发明，通过在调整区改变电机转速即可实现特定钉距要求的钉箱操作，而不用调整钉头的摆动幅度，因此简化地系统的操作难度，提高了精度与便利性。

这里需要指出的是，在钉箱操作开始之前还可设计启动区startarea以及钉箱操作完成后结束区endarea，其中启动区startarea对应于图3a中从钉头开始点startangle至同步开始点startsyncangle转动段以及图3b中所示的a0-a1段变化曲线。结束区endarea对应于从同步结束点endsyncangle至钉头结束点stopangle段以及图3b中所示的a4′-a5段变化曲线。按照本发明的实施例，启动区startarea与结束区endarea钉头的运动变化曲线仍可采用插补方式生成。如图3b所示，启动区startarea的终点a1的位置坐标计算如下：xa1＝x1-(360-θsts)/360*lc,ya1＝y1-(360-θsts)/360*lc。启动区startarea的起始点a0的位置坐标计算如下：xa0＝xa1-ya1*2,ya0＝0。由此，通过在点a0与a1(执行例如5次插补算法而得到变化模式曲线a0-a1。对于结束区endarea，其起点a4′坐标计算如下:xa4′＝xa4++lsyn1，ya4′＝ya4+lsyn1，而终点a5坐标计算如下：xa5＝xa4′+(θstp-θens)/360*lc*2；ya5＝lc*n。由此，通过在点a4′:(xa4′,ya4′)与a5：(xa5,ya5)之间执行例如5次插补算法而得到变化模式曲线a4′-a5。由此，按照启动区startarea曲线模式驱动电机，随后进入n次循环的凸轮轮式实现预定钉数的钉箱操作，最后按照结束区endarea曲线模式驱动电机并停留在stopangle位置。

图4示出根据本发明一个示例的订箱机的示意图，该订箱机可通过根据用户输入的订箱要求而实现自动调整。如图所示，该订箱机100包括输入接口101，控制单元102以及用于驱动钉头的电机103以及传感器104。

输入接口101可以是图形用户接口，用于接收关于箱体及装钉尺寸，例如包括箱体高度h、首段留白大小lb、预定的钉数n、以及同步开始角startsyncangle与同步结束角endsyncangle。传感器104位于与钉头切点(即图3a中零度位置)一预定距离ls处，用于检测传送带上的箱板，并在检测到有箱板时向控制单元102发送触发信号。控制单元102基于在输入接口101处设置的箱体尺寸与钉头参数产生钉头相对于传送带的摆动模式，其中摆动模式包括凸轮模式。在一个示例中，控制单元102利用通过输入接口101设置的参数，计算钉距d，即并进一步基于所计算的钉距d、传感器距离ls、同步开始角startsyncangle与同步结束角endsyncangle，按照上面讨论的方式计算启动区startarea曲线、凸轮模式曲线以及结束区endarea曲线模式。由此控制单元102按照startarea曲线、凸轮模式曲线产生控制信号来驱动电机103，并在与钉数n确定的周期内以转速ω0、ω′驱动钉头电机103往复运动，完成n次钉合操作，并最后按照结束区endarea曲线模式，将钉头停留在预定位置stopangle。

图5示出了控制钉箱操作的方法流程示意图。在步骤501：通过例如图形用户接口设置与箱体相关的参数包括箱体高度h、首段留白大小lb、预定的钉数n；还进一步设置钉头的工作参数，包括startsyncangle以及endsyncangle。这里startsyncangle以及endsyncangle可基于当前钉摆半径r以及箱纸板厚度而预先确定，可为默认值。此外，钉头的开始位置startangle与停留位置stopangle通常为预定位置，例如位于最高点即与切点相对的180度位置。

在步骤502：基于公式计算钉距d。随后前进至步骤503：基于钉头参数计算启动区startarea曲线。按照本发明的实施例，启动区startarea可采用通过确定起点与终点坐标后以插补方式生成。如图3b所示，启动区startarea的终点a1的位置坐标计算如下：xa1＝x1-(360-θsts)/360*lc,ya1＝y1-(360-θsts)/360*lc。启动区startarea的起始点a0的位置坐标计算如下：xa0＝xa1-ya1*2,ya0＝0。由此，通过在点a0与a1之间执行例如5次插补算法而得到变化模式曲线a0-a1。

步骤504：基于钉距d与钉头参数，生成控制钉头摆动的凸轮模式，该模式包括同步区synchronarea与调整区formatarea，其中在同步区synchronarea为线性函数，钉头与传送箱带材的传送带同步前进；调整区formatarea的曲线则通过在二段同步区之间的插补生成。例如在钉数n等于4的情况下，如图3b所示，需要经历三次调整区formatarea。对于第一调整区formatarea曲线，通过在第一同步区的结束点a1′(xa1′ya1′)以及第二同步区的开始点a2((xa2ya2))之间进行5次插补来确定。类似地，对于第二调整区formatarea曲线，通过在第二同步区的结束点a2′(xa2′ya2′)以及第三同步区的开始点a3(xa3ya3)之间进行5次插值来确定，这里xa3-xa2＝xa2′-xa1′＝d,ya3-ya2＝ya2′-ya1′＝lc，这里lc表示钉头旋转一周的模长。对于第三调整区formatarea曲线，通过在第三同步区的结束点a3′以及第四同步区的开始点a4之间进行5次插值来确定，其中点a3′与点a4的坐标确定方式如上。

在步骤505：计算结束区endarea曲线模式。对于图3b所示的结束区endarea的曲线a4′-a5,其终点坐标a5计算如下：xa5＝xa4′+(θstp-θens)/360*lc*2；ya5＝lc*n。由此，通过在点a4′:(xa4′,ya4′)与a5(xa5,ya5)执行例如5次插补算法而得到变化模式曲线a4′-a5。

在依据上述步骤503-505确定钉头驱动模式后，控制单元102可依据这些模式生成电机103驱动信号。具体地，如图5所示，当在步骤506由传感器104检测到箱纸板即将到来后，控制单元102依据启动区startarea模式输出电机控制信号，驱动钉头开始运动，随后在步骤507进入凸轮模式控制。在步骤507：控制单元102依次按照同步区与调整区所确定的凸轮模式输出电机控制信号，控制电机103以转速ω0、ω′完成对箱板的一次钉合操作。随后在步骤508判断是否已经完成预定钉数的钉合操作。如果尚未完成，则回到步骤507，继续控制电机以凸轮模式运转，直到全部钉完。如果在步骤508判断完成钉数n的订箱操作，则进入步骤509。在步骤509：控制单元102依据结束区endarea模式输出电机控制信号，使钉头停留在预定位置stopangle。

上文通过附图和优选实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，本领域人员在上述详细公开基础上可进行任何修改，包括特征的合并、替换、增加以及删除等，这些方案均应视为落入由所附的权利要求来限定的保护范围内。