专利名称：单辊筒智能数字化色标跟踪装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种单辊筒智能数字化色标跟踪装置，尤其适用于单辊筒、定袋长、大批量生产的小袋包装设备进行色标跟踪。
背景技术：
目前，对于单辊筒色标跟踪装置，都采用传统的“光电离合器式”，其主要缺陷1、色标偏差检测比较系统比较粗糙，所检测的色标偏差量无法量化显示，现场的包装工不能直观感知；特别，当色标偏差过大(色标未能正常跟踪)且生产的都是废品时， 机器无报警，也不会停机。2、无论色标偏差是多少，只要机器稳定运转，当进行色标偏差调整时每次的调整量都是固定的，从而不能快速实现对色标的跟踪。3、色标偏差的调整量与主机辊筒(即包装辊筒，下同)尺寸、橡胶辊筒尺寸、阻尼力的大小等多种因素相关，现场的包装工难以把握。4、色标跟踪的效果与包装袋袋长、主机辊筒尺寸、橡胶辊筒尺寸的配合要求较高， 配合不好，则色标难以跟踪，或干脆不能跟踪。5、当无色标信号或色标信号不正确时，既不报警，又不停机。其导致的后果1、机器的调整困难，色标难以跟踪。现场的包装工经常有这方面的反应。2、浪费包装薄膜和充填物料，产成品率低。因为色标难以跟踪，必然导致此结果。3、对包装工的要求比较高，需要较多的操作经验。4、包装工需要经常观察色标跟踪是否正常，从而耗费较多的人工。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种智能方便、 安全可靠的单辊筒智能数字化色标跟踪装置。本实用新型通过光电编码器对主机辊筒上一 个包装袋袋长各位置进行数字化，将封口时的希望色标位置值，与包装袋上色标所对应的 值进行比较，所得的数字化色标跟踪偏差来进行控制，从而实现对色标的智能化跟踪，进而 克服传统的“光电离合器式”单辊筒色标跟踪装置的缺陷及其导致的不良结果。随着现在PLC、触摸屏、变频器等控制装置的性能提高、价格的下降，也对原有的色 标跟踪装置的改进与提高提供了这种可能。为了解决本实用新型的技术问题，本实用新型 提供的单辊筒智能数字化色标跟踪装置，用于塑料薄膜及其复合材料等的包装制袋过程中 的色标跟踪，其由输入显示装置、数字控制装置、主机调速装置和橡胶辊筒调速装置、光电 编码器、光纤传感器、阻尼部件及相关的电气、机械部件构成，其特征是，输入显示装置与数 字控制装置通过通讯电缆相连接，由输入显示装置输入产品的包装速度，经数字控制装置 计算后控制主机调速装置和橡胶辊筒调速装置；主机调速装置驱动主电机进而控制主机辊 筒，橡胶辊筒调速装置驱动橡胶辊筒电机进而控制橡胶辊筒；[0015]主机辊筒与光电编码器相连接，保证每生产一个包装袋光电编码器旋转一圈；光 电编码器将编码信号输入数字控制装置，光电编码器的一个圆周的各个位置就相对应于主 机辊筒上一个包装袋袋长的各位置；橡胶辊筒的后侧安装接近 开关，保证橡胶辊筒每转一 圈接近开关接收一次信号，同时把该信号输入数字控制装置，以便计算橡胶辊筒旋转一圈 的时间；光纤传感器用于检测色标信号，塑料薄膜上的色标每经过光纤传感器一次，光纤传 感器就产生一次信号输入数字控制装置；有色标跟踪时，包装袋上的实际色标位置所产生的色标信号通过数字控制装置瞬 时捕捉到其对应于光电编码器的编码值，此编码值与输入显示装置中设定的希望的色标位 置对应于光电编码器的编码值相比较并计算出色标跟踪偏差，根据色标跟踪偏差自动调整 橡胶辊筒速度，这样橡胶辊筒和主机辊筒就有了速度差，并在阻尼部件的一起作用下，通过 阻力影响薄膜薄膜的输送，从而实现薄膜薄膜色标的跟踪。优选地，本实用新型装置在无色标跟踪时，橡胶辊筒的线速度是由安装在橡胶辊 筒上的接近传感器与输入显示装置中的参数“同期速度比率”改变来控制的，具体为数字控 制装置通过检测安装在橡胶辊筒上的接近传感器的两次信号间隔时间与主机转一圈时间 比较，若相差太大，则调整输入显示装置中的“同期速度比率”，直至两者的时间基本相同或 橡胶辊筒的一圈时间稍长。本实用新型上述输入显示装置优选工控机或触摸屏，最优选触摸屏；数字控制装 置优选单片机控制装置或PLC，最优选PLC;调速装置优选变频器、直流调速装置、步进电机 或伺服电机，最优选变频器；阻尼部件优选机械圆皮带式或张力控制器，最优选机械圆皮带 式。本实用新型优选技术方案中，PLC可通过通讯方式、模拟量方式或脉冲方式控制变 频器的频率。最优选通过模拟量方式控制变频器的频率本实用新型的基本工作原理是主机辊筒和橡胶辊筒分别由变频器驱动，在一定 的包装速度下，通过触摸屏与PLC的调整，先使两辊筒表面线速度基本一致(有薄膜时单 位时间的送膜量基本一样)。包装袋上色标所对应数字化值与输入显示装置中所希望的封 口色标位置进行比较，根据其差值的大小、正负将从七种橡胶辊筒的速度中自动选择一种 (此为本实用新型“单辊筒智能数字化色标跟踪装置”中的“智能化”关键)，并在机械圆皮 带式阻尼部件的一起作用下来调整色标位置。本实用新型中，光电编码器用于数字化主机辊筒上一个包装袋的袋长，即光电编 码器的一个圆周的各位置就相对应于主机辊筒上一个包装袋的袋长的各位置，是本实用新 型“单辊筒智能数字化色标跟踪装置”的中“数字化”关键。由于本实用新型采用了输入显示装置，操作直观，方便使用；而传统的电磁离合器 式色标跟踪装置的色标偏差检测比较系统相对来说非常粗糙简单，包装工无法直接感知色 标偏差情况，对于机器的操作使用需要长期的摸索实践，初期对包装薄膜和充填物料浪费 极大，机器对包装工的依赖很大，而目前的装置则有效地克服该缺陷，同时输入显示装置的 使用又可以对系统增加许多功能，比如根据逻辑关系，可以判别在一包袋中没有色标信号 或色标信号大于一次；可以根据色标偏差产生色标偏差过大的报警；各种报警发生时通过 画面发出，并显示处理方法；等等。相对于现有技术，本实用新型重点在于其智能化、数字化。应用该实用新型后机器的性能得到大大地改进与强化，有效地克服了目前流行的传统的“光电离合器式”单辊筒色标跟踪装置的缺陷及其导致的不良结果，是对现有科技技术的充分利用，是“光电离合器 式”单辊筒色标跟踪装置发展的必然方向。本实用新型功能强，操作方便、直观，大大地增加 了机器的生产效率。本实用新型通过色标偏差来自动调整橡胶辊筒的速度，从而实现色标的自动跟 踪，色标跟踪效果好，同时又由于采用了输入显示装置，可以对系统增加许多功能，比如根 据逻辑关系，可以判别在一包袋中没有色标信号或色标信号大于一次；可以根据色标偏差 产生色标偏差过大的报警；各种报警发生时通过画面发出，并显示处理方法；等等，由此机 器的操作直观，使用方便，有效地克服了传统的电磁离合器式色标跟踪装置的缺陷，能更好 地满足生产厂家的需要。
图1是本实用新型的外观示意图；图2是本实用新型的包装制袋过程中塑料薄膜流程示意图；图3是本实用新型的构成框图；图4是本实用新型触摸屏的产品数据_制袋画面示意图；图5是本实用新型触摸屏的运转画面示意图；图6是本实用新型触摸屏的主机参数设定2画面示意图；图7是本实用新型触摸屏的色标补偿偏差范围设定画面示意图；图8是本实用新型触摸屏的跟踪速度比率设定画面示意图；图9是本实用新型触摸屏的色标跟踪偏差关系示意图；图10是本实用新型触摸屏的色标跟踪偏差监测计数画面示意图；图11是本实用新型触摸屏的操作开关1画面示意图。其中100为触摸屏；101为圆皮带调整手柄；102为圆皮带；103为薄膜卷；104为 薄膜导向辊筒；105为光电传感器的光电放大器；106为光电传感器的光电检测头和支架； 107为薄膜导向辊筒；108为薄膜导向辊筒支架；109为橡胶辊筒；110为薄膜导向辊筒；111 为薄膜导向辊筒支架；112为薄膜导向辊筒；113为主机辊筒；114为薄膜上色标；200为触 摸屏；201为PLC ；202为主机变频器；203为主电机；204为主机辊筒；205为光电编码器； 206为橡胶辊筒变频器；207为橡胶辊筒电机；208为橡胶辊筒；209为橡胶辊筒接近开关； 210为光纤电传感器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，进一步阐述本实用新型。这些实施例应理解为仅用 于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的保护范围。在阅读了本实用新型记载的内容 之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落 入本实用新型权利要求所限定的范围。如图1-2所示，本实用新型一较佳实施例提供的单辊筒智能数字化色标跟踪装置 中触摸屏100用于输入数据及显示信息；圆皮带102绕在安装薄膜卷103的轴上，通过圆 皮带101的调节手柄的调节控制，可以改变圆皮带102对薄膜卷103的阻尼；四个薄膜导向辊筒104、107、110及112用于对薄膜的导向控制；光纤传感器的光电放大器105用于对色 标信号的检测设定；光纤传感器的光电检测头106与光纤传感器的光电放大器105通过光 纤相连接，用于引导光电放大器105产生的光线向薄膜发射与将反射光引导回光电放大器 105 ；薄膜导向辊筒支架108用于安装薄膜导向辊筒106并可对其进行调整，以改变橡胶辊 筒109与薄膜的包裹角度；橡胶辊筒109采用橡胶材质，与薄膜之间可形成较大摩擦力，通 过改变橡胶辊筒109的电机速度从而改变橡胶辊筒109的线速度，进而可减慢薄膜的送进 速度；薄膜导向辊筒支架111用于安装薄膜导向辊筒112并可对其进行调整，以改变薄膜到 制袋之间的成型状况；主机辊筒113用于包装袋的制袋；薄膜上色标114用于对每个包装 袋的识别。为了更好地解释图1与图2，请参阅如图3所示的构成框图触摸屏200与PLC201 通过通讯电缆相连接，可以将触摸屏200设定的包装速度等各种数据传PLC201，通过 PLC201将机器故障等各种信息显示在触摸屏200上；PLC201通过输出模拟量来控制主机变 频器202及橡胶辊筒变频器206，主机变频器202驱动主电机203，橡胶辊筒变频器206驱 动橡胶辊筒电机207，从而实现PLC201对主电机203和橡胶辊筒电机207的控制；主电机 203通过减速箱、链轮、伞齿轮实现对主机辊筒204的控制；橡胶辊筒电机207通过减速箱 实现对橡胶辊筒208的控制；主机辊筒204通过链轮等与光电编码器205相连接，保证每生 产一个包装袋光电编码器205旋转一圈；光电编码器205将信号输入PLC201 ；橡胶辊筒208 的后侧安装接近开关209，保证橡胶辊筒208每转一圈接近开关209接收一次信号，同时把 该信号输PLC201，以便计算橡胶辊筒208旋转一圈的时间；光纤传感器210用于检测色标 信号，薄膜上的色标(一个包装袋上一个色标)每经过光纤传感器一次，光纤传感器210就 产生一次信号输入PLC。
以下结合附图进一步说明本实用新型的具体工作原理和工作过程。如图4所示的产品数据_制袋画面中，输入产品的包装速度(本例为60包/分)， 该数据经通讯由触摸屏200传入PLC201中，PLC201根据主电机203与橡胶辊筒电机207的 减速比、电机极对数、变频器的最高频率以及输出分辨率等参数，计算出主电机203与橡胶 辊筒电机207的相应变频器的所对应的频率的数据值，由PLC201的D/A转换模块转换为相 应的模拟电压，再输入主机变频器202及橡胶辊筒变频器206内转化为相应变频器的频率。 在没有色标跟踪时，我们希望主电机203所驱动的主机辊筒204与橡胶辊筒208的线速度 一致(以保证制作出的包装袋外观美观)，而一般情况下主机辊筒204与橡胶辊筒208的 直径是相同的，所以两者旋转一圈的时间是相同的；上面的变频器的频率即据此计算出来。 因为主电机203与橡胶辊筒电机207采用的是异步电机，运转时存在转差率，而且变频器的 输入本身也存在零点漂移，所以理论计算出的主机辊筒204与橡胶辊筒208的速度并不能 保证两者的线速度一致，必须进行调整。在图4所示的产品数据-制袋画面中，将色标跟踪 的“开关”关掉，然后自动运行机器；在图5运转画面中看到的包装速度是由PLC201测算出 一包装袋的包装时间然后计算出来的，看该速度是否与图4产品数据-制袋画面中设定的 包装速度一致，若不一致，调整图6主机参数设定2画面的输出修正系数(本例为1.000) 使两者一致；在图5运转画面中看到的主机旋转一圈时间是由PLC201根据光电编码器产 生的信号计算出来，橡胶辊筒一圈时间是PLC201在橡胶辊筒208运转期间由橡胶辊筒接近 开关209两次信号之间的时间差计算出来的，当两者的时间值不一样时，调整图5运转画面中的同期速度比率(本例为1.045)，使两者一致或橡胶辊筒208 —圈时间比主机204旋转一圈时间稍大，一般使两者的差值在以内。光电编码器205安装在主机轴203上，通过 主电机203及链轮减速各部件的配合，每完成一次包装制袋，光电编码器205就旋转一周， 光电编码器205的编码信号接入PLC201，由此光电编码器205的一个圆周的各位置就相对 应于主机辊筒上一个包装袋袋长的各位置；有色标跟踪时，包装袋上的实际色标位置所产 生的色标信号可通过201PLC瞬时捕捉到其对应于光电编码器205的编码值，此值与图4产 品数据-制袋画面中设定的希望的色标位置对应于光电编码器的编码值相比较，从而形成 图4产品数据-制袋画面中的色标跟踪偏差。根据色标跟踪偏差情况，通过调整橡胶辊筒 208的速度，降低色标跟踪偏差值，从而更好地进行色标跟踪，为此，在图7色标补偿偏差范 围设定中设定临界偏差范围、补偿偏差范围及强补偿偏差范围三个数值(这三个数值分别 从小到大，一般我们依次设为2°、4°、10° )，将色标跟踪偏差顺序分为八段色标跟踪偏 差强补偿偏差范围、-强补偿偏差范围 <色标跟踪偏差补偿偏差范围、-补偿偏 差范围<色标跟踪偏差< _临界偏差范围、_临界偏差范围<色标跟踪偏差< 0、0 <色标 跟踪偏差< 临界偏差范围、临界偏差范围< 色标跟踪偏差 < 补偿偏差范围、补偿偏差范围 <色标跟踪偏差<强补偿偏差范围、强补偿偏差范围《色标跟踪偏差，对应于图8跟踪速 度比率设定的中间位置的色标速比状态，只是将第一段与最后一段合并(也就是图7色标 补偿偏差范围设定中的“强补偿偏差范围以外的皆属于范围外补偿！ ”)为范围外，其它则 一一对应。图8跟踪速度比率设定的右侧速比系数，对应于左侧的色标速比状态，其值可以 由操作人员来设定(我们一般将其从上到下依次设为0. 97,0. 98,0. 99、1. 00、1. 01、1. 02和 0. 95)。色标跟踪偏差与色标补偿偏差范围、色标速比状态及速比系数的关系见图9色标跟 踪偏差关系示意图。举例来说，在图4的色标跟踪“开”且机器在自动运行时，PLC201可以 计算出色标跟踪偏差，从而可以确定色标速比状态比如为-补偿，进一步可得到速比系数 为0. 98，也就是说，当此色标跟踪偏差时为色标能正常跟踪，将线速度与主机辊筒204相同 时的橡胶辊筒208的速度乘以该速比系数0. 98作为当前的橡胶辊筒208的速度。此时橡 胶辊筒208线速度稍慢于主机辊筒204，通过圆皮带102的阻尼力及橡胶辊筒208与制袋 薄膜的摩擦阻力共同对制袋薄膜产生向后的拉力作用；由于制袋薄膜本身的弹性形变，制 袋薄膜送进的实际长度比主机辊筒204减少，从而使制袋薄膜的色标位置有一个相对的向 后移动，实现对制袋薄膜色标的跟踪。在本实用新型实际的工艺设计中，包装袋的尺寸(在 这里即指色标间距)比主机辊筒204的制袋尺寸要小0. 5 1. 0毫米，就是因为制袋薄膜 色标的跟踪是通过向后的拉力作用实现的(通过制袋薄膜的弹性形变相当于拉长了包装 袋的尺寸)；若包装袋的尺寸比主机辊筒204的制袋尺寸过小，超过1. 0毫米，则影响包装 袋外表的美观度。同样原因，当色标跟踪偏差较大，超过强补偿偏差范围，其色标速比状态 都归入范围外，此时的速比系数最小为0. 95 (见图9色标跟踪偏差关系示意图)，以尽快实 现对色标的快速跟踪，而传统的电磁离合器式色标跟踪装置则无法实现此功能。至于在色 标速比状态的+补偿、+强补偿所采用的速比系数1. 01,1. 02，若单从理论上讲是没有必要 的，因为即便橡胶辊筒208的送膜速度快于主机辊筒204，但主机辊筒204仍只送其制袋尺 寸的制袋薄膜；但由于异步电机因负载不同而存在转差率及变频器的输入本身也存在零点 漂移，如此则增强了本实用新型对不同包装速度的适应性，即便在同一包装速度下也增加 了调整的范围。[0042] 由于采用了触摸屏，可以对系统设计许多额外的功能。在图10色标跟踪偏差监测 计数画面，当色标跟踪正常以后(即超过监测开始设定包装袋数)可以对色标跟踪偏差进 行实时监测，如果色标跟踪偏差值超过偏差允许范围设定值(在此为10度)，可以选择禁止 (即不需要此功能)、报警(只进行报警来提醒操作工)和停机(机器停止运转，等待人工 干预)；根据逻辑关系，可以判别在一包袋中没有色标信号或色标信号大于一次，该功能是 否起作用，可由图11操作开关1画面的未检测到色标及色标信号大于一次开关选择。其它 功能不再一一说明。
权利要求一种单辊筒智能数字化色标跟踪装置，用于塑料薄膜及其复合材料包装等的制袋过程中的色标跟踪，其由输入显示装置、数字控制装置、主机调速装置和橡胶辊筒调速装置、光电编码器、光纤传感器、阻尼部件及相关的电气、机械部件构成，其特征是，输入显示装置与数字控制装置通过通讯电缆相连接，由输入显示装置输入产品的包装速度，经数字控制装置计算后控制主机调速装置和橡胶辊筒调速装置；主机调速装置驱动主电机进而控制主机辊筒，橡胶辊筒调速装置驱动橡胶辊筒电机进而控制橡胶辊筒；主机辊筒与光电编码器相连接，保证每生产一个包装袋光电编码器旋转一圈；光电编码器将编码信号输入数字控制装置，光电编码器的一个圆周的各个位置就相对应于主机辊筒上一个包装袋袋长的各位置；橡胶辊筒的后侧安装接近开关，保证橡胶辊筒每转一圈接近开关接收一次信号，同时把该信号输入数字控制装置，以便计算橡胶辊筒旋转一圈的时间；光纤传感器用于检测色标信号，塑料薄膜上的色标每经过光纤传感器一次，光纤传感器就产生一次信号输入数字控制装置。
2.根据权利要求1所述的单辊筒智能数字化色标跟踪装置，其特征是，输入显示装置 为工控机或触摸屏；数字控制装置为单片机控制装置或PLC ；调速装置为变频器、直流调速 装置、步进电机或伺服电机；阻尼部件为机械圆皮带式或张力控制器。
3.根据权利要求2所述的单辊筒智能数字化色标跟踪装置，其特征是，输入显示装置为触摸屏；数字控制装置为PLC ；调速装置为变频器；阻尼部件为机械圆 皮带式。
4.根据权利要求3所述的单辊筒智能数字化色标跟踪装置，其特征是，PLC通过通讯方 式、模拟量方式或脉冲方式控制变频器的频率。
5.根据权利要求4所述的单辊筒智能数字化色标跟踪装置，其特征是，PLC通过模拟量 方式控制变频器的频率。
专利摘要本实用新型公开了一种单辊筒智能数字化色标跟踪装置，用于塑料薄膜及其复合材料等的包装制袋过程中的色标跟踪，其由输入显示装置、数字控制装置、两个调速装置和光电编码器等部件构成。有色标跟踪时，包装袋上的实际色标位置所产生的色标信号通过数字控制装置瞬时捕捉到其对应于光电编码器的编码值，此编码值与输入显示装置中设定的希望的色标位置对应于光电编码器的编码值相比较并计算出色标跟踪偏差，根据色标跟踪偏差自动调整橡胶辊筒速度，这样橡胶辊筒和主机辊筒就有了速度差，并在阻尼部件的一起作用下，通过阻力影响薄膜的输送，从而实现薄膜色标的跟踪。本实用新型克服了传统的电磁离合器式色标跟踪装置的缺陷。
文档编号B65B57/00GK201573817SQ20092017822
公开日2010年9月8日 申请日期2009年10月23日 优先权日2009年10月23日
发明者于桂军, 沈桂俊, 秦强, 黄敏 申请人:小松科马驰包装机械(上海)有限公司