本发明涉及一种灌装机及其控制方法，特别涉及一种精油灌装机及其精确定量控制方法。
背景技术：
目前，灌装机械是专为从事液体灌装工业服务的，随着我国灌装设备向高速化、集成化方向发展，小容量精油灌装系统能实现在同一台设备上完成整瓶、送瓶、灌装、封盖、出瓶这一系列的动作。这些动作的各个环节会直接影响到灌装效率和产品质量。但由于灌装机械长时间工作造成器件老化、灌装阀门轻微漏气以及高速灌装带来的气泡所造成的影响，给灌装系统带来一定的灌装误差。精油灌装设备需要向更高的自动化方向发展，设备组成中需要加入视觉检测环节提高灌装可靠度，采取准确定量控制方法使的控制系统调节得当，能够节省不少人力物力成本。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有精油灌装系统在使用过程中存在的诸多问题而提供的一种精油灌装机及其精确定量控制方法。
本发明提供的精油灌装机包括有进瓶盘、灌装台、灌装盘、第一传送带、第二传送带、第一伺服电机、第二伺服电机、检测装置和控制装置，其中进瓶盘通过第一传送带与灌装台相连接，灌装盘设在灌装台上，灌装盘的进瓶口对应第一传送带出口设置，第二传送带设在灌装台上，灌装盘的出瓶口对应第二传送带的进口设置，第一伺服电机与进瓶盘和第一传送带相连接并驱使进瓶盘和第一传送带的工作，第二伺服电机与灌装盘和第二传送带相连接并驱使灌装盘和第二传送带的工作，检测装置装配在第一传送带的上方，第一传送带上还设置有击瓶装置，检测装置、第一伺服电机、第二伺服电机和击瓶装置均与控制装置相连接并由控制装置控制工作。
检测装置是由光源、摄像头和计算机组成，其中光源和摄像头均与计算机相连接，光源为环形光源，光源的电源为50hz220v交流电，通过调光电阻器调节光源亮度，摄像头为ccd类型摄像头，计算机内设置有视觉处理软件及图像数据传输协议，视觉处理软件使用halcon软件包，图像传输协议是以太网传输协议，前述的光源、摄像头和计算机均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。
击瓶装置是由气动马达、调压阀、电磁阀和气缸组成，气动马达、调压阀、电磁阀和气缸依次串联，气动马达和电磁阀与控制装置连接并由控制装置控制工作，气缸的后端设置有击瓶气门，前述的气动马达、调压阀、电磁阀和气缸均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。
灌装台上还设置有内塞振荡器和外塞振荡器。
灌装盘上依次设置有进瓶口、空瓶称量与光电检测工位、一次灌装工位、质量检测工位、高精度补灌工位、落内塞工位、第一空机位、压内塞工位、检测内塞工位、落外盖工位、旋外盖工位、卡瓶气缸、第二空机位、拨瓶器和出瓶口，其中进瓶口设在第一传送带的出口位置处，拨瓶器设在出瓶口的位置处，出瓶口设在第二传送带的进口处，进瓶口、空瓶称量与光电检测工位、一次灌装工位、质量检测工位、高精度补灌工位、落内塞工位、第一空机位、压内塞工位、检测内塞工位、落外盖工位、旋外盖工位、卡瓶气缸、第二空机位、拨瓶器和出瓶口的设备部件均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。
控制装置由称量传感器、plc控制器、绝对式光电编码器、光电传感器和接近开关组成，其中plc控制器中存储有pid控制程序和卡尔曼滤波程序，并具有输出pwm波的串口，称量传感器、绝对式光电编码器、光电传感器和接近开关均与plc控制器的模拟量输入口相连，称量传感器设在高精度补灌工位处灌装盘的下方，用于称取高精度补灌后的质量，光电传感器设在空瓶称量与光电检测工位处，plc控制器上的pwm输出串口与第二伺服电机的控制接口相连接，plc控制器通过串口通讯电缆与检测装置中的计算机串口通讯接口相连，计算机将视觉检测的判定结果通过串口下传到plc控制器，plc控制器控制气动电机运动，去除有缺陷的玻璃瓶，绝对式光电编码器通过齿轮传动装置与第二伺服电机的转轴相连接，绝对式光电编码器用以检测第二伺服电机转轴的角度变化，前述的称量传感器、plc控制器、绝对式光电编码器、光电传感器和接近开关均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。
本发明提供的精油灌装机的精确定量控制方法，其方法如下所述：
步骤一、先在控制装置中的plc控制器中存储灌装精油的标准质量与某一接近标准质量的预估质量，在plc控制器中将精油的预估质量与精油标准质量作差，将两者的差值送入plc控制器预先存储的pid控制程序中，运行程序得到pwm控制信息，pwm控制信息中包含有比例控制系数、积分控制系数、微分控制系数，其中比例控制系数kp为48.25，积分控制系数ki为0.025，微分控制系数kd为0.58；
步骤二、plc控制器中的pid控制运行程序产生的pwm控制信息，该控制信息将调节pwm波，通过plc控制器的pwm输出串口控制第二伺服电机运行；
步骤三、第二伺服电机的控制端接收pwm信号，调整第二伺服电机的旋转角度，带动计量缸活塞控制灌装精油的质量，电机每一转的灌装体积vml，利用计量缸的中的刻度尺计算；
步骤四、齿轮传动装置将会放大电机转轴的微小变化角度，通过对这一微小角度的放大将有助于绝对式光电编码器检测；
步骤五、绝对式光电编码器能够将经由齿轮传动装置放大后的第二伺服电机转轴改变角度θ的弧度检测出来；
步骤六、通过绝对式光电编码器检测的角度再次发送到plc控制器中，在plc控制器中进行运算，首先将角度信息换算成灌装容量信息，接着根据精油的密度信息计算出此时实际精油的质量，具体计算需先知道精油的密度ρ，计算灌装质量m按：m＝ρ·θ/2π进行计算；
步骤七、在plc控制器中根据已经存储卡尔曼滤波程序将根据实际的精油质量值与pwm控制信息进行卡尔曼滤波跟踪运算，从而得出精油的预估质量值，依次设定的卡尔曼滤波器的几个关键参数分别是状态矩阵(0，1；0，-30)，控制矩阵(0.0001，0.197)t，输出观测矩阵(1，0)；
步骤八、用通过卡尔曼滤波跟踪运算得到的精油质量来更新plc控制器中的预存的精油预估值；
步骤九、重复步骤一至步骤八，每次循环前都进行比较卡尔曼滤波的输出预估质量与标准质量，当估计质量与标准质量的差值小于设定的误差阈值时，立即结束循环，最后由高精度补灌工位处的称量传感器将最终精油灌装质量上传到plc控制器，plc控制器通过串口将此质量数据上传到计算机端，输出高精度补灌的精油质量。
本发明的工作原理：
第一传送带传送灌装瓶到达进瓶口时，第二伺服电机驱使灌装盘开始顺时针转动，plc控制器控制光电传感器检测玻璃瓶的存在，同时检测空瓶质量。检测到存在后，允许后续工位动作；光电传感器将检测出来的信号及数据传入到plc控制器中。灌装环节是由第二伺服电机、剂量调节器以及链轮组成，第二伺服电机接到plc控制器灌装指令后带动剂量调节器运动，达到精油灌装目的。根据设定灌装量，由plc控制器控制永磁低速同步电机带动计量缸活塞，配合灌装阀和单向阀的导通与关断，实现一次灌装工位进行一次灌装。转盘转动至质量检测工位时再次进行质量称重检测，利用plc控制器针对两次质量检测做出的质量差与设定标准液体装量进行比较，得出灌装液体的误差，当灌装误差超出一定误差时，高精度补灌工位启动进行高精度补灌。由plc控制器控制的内塞震荡器把整理好的内塞按照设定的机械动作要求通过落内塞工位放进瓶口。若灌装误差满足精度要求时，精油灌装直接进入落内塞工位，进入所述的落内塞工位时，精油灌装环节已完成。通过第一空位机后，利用气缸将放进瓶口的内塞进行固定，进入压内塞工位，即把内塞压紧。plc控制器控制接近开关检测内塞安放和压紧是否无误；若有问题后续动作不再对问题瓶旋盖。确认无误后，通过由plc控制器控制的外塞震荡器把整理好的外盖，按照设定机械动作要求在落外盖工位处放在瓶口上。随后通过旋外盖工位配合卡瓶气缸把放在瓶口上的外盖进行旋紧。最后通过分拨瓶器完成优等品与残次品的分离，将优等品通过成品输送部分输出成品，完成整个灌装工艺。有未完成相关灌装工艺的灌装瓶将被送到待灌装区等待下一次灌装，精油灌装机完成一次灌装。
上述工作原理中的相关设备均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。
本发明的有益效果：
本发明通过引入视觉检测系统有效地解决了进瓶时缺陷检测问题，通过采用卡尔曼滤波pid控制方法，不断修正系统电机旋转角度，做动态的调节，更及时地调节灌装系统的灌装容量，提高灌装的准确度。
附图说明
图1为本发明所述灌装机整体结构示意图。
图2为本发明所述灌装机的结构框图。
图3为本发明所述控制装置结构示意图。
图4为本发明所述击瓶装置结构示意图。
1、进瓶盘2、灌装台3、灌装盘4、第一传送带5、第二传送带
6、第一伺服电机7、第二伺服电机8、检测装置9、控制装置
10、击瓶装置11、光源12、摄像头13、计算机14、气动马达
15、调压阀16、电磁阀17、气缸18、击瓶气门19、内塞振荡器
20、外塞振荡器21、称量传感器22、plc控制器23、绝对式光电编码器
24、光电传感器25、接近开关26、齿轮传动装置。
具体实施方式
请参阅图1至图4所示：
本发明提供的精油灌装机包括有进瓶盘1、灌装台2、灌装盘3、第一传送带4、第二传送带5、第一伺服电机6、第二伺服电机7、检测装置8和控制装置9，其中进瓶盘1通过第一传送带4与灌装台2相连接，灌装盘3设在灌装台2上，灌装盘3的进瓶口对应第一传送带4出口设置，第二传送带5设在灌装台2上，灌装盘3的出瓶口对应第二传送带5的进口设置，第一伺服电机6与进瓶盘1和第一传送带4相连接并驱使进瓶盘1和第一传送带4的工作，第二伺服电机7与灌装盘3和第二传送带5相连接并驱使灌装盘3和第二传送带5的工作，检测装置8装配在第一传送带4的上方，第一传送带4上还设置有击瓶装置10，检测装置8、第一伺服电机6、第二伺服电机7和击瓶装置10均与控制装置9相连接并由控制装置9控制工作。
检测装置8是由光源11、摄像头12和计算机13组成，其中光源11和摄像头12均与计算机13相连接，光源11为环形光源，光源11的电源为50hz220v交流电，通过调光电阻器调节光源11亮度，摄像头12为ccd类型摄像头，计算机13内设置有视觉处理软件及图像数据传输协议，视觉处理软件使用halcon软件包，图像传输协议是以太网传输协议，前述的光源11、摄像头12和计算机13均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。
击瓶装置10是由气动马达14、调压阀15、电磁阀16和气缸17组成，气动马达14、调压阀15、电磁阀16和气缸17依次串联，气动马达14和电磁阀16与控制装置8连接并由控制装置8控制工作，气缸17的后端设置有击瓶气门18，前述的气动马达14、调压阀15、电磁阀16和气缸17均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。
灌装台2上还设置有内塞振荡器19和外塞振荡器20。
灌装盘3上依次设置有进瓶口、空瓶称量与光电检测工位、一次灌装工位、质量检测工位、高精度补灌工位、落内塞工位、第一空机位、压内塞工位、检测内塞工位、落外盖工位、旋外盖工位、卡瓶气缸、第二空机位、拨瓶器和出瓶口，其中进瓶口设在第一传送带4的出口位置处，拨瓶器设在出瓶口的位置处，出瓶口设在第二传送带5的进口处，进瓶口、空瓶称量与光电检测工位、一次灌装工位、质量检测工位、高精度补灌工位、落内塞工位、第一空机位、压内塞工位、检测内塞工位、落外盖工位、旋外盖工位、卡瓶气缸、第二空机位、拨瓶器和出瓶口的设备部件均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。
控制装置9由称量传感器21、plc控制器22、绝对式光电编码器23、光电传感器24和接近开关25组成，其中plc控制器22中存储有pid控制程序和卡尔曼滤波程序，并具有输出pwm波的串口，称量传感器21、绝对式光电编码器23、光电传感器24和接近开关25均与plc控制器22的模拟量输入口相连，称量传感器21设在高精度补灌工位处灌装盘3的下方，用于称取高精度补灌后的质量，光电传感器24设在空瓶称量与光电检测工位处，plc控制器22上的pwm输出串口与第二伺服电机7的控制接口相连接，plc控制器22通过串口通讯电缆与检测装置8中的计算机13串口通讯接口相连，计算机13将视觉检测的判定结果通过串口下传到plc控制器22，plc控制器22控制气动电机运动，去除有缺陷的玻璃瓶，绝对式光电编码器23通过齿轮传动装置26与第二伺服电机7的转轴相连接，绝对式光电编码器23用以检测第二伺服电机7转轴的角度变化，前述的称量传感器21、plc控制器22、绝对式光电编码器23、光电传感器24和接近开关25均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。
本发明提供的精油灌装机的精确定量控制方法，其方法如下所述：
步骤一、先在控制装置9中的plc控制器22中存储灌装精油的标准质量与某一接近标准质量的预估质量，在plc控制器22中将精油的预估质量与精油标准质量作差，将两者的差值送入plc控制器22预先存储的pid控制程序中，运行程序得到pwm控制信息，pwm控制信息中包含有比例控制系数、积分控制系数、微分控制系数，其中比例控制系数kp为48.25，积分控制系数ki为0.025，微分控制系数kd为0.58；
步骤二、plc控制器22中的pid控制运行程序产生的pwm控制信息，该控制信息将调节pwm波，通过plc控制器22的pwm输出串口控制第二伺服电机7运行；
步骤三、第二伺服电机7的控制端接收pwm信号，调整第二伺服电机7的旋转角度，带动计量缸活塞控制灌装精油的质量，电机每一转的灌装体积vml，利用计量缸的中的刻度尺计算；
步骤四、齿轮传动装置26将会放大电机转轴的微小变化角度，通过对这一微小角度的放大将有助于绝对式光电编码器23检测；
步骤五、绝对式光电编码器23能够将经由齿轮传动装置26放大后的第二伺服电机7转轴改变角度θ的弧度检测出来；
步骤六、通过绝对式光电编码器23检测的角度再次发送到plc控制器22中，在plc控制器22中进行运算，首先将角度信息换算成灌装容量信息，接着根据精油的密度信息计算出此时实际精油的质量，具体计算需先知道精油的密度ρ，计算灌装质量m按：m＝ρ·θ/2π进行计算；
步骤七、在plc控制器22中根据已经存储卡尔曼滤波程序将根据实际的精油质量值与pwm控制信息进行卡尔曼滤波跟踪运算，从而得出精油的预估质量值，依次设定的卡尔曼滤波器的几个关键参数分别是状态矩阵(0，1；0，-30)，控制矩阵(0.0001，0.197)t，输出观测矩阵(1，0)；
步骤八、用通过卡尔曼滤波跟踪运算得到的精油质量来更新plc控制器22中的预存的精油预估值；
步骤九、重复步骤一至步骤八，每次循环前都进行比较卡尔曼滤波的输出预估质量与标准质量，当估计质量与标准质量的差值小于设定的误差阈值时，立即结束循环，最后由高精度补灌工位处的称量传感器21将最终精油灌装质量上传到plc控制器22，plc控制器22通过串口将此质量数据上传到计算机13端，输出高精度补灌的精油质量。
本发明的工作原理：
第一传送带4传送灌装瓶到达进瓶口时，第二伺服电机7驱使灌装盘3开始顺时针转动，plc控制器22控制光电传感器24检测玻璃瓶的存在，同时检测空瓶质量。检测到存在后，允许后续工位动作；光电传感器24将检测出来的信号及数据传入到plc控制器22中。灌装环节是由第二伺服电机7、剂量调节器以及链轮组成，第二伺服电机7接到plc控制器22灌装指令后带动剂量调节器运动，达到精油灌装目的。根据设定灌装量，由plc控制器22控制永磁低速同步电机带动计量缸活塞，配合灌装阀和单向阀的导通与关断，实现一次灌装工位进行一次灌装。转盘转动至质量检测工位时再次进行质量称重检测，利用plc控制器22针对两次质量检测做出的质量差与设定标准液体装量进行比较，得出灌装液体的误差，当灌装误差超出一定误差时，高精度补灌工位启动进行高精度补灌。由plc控制器22控制的内塞震荡器19把整理好的内塞按照设定的机械动作要求通过落内塞工位放进瓶口。若灌装误差满足精度要求时，精油灌装直接进入落内塞工位，进入所述的落内塞工位时，精油灌装环节已完成。通过第一空位机后，利用气缸将放进瓶口的内塞进行固定，进入压内塞工位，即把内塞压紧。plc控制器22控制接近开关25检测内塞安放和压紧是否无误；若有问题后续动作不再对问题瓶旋盖。确认无误后，通过由plc控制器22控制的外塞震荡器20把整理好的外盖，按照设定机械动作要求在落外盖工位处放在瓶口上。随后通过旋外盖工位配合卡瓶气缸把放在瓶口上的外盖进行旋紧。最后通过分拨瓶器完成优等品与残次品的分离，将优等品通过成品输送部分输出成品，完成整个灌装工艺。有未完成相关灌装工艺的灌装瓶将被送到待灌装区等待下一次灌装，精油灌装机完成一次灌装。
上述工作原理中的相关设备均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。