专利名称：水箱拉丝机排线机构的位置误差消除装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种位置误差消除装置，尤其是一种水箱拉丝机排线机构的位置误差消除装置，属于水箱拉丝机排线控制的技术领域。
背景技术：
水箱拉丝机主要用于拉制各类精密、微径高碳钢丝。不同类型的产品对水箱拉丝机有不同的要求，其中有一种水箱拉丝机专门用于高强度切割线生产，是硅晶片切割钢丝的专业生产设备，目前在太能能硅片切割生产中起到十分关键的作用。这类高强度切割线水箱拉丝机对排线精度的要求很高。以前的水箱拉丝机往往采用变频排线或者机械排线，无法满足高精度排线的要求。目前比较先进的水箱拉丝机采用伺服排线，使水箱拉丝机高精度排线成为可能。伺服系统精度高、响应快，但由于伺服驱动的排线机构在运行过程中存在机械惯性，引起排线位置误差。比如，有一个常用方法是在排线左右边界各放置I个检测信号，共2个作为换向信号，到达左边界时排线机构向右运行，到达右边界时排线机构向左运行，正是由于机械惯性的影响，使收卷在左右边界处出现堆丝现象。目前还有一种方法是在排线某一点放置一个检测信号，通过计算距离进行左右排线，如果没有采用任何补偿方法，仅假设排线电机向左和向右具有基本相同的机械惯性而相互抵消，使排线在设定的范围内运行，那么，当排线机构的向左和向右摩擦力不一致或者向左和向右的机械惯性不一致时，就会引起排线向左或向右跑偏。因此，排线机构的机械惯性是排线位置发生偏移的重要根源之一。要使水箱拉丝机具有高精度排线功能，还需要良好的水箱拉丝机控制系统配合。目前解决排线电机因机械惯性所引起的排线误差有采用单次直接补偿，即在排线的移动范围内的其中一点设定为原点(坐标为零点)，并对整个排线范围的距离进行定标，然后在每一个排线循环周期内当排线经过原点时，检测该点的坐标与设定原点的坐标的差值，如果没有差值，则说明无偏移，如果有差值，则说明发生偏移，计算偏移量，立刻进行位置补偿。该方法的缺点在于当原点检测点有干扰时，会出现不必要的误差补偿或出现补偿不准确。本实用新型所提的水箱拉丝机排线机构的位置误差消除方法可以有效地解决排线位置误差，在设备投资成本不变的情况下，产出效率高，排线精度高。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种水箱拉丝机排线机构的位置误差消除装置，其操作方便，控制精度高，提高了排线位置的精度，补偿实时性好，安
全可靠。按照本实用新型提供的技术方案，所述水箱拉丝机排线机构的位置误差消除装置，包括排线机构、收卷机构及拉丝机构，所述拉丝机构由排线伺服电机驱动，所述排线伺服电机由排线伺服驱动器驱动；所述收卷机构由收卷电机驱动，收卷电机由收卷变频器驱动控制，收卷变频器及排线伺服驱动器均与控制器的输出端相连；所述排线机构包括排线导杆及位于所述排线导杆上的排线导轮，所述排线导轮通过排线伺服电机驱动作用能在排线导杆上运动；所述控制器与排线伺服驱动器对应匹配设置，以使得排线伺服电机处于脉冲给定运行状态；控制器的输入端还与接近开关相连，所述接近开关位于排线导杆一侧，并能与排线导轮相对应配合；控制器能接收接近开关与排线导轮对应配合时输出的定点检测信号，控制器根据所述定点检测信号与控制器内预设的排线脉冲数之间的差值，调节补偿控制器向排线伺服电机输出的排线脉冲数，以使得排线导轮在排线导杆上的排线运动距离保持稳定。所述控制器连接机台与操作台。所述拉丝机构由拉丝电机驱动，所述拉丝电机由 拉丝变频器驱动控制，所述拉丝变频器与控制器的输出端相连。所述排线导轮与排线导杆间为丝杠螺母配合。本实用新型的优点使用伺服系统驱动排线机构，反应快、精度高，克服了排线机构因机械惯性引起的排线位置偏移；利用补偿距离增量法，减少了原点检测干扰的影响；每个排线往复周期都进行补偿距离处理，排线位置精度高，补偿实时性好；通过距离补偿，最终消除排线机构的位置误差。
图I为本实用新型位置误差装置的结构框图。图2为本实用新型排线机构的结构示意图。附图标记说明1_人机界面、2-控制器、3-排线伺服驱动器、4-排线伺服电机、5-排线机构、6-收卷变频器、7-收卷电机、8-收卷脉冲模块、9-收卷机构、10-拉丝机构、11-拉丝电机、12-拉丝变频器、13-接近开关、14-机台与操作台、15-工字轮、16-排线导杆及17-排线导轮。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。如图I和图2所示为了能够控制水箱拉丝机消除排线误差进行精确排线，本实用新型包括控制器2,所述控制器2采用PLC(Programmable Logic Controller),所述PLC内集成有模拟输入单元、模拟输出单元、数字输入单元、数字输出单元，其中数字输入单元包含了高速数字输入端，数字输出单元包含了高速数字输出端。控制器2通过模拟输出端分别与拉丝变频器12及收卷变频器6相连，通过拉丝变频器12驱动控制拉丝电机11的转动速度，拉丝电机11驱动拉丝机构10得到所需的丝线。控制器2通过收卷变频器6驱动控制收卷电机7的转动速度及工作状态，收卷电机7驱动收卷机构9进行收卷，收卷机构9上设置收卷脉冲模块8，控制器2通过高速数字输入端接收收卷脉冲模块8输出的收卷脉冲信号并接收卷机构相应的计长脉冲信号。控制器2通过高速数字输出端与排线伺服驱动器3相连，通过排线伺服驱动器驱3动调节排线伺服电机4，所述排线伺服电机4驱动排线机构5进行排线。所述排线机构5包括排线导杆16，所述排线导杆16上设置排线导轮17，所述排线导轮17能在排线导杆16上运动，排线导轮17与排线导杆16间通过丝杆螺母的形式配合运动。收卷机构9包括工字轮15，所述工字轮15位于排线导杆16的一侧，工字轮15由收卷电机7进行输出转动；通过拉丝机构10得到的丝线通过排线导轮17导向后收卷在工字轮15上。同时，控制器2通过模拟输入端接收排线时丝线的张力变化情况的收线张力检测信号；控制器2通过串行接口与人机界面I相连，所述人机界面I为触摸屏，串行接口采用RS485接口。为了能够实现远程操作，控制器通2过数字输入、数字输出端连接机台与操作台14。水箱拉丝机的运行速度由人机界面I设定，拉丝机构10的速度是根据人机界面I的给定速度得到的，收卷机构9的速度则是综合了拉丝机构10的速度、收线张力检测信号后得到，使收卷和拉丝速度同步。收卷脉冲模块8为旋转编码器，通过旋转编码器输出的收卷脉冲信号检测收卷工字轮15的实际转速与位置，经过换算，作为排线伺服电机4的转速与位置给定信号；驱动排线电机4运转后，使排线导轮17以相应规律跟踪收卷速度与位置运行。如上所述，排线机构5的排线速度和位置控制信号是由控制器2的高速输出口输 出端输出信号决定的，输出的具体脉冲数量和频率则是由控制器2依据收卷脉冲并根据相应计算得到的，排线机构5的位置误差消除方法是整个排线速度与位置控制的一部分。根据工艺要求，水箱拉丝机从运行开始到整轮产品生产完成的过程中是不能停止的，对排线位置也是有严格要求的，为此，必须对排线位置及其检测方法统一规范。如图2所示，E为排线伺服电机4，排线伺服电机4带动排线导杆16正反转时，排线导轮16(引线点为D)分别向右、向左运行。A点、C点位置分别为排线边界，B为设定的原点位置。对于已经制成的设备来说，B点为固定点，是精确定位的保证，工字轮15宽度一定、原点B —定时，则排线边界点A到原点B的距离以及排线边界点C到原点B的距离也恒定。为了提高排线精度，还需要确定三点一、在原点B安装接近开关13，通过接近开关13来检测从左向右运行的，即检测原点B，排线导轮17在排线导杆16上的其它位置都是与原点B的相对位置确定的，用坐标值表示时，故原点B也是排线位置精确定位的基础；二、排线机构5需要排线伺服电机4及排线伺服驱动器3构成的伺服系统驱动，把伺服系统的运行设置成脉冲给定，由于脉冲数与排线伺服电机4以及排线距离具有对应关系，排线在以排线导杆16为轴建立坐标上的位置可直接从控制器2内已发脉冲数中读取；三、控制器2的脉冲寄存器以绝对值的方法运行，使寄存器脉内的冲数与排线位置一一对应，寄存器脉冲数为正、负值分别表示了排线导轮17在原点B的右侧、左侧，即排线距离与排线位置也可以用脉冲数表示。每次运行前，排线导轮17必须复位到原点B，此时机械原点B与坐标0点相同，在运行过程中，水箱拉丝机的排线机构5唯有原点B在机械中的位置是确定的，以后排线导轮17到达原点B点时，检测到位置在坐标系中的数值不一定为O。当排线导轮17在排线导杆16上的位置发生偏移时，则机械原点B与坐标0点不一致，机械原点B与坐标0点的误差就是偏移距离误差，消除所述偏移距离误差是排线精确定位的根本保证。由于排线时排线导轮17所在位置也可以用脉冲数来表示，所以排线导轮17在原点B点左边时，其距离脉冲数为负值，在原点B点右边时，其距离脉冲数为正值。当排线导轮17在排线导杆16上从左向右运行时，接近开关13检测到排线导轮17到达原点B点时，记录此时排线导轮17的坐标值一距离(或用脉冲数表示)，如果排线导轮17在相应坐标系内的坐标值不为O，说明排线导轮17在排线导杆16上发生了偏移。排线导轮17在排线导杆16上发生了偏移时，为了校正所偏移的距离误差，以前的方法往往把排线导轮17到达原点B点时的位置重新定标为坐标系0点，再根据运行信号和边界距离向左或向右运行。然而，实际装置可能出现干扰现象，也就是说如果排线导轮17不在原点B点位置，而接近开关13由于干 扰产生信号，则系统就误认为该点是原点信号，那么就会发生原点严重偏移，还可能会引起排线出界、停机，已经生产的产品全部报废。当然，为了解决干扰问题，有人会采用滤波方法来解决，但接近开关13输出的信号为开关量，开关量的滤波效果差，而且会引起延时，产生延时误差，所以，滤波方法没有很好地解决排线偏移问题。为了解决位置偏移问题，本实用新型采用增量法的距离补偿来解决，首先在设备运行前，查找原点B，此时该原点B与坐标系的0点重合，并将整个排线导杆16上的排线范围进行定标，由于控制器2的脉冲寄存器脉冲数与排线位置能一一对应，排线导轮17在所建立坐标系上的位置能够从控制器2内已发脉冲数中读取得到。距离补偿的基本想法是一、如果排线没有发生偏移，排线导轮17与排线导杆16按原方式进行；二、如果排线导轮17相对原点B向左偏移了，则需要将排线边界A点与排线边界C点向右移动；三、如果排线导轮17相对原点B向右偏移了，则需要将排线边界A点与排线边界C点向左移动。距离补偿方法是检测原点是否偏移，然后调整左边距和右边距的距离补偿数据，其中，所补偿的距离(脉冲数)是逐次增减的，故称为增量法。具体如下A、当接近开关13检测到排线导轮17到达时，此时控制器2内记录坐标距离(脉冲数)恰好为0，则说明由接近开关13与排线导轮17对应配合确定的位置与运行前的原点B位置一致，没有偏移，排线导轮17与排线导杆16按原计算的误差距离(脉冲数)补偿运行。B、当接近开关13检测到排线导轮17到达时，此时控制器2内记录坐标距离(脉冲数)为正值，则说明由接近开关13与排线导轮17对应配合确定的位置向左偏移了 ；此时应增大右边界的距离(脉冲数)补偿，同时减少左边界的距离(脉冲数)补偿；C、当接近开关13检测到排线导轮17到达时，此时控制器2内记录坐标距离(脉冲数)为负值，则说明由接近开关13与排线导轮17对应配合确定的位置向右偏移了 ；此时应减少右边界的距离(脉冲数)补偿，同时增大左边界的距离(脉冲数)补偿。上述原则的关键在于一、确定并校正了排线导轮17运动的边界位置，只要左右排线边界A点与排线边界C点无偏移，则整个排线范围就无偏移，而且每个排线往复周期都进行一次距离补偿处理，补偿实时性高；二、由于左边增加或减少的距离与右边减少或增加的距离相等，所以该方法对整个排线距离没有改变；三、该补偿距离为增量的概念；例如，设原补偿距离为0. Imm,即使本次检测到的距离恰好为0，那么本次补偿距离与上次一样，还是为0. 1mm。当检测到坐标距离为正值，此时应增大右边界的补偿距离，增大本次补偿距离，例如原补偿距离为0. 1mm，本次补偿距离应大于0. Imm,比如0. 2mm。具体地，由于距离可以用脉冲数表示，所以以下直接用脉冲数设定。设排线边界A点到原点B距离对应的排线脉冲数为匕，原点B到排线边界C点距离对应的排线脉冲数为Pki，为了统一坐标，则在原点B左边位置对应的排线脉冲数为负值，在原点B右边对应的排线脉冲数为正值，故Pu为负值，Pr1为正值。由于机械惯性、传动间隙等原因使排线机构5在运行过程中引起位置偏移，则设排线从左到右在原点B点检测到的坐标脉冲值为APp按照补偿原则，对位置偏移予以补偿，补偿方法介绍如下。设备允许排线位移的误差最大值为土 A Lim，对应的排线脉冲值为A Pim，每次补偿脉冲增量为A P2，一般取AP2= AP1M/10，设第K次在原点检测到坐标脉冲数为A Ppk，在具体实施时，当-AP2S APpkS AP2，认为偏移很小，忽略不计，不进行新的计算。当APpk > AP2 时，贝IjAP2k= A P2m+A P2(I)当APpk <-AP2 时，则AP2k=AP2(H)-AP2(2)上式中A P2k为距离补偿量(脉冲数)，下标K表示第K次。每个排线往复周期对左边界和右边界位置重新定标Plek — PLE(k-d+ ^ 2K⑶Prik — Pri (k-d+A P2K⑷上式表明，PlEK、Peik分别表示本次(第K次)补偿后的左边界和右边界距离脉冲数，当APpk>八己时，说明排线位置与上次(第K-I次)相比已经向左偏移了，AP2为正，A P2k与上次相比增加，PmK_D为负值，左边界的脉冲数Pra绝对值减少，右边界的脉冲数Pkik增大。当APpk < -AP2时，AP2为正，APpk与上次相比减少，左边界的脉冲数Pra绝对值增大，右边界的脉冲数Pkik减少。根据式子(3)和式子⑷，总排线距离Pra+PKIK = Ple(K-D+PeKK-I)j即左边界和右边界位置重新定标不影响整个排线距离，仅影响排线位置，也就是说，排线发生偏移时，对左边界和右边界向正确位置校正，而整个排线距离无影响。通过上述补偿，正常情况下，能使APpk < 2 AP2或APpk >-2 AP2范围之内，当APpk > APim* APpk < APim时，一般只有在机械机构故障时才发生，此时应故障报警并停机。综上分析所述，可以得到本实用新型对水箱拉丝机排线机构的位置误差消除方法的具体步骤为a、所述控制器2与排线伺服驱动器3对应匹配设置，以使得排线伺服电机4处于脉冲给定运行状态；b、在排线导杆16的一侧安装用于定点检测排线导轮17位置的接近开关13，所述接近开关13位于排线导杆16两端排线边界间的任意位置，并将排线导杆16上与接近开关 13相对应的位置定义为原点B，排线导杆16上排线边界对应位置分别为定义为排线边界A点与排线边界C点，且将接近开关13连接到控制器2的输入端；C、排线运行前，将排线导轮17复位到排线导杆16上对应的原点B位置；控制器2根据排线边界A点、排线边界C点与原点B的距离预设相应的排线脉冲数；d、启动拉丝排线，控制器2输出排线脉冲，使得排线伺服驱动器3驱动排线伺服电机4转动，排线伺服电机4驱动排线导轮17在排线导杆16上从原点B向相应的排线边界运动；[0049]e、当排线导轮17从相应的排线边界向原点B运动，并运动到原点B对应位置时，接近开关13向控制器2内输入定点检测信号；控制器2根据定点检测信号确定控制器2内相应的排线脉冲数；f、当控制器2内通过定点检测信号确定的排线脉冲数与控制器2内从相应排线边界点至原点B间预设的排线脉冲数不匹配时，控制器2调整并补偿原点B至另一排线边界的排线脉冲数，以使得控制器2通过排线伺服电机4驱动排线导轮17在排线导杆16上排线运动距离保持稳定；当控制器2内通过定点检测信号确定的排线脉冲数与控制器2内从相应排线边界点至原点B间预设的排线脉冲数不匹配时，控制器2调整并补偿从原点B至另一排线边界的排线脉冲数，所述调整补偿的排线脉冲数与通过定点检测信号确定的排线脉冲数与预设排线脉冲数间的差值相匹配对应；即控制器2内通过定点检测信号确定的排线脉冲数与控制器2内从相应排线边界点至原点B间预设的排线脉冲数不匹配时，相应不匹配的距离值所对应的脉冲数为从原点B至另一排线边界的需要补偿的距离值(或对应的脉冲数)；·[0052]g、控制器2根据当前从排线边界至原点B的排线脉冲数，以及调整补偿后从原点B至另一排线边界的排线脉冲数调整更新控制器2内相应的预设排线脉冲数，并根据调整更新后相应的排线脉冲数驱动排线伺服电机4的转动，以驱动排线导轮17在排线导杆16上排线运动，直至通过排线机构5的排线过程结束。本实用新型使用伺服系统驱动排线机构5，反应快、精度高，克服了排线机构5因机械惯性引起的排线位置偏移；利用补偿距离增量法，减少了原点检测干扰的影响；每个排线往复周期都进行补偿距离处理，排线位置精度高，补偿实时性好；通过距离补偿，最终消除排线机构的位置误差。
权利要求1.一种水箱拉丝机排线机构的位置误差消除装置，包括排线机构(5)、收卷机构(9)及拉丝机构(10)，所述拉丝机构(5)由排线伺服电机(4)驱动，所述排线伺服电机(4)由排线伺服驱动器(3)驱动；所述收卷机构(9)由收卷电机(7)驱动，收卷电机(7)由收卷变频器(6)驱动控制，收卷变频器(6)及排线伺服驱动器(3)均与控制器(2)的输出端相连；所述排线机构(5)包括排线导杆(16)及位于所述排线导杆(16)上的排线导轮(17)，所述排线导轮(17)通过排线伺服电机(4)驱动作用能在排线导杆(16)上运动；其特征是 所述控制器(2)与排线伺服驱动器(3)对应匹配设置，以使得排线伺服电机(4)处于脉冲给定运行状态；控制器(2)的输入端还与接近开关(13)相连，所述接近开关(13)位于排线导杆(16)—侧，并能与排线导轮(17)相对应配合；控制器(2)能接收接近开关(13)与排线导轮(17)对应配合时输出的定点检测信号，控制器(2)根据所述定点检测信号与控制器(2)内预设的排线脉冲数之间的差值，调节补偿控制器(2)向排线伺服电机(4)输出的排线脉冲数，以使得排线导轮(17)在排线导杆(16)上的排线运动距离保持稳定。
2.根据权利要求I所述的水箱拉丝机排线机构的位置误差消除装置，其特征是所述控制器(2)连接机台与操作台。
3.根据权利要求I所述的水箱拉丝机排线机构的位置误差消除装置，其特征是所述拉丝机构(10)由拉丝电机(11)驱动，所述拉丝电机(11)由拉丝变频器(12)驱动控制，所述拉丝变频器(12)与控制器(2)的输出端相连。
4.根据权利要求I所述的水箱拉丝机排线机构的位置误差消除装置，其特征是所述排线导轮(17)与排线导杆(16)间为丝杠螺母配合。
专利摘要本实用新型涉及一种水箱拉丝机排线机构的位置误差消除装置，其包括拉丝机构由排线伺服电机驱动，排线伺服电机由排线伺服驱动器驱动；收卷机构由收卷电机驱动，收卷电机由收卷变频器驱动控制，收卷变频器及排线伺服驱动器均与控制器的输出端相连；控制器与排线伺服驱动器对应匹配设置，以使得排线伺服电机处于脉冲给定运行状态；控制器的输入端还与接近开关相连；控制器根据所述定点检测信号与控制器内预设的排线脉冲数之间的差值，调节补偿控制器向排线伺服电机输出的排线脉冲数，以使得排线导轮在排线导杆上的排线运动距离保持稳定。本实用新型操作方便，控制精度高，提高了排线位置的精度，补偿实时性好，安全可靠。
文档编号B21C1/02GK202490832SQ20122005088
公开日2012年10月17日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者庄鸣 申请人:无锡市常欣软件科技有限公司