专利名称：一种纠偏控制器的信号采集装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种信号检测，特别涉及一种纠偏控制器的信号采集装置。
背景技术：
纠偏控制器主要解决带材对象跑偏问题，跑偏是指诸如纸张、塑料等可挠性带材对象在运行中因受到不可控制力的作用而不能保持直线运行，使其中心线偏离基准中心线。在实际生产环节中，由于基准中心分为边和线两种情况，所以在纠偏系统中一般分为检边模式和检线模式，检边模型如图1所示，检线模型如图2所示。如果跑偏不加以纠正，就会影响产品质量、增加能源和原材料消耗。随着生产的发展，自动纠偏技术所带来的巨大的经济效益已引起国内有关部门和单位的重视。纠偏控制器应用十分广泛，目前国内外纠偏控制器应用的领域包括钢铁行业、轻金属行业、铜工业、 印刷和装订行业、塑料和电影行业、橡胶化学行业、造纸业、纤维和纺织业。尤其是在包装印染行业中，纠偏控制已必不可少。合适的边导控制系统以及运动中的材料侧向位置控制，是今天众多生产制造的基本要求。虽然边导控制系统只代表了生产线成本的很小部分，但它们对生产线的总成本和最终产品的质量有着重大的影响。采用边导控制系统达到的直接效果是显著的降低废品、提高产品质量、提高整个机组的生产率和生产速度，而这些效果进一步提高了利润。目前，将颜色传感器用于纠偏控制器中的理论研究只有尹洁.凸型印刷系统中控制器的研制[D].上海上海大学，2007.硕士学位论文，作者选用的一种新型颜色传感器——TCS230不仅具有线阵CCD分辨率高、采集快速度快等优点，而且可以分辨出多种色彩，适用于不同颜色的卷材纠偏环境，有效的解决使用传统光电传感器的纠偏控制器不能对卷材按颜色的方式进行纠偏，。在论文设计纠偏控制器中关于传感器信号采集装置中，采用了一种三传感器互补式设计，制作的PCB如图3所示，U1、U2和U3三个传感器成倒“品”字型排列，传感器U3的加入主要是为了消除在实际电路板焊接时Ul、U2引脚距离的限制而在其中间产生的检测盲区。根据论文设计所描述可得到如图2所示的检线模式下的工况模型。在实际工业制作时，Ul与U2两个传感器的相邻焊盘的中心距至少为1. 4mm，那么两传感器之间的检测盲区L至少为1. 4mm。一般实际工业现场中纠偏控制器在检线模式下，如图2所示，其基准引导线的宽度在0. 5-2mm之间，而在基准引导线宽度d在d<l. 4mm的情况下，当基准引导线在 U1、U2检测盲区内小范围的位置变化不能引起U3检测信号的可靠变化如图2中a，b两种情况下，基准引导线位置发生横向大小为e的位移变化，但是由于对U3的覆盖面积没有发生变化，U3检测信号强度不变。因此，此时纠偏控制器就在原来基础上至少增加0. Imm的不可纠正的误差e，e=L-d，在基准引导线L为0. 5mm的极限情况下，不可纠正误差e=L_d将达到0. 9mm。而纠偏控制器是一个高精度装置，一般的纠偏控制装置在检线模式下其纠偏精度至少要达到士0. 3mm，因此，这样的一个盲区是不被允许的。
发明内容
本发明是针对纠偏控制器的传感器采集装置中存在的检测盲区的问题，提出了一种纠偏控制器的信号采集装置，只要基准引导线大于0. 5mm，则基准引导线在传感器的检测范围内任意变动都能引起传感器检测信号的有效变化，实现了基准引导线在一定的宽度范围内无盲区实时检测。本发明的技术方案为一种纠偏控制器的信号采集装置，高亮度LED灯发出的光通过第一凸透镜直接聚焦至被测物体，被测物体上反射光，经过第二凸透镜直线传播到第三凸透镜，第三凸透镜的光聚焦到TCS230颜色传感器，TCS230颜色传感器接收到光信号送单片机，单片机处理数据输出，所述TCS230颜色传感器选用两个TCS230颜色传感器在PCB 板上上下放置，两个TCS230颜色传感器横向部分位置重叠，横向重叠的距离必须小于基准引导线的宽度。所述基准引导线的宽度在0. 5mm以上，所述重叠的距离可选0_0. 5mm范围内。本发明的有益效果在于本发明纠偏控制器的信号采集装置，有效消除纠偏控制器的检测盲区，纠偏控制器无论是检边模式还是检线模式的控制精度都能够达到甚至高于目前工业现场要求。
图1为被控对象检边模型图； 图2为被控对象检线模型图3为现有技术中TCS230倒“品”字型结构PCB图； 图4为本发明纠偏控制器的信号采集装置两传感器互补交错布局图； 图5为本发明纠偏控制器的信号采集装置电路图； 图6为本发明纠偏控制器的信号采集装置传感器采集装置光路图。
具体实施例方式根据背景技术里面所阐述，当纠偏控制器在检线模式下所存在的不足提出使用两传感器的互补交错布局方式，两传感器的PCB布局如图4所示，两传感器的检测区域在横向上产生小范围的重叠，横向重叠距离e在0-0. 5mm范围内。此时，只要基准引导线大于 0. 5mm，则基准引导线在传感器的检测范围内任意变动都能引起传感器检测信号的有效变化，因此可以有效消除纠偏控制器的检测盲区。如图4所示，其中4 (a)为检测对象的基准弓丨导线左偏，4(b)为检测对象的基准引导线右偏，可以看出，无论检测对象的基准引导线微小左偏还是右偏，都可以引起两个传感器检测面积的显著变化。本采集装置采用独立MCU进行信号采集与处理，通过串口可与控制器进行数据传送，不增加主控制器的硬件资源开销及系统运行负担。本采集装置的MCU采用的C8051F330单片机，采集系统的电路图如图5所示。图6为传感器信号采集装置的光路图，高亮度LED灯发出的光通过凸透镜1直接聚焦至被测物体，当光照射至被测物体后，从物体上产生反射光，经过凸透镜2直线传播到凸透镜3，凸透镜3传出的光直接聚焦到TCS230颜色传感器上。TCS230颜色传感器接收到光信号后输出的频率就会随之发生变化，单片机对TCS230输出频率进行采集，并进行适当
4的判断及数据处理就可以由单片机输出。采集装置为了尽量避免外界光源对采集装置的影响，整个采集装置密闭安装。本设计优点在于不仅降低地了硬件资源开销，还实现了基准引导线在一定的宽度范围内无盲区实时检测。将自行设计的采集装置与主控制器和执行机构相连，进行实验测试，实验测试结果表明，在误差率为16mm/s、卷材运行速度为4m/s且执行机构速度为24mm/s的条件下，当基准引导线在0. 5-2mm范围，纠偏控制器无论是检边模式还是检线模式的控制精度都能够达到甚至高于目前工业现场要求。
权利要求
1.一种纠偏控制器的信号采集装置，高亮度LED灯发出的光通过第一凸透镜直接聚焦至被测物体，被测物体上反射光，经过第二凸透镜直线传播到第三凸透镜，第三凸透镜的光聚焦到TCS230颜色传感器，TCS230颜色传感器接收到光信号送单片机，单片机处理数据输出，其特征在于，所述TCS230颜色传感器选用两个TCS230颜色传感器在PCB板上上下放置，两个TCS230颜色传感器横向部分位置重叠，横向重叠的距离小于基准引导线的宽度。
2.根据权利要求1所述纠偏控制器的信号采集装置，其特征在于，所述基准引导线的宽度在0. 5mm以上，所述重叠的距离可选0-0. 5mm范围内。
全文摘要
本发明涉及一种纠偏控制器的信号采集装置，高亮度LED灯发出的光通过第一凸透镜直接聚焦至被测物体，被测物体上反射光，经过第二凸透镜直线传播到第三凸透镜，第三凸透镜的光聚焦到TCS230颜色传感器，TCS230颜色传感器接收到光信号送单片机，单片机处理数据输出，所述TCS230颜色传感器选用两个TCS230颜色传感器在PCB板上上下放置，两个TCS230颜色传感器横向部分位置重叠，横向重叠的距离必须小于基准引导线的宽度。有效消除纠偏控制器的检测盲区，纠偏控制器无论是检边模式还是检线模式的控制精度都能够达到甚至高于目前工业现场要求。
文档编号B65H23/188GK102514966SQ20111038384
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者张一丹, 徐耀良, 杨宁, 王博, 赵万剑 申请人:上海电力学院