一种用于金属平板热覆膜生产线的板料间隙消除控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于金属平板热覆膜生产线的板料间隙消除控制系统，其包括上位机人机交互触摸屏、下位机多轴运动控制器、送料段主控系统、感应加热段驱动系统、燃烧除污段驱动系统、上覆膜辊驱动系统、前夹辊驱动系统、膜板分张段驱动系统、下覆膜辊驱动系统和后夹送辊驱动系统。本发明的板料间隙消除控制系统利用伺服控制的电气技术实现了相邻两板料首尾相接，进入覆膜工序前消除了相邻两板料之间的间隙，因此不浪费膜材料，节约了膜材料，降低了生产成本，而且设计难度小，更易于实现。
【专利说明】
一种用于金属平板热覆膜生产线的板料间隙消除控制系统
技术领域
[0001]本发明属于包装印刷行业中的金属平板热覆膜技术领域，涉及一种用于金属平板热覆膜生产线的板料间隙消除控制系统。
【背景技术】
[0002]金属平板热覆膜技术是一种兴起于日本的材料加工技术，利用该技术能够在金属表面贴合一层环保、耐腐蚀的高聚合物材料，并且该贴合物不脱落、不起泡，能够满足承装食物的安全卫生要求，可以全面替代传统的金属喷涂工艺。
[0003]由于上料系统送料间隔的原因，板料进入到覆膜工艺段时各板料之间存在较大间隙，在板料表面覆完膜之后，间隙仍然存在，这样就造成了大量的膜浪费在两板料之间的间隙段，由于机组是连续运行的，所覆膜是高分子材料，价格昂贵，故长期积累，原材料浪费严重，导致覆膜成本偏高。
[0004]目前，金属平板热覆膜生产线没有采用间隙消除技术，而是在板料覆膜完成后，利用一种牵引拉扯机构将多余的膜材料从板料边缘收入收料卷，这种技术的难点在于牵引拉扯机构的机械设计必须防止刚覆完膜的板料被牵引拉扯机构一并拉走，而且存在不足点:机械结构复杂，设计难度大，膜的利用率较低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种用于金属平板热覆膜生产线的板料间隙消除控制系统，该板料间隙消除控制系统能易于将相邻两块板料之间的间隙在板料进入覆膜工艺段之前消除掉，从而实现板料之间两两首尾相接，节约覆膜材料，并省去在覆膜完成后需要切除板料边缘多余膜材料的工作，以达到降低覆膜成本的效果。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种用于金属平板热覆膜生产线的板料间隙消除控制系统，包括上位机人机交互触摸屏、下位机多轴运动控制器、送料段主控系统、感应加热段驱动系统、燃烧除污段驱动系统、上覆膜辊驱动系统、前夹辊驱动系统、膜板分张段驱动系统、下覆膜辊驱动系统和后夹送辊驱动系统，所述上位机人机交互触摸屏与所述下位机多轴运动控制器连接，所述下位机多轴运动控制器分别与所述送料端段主控系统连接和感应加热段驱动系统连接，所述感应加热段驱动系统、燃烧除污段驱动系统、上覆膜辊驱动系统、前夹辊驱动系统、膜板分张段驱动系统、下覆膜辊驱动系统和后夹送辊驱动系统依次相互连接。
[0007]进一步的，所述下位机多轴运动控制器通过ECT总线与所述感应加热段驱动系统连接，所述感应加热段驱动系统、燃烧除污段驱动系统、上覆膜辊驱动系统、前夹辊驱动系统、膜板分张段驱动系统、下覆膜辊驱动系统和后夹送辊驱动系统依次通过ECT总线串联在一起。
[0008]进一步的，所述前夹送辊驱动系统包括夹送辊驱动器、前夹送辊电机编码器、前夹送辊电机和前夹送辊，所述送料段主控系统包括传送带电机编码器、传送带电机和传送带，所述夹送辊驱动器的数量为两个，这两个夹送辊驱动器通过ECT相互连接，所述下位机多轴运动控制器通过ECT总线与其中一个所述夹送辊驱动器连接，该夹送辊驱动器分别与所述传送带电机编码器和所述传送带电机连接，所述传送带电机编码器与所述传送带电机连接，该传送带电机驱动所述传送带转动，从而实现输送板料，另一个所述夹送辊驱动器分别与所述前夹送辊电机编码器和前夹送辊电机连接，所述前夹送辊电机驱动所述前夹送辊转动，所述下位机多轴运动控制器还连接于激光测距传感器，该激光测距传感器用于测定所述传送带上相邻两块板料之间的距离。
[0009]进一步的，前夹送辊电机为伺服电机，传送带电机为变频调速电机。
[0010]本发明有益效果:本发明的板料间隙消除控制系统，利用激光测距传感器以及传送带编码器实现相邻两张板料之间的间隙距离的测定，利用下位机多轴运动控制器完成间隙分段计算、两段式间隙消除以及虚拟轴速度叠加的功能，进而控制前夹送辊完成夹送动作，从而实现相邻两板料首尾相接，进入覆膜工序前消除了相邻两板料之间的间隙，因此不浪费膜材料，节约了膜材料，节省了切除板料边缘多余膜材料的工作，降低了生产成本，而且不需设计复杂的机械结构，设计难度小，更易于实现。
【附图说明】
[0011]图1是本发明实施例的板料间隙消除控制系统原理图。
[0012]图2是板料间隙消除的原理图。
[0013]图3是板料间隙消除的时间位置节拍图。
[0014]附图标记说明:
[0015]上位机人机交互触摸屏11、下位机多轴运动控制器12、感应加热段驱动系统13、燃烧除污段驱动系统14、上覆膜辊驱动系统15、前夹辊驱动系统16、膜板分张段驱动系统17、下覆膜辊驱动系统18、后夹送辊驱动系统19、送料段主控系统20;
[0016]夹送辊驱动器21、前夹送辊电机编码器22、前夹送辊电机23、前夹送辊24、传送带电机编码器25、传送带电机26、激光测距传感器27。
【具体实施方式】
[0017]下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0018]金属平板热覆膜生产线一般分为七个工作段，依生产的先后顺序分为:
[0019]送料段:由送料机将堆垛上的板料一张张吸起并放置于传送带上；
[0020]燃烧除污段:用天然气火焰枪生成的火焰烤灼板料的表面，达到去除污物及提高板料初始温度的目的；
[0021]感应加热段:利用高频感应加热装置将板料的温度提升到220摄氏度左右以达到覆膜的工艺温度；
[0022]覆膜工艺段:放膜机将卷膜放出后利用滚筒的上下压力将PET等材料的膜热压合到板材上下表面；
[0023]膜板分张段:利用后夹送辊与传送带的速度差造成膜和板料之间的速度差，从而实现膜板分离；
[0024]冷却机构段:由大风机组成的风扇组，强制吹风冷却覆膜后的板料，使其降温并让膜和板融合到一起；
[0025]双收料段:实现一张张板料的堆垛。
[0026]如图1所示，本实施例的用于金属平板热覆膜生产线的板料间隙消除控制系统的原理图。该板料间隙消除控制系统包括上位机人机交互触摸屏U、下位机多轴运动控制器12、送料段主控系统20、感应加热段驱动系统13、燃烧除污段驱动系统14、上覆膜辊驱动系统15、前夹辊驱动系统16、膜板分张段驱动系统17、下覆膜辊驱动系统18和后夹送辊驱动系统19。上位机人机交互触摸屏11与下位机多轴运动控制器12连接。下位机多轴运动控制器12通过ECT总线与感应加热段驱动系统13连接，感应加热段驱动系统13、燃烧除污段驱动系统14、上覆膜辊驱动系统15、前夹辊驱动系统16、膜板分张段驱动系统17、下覆膜辊驱动系统18和后夹送辊驱动系统19依次通过ECT总线串联在一起。
[0027]板料间隙消除控制系统的特点在于:
[0028]1、采用了高速的下位机多轴运动控制器12进行控制，下位机多轴运动控制器12实时性强，可以完成运动规划以及运动逻辑模块之间的顺序切换、实现多轴插补运动等，同时下位机多轴运动控制器12与各驱动系统采用ECT总线(EtherCAT(以太网控制自动化技术)控制总线，)进行通讯，用单线级连接的拓扑结构取代传统的星形接法或总分式接法，再加上分布式时钟的运用，使得通讯时间减少，保证了动作执行的快速同步性；
[0029]2、上位机人机交互界面11采用可进行以太网通讯的台湾威纶通触摸屏，实时与下位机多轴运动控制器12进行数据交换，可以实现状态显示、参数给定以及日志记录的功能；
[0030]3、所有驱动设备中仅前、后夹送辊电机采用位置控制模式，其余驱动设备均采用速度控制模式。感应加热、燃烧除污、上下覆膜辊、膜板分张段的驱动电机均为普通变频电机，仅需完成平稳的传送板料的功能，故采用控制方式相对容易的速度控制模式。而前夹送辊电机驱动前夹送辊完成较为精确的间隙消除功能，即周期性的快速加减速过程，而后夹送辊电机驱动后夹送辊完成膜板分张功能，由于运动方式与控制精确度的不同，故前、后前夹送辊电机采用位置控制的方式。
[0031]参照图2，板料间隙消除的原理图。前夹送辊驱动系统包括夹送辊驱动器21、前夹送辊电机编码器22、前夹送辊电机23和前夹送辊24，其中前夹送辊电机23设计为伺服电机。送料段主控系统20包括传送带电机编码器25、传送带电机26和传送带，其中传送带电机26设计为变频调速电机。夹送辊驱动器21的数量为两个，这两个夹送辊驱动器21通过ECT相互连接，下位机多轴运动控制器12通过ECT总线与其中一个夹送辊驱动器21连接，该夹送辊驱动器21分别与传送带电机编码器25和传送带电机26连接，传送带电机编码器25与传送带电机26连接，该传送带电机26驱动所述传送带转动，从而实现输送板料，工作时传送带电机编码器25向夹送辊驱动器21反馈传送带电机26的速度信号。另一个夹送辊驱动器21分别与前夹送辊电机编码器22和前夹送辊电机23连接，前夹送辊电机23驱动前夹送辊24转动，实现夹送板料，工作时前夹送辊电机编码器22向夹送辊驱动器21反馈前夹送辊电机23的位置信号。下位机多轴运动控制器12还连接于激光测距传感器27，该激光测距传感器27用于测定相邻两块板料之间的间隙距离，将间隙测定信号反馈给下位机多轴运动控制器12。
[0032]板料间隙消除的原理图给出了检测机构、核心控制器以及最终执行机构三者之间的关系，其中，前夹送辊电机编码器22、传送带电机编码器25和激光测距传感器27均是检测机构，激光测距传感器27可以在板料的头尾部抵达激光下方时给出提示信号，该提示信号达到下位机多轴运动控制器12时，下位机多轴运动控制器12同时采集该时刻发生时传送带编码器25的位置，如此，由激光传感器27提示下位机多轴运动控制器12采集相邻两块板料的前一张板料末尾时刻以及后一张板料板头时刻传送带编码器25的位置，分别为SI及S2，即可以由S2-S1测算出相邻两块板料之间的间隙SS。
[0033]下位机多轴运动控制器12在计算出板料之间的间隙SS后，会将该间隙分为两个部分传递给前夹送辊以完成间隙消除的动作。具体说来，间隙阳被消除的过程如下:
[0034]将SS拆分成两个部分SS= SS1+SS2，其中SSl的消除会使得前夹送辊24获得一个加速过程，让其速度增大为传送带速度的若干倍，该过程可以视作前夹送辊24夹住板料去追赶前一张板料，从而消除部分间隙阳1;
[0035]在SSl被消除后，下位机多轴运动控制器12会给出SS2的消除命令，即使得前夹送辊24获得一个减速过程，让其速度最终减小到和覆膜辊速度一致，实现和覆膜辊速度同步。这里需要提出的是，板料在传送带上的传送速度是大于进入覆膜辊后的传送速度的，这是因为在单位时间内送料机送出的定量板料会全部被收料机收走，传送带上的板料之间存在间隙而进入覆膜辊后板料之间首尾相连，故阳2在被消除的同时，也完成了板材料和覆膜辊速度同步的过程，以防止由于板料进入覆膜辊后与覆膜辊速度不一致导致的“打板”现象。
[0036]下位机多轴运动控制器12在完成SSl和SS2消除时，最终的执行机构是前夹送辊24，这里再给出一个概念，即前夹送辊24的速度是由两部分组成的:基础速度+叠加速度。在板料没有进入前夹送辊24时，前夹送辊24只具有一个基础速度，该速度与前传送带的速度保持一致，在板料进入前夹送辊24后，前夹送辊24随即开始间隙消除动作，取得一个叠加速度，该叠加速度即前两点中提到的加减速过程中产生的额外速度。
[0037]但这两个额外速度并不是直接对前夹送辊24操作的，而是由下位机多轴运动控制器12内部生成了一个虚拟轴，由虚拟轴去承担叠加速度，再将虚拟轴的运动叠加至前夹送辊24，从而实现加减速，这样做的好处在于:降低运动代码的复杂度，由于每次检测出来的间隙不同，造成叠加速度不尽相同，避免了反复给前夹送辊24赋予不同的运动速度，只需用虚拟轴来承担叠加速度，而前夹送辊24的基础速度可以保持不变。
[0038]参照图3，TO时刻到T6时刻三张板料(I号板料、2号板料和3号板料)间隙消除节拍周期示意图。其中，板料的横向尺寸是11OOmm，每张板料在传送带上的间隔为理想的200mm，经过前夹送辊24的间隙消除动作后，板料之间的间隙缩短为1_，由此在送料机单位时间内送料一致的情况下传送带的传送速度可设为1100+200 = 1300mm/s，经夹送后进入覆膜棍的送料传送速度为1100+1 = 1101mm/s。当检测到每块板料的板头后200mm开始前夹送棍24进行夹送，即加减速过程。
[0039]由Tl时刻的斜线部分可见，I号板料有500mm长的行程在加减速过程中被前夹送辊24“吃掉”，即在这500_的行程中，I号板料除了有原始的基础速度1300mm/s以外，还有叠加速度以完成追赶的过程，造成I号板料和2号板料之间的间隙反而变大。从T2到T3时刻可见，由于I号板料已经完成夹送，速度从1300mm/ s降低为1101mm/s，而2号板料速度与传送带的速度一致保持为1300mm/s，故1、2号板料之间的间隙又逐步减小，从T2到T3时刻，1、2号板料之间的间隙从440mm降低为280.8mm。从T3到T4时刻的过程中，由于2号板料以行进平均速度大于llOlmm/s的加减速过程追赶I号板料，在Τ4时刻2号板料结束夹送过程，追赶I号板料直至两块板料之间的间隙缩短为1mm。?到T4时刻即给出了每张板料进行间隙消除的完整过程，后面的每张板料重复上述间隙消除过程。
[0040]在实际工作过程中，由于每张板材之间的间隙并不是标准的200mm，传送带的速度也并不是所给出的1300mm/s，但是间隙的测量会由激光测距传感器送给下位机多轴运动控制器从而调整TO到T4每个时间段的长短以最终达到每块板料在经过覆膜辊后实现首尾相连的目的。
[0041]综上，本发明的板料间隙消除控制系统，其利用激光测距传感器以及传送带编码器实现相邻两张板料之间的间隙距离的测定，同时激光测距传感器也完成提示板头达到的任务;利用下位机多轴运动控制器完成间隙分段计算、两段式间隙消除以及虚拟轴速度叠加功能;传送带的驱动采用速度控制模式下的变频调速电机，前夹送辊的驱动采用位置控制模式下的伺服电机，有效的降低了控制难度、增加了控制精度并合理的节省了硬件开支(传送带驱动不必采用伺服电机驱动)。因此，本发明的板料间隙消除控制系统利用伺服控制的电气技术实现了相邻两板料首尾相接，实现了相邻两板料之间的间隙消除，不浪费膜材料，做到膜的利用率大于95%，从经济性角度讲，节约了膜材料，节省了切除板料边缘多余膜材料的工作，降低了生产成本，而且与现有技术相比，设计难度小，更易于实现。
[0042]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于金属平板热覆膜生产线的板料间隙消除控制系统，其特征在于，包括上位机人机交互触摸屏(11)、下位机多轴运动控制器(12)、送料段主控系统(20)、感应加热段驱动系统(I3)、燃烧除污段驱动系统(I4)、上覆膜辊驱动系统(I5)、前夹辊驱动系统(I6)、膜板分张段驱动系统(17)、下覆膜辊驱动系统(18)和后夹送辊驱动系统(19)，所述上位机人机交互触摸屏(11)与所述下位机多轴运动控制器(12)连接，所述下位机多轴运动控制器(12)分别与所述送料段主控系统连接和感应加热段驱动系统(13)连接，所述感应加热段驱动系统(I3)、燃烧除污段驱动系统(I4)、上覆膜辊驱动系统(I5)、前夹辊驱动系统(I6)、膜板分张段驱动系统(17)、下覆膜辊驱动系统(18)和后夹送辊驱动系统(19)依次相互连接。2.根据权利要求1所述的一种用于金属平板热覆膜生产线的板料间隙消除控制系统，其特征在于，所述下位机多轴运动控制器(12)通过ECT总线与所述感应加热段驱动系统(13)连接，所述感应加热段驱动系统(13)、燃烧除污段驱动系统(14)、上覆膜辊驱动系统(15)、前夹辊驱动系统(16)、膜板分张段驱动系统(17)、下覆膜辊驱动系统(18)和后夹送辊驱动系统(19)依次通过ECT总线串联在一起。3.根据权利要求1所述的一种用于金属平板热覆膜生产线的板料间隙消除控制系统，其特征在于，所述前夹送辊驱动系统包括夹送辊驱动器(21)、前夹送辊电机编码器(22)、前夹送辊电机(23)和前夹送辊(24)，所述送料段主控系统(20)包括传送带电机编码器(25)、传送带电机(26)和传送带，所述夹送辊驱动器(21)的数量为两个，这两个夹送辊驱动器(21)通过ECT相互连接，所述下位机多轴运动控制器(12)通过ECT总线与其中一个所述夹送辊驱动器(21)连接，该夹送辊驱动器(21)分别与所述传送带电机编码器(25)和所述传送带电机(26)连接，所述传送带电机编码器(25)与所述传送带电机(26)连接，该传送带电机(26)驱动所述传送带转动，从而实现输送板料，另一个所述夹送辊驱动器(21)分别与所述前夹送辊电机编码器(22)和前夹送辊电机(23)连接，所述前夹送辊电机(23)驱动所述前夹送辊(24)转动，所述下位机多轴运动控制器(12)还连接于激光测距传感器(27)，该激光测距传感器(27)用于测定所述传送带上相邻两块板料之间的距离。4.根据权利要求3所述的一种用于金属平板热覆膜生产线的板料间隙消除控制系统，其特征在于，前夹送辊电机(23)为伺服电机，传送带电机(26)为变频调速电机。
【文档编号】G05B19/414GK105892407SQ201610411561
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】钟定中, 曾超, 李朋
【申请人】佛山市中菱智控科技有限公司