CN104407566A - 旋转式飞剪冲切装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋转式飞剪冲切装置的控制方法，利用控制系统控制旋转式飞剪冲切装置的刀具运动，控制系统包括测长编码器、伺服电机、伺服电机驱动器件以及控制组件，依据“速度-位置同步”控制算法，将刀具的一个运动周期划分为位置跟踪区AB弧段、同步跟踪区BD弧段以及退刀区DA弧段，在位置跟踪区AB弧段内，实现刀具和物料的冲切位置在B点相对应，在同步跟踪区BD弧段内，控制组件控制伺服电机做变速运动，控制刀具的水平分速度严格等于送切物料的速度，完成刀具对送切物料的位置以及速度的精确跟踪，实现对有着不同进料速度和不同厚度的物料的精确定长冲切，同时提高了冲切精度。

Description

旋转式飞剪冲切装置的控制方法

技术领域

本发明属于旋转式飞剪冲切控制领域，具体涉及一种旋转式飞剪冲切装置的控制方法。

背景技术

目前的冲切机构分为三类：间歇送料、静态冲切；连续送料、往复式动态冲切以及连续送料、旋转式动态冲切。间歇式冲切机构，要求物料在冲切加工处位置处于静止状态，大大减少了工作效率；往复式动态冲切，虽然可以实现同步动态冲切，但是需要两台电机才可以完成冲切动作，一台伺服电机驱动刀架跟踪进料，保证刀具与进料速度一致即两者相对静止，另一台电机实现对送料的冲切动作。

旋转式动态冲切，生产效率高、结构简单，但是系统控制难度高。在动态冲切中，需要刀具对送料进行跟踪，到达相应的切段点进行冲切。进入同步跟踪区后，要求刀具所作的圆周运动的水平分量严格等于进料速度，如果刀具水平分速度小于进料速度，刀具会阻碍进料向前输送，易产生“卡刀”现象，甚至会损伤刀具；如果刀具的水平分速度大于物料的输送速度，运动过程中，刀具会对送料产生一个拉力，造成物料撕裂或是切口不光滑、平整的情况发生。

现有技术中的控制系统，还无法满足刀具对送料的速度和位置的双同步准确跟踪的要求，不利于实际生产过程中旋转式动态冲切的推广应用。

发明内容

本发明是为解决上述问题而进行的，通过提供一种旋转式飞剪冲切装置的控制方法，进一步提高现有技术中刀具对送料的速度和位置的双同步跟踪的精确度。

本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种旋转式飞剪冲切装置的控制方法，利用控制系统控制旋转式飞剪冲切装置的刀具运动，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，设置相应控制参数，控制组件控制旋转式飞剪冲切装置的传送机构以预定速度将物料传输给冲切机构；

步骤2，控制组件依据“速度-位置”同步控制算法，结合测长编码器的脉冲信号，向伺服电机驱动器件发出控制指令；

步骤3，伺服电机驱动器件驱动伺服电机运转，伺服电机带动刀具做圆周运动，实现刀具对送切物料的速度和位置的双向同步跟踪，完成对物料的定长冲切，

其中，“速度-位置”同步控制算法为：

刀具的一个运动周期包括位置跟踪区AB弧段以及同步跟踪区BD弧段，同步跟踪区BD弧段内含有切断点C将BD弧段划分为互相对称的BC弧段和CD弧段，在位置跟踪区AB弧段内，实现刀具和物料的冲切位置在B点相对应，在同步跟踪区BD弧段内，控制组件控制伺服电机做变速运动，控制刀具的水平分速度等于送切物料的速度，

在位置跟踪区AB弧段内，控制组件发给伺服电机的脉冲数N_AB和测长编码器发出的脉冲数N_编码AB的关系为：N_AB＝K₁×N_编码AB，控制组件根据K₁的值，控制刀具和物料所咬合的位置为预设的冲切处，

在同步跟踪区BD弧段内，刀具从同步跟踪区的起始点B点，运动到同步跟踪区的切断点C点过程中，刀具和物料的脉冲当量统一，根据迭代算法，在BC弧段内，第n个脉冲对应的刀具所走的距离ln的公式为：

BC段和CD段相对称，在CD段内，第n个脉冲对应的刀具所走的距离ln＇的公式为：

其中，L₁为测长编码器一个脉冲所走的距离；α为B点和C点之间的圆心角；N为刀具转一圈需要控制组件给伺服电机的脉冲总数；K_2n和K_3n分别为同步跟踪区BD弧段中的BC弧段和CD弧段内，控制组件给伺服电机的脉冲数和测长编码器发出的脉冲数的比例系数；e为刀具运动轨迹半径，

根据两个公式获取比例系数K₂和K₃的实时变化情况，控制组件依据K₂和K₃的值，控制伺服电机在同步跟踪区内做变速运动，实现刀具对物料的速度跟踪。

本发明提供的旋转式飞剪冲切装置的控制方法，还可以具有这样的特征：刀具的一个运动周期还包括退刀区DA弧段，在退刀区DA弧段内，控制组件根据冲切长度控制刀具直接进入位置跟踪区AB弧段还是在退刀区DA弧段内停留预定时间，依据公式：N_编码＝N_编码AB+N_编码BC+N_编码CD+N_编码DA+N_等待，得出刀具在A点等待时间对应的脉冲数N等待，进而得出刀具的停留预定时间。

本发明提供的旋转式飞剪冲切装置的控制方法，还可以具有这样的特征：控制组件中具有高速计数器，对测长编码器的脉冲信号进行计数，确定送切物料的冲切位置。

本发明提供的旋转式飞剪冲切装置的控制方法，还可以具有这样的特征：测长编码器的直径d和测长编码器发出的一个脉冲所对应的物料的移动距离L₁的关系为：L₁＝πd/分辨率。

本发明提供的旋转式飞剪冲切装置的控制方法，还可以具有这样的特征：依据物料厚度和刀具溢出物料的溢量△之和h以及刀具运动轨迹半径e，可以得出C、B两点之间的圆心角a：

本发明提供的旋转式飞剪冲切装置的控制方法，还可以具有这样的特征：刀具从同步跟踪区BD弧段的起始点B运动到最低点C，测长编码器所发出的脉冲数N_编码BC为：N_编码BC＝L_BC/L₁＝e×sina/L₁。

发明作用与效果

根据本发明提供的旋转式飞剪冲切装置的控制方法，利用控制系统控制旋转式飞剪冲切装置的刀具运动，控制系统包括测长编码器、伺服电机、伺服电机驱动器件以及控制组件，依据“速度-位置同步”控制算法，将刀具的一个运动周期划分为位置跟踪区AB弧段、同步跟踪区BD弧段以及退刀区DA弧段，在位置跟踪区AB弧段内，实现刀具和物料的冲切位置在B点相对应，在同步跟踪区BD弧段内，控制组件控制伺服电机做变速运动，控制刀具的水平分速度严格等于送切物料的速度，完成刀具对送切物料的位置以及速度的精确跟踪，实现对有着不同进料速度和不同厚度的物料的精确定长冲切，同时提高了冲切精度。

附图说明

图1是本发明的旋转式飞剪冲切装置的控制系统的结构示意图；

图2是本发明的旋转式飞剪冲切装置的刀具运动轨迹示意图。

具体实施方式

本实施例以送切物料为纸护角、测长编码器为旋转光电编码器为例对本发明的旋转飞剪冲切装置的控制方法进行系统说明，但本实施例的范围并不限定本发明的范围。

以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。

图1为本实施例中的旋转式飞剪冲切装置的控制系统的结构示意图。

如图1所示，旋转式飞剪冲切装置的控制系统100包括控制组件1、测长编码器2、伺服电机驱动器件3、伺服电机4，控制组件带有用于输入控制参数的人机交互界面11以及高速计数器12。

控制组件1装配在冲切装置附近的操作台上，方便操作人员操作和观察系统运行；测长编码器2安装在传送机构30的1至2米范围内；伺服电机4安装在冲切装置的机床上，拖动偏心轮10转动，偏心轮10带动刀具20作逆时针圆周运动；伺服电机驱动器件3以及其他低压电器和直流稳压电源装配在控制柜内。

图2为本实施例中的旋转式飞剪冲切装置的刀具运动轨迹示意图。

刀具在飞剪过程中所作的圆周运动可以分为3个状态，待切状态、同步状态、退刀状态。如图2所示，刀具在运行过程中，存在以下几个位置点：A点为冲切机构的起始参考点，此时刀具位于圆周轨迹最高点后方，处于待切状态；B点为刀具与物料咬合的起始点，从B点开始进入同步状态，此时要求刀具的水平分速度严格等于送切物料的速度；C点为刀具运动到的最低点，此时，刀具与底部导轨咬合，开始切断物料；D点为刀具与物料咬合的终止点，即同步状态的终止点，在C点，刀具切断物料后，伺服电机4继续拖动刀具作逆时针圆周转动，使刀具与底部水平导轨分离，此时刀具与物料仍处于同步跟踪状态，直至D点。自D点后，刀具开始进入退刀状态，再次回到起始参考点A，完成退刀，整个定长冲切动作完成一次，等待下一次冲切。

处于待切状态的AB弧段为位置跟踪区，当刀具运动到B点时，要求该位置恰好为预设的物料切断点，随后物料和刀具进入同步跟踪区；BD弧段为同步跟踪区，B点为刀具开始进入同步跟踪区BD弧段时的位置，即咬合点，C点为刀具处于切断点的位置，D点处刀具与物料再次咬合，此刻刀具开始进入退刀状态，在同步跟踪区BD弧段内，要求刀具的水平分速度要求严格等于送料速度，而竖直分速度在BC弧段和CD弧段的要求不同：BC弧段要求刀具的竖直分速度逐渐减小，到C点时为零，CD弧段要求刀具的竖直分速度逐渐增加，直至D点；DA弧段为退刀区，对于较长的定长冲切，需要刀具在起始点A处等待，对于较短的定长冲切，则直接进入AB弧段，开始下一次冲切。

一种旋转式飞剪冲切装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤1，通过人机交互界面11设置物料的送切速度以及冲切长度等控制参数，控制组件1控制旋转式飞剪冲切装置的传送机构30以设定速度将物料传输给冲切机构；

步骤2，测长编码器2将脉冲信号传递给控制组件1，控制组件1中的高速计数器12对脉冲信号进行计数，确定物料冲切位置，控制组件依据“速度-位置同步”控制算法，计算物料走过的长度，再根据送料速度，实时求得需要发给伺服电机驱动器件3的速度脉冲信号；

步骤3，控制组件1向伺服电机驱动器件3发出控制指令，伺服电机驱动器件驱动伺服电机运转，伺服电机带动刀具从A点开始做逆时针圆周运动，控制组件1控制刀具在B点和物料的冲切位置相对应；

步骤4，在同步跟踪区BD弧段内，控制组件1控制伺服电机做变速运动，控制刀具在BC弧段作竖直分速度减小，水平分速度保持恒定(等于送料速度)的减速运动；在CD弧段内作竖直分速度增大，水平分速度保持恒定(等于送料速度)的加速运动，实现刀具对送切物料的速度跟踪，同时完成物料分切；

步骤5，刀具运动至退刀区后，对于较长的定长冲切，需要刀具在起始点A处等待，对于较短的定长冲切，则直接进入AB弧段，开始下一次冲切。

以下对实现刀具对物料位置同步和速度同步的算法，进行说明。

依据实际应用条件以及控制精度的要求，选择相应分辨率的测长编码器2，本实施例中，飞剪冲切装置所采用的测长编码器2分辨率为2500线，测长编码器2的直径为d，则测长编码器一个脉冲所对应的物料的移动距离为L₁为：

L₁＝πd/2500

则，当物料移动距离为冲切长度L时，测长编码器2发出的脉冲数为：N_编码＝L/L₁，控制组件1中的高速计数器12对测长编码器2发出的脉冲数N_编码进行计数，确定送切物料的冲切位置。

刀具运行一个周期需要控制组件1给伺服电机4的脉冲总数为N，

N＝N_AB+N_BC+N_CD+N_DA

＝K₁·N_编码AB+K₂·N_编码BC+K₃·N_编码CD+K₄·N_编码DA

N_编码＝N_编码AB+N_编码BC+N_编码CD+N_编码DA+N_等待

其中N_AB、N_BC、N_CD、N_DA为刀具在对应弧段内运动时，需要控制组件1发给伺服电机3的脉冲数；N_编码AB、N_编码BC、N_编码CD、N_编码DA为刀具在相应弧段内运动时，测长编码器2发出的脉冲数；N_等待为刀具在A点等待时间对应的脉冲数；K₁、K₂、K₃、K₄为刀具在对应弧段内运动，控制组件1需要发给伺服电机4的脉冲数与测长编码器2发出的脉冲数之间的比例系数。

实现刀具和物料的位置同步

A点为刀具运动起始点，此时相关输出脉冲计数清零并重新计数，通过对输出脉冲计数可以得到刀具从A点运动到B点需要控制组件1发给伺服电机4的脉冲数N_AB，刀具在AB弧段运动时，测长编码器2发出的脉冲数为N_编码AB，为了保证刀具在B点和物料的冲切位置准确对应，N_AB与测长编码器发出的脉冲数N_编码AB应满足：

N_AB＝K₁·N_编码AB

其中K₁为固定值，可在正式分切前通过有限次冲切实验确定K₁的具体数值，也可通过控制组件1中的程序确定，而后得出N_编码AB的值。

实现刀具和物料的速度同步

在刀具进入同步跟踪区BD弧段之后，刀具作变速运动，即K₂、K₃时刻变化，通过建立在该区域内变化关系，控制伺服电机4做变速运动，使得刀具的水平分速度严格等于送切物料的速度，达到刀具在该区域内与物料的速度同步，实现刀具的动态冲切。

如图2所示，同步跟踪区BD弧段内的BC弧段与CD弧段关于圆周轨迹的直径对称，相应的比例系数变化情况相互对称，刀具在BC弧段作竖直分速度减小，水平分速度保持恒定(等于送料速度)的减速运动；在CD弧段内作竖直分速度增大，水平分速度保持恒定(等于送料速度)的加速运动。下以BC弧段中K₂的变化情况为例进行阐述:

如图2所示，h为纸护角的厚度与冲切时刀具露出护角的溢量△之和，根据h和刀具运动轨迹的半径(偏心距)e，可以得出C、B两点之间的圆心角a即同步角：

$\cos a=\frac{e-h}{e}$

刀具从B点运动到C点测长编码器2所发出的脉冲数N_编码BC：

N_编码BC＝L_BC/L₁＝e×sina/L₁

在整个过程中，物料作直线运动，而刀具是作圆周运动，两者的脉冲当量统一，当刀具运动到B点时，测长编码器2发出的第一个脉冲，对应刀具所走的长度为l₁，对应的圆心角为θ₁，l₁大小为：

$l_1=\frac{L_1}{\cos a}=K_{21}\·\frac{2\mathrm{\πe}}{N}$

由于K₂时刻变化，因此在同步跟踪区BD弧段内，测长编码器2的一个脉冲所对应的刀具所走的长度、角度时刻不等，则第二个脉冲对应刀具所走的长度l₂为：

$l_2=\frac{L_1}{\cos (a-{\mathrm{\θ}}_1)}=K_{22}\·\frac{2\mathrm{\πe}}{N}$

因为θ₁对应的长度为l₁，则：

在BC弧段内，第n个脉冲对应的刀具所走的距离l_n为：

当测长编码器2发出第N_编码BC个脉冲时，此时刀具达到切断点C点，刀具相对于B点走过的圆心角为a，该瞬时点刀具运动轨迹与进料运动轨迹均为直线，所以在C点处一个脉冲所对应的刀具圆周长度为l_n编码BC：

通过以上公式得出BC弧段中每个脉冲的变化情况，因为BC弧段与CD弧段两者对称，同理可得CD弧段中K₃的变化情况，如下式：

其中，L₁为测长编码器一个脉冲所对应的物料的移动距离；α为B点和C点之间的圆心角；N为刀具转一圈需要控制组件给伺服电机的脉冲总数；K_2n和K_3n分别为同步跟踪区BD弧段中的BC弧段和CD弧段内，控制组件给伺服电机的脉冲数和测长编码器发出的脉冲数的比例系数；e为刀具运动轨迹半径，

通过K₂、K₃的变化情况，控制组件1调整伺服电机4在同步跟踪区BD弧段做变速运动，保证刀具与物料在同步跟踪区BD弧段内满足水平速度时刻相等。

停留时间的确定

在同步跟踪区BD弧段，通过同步角a可得到刀具从B点运动到C点之间需要发给伺服电机4的脉冲数：

N_BC＝a/2π·N

因为在同步跟踪区BD弧段内，BC弧段与CD弧段两者关于圆周直径对称，所以在刀具从C点运动到D点之间需要发给电机的脉冲数N_CD＝N_BC，通过公式：N＝N_AB+N_BC+N_CD+N_DA，容易得到N_DA。

在退刀区DA弧段内，N_DA＝K₄×N_编码DA，K₄确定方法和K₁相同，进而得出N_编码DA。

当物料的冲切长度较长时，需要刀具在A点等待一定的时间，而后进入位置同步区AB弧段内，根据公式：N_编码＝N_编码AB+N_编码BC+N_编码CD+N_编码DA+N_等待，得出刀具在A点等待时间对应的脉冲数N等待，进而得出刀具的停留预定时间。

实施例作用与效果

根据本实施例提供的旋转式飞剪冲切装置的控制方法，利用控制系统控制旋转式飞剪冲切装置的刀具运动，控制系统包括测长编码器、伺服电机、伺服电机驱动器件以及控制组件，依据“速度-位置同步”控制算法，将刀具的一个运动周期划分为位置跟踪区AB弧段、同步跟踪区BD弧段以及退刀区DA弧段，在位置跟踪区AB弧段内，实现刀具和物料的冲切位置在B点相对应，在同步跟踪区BD弧段内，控制组件控制伺服电机做变速运动，控制刀具的水平分速度严格等于送切物料的速度，完成刀具对送切物料的位置以及速度的精确跟踪，实现对有着不同进料速度和不同厚度的物料的精确定长冲切，同时提高了冲切精度。

Claims (6)

1.一种旋转式飞剪冲切装置的控制方法，利用控制系统控制所述旋转式飞剪冲切装置的刀具运动，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，设置相应控制参数，控制组件控制所述旋转式飞剪冲切装置的传送机构以预定速度将物料传输给冲切机构；

步骤2，所述控制组件依据“速度-位置”同步控制算法，结合测长编码器的脉冲信号，向伺服电机驱动器件发出控制指令；

步骤3，所述伺服电机驱动器件驱动伺服电机运转，所述伺服电机带动刀具做圆周运动，实现刀具对送切物料的速度和位置的双向同步跟踪，完成对所述物料的定长冲切，

其中，所述“速度-位置”同步控制算法为：

所述刀具的一个运动周期包括位置跟踪区AB弧段以及同步跟踪区BD弧段，所述同步跟踪区BD弧段内含有切断点C将BD弧段划分为互相对称的BC弧段和CD弧段，在所述位置跟踪区AB弧段内，实现所述刀具和所述物料的冲切位置在B点相对应，在所述同步跟踪区BD弧段内，所述控制组件控制所述伺服电机做变速运动，控制所述刀具的水平分速度等于所述送切物料的速度，

在所述位置跟踪区AB弧段内，所述控制组件发给所述伺服电机的脉冲数N_AB和所述测长编码器发出的脉冲数N_编码AB的关系为：N_AB＝K₁×N_编码AB，通过实验确定比例系数K₁的值，所述控制组件根据K₁的值，控制所述刀具和所述物料所咬合的位置为预设的冲切处，

在所述同步跟踪区BD弧段内，所述刀具从所述同步跟踪区的起始点B点，运动到所述同步跟踪区的切断点C点过程中，所述刀具和所述物料的脉冲当量统一，根据迭代算法，在BC弧段内，第n个脉冲对应的刀具所走的距离ln的公式为：

BC弧段和CD弧段相对称，在CD弧段内，第n个脉冲对应的所述刀具所走的距离ln＇的公式为：

其中，L₁为测长编码器一个脉冲所对应的物料的移动距离；α为B点和C点之间的圆心角；N为所述刀具转一圈需要所述控制组件给所述伺服电机的脉冲总数；K_2n和K_3n分别为所述同步跟踪区BD弧段中的BC弧段和CD弧段内，所述控制组件给所述伺服电机的脉冲数和所述测长编码器发出的脉冲数的比例系数；e为所述刀具运动轨迹半径，

根据两个公式获取比例系数K₂和K₃的实时变化情况，所述控制组件依据K₂和K₃的值，控制所述伺服电机在所述同步跟踪区内做变速运动，实现所述刀具对所述物料的速度跟踪。

2.根据权利要求1所述的旋转式飞剪冲切装置的控制方法，其特征在于：

其中，所述刀具的一个运动周期还包括退刀区DA弧段，在所述退刀区DA弧段内，所述控制组件根据冲切长度控制所述刀具直接进入所述位置跟踪区AB弧段还是在所述退刀区DA弧段内停留预定时间，

所述测长编码器走过所述送切物料长度L发出的脉冲总数为N_{编 码}，依据公式：N_编码＝N_编码AB+N_编码BC+N_编码CD+N_编码DA+N_等待，得出所述刀具在A点等待时间对应的脉冲数N_等待，进而得出所述刀具的停留时间。

3.根据权利要求1所述的旋转式飞剪冲切装置的控制方法，其特征在于：

其中，所述控制组件中具有高速计数器，对所述测长编码器的脉冲信号进行计数，确定所述送切物料的冲切位置。

4.根据权利要求1所述的旋转式飞剪冲切装置的控制方法，其特征在于：

其中，所述测长编码器的直径d和所述测长编码器发出的一个脉冲所对应的物料的移动距离L₁的关系为：L₁＝πd/分辨率。

5.根据权利要求1所述的旋转式飞剪冲切装置的控制方法，其特征在于：

其中，依据所述物料厚度和所述刀具溢出所述物料的溢量Δ之和h以及所述刀具运动轨迹半径e，可以得出C、B两点之间的圆心角a：

$\cos a=\frac{e-h}{e}$

6.根据权利要求5所述的旋转式飞剪冲切装置的控制方法，其特征在于：

其中，所述刀具从所述同步跟踪区BD弧段的起始点B点，运动到所述同步跟踪区的最低点C点，所述测长编码器所发出的脉冲数N_编码BC为：

N_编码BC＝L_BC/L₁＝e×sina/L₁