CN101349921A - 基于条码识别的高速位置反馈伺服控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于条码识别的高速位置反馈伺服控制系统，包括光电编码器(1)、被控对象条码(2)、电眼(3)、读码/解码系统(4)、伺服控制系统(5)，光电编码器(1)转一周恰好等于一包标准密封包装的长度，并通过重复的试验确定出图案偏差为零时的角度编码值，该值在生产中为一个定值，作为伺服控制系统的设定输入值，其特征在于：电眼(3)读取被控对象的条码信息发送到读码/解码系统(4)，若解码成功，立即采集当前光电编码器(1)的角度编码值，设定值与采集到的角度编码值被同时输入伺服系统(5)，获得偏差后采用双模控制算法(6)得到输出控制量，本发明精确性高，工作稳定可靠，成本低，采用单排条码结构简单。采用的角度编码值插补运算，突破了光电编码器精度的限制，使得控制系统精度得到进一步提高。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种基于条码识别的位置反馈伺服控制系统，尤其适用于高速无菌液态饮料灌装机包装材料的高速、高精度位置校正。属自动化装备领域。
背景技术
无菌包装(Aseptic Packaging)是目前比较常见的一种液态食品包装保存技术。它是指被包装的液体食品在包装前经过短时间的灭菌，然后在包装物(一般是由聚乙烯、纸、铝箔、沙林树脂等复合而成的包装材料)、被包装物、包装设备以及包装环境均无菌的条件下进行灌装、封合的一种包装技术。
众所周知，上述所介绍的灌装封合过程可分为：包装材料(通常是以成卷的带状形式供应)经过消毒处理以后进入无菌密封仓中，通过成型系统形成圆柱状直筒形式，液态食品经过巴氏灭菌或超高温处理(UHT)后通过输送管道直接输送到侧边已经封合的直筒内，然后在包装材料预折痕要求的部位密封，并在要求的部位将其切割成小包装。
高速灌装中通常采用连续灌装方式，两个链式运动组件限定了相应的循环路径，并分别装有多对夹爪的加热件和加压件。这两个路径包括相对且平行的分支路径，并在两者之间进给包材纸筒。上述的工艺过程中，加压、校正、封合、切断等过程是在圆柱状直筒容器中充满液态饮料的状况下完成的。灌装设备不仅要求高速、高可靠性的运行状态，同时必须保证包装外观的精确性。因此，位置校正系统必须在极短时间内完成对包装材料的精确定位。另外，机器状态、包装纸性质和饮料产品特性都会影响每次切割耗用的原包装纸长度；而初始状态和包装纸接驳则影响每次切割的位置。不正确的切割长度与位置都会导致包装材料图案偏差的产生，所以校正量的大小由每包包装材料的动态位置决定。灌装机生产效率的提高，对位置校正系统的高速性和精确性提出了更高要求。
本发明专利是一种基于条码识别的高速位置反馈伺服控制系统，用于包装材料的精确定位。系统中设置有一个生产角，当解码成功时的角度编码值与之存在偏差时，通过控制算法输出控制给交流伺服电机，最后实现被控对象的高速精确定位。
经对现有技术文献的检索发现，中国发明专利申请号98115123，名称为：用以从一包装材料管连续生产密封包装的包装装置。该技术具有第一和第二链式输送机，两者各自带有一组封钳和一组反向封钳，它们相互作用夹住管以便通过封钳上的感应加热装置在连续的横向部分处热封管，并且各封钳具有一对可动件，用以与管配合并纠正管的供给，管的运行由一个控制组件响应一个信号控制。当包装材料的双排识别码完全经过对应的两个电眼时，控制系统进行包装材料位置信息的采集，并通过一定的控制算法得到控制量，最后驱动封钳上的一对可动件纠正管的供给。该技术采用的双排条码识别采样周期长，而且两个电眼使得系统成本提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于条码识别的高速位置反馈伺服系统，用以实现被控对象的高速精确定位。本发明设计基于条码识别的高速位置反馈伺服控制系统，包括光电编码器(1)、被控对象条码(2)、电眼(3)、读码/解码系统(4)、伺服控制系统(5)，光电编码器(1)转一周恰好等于一包标准密封包装的长度，并通过重复的试验确定出包装材料位置偏差为零时的角度编码值(该值在生产中应该是一个定值)，作为伺服控制系统的设定输入值，其特征在于：电眼(3)读取被控对象的条码信息发送到读码/解码系统(4)，若解码成功，立即采集当前光电编码器(1)的角度编码值，并采用角度编码值插补算法获得精确的角度信息，设定值与采集到的角度编码值被同时输入伺服系统(5)，获得偏差后采用双模控制算法(6)得到输出控制量，最后由伺服电机(7)驱动伺服机构(8)直接校正被控对象位置。所述的被控对象条码(2)设计为单排识别码，是一组N对黑白相间的条纹，其中黑色条纹的宽度设计为固定比例。所述的读码/解码系统(4)的条码识别流程是：电眼(3)将图案的明暗信号发送到读码/解码系统(4)，该系统利用定时/计数器记录下每条黑纹的宽度信息，不同速度下N条黑纹对应的脉冲数之比始终等于N条黑纹的宽度之比。所述的读码/解码系统(4)的条码识别软件模块结构为：条码识别流程运行，直到条码(2)被识别，读码/解码系统(4)才与计算控制模块通信，反馈信息给服务器信息交互模块。所述的读码/解码系统(4)角度编码值插补算法：识别条码(2)后，读码/解码系统(4)立即记录当前光电编码器(1)的角度编码值M，设此时光电编码器(1)的实际位置为a；同时开启定时/计数器直至角度编码值改变为M+1，这样得到插补量N对应的脉冲数J，由外部中断功能知道每i个角度编码对应n个计数脉冲，从而得到插补量N＝J*i/n。
本发明能完全满足高速性和精确性要求，工作稳定可靠，成本低，采用单排条码结构简单；而且仅用一个电眼，降低了系统成本；条码识别软件模块的改进使得系统可适应的被控对象的最高速度得到极大的提高。另外，本发明中采用的角度编码值插补运算，突破了光电编码器精度的限制，使得控制系统精度得到进一步提高。控制系统采用双模控制既能满足大偏差时快速定位的要求，又能满足小偏差下精确定位的要求。
下面结合附图说明具体的实施方式
图1本发明原理示意图
图2单排条码设计示意图
图3条码识别流程图
图4条码识别软件模块结构系统原理图
图5角度编码值插补示意图
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：光电编码器1、被控对象的条码2、电眼3、读码/解码系统4、伺服系统5。固定在机架上的电眼3通过读取被控对象上的条码信息2触发读码/解码系统4对安装在传动系统上的角度编码器1的信号采集，以实现被控对象的位置反馈(表示为角度编码)；伺服系统5计算位置偏差后通过控制算法输出控制量给交流伺服电机，进而驱动伺服机构校正被控对象的位置。
所述的光电编码器1安装在旋转机构上，并通过匹配一定的传动比使光电编码器1旋转一周恰好对应被控对象完成一个标准单元长度。
所述的被控对象的条码2被设计为N对黑白相间的条纹，其中黑色条纹的宽度按照一定的比例设计，如图2。
所述的电眼3安装在机架上面，用于读取被控对象上的条码信息2触发读码/解码系统4。
所述的读码/解码系统4用于接收条码信息，触发光电编码器1的信号采集，获得被控对象的位置信息。
所述的伺服系统5包括：双模控制算法6、交流伺服电机7、伺服机构8。伺服系统5分析被控对象位置信息和光电编码器1角度编码值的偏差，并利用双模控制算法6得到输出控制量给交流伺服电机7，驱动伺服机构8直接对被控对象位置进行校正。
读码/解码流程如图3，电眼3将图案的明暗信号发送到读码/解码系统4，该系统将利用定时/计数器记录下每条黑纹的宽度信息。不同速度下黑纹宽度对应的定时/计数器脉冲数不同，但是N条黑纹对应的脉冲数之比始终等于其宽度之比。通过最近N次记录的宽度之比是否等于N条黑条纹宽度之比，即可识别出条码2。
读码/解码软件模块结构原理如图4，条码识别流程运行，直到条码2被识别，读码/解码系统4才与计算控制模块通信，反馈信息给服务器信息交互模块。与双排条码识别模块相比，它有效的采样周期只受条码判断识别模块运行时间的影响，将与服务器的信息交互模块从中分离出去，因此采样周期大大缩短。
角度编码值插补算法原理如图5，识别条码2后，读码/解码系统4立即记录当前光电编码器1的角度编码值M，设此时光电编码器1的实际位置为a；同时开启定时/计数器直至角度编码值改变为M+1，这样得到插补量N对应的脉冲数J。另外，借由外部中断功能知道每i个角度编码对应n个计数脉冲，从而得到插补量N＝J*i/n。上述的插补主要是为了能够精确地计算出光电编码器1的两个通光孔之间的位置，即相当于算出光电编码器1的实际位置为a处于两个孔之间的位置，借助计算机的自身发出的脉冲数，来算出实际位置a到下一个孔需要多少计算机自身发出的脉冲数，而每i个角度编码对应n个计数脉冲是已经知道的数值，本发明可以在条码的粗控制下，达到更精确的包装材料的位置确定。
Claims (5)
1.基于条码识别的高速位置反馈伺服控制系统，包括光电编码器(1)、被控对象条码(2)、电眼(3)、读码/解码系统(4)、伺服控制系统(5)，光电编码器(1)转一周恰好等于一包标准密封包装的长度，并通过重复的试验确定出图案偏差为零时的角度编码值，该值在生产中为一个定值，作为伺服控制系统的设定输入值，其特征在于：电眼(3)读取被控对象的条码信息发送到读码/解码系统(4)，若解码成功，立即采集当前光电编码器(1)的角度编码值，并采用角度编码值插补算法获得精确的角度信息，设定值与采集到的角度编码值被同时输入伺服系统(5)，获得偏差后采用双模控制算法(6)得到输出控制量，最后由伺服电机(7)驱动伺服机构(8)直接校正被控对象位置。
2.根据权利要求1所述的基于条码识别的高速位置反馈伺服控制系统，其特征在于，所述的被控对象条码(2)设计为单排识别码，是一组N对黑白相间的条纹，其中黑色条纹的宽度设计为固定比例。
3.根据权利要求1所述的基于条码识别的高速位置反馈伺服控制系统，其特征在于，所述的读码/解码系统(4)的条码识别流程是：电眼(3)将图案的明暗信号发送到读码/解码系统(4)，该系统利用定时/计数器记录下每条黑纹的宽度信息，不同速度下N条黑纹对应的脉冲数之比始终等于N条黑纹的宽度之比。
4.根据权利要求1所述的基于条码识别的高速位置反馈伺服控制系统，其特征在于，所述的读码/解码系统(4)的条码识别软件模块结构为：条码识别流程运行，直到条码(2)被识别，读码/解码系统(4)才与计算控制模块通信，反馈信息给服务器信息交互模块。
5.根据权利要求1所述的基于条码识别的高速位置反馈伺服控制系统，其特征在于，所述的读码/解码系统(4)角度编码值插补算法：识别条码(2)后，读码/解码系统(4)立即记录当前光电编码器(1)的角度编码值M，设此时光电编码器(1)的实际位置为a；同时开启定时/计数器直至角度编码值改变为M+1，这样得到插补量N对应的脉冲数J，由外部中断功能知道每i个角度编码对应n个计数脉冲，从而得到插补量N＝J*i/n。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI570395B (zh) * | 2014-10-09 | 2017-02-11 | Ke Hung Industrial Co Ltd | Test method for electronic torque tools |
| CN112462807A (zh) * | 2019-09-06 | 2021-03-09 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 导电滑环位置控制方法、控制装置及计算机可读存储介质 |
| CN114838742A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-08-02 | 成都唐源智控技术有限责任公司 | 一种容许大偏差的精确行程定位系统 |
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2007
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| CN114838742A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-08-02 | 成都唐源智控技术有限责任公司 | 一种容许大偏差的精确行程定位系统 |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090121 |