CN101692176B - 一种滴塑机全自动针头补偿处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子自动化技术领域，具体地说是采用一种新型的基于混合迭代算法的滴塑机全自动针头补偿的实现方法，采用由4个凹槽光电检测开关组成的检测元件，由滴塑机的运动控制系统采集针头位置的坐标值信息，结合嵌入到运动控制系统的针头补偿处理软件来控制滴塑机的针头位置进行混合迭代运动，获取针头的真正的Z轴限位坐标值，再计算出X、Y轴的中心点坐标值，从而得到每个针头的补偿中心点的坐标值，再以每个针头补偿中心点的坐标值为基准，计算出任意针头之间的补偿间距。本发明同现有技术相比，采用混合迭代算法，快速、精准的校准胶头的点胶头的坐标偏差，操作人员仅需把针头放到仪器的感应区域即可自动完成全部校正的工作。

Description

一种滴塑机全自动针头补偿处理方法

[技术领域]

本发明涉及电子自动化技术领域，具体地说是采用一种新型的基于混合迭代算法的滴塑机全自动针头补偿的实现方法。

[背景技术]

现有的多色全自动滴塑机是一种特殊的全自动点胶(流体控制)设备，一般有多个胶头。胶头一般都使用金属材料的针头，一般直径从0.2mm～1mm不等。加工时，针头属于耗材，需要经常更换。因此，针头的间距会经常变化。为了使针头间距变化后，仍然能快速的使用以前的加工路径数据，于是需要采用一种方法补偿针头之间的偏差值；另外，在进行图形轨迹设计时，是无法预知具体机器的针头偏差的，因此也有必要在具体的机器上进行针头补偿，把不同颜色的胶头转换到相同的设计坐标系内。

传统的针头补偿方法是利用人工手动把不同的针头校正到同一个点上，或者把不同颜色的加工路径进行手动偏移，这些方法有各种各样的弊端。首先就是精度低，手动操作时，人手和人眼的精度一般都大于0.2mm，而且对操作工的视力有很强的要求，这意味着近视眼很难进行精确的操作；其次就是速度慢、效率低。

[发明内容]

本发明的目的是克服现有技术不足，针对滴塑加工行业的特殊需求与特点，采用针头的检测元件结合混合迭代算法，快速、精准的校准多针头间的坐标偏差，让滴塑机全自动地完成针头补偿过程。

为实现上述目的，设计一种滴塑机全自动针头补偿处理方法，包括针头检测元件检测针头位置，滴塑机的运动控制系统采集针头位置的坐标值信息，结合嵌入到运动控制系统的针头补偿处理软件来控制滴塑机的针头位置进行调整，从而得到每个针头的补偿中心点的坐标值，再以每个针头补偿中心点的坐标值为基准，计算出任意针头之间的补偿间距，其特征在于：所述的针头检测元件固定在滴塑机操作平台的任意位置上，检测元件是由4个凹槽光电检测开关前后左右相应对称排布构成，所述4个凹槽分布在呈“十”字形的4个顶端前后左右相互对应，4个凹槽对应构成的“十”字形相交部位形成正方形区域设为滴塑机针头的初始感应区域，左凹槽光电检测开关连接滴塑机控制器的X-限位，右凹槽光电检测开关连接滴塑机控制器的X+限位和Z+限位，前、后凹槽光电检测开关分别连接滴塑机控制器的Y+、Y-限位；工作时，滴塑机运动控制系统的针头补偿处理软件控制针头进行移动，从而得到每个针头补偿中心点的坐标值的处理程序如下：

a、针头插入到初始感应区域；

b、采用混合迭代法计算针头的Z轴限位坐标值：针头先碰触右凹槽光电检测开关，获得针头当前的Z+限位坐标值Z₀；针头碰到Z+限位时，由于针头会有倾斜误差、光电反映延时、针头粗细、光斑粗细、温度、电压稳定性带来的各种影响因素，不能保证碰触到的是针尖部位，因此采用混合迭代法对针头当前的Z+限位坐标值进行滤波；混合迭代法中的每轮混合迭代包括迭代法B与迭代法A，每轮混合迭代后获得针头当前的Z+坐标值Z_n，n为自然数，第一轮混合迭代后，判断针头当前的Z+坐标值Z₁是否满足|Z₁-Z₀|＜阈值，如为是，则获取Z+最终限位坐标值Z_r＝Z₁；如为否，则进入下一轮混合迭代，直至满足针头的Z+坐标值|Z_n-Z_n-1|＜阈值，并获取Z+的最终限位坐标值Z_r＝Z_n；

c、获取当前针头位置的X坐标值X_p；

d、控制针头向下微移；

e、控制针头向左碰左凹槽光电检测开关，获取当前针头位置的X-限位值X_m；

f、针头平移回到原始感应区域，即保持Z轴坐标值不变；

g、针头向前碰触前凹槽光电检测开关，获取针头当前位置Y+限位值Y_p；

h、针头向后碰触后凹槽光电检测开关，获取针头当前位置Y-限位值Y_m；

i、计算针头补偿中心点的坐标值X_r、Y_r、Z_r，所述的X_r＝(X_p+X_m)/2，Y_r＝(Y_p+Y_m)/2，Z_r＝Z_n。

所述的混合迭代法是以迭代法B作为开始步骤，再采用迭代法A依次交错进行迭代的。

所述的迭代法A是将针头依次向上、下、左、右微移作为迭代法A的一轮迭代过程。

所述的迭代法B是当针头上端右倾时，将针头依次向上、右、下、左、右微移作为迭代法B的一轮迭代过程。

所述的阈值为0.05～0.2mm。

本发明同现有技术相比，可以通过强大的混合迭代算法，快速、精准的校准胶头的点胶头的坐标偏差，让机器进行全自动的针头补偿过程，该过程中，操作人员仅仅需要把针头放到仪器的感应区域即可自动完成全部校正的工作。

[附图说明]

图1为本发明实施例中检测元件的示意图。

图2为本发明实施例中针头遮光信号的侧视图。

图3为图2所示的俯视图。

图4为本发明实施例中迭代法A中针头相对光信号所做的运动流程示意图。

图5为本发明实施例中迭代法B中针头相对光信号所做的运动流程示意图。

图6是本发明中获得每个针头补偿中心点坐标值的处理流程框图。

图7是本发明中混合迭代法的流程框图。

参见图1，1为凹槽光电检测开关；2为初始感应区域。

参见图2至图5，3为针头；4为光信号。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作进一步的说明，本发明对本技术领域的人来说还是比较清楚的。

一、针头的检测元件

检测元件使用的光电检测开关，由4个凹槽光电检测开关分前后左右两两对称排布固定在滴塑机操作平台上形成，其4个凹槽分布在“十”字形的4个顶端上两两相对，4个凹槽对应形成的“十”字形相交部位形成的正方形区域设为滴塑机针头的初始感应区域，参见图1；

光电检测开关通电后，凹槽内会有直径很细的光束通过，当针头碰到光束后，光电检测开关可以检测到光束被遮住，从而判断针头到位；

左凹槽光电检测开关连接滴塑机控制器的X-限位，右凹槽光电检测开关连接滴塑机控制器的X+限位和Z+限位，前凹槽光电检测开关连接滴塑机控制器的Y+限位，后凹槽光电检测开关连接滴塑机控制器的Y-限位。

二、针头自动补偿技术

1、自动对针的原理是：用针头触碰检测元件的X-限位，X+限位，Y-限位，Y+限位，其中X+限位与Z+限位复用，从而计算出针头在检测元件中心的x，y，z三维的空间位置。

2、补偿过程关键算法，也即核心技术——混合迭代法

在检测针头的Z+限位坐标时，将针头碰触右凹槽光电检测开关，当针头碰到光信号时会停下，获得针头当前的Z+限位坐标值Z₀；

但参见图2、图3，可见针头和光信号都是非理想的，也就是说针头是有粗细，且光信号也是有一定宽度的光斑，而不是一条光线；针头的直径一般在0.2～2mm不等，本例中光斑实测为宽度约0.9mm的光带；

除了针头粗细和光斑粗细这些因素外，针头碰到检测元件的限位时，还会有针头倾斜误差、光电反映延时，及温度、电压稳定性带来的各种影响因素，并不能保证碰触的是针尖位置，导致得到的Z+限位坐标值不准，因此，需要采用混合迭代算法对当前的Z+限位坐标的检测结果进行滤波，从而获得真正的针头Z+限位坐标值。

参见附图7，为了使针头的针尖刚好碰到光斑，从而得到真正的针头Z+限位坐标值，因此，在将针头碰触右凹槽光电检测开关，获得针头当前的Z+限位坐标值Z₀后，还需要对针头进行迭代法A与迭代法B的混合迭代运动。设一次混合迭代过程为迭代法B再加上迭代法A，每轮迭代获得的针头当前的Z+坐标值分别为Z_n，直至针头的Z轴坐标值满足|Z_n-Z_n-1|＜阈值，Z_r＝Z_n，其中，

迭代法A：

当针头上端左倾时，需要按上、下、左、右的顺序进行运动，如图4所示，经过一次这样的运动后，针头就更接近光信号的高度了。

迭代法B：

当针头上端右倾时，使用迭代法A肯定不行了，需要按上、右(约0.3mm)、下、左、右的顺序依次进行运动，如图5所示，经过一次这样的迭代运动后，针头就更接近光信号的高度了。

考虑到第一次上抬，针头不一定能完全高出光电检测开关的高度，而且对针的时候不知道针头倾斜的方向，因此需要同时用这两种方法进行若干次的混合迭代，使针头的高度刚好达到光信号的高度；另外，为了保证针头收敛的速度以及运动的效率，可根据具体的凹槽光电检测开关进行调试，以得到最佳的针头补偿参数，从而获得最佳的收敛速度和运动效率，本例中针对采用的欧姆龙品牌的EE-SX型号的凹槽光电检测开关，可采用如下技巧进行混合迭代：

(1)混合迭代法中的迭代过程中，是按n次的迭代法(B+A)的顺序迭代，而不是A-A-A-B-B-B或B-B-B-A-A-A以加快收敛速度，即混合迭代法是以迭代法B作为混合迭代的开始步骤，再采用迭代法A依次交错进行迭代运动，直至针头的Z轴坐标值满足|Z_n-Z_n-1|＜阈值，Z_r＝Z_n，n为自然数。

(2)迭代法A与迭代法B中针头第一次上抬时，高度选择均为3mm，其他时候上抬均为1mm，第一次上抬高度较高是因为一般第一次针头插的较深，可以很快的收敛；另外，迭代法B中每一轮迭代过程中，针头第一次向右微移的距离为0.3mm，这是因为这个微移的参数数值不能太大，如果太大，比如超过1mm，就很可能使光电检测开关检测不到。这些具体数值取决于具体的光电开关特性和对针仪的机械尺寸，可通过事先调试获得。

另外，从光斑理论可以看出，即使针头是前倾和后倾，即Y轴方向的倾斜，也可以用这种方法找到针头的Z坐标。

4、获得每个针头补偿中心点的坐标值：

工作时，滴塑机运动控制系统的针头补偿处理软件控制针头进行移动，从而得到每个针头补偿中心点的坐标值，其具体处理程序如下：

a、针头插入到初始感应区域；

b、采用混合迭代法计算针头的Z轴限位坐标值：针头先碰触右凹槽光电检测开关，获得针头当前的Z+限位坐标值Z₀；针头碰到Z+限位时，由于针头会有倾斜误差、光电反映延时、针头粗细、光斑粗细、温度、电压稳定性带来的各种影响因素，不能保证碰触到的是针尖部位，因此需要采用混合迭代法对针头当前的Z+限位坐标值进行滤波；每轮混合迭代法包括迭代法B与迭代法A，每轮混合迭代后获得针头当前的Z+坐标值Z_n，n为自然数，第一轮混合迭代后，判断获取的针头当前的Z+坐标值Z₁是否满足|Z₁-Z₀|＜阈值，如为是，则获取Z₁为Z+的最终限位坐标值Z_r；如为否，则进入下一轮混合迭代，直至满足针头的Z+坐标值|Z_n-Z_n-1|＜阈值，并获取Z_n为Z轴的最终限位坐标值Z_r；

c、获取当前针头位置的X坐标值X_p；

d、控制针头向下微移1mm；

e、控制针头向左碰左凹槽光电检测开关，获取当前针头位置的X-限位值X_m；

f、针头平移回到原始感应区域，即保持Z轴坐标值不变；

g、针头向前碰触前凹槽光电检测开关，获取针头当前位置Y+限位值Y_p；

h、针头向后碰触后凹槽光电检测开关，获取针头当前位置Y-限位值Y_m；

i、计算针头补偿中心点的坐标值X_r、Y_r、Z_r，所述的X_r＝(X_p+X_m)/2，Y_r＝(Y_p+Y_m)/2，Z_r＝Z_n。

滴塑机上的其它针头的补偿过程也采用如上方法，计算出滴塑机上所有针头在检测元件中心的坐标后，就将得到的每个针头的补偿中心点的坐标值作为为基准，计算出任意两个针头之间的补偿间距。

Claims (3)

1.一种滴塑机全自动针头补偿处理方法，包括针头检测元件检测针头位置，滴塑机的运动控制系统采集针头位置的坐标值信息，结合嵌入到运动控制系统的针头补偿处理软件来控制滴塑机的针头位置进行调整，从而得到每个针头的补偿中心点的坐标值，再以每个针头补偿中心点的坐标值为基准，计算出任意针头之间的补偿间距，其特征在于：所述的针头检测元件固定在滴塑机操作平台的任意位置上，检测元件是由4个凹槽光电检测开关前后左右相应对称排布构成，所述4个凹槽分布在呈“十”字形的4个顶端前后左右相互对应，4个凹槽对应构成的“十”字形相交部位形成正方形区域设为滴塑机针头的初始感应区域，左凹槽光电检测开关连接滴塑机控制器的X-限位，右凹槽光电检测开关连接滴塑机控制器的X+限位和Z+限位，前、后凹槽光电检测开关分别连接滴塑机控制器的Y+、Y-限位；工作时，滴塑机运动控制系统的针头补偿处理软件控制针头进行移动，从而得到每个针头补偿中心点的坐标值的处理程序如下：

a、针头插入到初始感应区域；

b、采用混合迭代法计算针头的Z轴限位坐标值：针头先碰触右凹槽光电检测开关，获得针头当前的Z+限位坐标值Z₀；针头碰到Z+限位时，采用混合迭代法对针头当前的Z+限位坐标值进行滤波；混合迭代法中的每轮混合迭代包括迭代法B与迭代法A，每轮混合迭代后获得针头当前的Z+坐标值Z_n，n为自然数，第一轮混合迭代后，判断针头当前的Z+坐标值Z₁是否满足|Z₁-Z₀|＜阈值，如为是，则获取Z+最终限位坐标值Z_r＝Z₁；如为否，则进入下一轮混合迭代，直至满足针头的Z+坐标值|Z_n-Z_n-1|＜阈值，并获取Z+的最终限位坐标值Z_r＝Z_n；

c、获取当前针头位置的X坐标值X_p；

d、控制针头向下微移1mm；

e、控制针头向左碰左凹槽光电检测开关，获取当前针头位置的X-限位值X_m；

f、针头平移回到初始感应区域，即保持Z轴坐标值不变；

g、针头向前碰触前凹槽光电检测开关，获取针头当前位置Y+限位值Y_p；

h、针头向后碰触后凹槽光电检测开关，获取针头当前位置Y-限位值Y_m；

i、计算针头补偿中心点的坐标值X_r、Y_r、Z_r，所述的X_r＝(X_p+X_m)/2，Y_r＝(Y_p+Y_m)/2，Z_r＝Z_n；

所述的迭代法A是当针头上端左倾时，将针头依次向上、下、左、右微移作为迭代法A的一轮迭代过程；所述的迭代法B是当针头上端右倾时，将针头依次向上、右、下、左、右微移作为迭代法B的一轮迭代过程。

2.如权利要求1所述的一种滴塑机全自动针头补偿处理方法，其特征在于：所述的混合迭代法是以迭代法B作为开始步骤，再采用迭代法A依次交错进行迭代的。

3.如权利要求1所述的一种滴塑机全自动针头补偿处理方法，其特征在于：所述的阈值为0.05～0.2mm。

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