CN102527832A - 一种自动打金箔装置及打金箔方法 - Google Patents

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江国栋
郑晨升
杨海波
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Abstract

本发明涉及一种自动打金箔装置及其打金箔方法，该装置包括主控制器、设置在底座上的水平二维移动平台、锻打锤、曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构纵向设置在水平二维移动平台的上方，所述锻打锤设置在该曲柄滑块机构的滑块下端，所述曲柄滑块机构的曲柄的支架端与其驱动机构连接，所述主控制器与所述水平二维移动平台以及曲柄滑块机构的驱动机构连接。本发明克服了以往手动旋转家生包的缺点，无需人工参与金箔锻打工作，改善了人工劳动强度，提高了安全性和生产性，同时降低金箔生产的人工技术成本。

Description

一种自动打金箔装置及打金箔方法
技术领域
本发明涉及一种自动打金箔装置及打金箔方法。
背景技术
金箔的锻制过程十分讲究，分为十二道工序。制出的金箔薄如蝉翼、柔似绸缎、轻如鸿毛。1万张金箔（边长12厘米）仅重178.125克，单张金箔只有0.12微米厚。金箔制作过程中，锻制是一道重要的工序，将“家生包”不断的旋转捶打，利用金的延展性，打到不能再打不能再薄再细的程度，这一过程叫“打了戏”。打了戏是金箔锻制技艺中难度最大、最辛苦的一道工序，也是技术含量要求最高的一道工序。
发明内容
本发明目的在于解决上述问题，提供了一种无需人工锻打的自动打金箔装置及打金箔方法，具体由以下技术方案实现：
一种自动打金箔装置，该装置包括主控制器、设置在底座上的水平二维移动平台、锻打锤、曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构纵向设置在水平二维移动平台的上方，所述锻打锤设置在该曲柄滑块机构的滑块下端，所述曲柄滑块机构的曲柄的支架端与其驱动机构连接，所述主控制器与所述水平二维移动平台以及曲柄滑块机构的驱动机构连接。
所述自动打金箔装置进一步设计在于：所述水平二维移动平台包括以齿轮齿条传动机构或丝杆传动机构传动的设置在底座上横向移动平台和设置在该横向移动平台上的纵向移动平台，所述齿轮齿条传动机构或丝杆传动机构均与对应驱动机构连接，所述驱动机构均为步进电机，所述锻打锤上端可滑动地设置所述滑块中。
所述自动打金箔装置进一步设计在于：所述曲柄滑块机构通过捶打支架设置在水平二维移动平台上方，该捶打支架包括与底座连接的竖直杆以及设置曲柄滑块机构的水平杆。
所述自动打金箔装置进一步设计在于：所述主控制器包括单片机和CPLD芯片。
所述自动打金箔装置进一步设计在于：所述主控制器通过电机驱动单元与各驱动电机连接，该电机驱动单元包括CPLD芯片。
所述自动打金箔装置进一步设计在于：所述捶打支架上还设有用于在金箔加工过程中感应测量金箔温度的温度检测单元，所述温度检测单元与主控制器连接，该温度检测单元为数字式红外测温模块。
所述自动打金箔装置进一步设计在于：所述水平二维移动平台以及曲柄滑块机构上还设有用于检测该移动平台位置信息的位置检测单元，所述位置检测单元包括行程开关和霍尔传感器。
所述自动打金箔装置进一步设计在于：所述主控制器还与用于读取以及设置加工参数的显示与人机接口控制单元连接，所述显示与人机接口控制单元包括LCD模块、按键、LED指示灯。
如上所述的自动打金箔装置的自动打金箔方法，该方法包括如下步骤：
1）、根据作业需要设置主控制器控制程序；
2）、主控制器发出指令驱动水平二维移动平台运动至极限位置，计算坐标位置，完成平台位置校准；
3）、将原材料放置在所述水平二维移动平台的设定位置上，主控制器发出指令驱动水平二维移动平台运动使得平台上的设定位置与锻打锤对应；
4）、主控制器发出指令驱动水平二维移动平台上的设定位置点带动原材料以螺旋线轨迹运动，与此同时，锻打锤在所述曲柄连杆机构驱动下作上下往复锻打运动，直到将原材料锻打成金箔。
所述自动打金箔方法进一步设计在于：所述温度检测单元检测到原材料的温度超过一定警戒值时，主控制器发出指令使得所述曲柄滑块机构的曲柄在最高位置时停止运动；所述位置检测单元检测到水平二维移动平台超行程运动时，主控制器发出指令使得所述水平二维移动平台停止运动。
本发明克服了以往手动旋转家生包的缺点，无需人工参与金箔锻打工作，改善了人工劳动强度，提高了安全性和生产性，同时降低金箔生产的人工技术成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明各模块功能图。
图3为本发明水平二维移动平台控制流程图。
图4为本发明PID控制模块图。
图5为本发明插补算法流程图。
图6为本发明打箔运动轨迹示意图。
具体实施方式
对照图1该装置包括主控制器1、设置在底座7上的水平二维移动平台2、锻打锤3、曲柄滑块机构4，水平二维移动平台2包括以齿轮齿条传动机构（或丝杆传动机构）传动的设置在底座1上横向移动平台21和设置在横向移动平台21上的纵向移动平台22，齿轮齿条传动机构（或丝杆传动机构）均与对应步进电机连接，锻打锤3上端可滑动地设置滑块41中。曲柄滑块机构4通过捶打支架5设置在水平二维移动平台2上方，该捶打支架5包括与底座1连接的竖直杆51以及设置曲柄滑块机构4的水平杆52。
曲柄滑块机构4的曲柄42的支架端与捶打电机6连接，主控制器1主要由单片机和CPLD芯片组成，主控制器1通过电机驱动单元11与水平二维移动平台以及曲柄滑块机构的驱动电机连接。电机驱动单元11采用了CPLD芯片，捶打支架5上还设有用于在金箔加工过程中感应测量金箔温度的温度检测单元12，温度检测单元12与主控制器1连接，温度检测单元12采用了数字式红外测温模块。水平二维移动平台2以及曲柄滑块机构4上均设有用于检测作业过程中平台以及锻打锤3位置信息的位置检测单元13，位置检测单元13采用了行程开关和霍尔传感器。主控制器1还与用于读取以及设置加工参数的显示与人机接口控制单元14连接，显示与人机接口控制单元14采用了包括LCD模块、按键、LED指示灯。
对照图2，主控制器1的X、Y、Z输出端与电机驱动单元11的对应端口连接，相应输出端X1、Y1、Z1分别与水平二维移动平台2的横向电机X1、纵向电机Y1以及锻打电机Z1输入端连接；从而控制水平二维移动平台的横向以及纵向运动，使得“家生包”即原材料按照所需运行轨迹的运动；Z输出端控制捶打电机工作从而通过曲柄滑块机构使得锻打锤3上下往复完成锤锻功能；主控制器1的A输出端与显示与人机接口控制单元14的LCD模块相连；显示与人机接口控制单元14的按键输出端与主控制器1的B输入端相连，向主控制器1输入工作参数；位置检测单元13的C1、D1、E1输出端分别与主控制器1的C、D、E输入端相连，向主控制器1反馈位置参数信号；温度检测模块的输出端与主控制器（MCU）单元的F输入端相连，向主控制器1提供温度信号。主控制器1运用PID算法结合模糊控制技术控制运动轨迹，并通过电机驱动单元11把运动信号传递给各驱动机构，实现打箔控制。位置检测单元13将运动轨迹实时反馈给主控制器1，以便实时修正和补偿运动轨迹，实现闭环控制系统。温度检测单元通过非接触的方式测量家生包在打箔过程中的温度，根据温度的变化情况控制打箔机的运行方式，若温度超过警戒值则停机冷却，等温度降到一定的温度后再启动相关机构进行作业。显示与人机接口控制单元14，接收主控制器1的信号，显示打箔机的运行状态、工作参数，通过按键通知主控制器改变工作状态。
结合图3，根据作业具体要求，编制主控制器1的控制程序。根据按键的输入确定工作方式。主控制器1向电机驱动单元13发送执行指令，分别驱动水平二维移动平台2的横向和纵向步进电机，实现工作台的二维运动；与此同时使得锻打电机6转动继而驱动曲柄滑块机构4带动锻打锤3实现上下锻打运动，完成打箔功能。作业过程中采用逐点比较插补的方法实现二维螺旋运动。工作台横向以及纵向的最小移动单位是一个脉冲当量，用具有极小台阶组成的折线，数据点密化，近似逼近螺旋线，如图6所示。特点是原始数据少、插补精度高，没有累积误差。对照图4、图5，主控制1采用PID闭环反馈提高插补进度。位置传感单元13检测到各种扰动引起的轨迹偏差，将偏差信号记录并传送给主控制器1，改变过程变量值（PV值），经变送器送至主控制器1的输入端，并与其给定值（SP值）进行比较得到偏差值（e值），调节器按此偏差并以预先设定的整定参数控制规律发出控制信号，改变调节器的开度，从而使现场控制对象值发生趋于给定值的变化，达到控制目的。
Figure 2012100103460100002DEST_PATH_IMAGE002
 
其中：u(t)——调节器的输出信号
      e(t)——调节器的偏差信号
      KP——比例系数
TI——积分时间
TD——微分时间
u0——控制常量
自动打金箔方法如下：
1）、根据作业需要设置主控制器1控制程序；
2）、主控制器1发出指令驱动水平二维移动平台2运动至极限位置，计算坐标位置，完成平台位置校准；
3）、将原材料9放置在水平二维移动平台的设定位置上，主控制器1发出指令驱动水平二维移动平台2运动使得平台上的设定位置与锻打锤对应；
4）、主控制器1发出指令驱动水平二维移动平台2上的设定位置点带动原材料以螺旋线轨迹运动，与此同时，锻打锤3在曲柄连杆机构4驱动下作上下往复锻打运动，直到将原材料锻打成金箔。
作业过程中温度检测单元12检测到原材料的温度超过一定警戒值时，主控制器1发出指令使得曲柄滑块机构4的曲柄42在最高位置时停止运动；位置检测单元13检测到水平二维移动平台超行程运动时，主控制器1发出指令使得水平二维移动平台停止运动。当移动平台行程超范围时，触动位置检测单元13中的行程开关，主控制器1发出指令关停该装置。

Claims (10)

1.一种自动打金箔装置，其特征在于：该装置包括主控制器、设置在底座上的水平二维移动平台、锻打锤、曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构纵向设置在水平二维移动平台的上方，所述锻打锤设置在该曲柄滑块机构的滑块下端，所述曲柄滑块机构的曲柄的支架端与其驱动机构连接，所述主控制器与所述水平二维移动平台以及曲柄滑块机构的驱动机构连接。
2.根据权利要求1所述的自动打金箔装置，其特征在于：所述水平二维移动平台包括以齿轮齿条传动机构或丝杆传动机构传动的设置在底座上横向移动平台和设置在该横向移动平台上的纵向移动平台，所述齿轮齿条传动机构或丝杆传动机构均与对应驱动机构连接，所述驱动机构均为步进电机，所述锻打锤上端可滑动地设置所述滑块中。
3.根据权利要求1所述的自动打金箔装置，其特征在于：所述曲柄滑块机构通过捶打支架设置在水平二维移动平台上方，该捶打支架包括与底座连接的竖直杆以及设置曲柄滑块机构的水平杆。
4.根据权利要求1所述的自动打金箔装置，其特征在于：所述主控制器包括单片机和CPLD芯片。
5.根据权利要求1所述的自动打金箔装置，其特征在于：所述主控制器通过电机驱动单元与各驱动电机连接，该电机驱动单元包括CPLD芯片。
6.根据权利要求3所述的自动打金箔装置，其特征在于：所述捶打支架上还设有用于在金箔加工过程中感应测量金箔温度的温度检测单元，所述温度检测单元与主控制器连接，该温度检测单元为数字式红外测温模块。
7.根据权利要求1所述的自动打金箔装置，其特征在于：所述水平二维移动平台上还设有用于检测该移动平台位置信息的位置检测单元，所述位置检测单元包括行程开关和霍尔传感器。
8.根据权利要求1所述的自动打金箔装置，其特征在于：所述主控制器还与用于读取以及设置加工参数的显示与人机接口控制单元连接，所述显示与人机接口控制单元包括LCD模块、按键、LED指示灯。
9.如权利要求1-7所述的自动打金箔装置的自动打金箔方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1）、根据作业需要设置好主控制器控制程序；
2）、主控制器发出指令驱动水平二维移动平台运动至极限位置，计算坐标位置，完成平台位置校准；
3）、将原材料放置在所述水平二维移动平台的设定位置上，主控制器发出指令驱动水平二维移动平台运动使得平台上的设定位置与锻打锤对应；
4）、主控制器发出指令驱动水平二维移动平台上的设定位置点带动原材料以螺旋线轨迹运动，与此同时，锻打锤在所述曲柄连杆机构驱动下作上下往复锻打运动，直到将原材料锻打成金箔。
10.根据权利要求9所述的自动打金箔方法，其特征在于：所述温度检测单元检测到原材料的温度超过一定警戒值时，主控制器发出指令使得所述曲柄滑块机构的曲柄在最高位置时停止运动；所述位置检测单元检测到水平二维移动平台超行程运动时，主控制器发出指令使得所述水平二维移动平台停止运动。
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