CN103317763A - 一种通过电子齿轮调整模切箱高的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过电子齿轮调整模切箱高的方法，包括：确定箱高差异；估算；调整砧辊转速；测量箱高；判断箱高；改变电子齿轮等效电流；检测砧辊线速度变化；判断砧辊线速度变化；结束。本发明利用伺服电机数字化电子调速原理，连续调整模切机砧辊的角速度，藉以调整砧辊与刀辊碾压面之间线速度差，可以连续改变模切纸板箱的箱高，同时使用模糊理论，在多种调整因素的选出等效电流这一较为关键的因素作为调整的关键性因素，并以目标箱高作用最终目标，以最简单的方式实现了通常情况下需要十分复杂的计算和调整才能实现的线速度调整。使用本发明所述的方法在无需对模切机任何改造的情况下，实现了多品种模切，节约了刀辊和人工成本。

Description

一种通过电子齿轮调整模切箱高的方法

技术领域

本发明涉及一种通过电子齿轮调整模切箱高的方法，是一种电子调控的方法，是一种应用于包装纸箱制造业的模切机的电子调控方法。

背景技术

模切机是包装纸箱行业不可或缺的设备。模切机在平整的硬纸板上用模切刀切出纸箱的折痕，硬纸板按照折痕折弯后形成纸箱。在模切机上，两个模切刀之间的位置决定了纸箱的外廓尺寸。要改变纸箱的外廓尺寸，就需改变两个模切刀之间的距离。在传统的圆压圆模切机上改变两个模切刀之间的距离十分困难。因为圆压圆模切机的模切刀一般是固定在模板上，也就是说，在刀辊上两个模切刀之间的距离（角度）是固定的，要改变两个刀辊之间距离（角度），在实际中需要更换模板或者由专业人士修改模板。或者说，在传统的圆压圆模切机上一个刀辊对于一种尺寸的纸箱。更换刀辊的生产方式在小批量多品种的纸箱生产中，在产品初期的测试打样中，需要反复修改甚至更换模板，需要占用大量的人力物力。增加了模切的成本，而更换模板还需要较多的生产辅助时间，增加了生产成本。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种通过电子齿轮调整模切箱高的方法。本发明所述的方法通过电子调速的方式，调整刀辊与砧辊之间的线速度差，在不更换刀辊的状态下，可以实现多品种箱高的模切。

本发明的目的是这样实现的：一种通过电子齿轮调整模切箱高的方法，所述方法使用的系统包括：带动砧辊旋转的砧辊伺服电机，所述的砧辊伺服电机与伺服电机控制器连接，所述的伺服电机控制器与安装在伺服电机上的增量编码器连接，所述的伺服电机控制器是带有脉冲宽度调制器和比例微积分控制器的数字伺服控制器，所述方法的步骤如下:

确定箱高差异的步骤：用于将砧辊和刀辊线速度相同时所模切出的标准箱高减去目标箱高的尺寸，获得箱高差值；

估算的步骤：用于根据箱高差值计算砧辊和刀辊之间的线速度差值，并根据线速度差值估算砧辊与刀辊的转速差；

调整砧辊转速的步骤：用于根据砧辊和刀辊的转速差确定电子齿轮的等效电流，并通过脉冲宽度调制器和比例微积分控制器调整砧辊的转速；

测量箱高的步骤：用于模切一块样品箱板，并测量样品箱板的箱高；

判断箱高的步骤：用于判断样品箱板的箱高是否符合目标箱高，如果“是”则进入“结束的步骤”，如果“否”则进入下一步骤；

改变电子齿轮等效电流的步骤：用于根据样品箱板的箱高与目标箱高之间的差别，增加或减小电子齿轮的等效电流；

检测砧辊线速度变化的步骤：用于通过脉冲宽度调制器、增量编码器和比例微积分控制器调整和检测砧辊线速度；

判断砧辊线速度变化的步骤：用于判断砧辊线速度是否发生变化，如果“是”则进入“测量箱高的步骤”，如果“否”则回到“改变电子齿轮等效电流的步骤”；

结束的步骤：用于结束砧辊线速度的调整进入正式模切作业。

本发明产生的有益效果是：本发明利用伺服电机数字化电子调速原理，连续调整模切机砧辊的角速度，藉以调整砧辊与刀辊碾压面之间线速度差，可以连续改变模切纸板箱的箱高，同时使用模糊理论，在多种调整因素的选出等效电流这一较为关键的因素作为调整的关键性因素，并以目标箱高作用最终目标，以最简单的方式实现了通常情况下需要十分复杂的计算和调整才能实现的线速度调整。使用本发明所述的方法在无需对模切机任何改造的情况下，也不用频繁的更换砧辊及传动齿轮，即可模切多品种箱高的纸箱，大大的节约了刀辊的成本。同时由于改变箱高无需更换模板，节约了更换模板的人工，使整个模切生产的成本大幅度降低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的实施例一所述方法所示使用的系统原理示意图；

图2是本发明的实施例一所述方法的流程图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种通过电子齿轮调整模切箱高的方法，所述方法使用的系统如图1所示，包括：带动砧辊1旋转的砧辊伺服电机3，所述的砧辊伺服电机与伺服电机控制器连接，所述的伺服电机控制器与安装在伺服电机上的增量编码器2连接，所述的伺服电机控制器是由带有脉冲宽度调制器连和比例微积分控制器的数字伺服控制器驱动控制。

本实施例所使用的系统是一个用于制作硬纸板箱制作行业的模切机。砧辊1和刀辊5是两个圆柱状的滚筒，上下分别安装，并根据需要按照相反的方向旋转，如图1中箭头A、B所示。硬纸板4在砧辊和刀辊的旋转碾压的带动下运动，如图中箭头C的方向。传统的模切机的刀辊和砧辊在碾压纸板的滚筒面上，线速度是相同的，所以两个滚筒通过齿轮传动，用一个电机带动。由于两个滚筒碾压面上的线速度相同，所以只要使传动齿轮按照一定的固定速比传动，就可以达到碾压面线速度相同的要求。

随着机电一体化和数字化控制的进展，刀辊和砧辊不再使用同一个电机带动，而是分别由不同的伺服电机带动，而控制伺服电机的也不再是传统的模拟控制器，而是数字化控制器。伺服电机的控制使电机的转速形成完全的无级变速，在控制范围内电机差不多可以以任何速度转动，而且在增量编码器的反馈作用下，电机转速非常精确而稳定，这是传统的齿轮传动所不可想象的。

这些技术进步带来了明显的结构变化和经济效益。特别明显的一点是：设备的一些调整由过去的纯粹硬件调整，变化为软调整，即不再需要更换机械零件的情况下，使用软件就可以调整设备的状态。伺服电机控制器应用脉冲宽度调制PWM和比例微积分控制PID，以及电子齿轮的概念。这些数字化的设计使伺服电机的控制十分精确，达到传统机械传动所无法到达的水平，并是一些过去无法想象的调整过程得以实现。例如，本实施例所述的砧辊和刀辊之间线速度同步的调整，在传统的机械传动设备中，调整是否费减，齿轮的制造精度、安装精度，轴、轴孔的制造、安装精度都为影响到两个线速度的同步。

对于具有数字化控制的伺服电机来说，只要进行软调整，而无需任何机械零件的更换，就可以达到两者之间的线速度同步。不仅如此，还可以通过调整刀辊和砧辊之间的线速度差距改变模切箱体的高度，这是本实施例的关键点。本实施例利用了数字化伺服电机的精确控制，使刀辊和砧辊之间的线速度差距，改变箱高的模切，实现在一定范围内，不更换硬件，即可以生产不同规格的硬纸板箱。

软调整虽然说起来十分简单，但具体实现还有许多困难。因为在数字化控制过程中，各种因素错综复杂，如何找到关键的调整因素十分困难。本实施例采用了一种十分简单的方法：使用模糊理论进行调整。不考虑过多的因素，以最终箱高为基本要求，符合这个要求，就合格，反之不合格。基本调整要素是电子齿轮的等效电流，按照千分之一的增加或减少量，控制电子齿轮的等效电流变化量，逐渐的逼近目标箱高。

所述方法的具体步骤如下，流程如见图2：

确定箱高差异的步骤：用于将砧辊和刀辊线速度相同时所模切出的标准箱高减去目标箱高的尺寸，获得箱高差值。当刀辊和砧辊在碾压纸板的面线速度同步的理想状态，这时模切出的箱高尺寸称为：标准箱高。而将要制造的产品的箱高尺寸称为目标箱高。标准箱高与目标箱高的之间的差值一般不能大于5%，过大容易产生模切畸变。或者说在5%范围内可以实现箱高尺寸的连续变化，而无需更换刀辊等硬件。

估算的步骤：用于根据箱高差值计算砧辊和刀辊之间的线速度差值，并根据线速度差值估算砧辊与刀辊的转速差。由于伺服电机的控制主要是根据角速度变化进行的，因此，需要根据刀辊和砧辊的直径将线速度转换为角速度。

调整砧辊转速的步骤：用于根据砧辊和刀辊的转速差确定电子齿轮的等效电流，并通过脉冲宽度调制器和比例微积分控制器调整砧辊的转速。

测量箱高的步骤：用于模切一块样品箱板，并测量样品箱板的箱高。本步骤的作用在于对调整后的线速度差进行验证。如果进行精确的控制计算也可以实现精确的线速度差控制，但在实际工作中如果精确的进行计算往往过于复杂，得不偿失。而模切箱高本身是一个无需十分精确的过程，精度等级只要达到1以内毫米即可，无需过于精确的调整。因此，可以使用试验的方法。本步骤即在初次调整后，进行一次模切，以确定误差的大小。

判断箱高的步骤：用于判断样品箱板的箱高是否符合目标箱高，如果“是”则进入“结束的步骤”，如果“否”则进入下一步骤。本步骤主要是测量箱高的尺寸是否达到目标箱高，可以使用直尺直接测量。

改变电子齿轮等效电流的步骤：用于根据样品箱板的箱高与目标箱高之间的差别，增加或减小电子齿轮的等效电流。系统采用电流环（即力矩环）驱动伺服电机，以实现外部精确的位置环控制。通过改变等效电流以改变伺服电机的扭矩输出，增大或者减小砧辊的线速度。通过安装在伺服电机上的增量型编码器，反馈这一速度，经过伺服控制器反复调节确定精准的线速度。增加或减少等效电流的量通常在千分之一左右。

检测砧辊线速度变化的步骤：用于通过脉冲宽度调制器、增量编码器和比例微积分控制器调整和检测砧辊线速度。等效电流调整后，还要经过砧辊角速度和线速度的检测，这是一种系统的自动检测，主要是通过增量编码器的对伺服电机转速角速度的检测反馈，以便下一步骤确定如何继续运行。

判断砧辊线速度变化的步骤：用于判断砧辊线速度是否发生变化，如果“是”则进入“测量箱高的步骤”，如果“否”则回到“改变电子齿轮等效电流的步骤”。本步骤是一个判断的过程，如果反馈表面，等效电流的增加的确影响了伺服电机角速度，如果确定伺服电机的角速度确实发生了变化，则进行模切作用，以便确定等效电流改变后的箱高变化是否达到目标箱高。如果发现虽然等效电流发生的了变化，但增量编码器表明，伺服电机的角速度并没有发生变化，或变化过小，则要进一步对等效电流进行调整。

结束的步骤：用于结束砧辊线速度的调整进入正式模切作业。当进行一个模切作业后，所切出的纸板箱高达到了目标箱高的要求，则可以停止对砧辊线速度的调整，进入正式模切的作业。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例关于等效电流的增量的细化。本实施例所述的“改变电子齿轮等效电流的步骤”中的电子齿轮的等效电流每次增加或减少的量为千分之一。 

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如将调整砧辊的线速度修改为调整刀辊的线速度、修改本发明所述方法所使用的系统等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。 

Claims (2)

1.一种通过电子齿轮调整模切箱高的方法，所述方法使用的系统包括：带动砧辊旋转的砧辊伺服电机，所述的砧辊伺服电机与伺服电机控制器连接，所述的伺服电机控制器与安装在伺服电机上的增量编码器连接，所述的伺服电机控制器是带有脉冲宽度调制器连和比例微积分控制器的数字伺服控制器，其特征在于，所述方法的步骤如下:

确定箱高差异的步骤：用于将砧辊和刀辊线速度相同时所模切出的标准箱高减去目标箱高的尺寸，获得箱高差值；

估算的步骤：用于根据箱高差值计算砧辊和刀辊之间的线速度差值，并根据线速度差值估算砧辊与刀辊的转速差；

调整砧辊转速的步骤：用于根据砧辊和刀辊的转速差确定电子齿轮的等效电流，并通过脉冲宽度调制器和比例微积分控制器调整砧辊的转速；

测量箱高的步骤：用于模切一块样品箱板，并测量样品箱板的箱高；

判断箱高的步骤：用于判断样品箱板的箱高是否符合目标箱高，如果“是”则进入“结束的步骤”，如果“否”则进入下一步骤；

改变电子齿轮等效电流的步骤：用于根据样品箱板的箱高与目标箱高之间的差别，增加或减小电子齿轮的等效电流；

检测砧辊线速度变化的步骤：用于通过脉冲宽度调制器、增量编码器和比例微积分控制器调整和检测砧辊线速度；

判断砧辊线速度变化的步骤：用于判断砧辊线速度是否发生变化，如果“是”则进入“测量箱高的步骤”，如果“否”则回到“改变电子齿轮等效电流的步骤”；

结束的步骤：用于结束砧辊线速度的调整进入正式模切作业。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的“改变电子齿轮等效电流的步骤”中的电子齿轮的等效电流每次增加或减少的量为千分之一。

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