CN103770462A - 用于控制多轴设备的轴运行的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于控制多轴设备的轴运行的方法及系统。根据本发明的方法，先获取当多轴设备正常工作时，由第一实际轴带动的部件与由第二实际轴带动的部件之间的位置关系信息，并基于所述多轴设备正常工作时的第一实际轴的运行信息来构建第一虚拟轴的运行信息；随后基于第一虚拟轴的运行信息及所获取的位置关系信息来构建第二虚拟轴的运行信息；接着，启动所构建的第一虚拟轴及第二虚拟轴运行，并将第二虚拟轴的当前运行信息输出至电子凸轮，由电子凸轮控制第二实际轴，使第二实际轴相对于第一实际轴同步运行，由此实现对多轴设备的轴控制，尤其是控制丝网印刷设备，使得丝网印刷设备可实现平面、圆、椭圆、多边形等多种丝印。

Description

用于控制多轴设备的轴运行的方法及系统

技术领域

本发明涉及设备的轴控制领域，特别是涉及一种用于控制多轴设备的轴运行的方法及系统。

背景技术

丝网印刷属于孔版印刷，与平印、凸印、凹印一起被称为四大印刷方法。印刷时通过刮板的挤压，使油墨通过具有图文部分的网孔转移到承印物上，形成与原稿一样的图文。丝网印刷设备简单、操作方便，印刷、制版简易且成本低廉，适应性强。丝网印刷应用范围广，常见的印刷品有：彩色油画、招贴画、名片、装帧封面、商品标牌以及印染纺织品等。

丝网印刷根据工件的外形一般分为平面丝印和曲面丝印；其中，平面丝印常用于电子产品LOGO、铭牌等。例如，如图1a所示，其为平面丝印示意图。在对工件2进行平面丝印时，网版11及工件2均固定，刮板12沿箭头所指方向水平移动，使油墨13通过网版11转移到工件2上。采用的网版不同，可获得不同的平面丝网印刷品，例如，图1a中所示的印刷品2a、2b等均是采用平面丝网印刷后的成品。

其中，曲面丝印常用于酒瓶、酒盖、化妆品瓶等表面文字或图片等的印刷。例如，如图1b所示，在对工件2’进行曲面丝印时，刮板12固定，网版11沿箭头A所指方向水平移动，工件2’沿箭头B所指方向顺时针转动，使油墨13通过网版11转移到工件2’上。采用的网版不同，可获得不同的曲面丝网印刷品，例如，图1b中所示的印刷品2a’、2b’等均是采用曲面丝网印刷后的成品。

然而，现有曲面丝印一般是印刷在标准圆形工件，对于椭圆形或其他形状的工件整周丝印就无能为力了，原因在于：工件旋转过程中其半径会发生改变，且工件同网版之间接触的丝印点也在变化，如图1c所示，当椭圆型工件2”顺时针方向转动后，由于网版11只能水平方向移动，就会导致网版11与该椭圆型工件2”分离，无法再继续印刷。

鉴于现有曲面丝印仅能适用于圆形工件，极有必要对现有曲面丝印进行改进。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于控制多轴设备的轴运行的方法及系统，以实现对多轴设备的轴的灵活自动控制。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于控制多轴设备的轴运行的方法，其至少包括：

获取当多轴设备正常工作时，由第一实际轴带动的部件与由第二实际轴带动的部件之间的位置关系信息；

基于所述多轴设备正常工作时的第一实际轴的运行信息来构建第一虚拟轴的运行信息；

基于第一虚拟轴的运行信息及所获取的位置关系信息来构建第二虚拟轴的运行信息；

启动所构建的第一虚拟轴及第二虚拟轴运行，将第二虚拟轴的当前运行信息输出至电子凸轮；

电子凸轮控制第二实际轴，使第二实际轴相对于第一实际轴同步运行。

优选地，所述用于控制多轴设备的轴运行的方法还包括：监测每一由第一实际轴带动的部件的初始姿态信息，并基于初始姿态信息来控制驱动所述第一实际轴运行的器件，以使每一由第一实际轴带动的部件的初始姿态信息相同。

优选地，基于第一虚拟轴的运行信息及所获取的位置关系信息、采用三维模具设计软件来构建第二虚拟轴的运行信息。

优选地，电子凸轮采用标准5项式平滑方式来进行位置平滑，并基于位置变化量的积分运算来进行速度平滑。

优选地，所述第一实际轴为匀速转动的轴，第二实际轴包括：驱动部件水平运行的轴、驱动部件垂直运行的轴、驱动部件旋转的轴中的一种或多种。

本发明还提供一种用于控制多轴设备的轴运行的控制系统，其至少包括：

获取模块，用于获取当多轴设备正常工作时，由第一实际轴带动的部件与由第二实际轴带动的部件之间的位置关系信息；

构建模块，用于基于所述多轴设备正常工作时的第一实际轴的运行信息来构建第一虚拟轴的运行信息，并基于第一虚拟轴的运行信息及所获取的位置关系信息来构建第二虚拟轴的运行信息；

启动模块，用于启动所构建的第一虚拟轴及第二虚拟轴运行，并将第二虚拟轴的当前运行信息输出至电子凸轮；

电子凸轮，用于控制第二实际轴，使第二实际轴相对于第一实际轴同步运行。

优选地，所述用于控制多轴设备的轴运行的控制系统还包括：监控模块，用于监测每一由第一实际轴带动的部件的初始姿态信息，并基于初始姿态信息来控制驱动所述第一实际轴运行的器件，以使每一由第一实际轴带动的部件的初始姿态信息相同。

优选地，所述构建模块基于第一虚拟轴的运行信息及所获取的位置关系信息、采用三维模具设计软件来构建第二虚拟轴的运行信息。

优选地，电子凸轮采用标准5项式平滑方式来进行位置平滑，并基于位置变化量的积分运算来进行速度平滑。

如上所述，本发明的用于控制多轴设备的轴运行的方法及系统，具有以下有益效果：能高效、灵活控制多轴设备的各轴的运行，尤其是控制丝网印刷设备，使得丝网印刷设备可实现平面、圆、椭圆、多边形等多种丝印。

附图说明

图1a显示为现有技术中的平面丝网印刷示意图。

图1b显示为现有技术中的曲面丝网印刷示意图。

图1c显示为现有技术中的曲面丝网印刷椭圆形工件示意图。

图2显示为本发明的用于控制多轴设备的轴运行的方法流程图。

图3显示为本发明的用于控制多轴设备的轴运行的方法获取位置信息的示意图。

图4显示为本发明的用于控制多轴设备的轴运行的控制系统示意图。

元件标号说明

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图2所示，本发明提供一种用于控制多轴设备的轴运行的方法。其中，根据本发明的方法主要通过用于控制多轴设备的轴运行的控制系统来完成，该控制系统包括但不限于能够实现本发明方案的诸如应用模块、操作系统、处理控制器等。

在步骤S1中，当多轴设备正常工作时，所述控制系统获取由第一实际轴带动的部件与由第二实际轴带动的部件之间的位置关系信息。

其中，所述多轴设备包括任何一种具有多根用于带动部件移动或转动的轴的设备，优选地，包括但不限于：用于丝网印刷的设备等。

其中，第一实际轴可以是多轴设备中的任意一根轴，第二实际轴可包含多轴设备中所有轴，也可只包含除了第一实际轴之外的其他轴；优选地，第一实际轴为多轴设备中匀速运行的轴，例如，在用于丝网印刷的设备中，将带动工件匀速转动的轴作为第一实际轴；第二实际轴包括：将用于丝网印刷的设备中的带动网版水平移动的轴、用于丝网印刷的设备中的带动网版垂直移动的轴、用于丝网印刷的设备中的带动刮板水平移动的轴、带动工件匀速转动的轴均作为第二实际轴。

具体地，所述控制系统可通过传感器等来获取由第一实际轴带动的部件与由第二实际轴带动的部件之间的位置关系信息。

例如，对于用于丝网印刷的设备，可在水平方向安装激光对射传感器，在垂直方向安装超声波距离传感器，如图3所示。当椭圆形工件由上料位进入至示教位后，先使该椭圆形工件在示教位旋转至虚线所示的位置时，再使上下轴慢速上移，当水平激光传感器感应到信号时，中断方式停止，由此，所述控制系统基于水平激光传感器所感测的信息可确定上下轴的位置；再使垂直方向超声波距离传感器水平慢速移动，测得最小数据的位置就是最高点，从而，所述控制系统根据超声波距离传感器水平方向移动的距离可以确定出刮刀和网版相对于椭圆形工件的虚线位置之间的位置关系信息。

在步骤S2中，所述控制系统基于所述多轴设备正常工作时的第一实际轴的运行信息来构建第一虚拟轴的运行信息。

例如，当所述多轴设备正常工作时，第一实际轴为以转速为w1匀速转动的转动轴，则所述控制系统构建一个转速为w1匀速转动的第一虚拟轴，即构建一个每Δt时间转角增加

的第一虚拟轴。

又例如，当所述多轴设备正常工作时，所述控制系统直接将感测所述设备的第一实际轴运行信息的电机编码器的感测信息及对应的时间信息作为第一虚拟轴的运行信息。

需要说明的是，本领域技术人员应该理解，上述所示仅仅只是列示，而非对本发明的限制，事实上，任何能基于所述多轴设备正常工作时的第一实际轴的运行信息来构建第一虚拟轴的运行信息的方式，均包含在本发明的范围内。

在步骤S3中，所述控制系统基于第一虚拟轴的运行信息及所获取的位置关系信息来构建第二虚拟轴的运行信息。

优选地，所述控制系统可采用三维模具设计软件来构建第二虚拟轴的运行信息。

例如，对于用于丝网印刷的设备，所述控制系统采用SolidWorks三维模具设计软件的仿真功能，仿真工件每旋转一个角度时，基于网版轴、上下轴、刮板轴各自的位置信息，来生成与网版轴对应的第二虚拟轴、与上下轴对应的第二虚拟轴、与刮板轴对应的第二虚拟轴各自的运行信息。

在步骤S4中，所述控制系统启动所构建的第一虚拟轴及第二虚拟轴运行，并将第二虚拟轴的当前运行信息输出至电子凸轮。

具体地，所述控制系统检测到所述多轴设备的第一实际轴运行时或者基于来自启动键的启动信息，依序实时确定步骤S2中所构建的第一虚拟轴的当前运行信息，并将与所确定的第一虚拟轴的当前运行信息对应的第二虚拟轴的当前运行信息输出至控制第二实际轴的电子凸轮。

例如，当所述控制系统检测到所述多轴设备的第一实际轴运行时，立即确定步骤S2中所构建的第一虚拟轴的运行信息是转动角度α1，并基于该转动角度α1获取与网版轴对应的第二虚拟轴的当前水平移动距离信息为L1、与上下轴对应的第二虚拟轴垂直移动距离信息为L2、与刮板轴对应的第二虚拟轴的水平移动距离信息为L3，并将当前水平移动距离信息L1输出至控制网版轴的电子凸轮X1、将当前水平移动距离信息L2输出至控制上下轴的电子凸轮X2、将当前水平移动距离信息L3输出至控制刮板轴的电子凸轮X3。

在步骤S5中，所述控制系统的电子凸轮控制第二实际轴，使第二实际轴相对于第一实际轴同步运行。

例如，电子凸轮X1控制网版轴水平移动L1，电子凸轮X2控制上下轴垂直移动L2，电子凸轮X3控制刮板轴水平移动L3，从而使得刮板轴与网版轴能跟随带动椭圆形工件的第一实际轴的运行，使刮板与网版的位置能与椭圆形工件的位置对准。

优选地，各电子凸轮采用标准5项式平滑方式来进行位置平滑，并基于位置变化量的积分运算来进行速度平滑。

此外，作为一种优选方式，本发明的方法还包括步骤S6。

在步骤S6中，所述控制系统监测由第一实际轴带动的每一部件的初始姿态信息，并基于初始姿态信息来控制驱动所述第一实际轴运行的器件，以使由第一实际轴带动的每一部件的初始姿态信息相同。

具体地，所述控制系统可采用视觉系统高速捕捉工件的初始姿态信息相同，并控制一台伺服辅助定位，保证丝印开始时，各工件姿态的一致性。

需要说明的是，本领域技术人员基于上述所述，应该能够理解，本发明的方法不仅仅适用于对椭圆形工件的曲面丝印，也适用于其他丝印，例如，平面、圆、多边形等多种丝印，甚至还可适用于其他包含多轴的设备。

其中，采用本发明的方法控制平面丝印时，将与带动工件旋转的旋转轴、上下轴、网版轴与相应的第二虚拟主轴及电子齿轮啮合脱离即可；而采用本发明的方法控制圆丝印时，将上下轴、刮板轴与相应的虚拟主轴及电子齿轮啮合脱离即可。

此外，还需要说明的是，本发明的方法的步骤顺序并非以所示为限，事实上，步骤S1与步骤S2可同时执行或者步骤S2先于步骤S1执行等等。

如图4所示，本发明提供一种用于控制多轴设备的轴运行的控制系统。该控制系统3包括：获取模块31、构建模块32、启动模块33、电子凸轮34。

当多轴设备正常工作时，所述获取模块31获取由第一实际轴带动的部件与由第二实际轴带动的部件之间的位置关系信息。

其中，所述多轴设备包括任何一种具有多根用于带动部件移动或转动的轴的设备，优选地，包括但不限于：用于丝网印刷的设备等。

其中，第一实际轴可以是多轴设备中的任意一根轴，第二实际轴可包含多轴设备中所有轴，也可只包含除了第一实际轴之外的其他轴；优选地，第一实际轴为多轴设备中匀速运行的轴，例如，在用于丝网印刷的设备中，将带动工件匀速转动的轴作为第一实际轴；第二实际轴包括：将用于丝网印刷的设备中的带动网版水平移动的轴、用于丝网印刷的设备中的带动网版垂直移动的轴、用于丝网印刷的设备中的带动刮板水平移动的轴、带动工件匀速转动的轴均作为第二实际轴。

具体地，所述获取模块31可通过传感器等来获取由第一实际轴带动的部件与由第二实际轴带动的部件之间的位置关系信息。

例如，对于用于丝网印刷的设备，可在水平方向安装激光对射传感器，在垂直方向安装超声波距离传感器，如图3所示。当椭圆形工件由上料位进入至示教位后，先使该椭圆形工件在示教位旋转至虚线所示的位置时，再使上下轴慢速上移，当水平激光传感器感应到信号时，中断方式停止，由此，所述获取模块31基于水平激光传感器所感测的信息可确定上下轴的位置；再使垂直方向超声波距离传感器水平慢速移动，测得最小数据的位置就是最高点，从而，所述获取模块31根据超声波距离传感器水平方向移动的距离可以确定出刮刀和网版相对于椭圆形工件的虚线位置之间的位置关系信息。

接着，所述构建模块32基于所述多轴设备正常工作时的第一实际轴的运行信息来构建第一虚拟轴的运行信息。

例如，当所述多轴设备正常工作时，第一实际轴为以转速为w1匀速转动的转动轴，则所述构建模块32构建一个转速为w1匀速转动的第一虚拟轴，即构建一个每Δt时间转角增加的第一虚拟轴。

又例如，当所述多轴设备正常工作时，所述构建模块32直接将感测所述设备的第一实际轴运行信息的电机编码器的感测信息及对应的时间信息作为第一虚拟轴的运行信息。

需要说明的是，本领域技术人员应该理解，上述所示仅仅只是列示，而非对本发明的限制，事实上，任何能基于所述多轴设备正常工作时的第一实际轴的运行信息来构建第一虚拟轴的运行信息的方式，均包含在本发明的范围内。

接着，所述构建模块32基于第一虚拟轴的运行信息及所获取的位置关系信息来构建第二虚拟轴的运行信息。

优选地，所述构建模块32可采用三维模具设计软件来构建第二虚拟轴的运行信息。

例如，对于用于丝网印刷的设备，所述构建模块32采用SolidWorks三维模具设计软件的仿真功能，仿真工件每旋转一个角度时，基于网版轴、上下轴、刮板轴各自的位置信息，来生成与网版轴对应的第二虚拟轴、与上下轴对应的第二虚拟轴、与刮板轴对应的第二虚拟轴各自的运行信息。

接着，所述启动模块33启动所构建的第一虚拟轴及第二虚拟轴运行，并将第二虚拟轴的当前运行信息输出至电子凸轮34。

具体地，所述启动模块33检测到所述多轴设备的第一实际轴运行时或者基于来自启动键的启动信息，依序实时确定构建模块32所构建的第一虚拟轴的当前运行信息，并将与所确定的第一虚拟轴的当前运行信息对应的第二虚拟轴的当前运行信息输出至控制第二实际轴的电子凸轮34。

例如，当所述启动模块33检测到所述多轴设备的第一实际轴运行时，立即确定构建模块32所构建的第一虚拟轴的运行信息是转动角度α1，并基于该转动角度α1获取与网版轴对应的第二虚拟轴的当前水平移动距离信息为L1、与上下轴对应的第二虚拟轴垂直移动距离信息为L2、与刮板轴对应的第二虚拟轴的水平移动距离信息为L3，并将当前水平移动距离信息L1输出至控制网版轴的电子凸轮X1、将当前水平移动距离信息L2输出至控制上下轴的电子凸轮X2、将当前水平移动距离信息L3输出至控制刮板轴的电子凸轮X3。

电子凸轮34控制第二实际轴，使第二实际轴相对于第一实际轴同步运行。

例如，电子凸轮X1控制网版轴水平移动L1，电子凸轮X2控制上下轴垂直移动L2，电子凸轮X3控制刮板轴水平移动L3，从而使得刮板轴与网版轴能跟随带动椭圆形工件的第一实际轴的运行，使刮板与网版的位置能与椭圆形工件的位置对准。

优选地，各电子凸轮采用标准5项式平滑方式来进行位置平滑，并基于位置变化量的积分运算来进行速度平滑。

此外，作为一种优选方式，本发明的控制系统3还包括监控模块。

所述监控模块监测由第一实际轴带动的每一部件的初始姿态信息，并基于初始姿态信息来控制驱动所述第一实际轴运行的器件，以使由第一实际轴带动的每一部件的初始姿态信息相同。

具体地，所述监控模块可采用视觉系统高速捕捉工件的初始姿态信息相同，并控制一台伺服辅助定位，保证丝印开始时，各工件姿态的一致性。

需要说明的是，本领域技术人员基于上述所述，应该能够理解，本发明的控制系统3不仅仅适用于对椭圆形工件的曲面丝印，也适用于其他丝印，例如，平面、圆、多边形等多种丝印，甚至还可适用于其他包含多轴的设备。

其中，采用本发明的控制系统3控制平面丝印时，将与带动工件旋转的旋转轴、上下轴、网版轴与相应的第二虚拟主轴及电子齿轮啮合脱离即可；而采用本发明的方法控制圆丝印时，将上下轴、刮板轴与相应的虚拟主轴及电子齿轮啮合脱离即可。

此外，还需要说明的是，本发明的获取模块31与构建模块32各自执行各自的操作的顺序并非以所示为限，事实上，获取模块31与构建模块32可同时执行等等。

综上所述，本发明的用于控制多轴设备的轴运行的方法及系统可控制丝网印刷设备实现对椭圆形工件连续、整周丝印，而且丝网印刷设备运行平稳，自动化程度高，丝印图案清晰、无放大变形、油墨均匀；同时还能满足传统平面丝印、多边形丝印、圆形曲面丝印的要求等。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种用于控制多轴设备的轴运行的方法，其特征在于，所述用于控制多轴设备的轴运行的方法至少包括：

获取当多轴设备正常工作时，由第一实际轴带动的部件与由第二实际轴带动的部件之间的位置关系信息；

基于所述多轴设备正常工作时的第一实际轴的运行信息来构建第一虚拟轴的运行信息；

基于第一虚拟轴的运行信息及所获取的位置关系信息来构建第二虚拟轴的运行信息；启动所构建的第一虚拟轴及第二虚拟轴运行，并将第二虚拟轴的当前运行信息输出至电子凸轮；

电子凸轮控制第二实际轴，使第二实际轴相对于第一实际轴同步运行。

2.根据权利要求1所述的用于控制多轴设备的轴运行的方法，其特征在于还包括：监测每一由第一实际轴带动的部件的初始姿态信息，并基于初始姿态信息来控制驱动所述第一实际轴运行的器件，以使每一由第一实际轴带动的部件的初始姿态信息相同。

3.根据权利要求1所述的用于控制多轴设备的轴运行的方法，其特征在于：基于第一虚拟轴的运行信息及所获取的位置关系信息、采用三维模具设计软件来构建第二虚拟轴的运行信息。

4.根据权利要求1所述的用于控制多轴设备的轴运行的方法，其特征在于：电子凸轮采用标准5项式平滑方式来进行位置平滑，并基于位置变化量的积分运算来进行速度平滑。

5.根据权利要求1所述的用于控制多轴设备的轴运行的方法，其特征在于：所述第一实际轴为匀速转动的轴，第二实际轴包括：驱动部件水平运行的轴、驱动部件垂直运行的轴、驱动部件旋转的轴中的一种或多种。

6.一种用于控制多轴设备的轴运行的控制系统，其特征在于，所述用于控制多轴设备的轴运行的控制系至少包括：

获取模块，用于获取当多轴设备正常工作时，由第一实际轴带动的部件与由第二实际轴带动的部件之间的位置关系信息；

构建模块，用于基于所述多轴设备正常工作时的第一实际轴的运行信息来构建第一虚拟轴的运行信息，并基于第一虚拟轴的运行信息及所获取的位置关系信息来构建第二虚拟轴的运行信息；

启动模块，用于启动所构建的第一虚拟轴及第二虚拟轴运行，并将第二虚拟轴的当前运行信息输出至电子凸轮；

电子凸轮，用于控制第二实际轴，使第二实际轴相对于第一实际轴同步运行。

7.根据权利要求6所述的用于控制多轴设备的轴运行的控制系统，其特征在于还包括：监控模块，用于监测每一由第一实际轴带动的部件的初始姿态信息，并基于初始姿态信息来控制驱动所述第一实际轴运行的器件，以使每一由第一实际轴带动的部件的初始姿态信息相同。

8.根据权利要求6所述的用于控制多轴设备的轴运行的控制系统，其特征在于：所述构建模块基于第一虚拟轴的运行信息及所获取的位置关系信息、采用三维模具设计软件来构建第二虚拟轴的运行信息。

9.根据权利要求6所述的用于控制多轴设备的轴运行的控制系统，其特征在于：电子凸轮采用标准5项式平滑方式来进行位置平滑，并基于位置变化量的积分运算来进行速度平滑。

10.根据权利要求6所述的用于控制多轴设备的轴运行的控制系统，其特征在于：所述第一实际轴为匀速转动的轴，第二实际轴包括：驱动部件水平运行的轴、驱动部件垂直运行的轴、驱动部件旋转的轴中的一种或多种。

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