CN104608467A - 纳米直接制版机中打印头与滚筒同步控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米直接制版机中打印头与滚筒同步控制系统及方法，包括打印头及滚筒，具有控制器单元、滚筒伺服驱动制器、滚筒伺服电机、打印头伺服驱动器、打印头伺服电机以及编码器，控制器单元生成凸轮表；配合板材存储一套凸轮表参数；打印装置跟随滚筒尾卡在凸轮表的抬起点为X；如板材大小没有变化、如果打印头在原位，则控制器单元控制滚筒回到滚筒零位；控制器单元控制打印头去指定位置；启动凸轮表；控制器单元控制滚筒的同时，通过凸轮表获取相应的位移，打印头跟随滚筒主轴执行运动。本发明实现了打印头速度同步跟踪滚筒运动的功能，提高了系统运行的安全性，具有更高的加工精度和灵活性，能大幅度提高生产效率。

Description

纳米直接制版机中打印头与滚筒同步控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种制版机同步控制技术，具体的说是一种纳米直接制版机中打印头与滚筒同步控制系统及方法。

背景技术

在纳米直接制版机在打印的过程中打印头装置跟随滚筒连续旋转产生相应的位移是整套系统的关键，其性能在板材成像的品质、损耗和生产效率起着至关重要的作用，也是整个生产线中电气控制最为复杂的一个环节，因此，要提高打印的质量，设备运转的稳定，安全是至关重要的。势必要提高整体控制系统的性能。现有的纳米直接制版机运转时采用单一的运动方式，主轴旋转和打印头装置的运动毫无关系，单独控制。这样在实际操作中会带来许多不便。经常会出现打印头装置在操作过程中撞击到滚筒的头卡和尾卡位置，如果发生撞击打印头会全部报废。这样成本会提高，会给客户的操作带来麻烦。当板材发生变化时，该系统无法满足当前的实际情况，所以运用起来麻烦多多。

纳米制版机的技术更新成为整个生产线性能提高的必然要求。

发明内容

针对现有技术中纳米直接制版机中打印头与滚筒采用单一的运动方式易发生冲撞等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种以高可靠性为控制目标的纳米直接制版机中打印头与滚筒同步控制系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种纳米直接制版机中打印头与滚筒同步控制系统，包括打印头及滚筒，具有控制器单元、滚筒伺服驱动制器、滚筒伺服电机、打印头伺服驱动器、打印头伺服电机以及编码器，其中控制器单元通过滚筒伺服驱动器驱动滚筒伺服电机，编码器检测滚筒伺服电机的旋转角度反馈至控制器单元，控制器单元根据编码器的角度反馈信号输出控制指令，通过打印头伺服驱动器控制打印头动作。

所述编码器安装于滚筒伺服电机的主轴上。

所述滚筒上具有头卡及尾卡，头卡及尾卡的位置信号传输至控制器单元，控制器单元根据头卡尾卡位置信号输出输出控制指令，通过打印头伺服驱动器控制打印头动作。

还具有输入操作指令及控制参数的控制屏，其连接至控制器单元的输入端。

所述控制器单元为多轴运动控制器。

本发明一种米直接制版机中打印头与滚筒同步控制方法包括以下步 骤：

控制器单元利用其内部的电子凸轮控制算法计算凸轮参数，生成凸轮表；

确定板材，配合板材存储一套凸轮表参数；

打印装置跟随滚筒尾卡在凸轮表的抬起点为X；

判断板材大小是否有变化；

如板材大小没有变化；

判断打印头是否在原位；

如果打印头在原位，则控制器单元控制滚筒回到滚筒零位；

控制器单元控制打印头去指定位置；

启动凸轮表； 

控制器单元控制滚筒连续旋转的同时，通过凸轮表获取相应的位移，打印头跟随滚筒主轴执行运动；

当有停机信号时，停机，完成一次同步控制过程。

如果打印头没在原位，则自动找回原位。

如果板材板幅变大时，凸轮表的启动点为X＝X+N3；存储最新凸轮表参数，接续则控制器单元控制滚筒连续旋转步骤，其中N3为尾卡变化的地址点数。

如果板材板幅变小时，凸轮表的启动点为X＝X-N3；其中N3为尾卡变化的地址点数；

存储最新凸轮表参数，接续则控制器单元控制滚筒连续旋转步骤。

所述计算凸轮参数包括以下步骤：

把滚筒一周分为M个点，滚筒一周的脉冲数为C，则每个点的脉冲数为M/C；

尾卡到打印头的距离为L1，尾卡距打印头的地址点数为N1＝L1/(M/C)；

尾卡到头卡的距离为L2，尾卡到头卡的地址点数为N2＝L2/(M/C)；

尾卡变化的距离为L3，尾卡变化的地址点数为N3＝L3/(M/C)。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明根据滚筒的运动规律，研究其轨迹跟踪控制算法，利用TRIO运动控制器的电子凸轮功能，实现了打印头速度同步跟踪滚筒运动的功能，提高了系统运行的安全性，具有更高的加工精度和灵活性，能大幅提高生产效率。

2.本发明控制系统能有效提高打印头的响应速度、打印精度，并可适用于滚筒更高速的旋转，并实现节能降耗的目标。

附图说明

图1为本发明电气结构原理图；

图2为本发明系统中滚筒切面工作原理图，其中2a为本发明系统中滚筒切面工作原理图(一)，2b为本发明系统中滚筒切面工作原理图(二)；

图3为本发明系统打印装置与滚筒的头卡、尾卡位置变化示意图；

图4为本发明系统中板材变化示意图(一)；

图5为本发明系统中板材变化示意图(二)；

图6为本发明方法控制流程图；

图7为本发明方法中凸轮参数控制算法流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

如图1所示，本发明是一种纳米直接制版机中打印头与滚筒同步控制系统，包括打印头及滚筒，具有控制器单元、滚筒伺服驱动制器、滚筒伺服电机、打印头伺服驱动器、打印头伺服电机以及编码器，其中控制器单元通过滚筒伺服驱动器驱动滚筒伺服电机，编码器检测滚筒伺服电机的旋转角度反馈至控制器单元，控制器单元根据编码器的角度反馈信号输出控制指令，通过打印头伺服驱动器控制打印头动作。

编码器安装于滚筒伺服电机的主轴上。滚筒上具有头卡及尾卡，头卡及尾卡的位置信号传输至控制器单元，控制器单元根据头卡尾卡位置信号输入输出控制指令，通过打印头伺服驱动器控制打印头动作。

本发明系统还配置了输入操作指令及控制参数的控制屏，其连接至控制器单元的输入端。所述控制器单元为多轴运动控制器。

本实施案例以TRIO运动控制器为核心，采用运动控制器+伺服驱动器+电机编码器+伺服电机的结构形式，运用电子凸轮的高精度、高速度、宽幅值、高效率、高可靠性为控制目标，以精确定位和快速响应的同步速度跟踪为控制核心，以节能降耗为基本原则，设计一套高性能的多轴控制系统。其中多轴运动控制器为SC209；驱动器为ADK伺服器；伺服驱动器为松下A4；电机为ADK伺服电机为松下A4伺服电机；编码器为ADK电机内置编码器，系统采用英国Trio Motion Technology公司的SC209多轴运动控制器为控制核心滚筒采用Kollmorgen WorkBench伺服电机驱动滚筒连续旋转，打印头通过电子凸轮构实现同步运动。利用SC209运动控制器高性能的同步跟踪功能，满足结构无法达到的要求，从而使系统达到更高的机械速度。

如图6、7所示，本发明一种米直接制版机中打印头与滚筒同步控制方法包括以下步骤：

控制器单元利用其内部的电子凸轮控制算法计算凸轮参数，生成凸轮表；

确定板材，配合板材存储一套凸轮表参数；

打印装置跟随滚筒尾卡在凸轮表的抬起点为X；

判断板材大小是否有变化；

如板材大小没有变化；

判断打印头是否在原位；

如果打印头在原位，则控制器单元控制滚筒回到滚筒零位；

控制器单元控制打印头去指定位置；

启动凸轮表； 

控制器单元控制滚筒连续旋转的同时，通过凸轮表获取相应的位移，打印头跟随滚筒主轴执行运动；

当有停机信号时，停机，完成一次同步控制过程。

如果打印头没在原位，则自动找回原位。

如果板材板幅变大时，凸轮表的启动点为X＝X+L3；

存储最新凸轮表参数，接续则控制器单元控制滚筒连续旋转步骤。

如果板材板幅变小时，凸轮表的启动点为X＝X-L3；

存储最新凸轮表参数，接续则控制器单元控制滚筒连续旋转步骤。

计算凸轮参数包括以下步骤：

把滚筒一周分为M个点，滚筒一周的脉冲数为C，则每个点的脉冲数为M/C；

尾卡距打印头的距离为L1，脉冲距离为N1＝L1/(M/C)；

头卡距打印头的距离为L2，脉冲距离为N2＝L2/(M/C)；

尾卡变化的距离为L3，脉冲距离为N3＝L3/(M/C)。

本发明系统的运行轨迹利用SC209的电子凸轮功能来实现。电机编码器每旋转一周(C＝117040脉冲)对应滚筒旋转一周，同时打印电机装置上升、下降一次动作；其中滚筒装置和打印头装置的运行位置、运行速度是由PLC控制模块中各自的运动单元的电子齿轮表控制实现的。因此当滚筒电机运行速度发生变化时，电机编码器旋转相应的脉冲数。

如图2所示，滚筒在运动一个周期内，可将其运动轨迹划分为两大区，ABC为躲避头卡尾卡区，AZC为打印工作区。当滚筒运动周期到达A点时(见2b)，打印头装置按照电子凸轮给定的位置进行相应的上升运动。到达点B点的时候即打印装置在最高点随后按照电子凸轮给定的位置进行相应的下降运动达到C点。此时打印装置的运动位置刚好躲避头卡。当周期刚过C点时(见2a)，按照电子凸轮给定的位置进行相应的下降运动达到最低点，直到运动到A点时抬起。此时算是一个周期的结束或一个新的周期的开始。

本系统的电子凸轮表是根据电机编码器每旋转一周(117040脉冲)的脉冲数对应滚筒旋转一周，同时打印电机装置跟踪滚筒的行程上升、下降一次动作。而打印装置上升下降一次动作是根据滚筒的头卡尾卡位置而定的。滚筒的头卡即是滚筒的零位，也是打印装置跟随的起始位置。因为头卡的位置是固定的，所以相应打印头跟随到头卡的位移也是相应的。难点是尾卡的跟随变化。根据板材的大小，尾卡的位置也是发生相应的变化，所以尾卡的跟随是随动的。本系统的实现是根据指定的一套板材的大小，反推出任何一种板材的凸轮表的位移变化。

实现的方法具体有两种方案。方案如下：

第一种方案，手动调节法。

第二种方案，根据滚筒的角度计算出凸轮表的相应位移。

本实施例以第二种方案为例。如图3所示，首先将滚筒分为至少40个点，本系统是以80地址点为标准的，即80个凸轮表地址。而滚筒的一圈脉冲为(117040),所以滚筒的80个点平局分一个点的脉冲117040/80＝1463。只要计算出尾卡距离打印装置所走的脉冲是距离L1，N1为尾卡到打印头的地址点个数，计算方法为N1＝L1/1463向下求整(图3中的a)，就能得出有几个凸轮点包含在内，可以得出凸轮表的位移是在第几个点开始做躲避尾卡的抬起动作了(打印装置在打印过程中有2.5mm的打印空白，所以N1＝L1/1463时只求整既可以满足次凸轮表条件。)。躲避头卡只要计算出尾卡与头卡之间的脉冲数距离L2，N2为尾卡到头卡的地址点个数，计算方法为N2＝L2/1463向下求整(图3中的c)，就能得出有几个凸轮点包含在内。当板材发生大小变化的时候，如图4所示，只要输入板材的大小，尾卡会做出相应的调整，而尾卡距原尾卡的移动的距离L3，N3为尾卡距原尾卡的地址点个数，计算方法为N3＝L3/1463向下求整(图5)，当板材变大，尾卡到打印装置的位移会相应的晚上升N3个地址点。反之则早下降相应的N3个地址点。图3中，黑色方块为打印装置，A点为头卡，B点为尾卡。

通过长期的摸索和现场的实践，把两种方案结合起来的准确性更高，更准，更快。

本系统的运行轨迹利用SC209的电子凸轮功能来实现，电机编码器作为主轴信号，打印装置电机作为从轴。根据实时采集的编码器的脉冲数，从轴将根据存储在SC209中的控制算法(凸轮参数表)，获取响应的位移，从而使打印装置跟随主轴执行运动。TABLE区用来存储CAM/CAMBOX指令曲线，本程序中用于存储指定运动规律的控制算法。

Claims (10)

1.一种纳米直接制版机中打印头与滚筒同步控制系统，包括打印头及滚筒，其特征在于：具有控制器单元、滚筒伺服驱动制器、滚筒伺服电机、打印头伺服驱动器、打印头伺服电机以及编码器，其中控制器单元通过滚筒伺服驱动器驱动滚筒伺服电机，编码器检测滚筒伺服电机的旋转角度反馈至控制器单元，控制器单元根据编码器的角度反馈信号输出控制指令，通过打印头伺服驱动器控制打印头动作。

2.按权利要求1所述的纳米直接制版机中打印头与滚筒同步控制系统，其特征在于：所述编码器安装于滚筒伺服电机的主轴上。

3.按权利要求1所述的纳米直接制版机中打印头与滚筒同步控制系统，其特征在于：所述滚筒上具有头卡及尾卡，头卡及尾卡的位置信号传输至控制器单元，控制器单元根据头卡尾卡位置信号输出输出控制指令，通过打印头伺服驱动器控制打印头动作。

4.按权利要求1所述的纳米直接制版机中打印头与滚筒同步控制系统，其特征在于：还具有输入操作指令及控制参数的控制屏，其连接至控制器单元的输入端。

5.按权利要求1所述的纳米直接制版机中打印头与滚筒同步控制系统，其特征在于：所述控制器单元为多轴运动控制器。

6.一种纳米直接制版机中打印头与滚筒同步控制方法，其特征在于包括以下步骤：

控制器单元利用其内部的电子凸轮控制算法计算凸轮参数，生成凸轮表；

确定板材，配合板材存储一套凸轮表参数；

打印装置跟随滚筒尾卡在凸轮表的抬起点为X；

判断板材大小是否有变化；

如板材大小没有变化；

判断打印头是否在原位；

如果打印头在原位，则控制器单元控制滚筒回到滚筒零位；

控制器单元控制打印头去指定位置；

启动凸轮表；

控制器单元控制滚筒连续旋转的同时，通过凸轮表获取相应的位移，打印头跟随滚筒主轴执行运动；

当有停机信号时，停机，完成一次同步控制过程。

7.按权利要求6所述的纳米直接制版机中打印头与滚筒同步控制方法，其特征在于：

如果打印头没在原位，则自动找回原位。

8.按权利要求6所述的纳米直接制版机中打印头与滚筒同步控制方法，其特征在于：

如果板材板幅变大时，凸轮表的启动点为X＝X+N3；存储最新凸轮表参数，接续则控制器单元控制滚筒连续旋转步骤，其中N3为尾卡变化的地址点数。

9.按权利要求6所述的纳米直接制版机中打印头与滚筒同步控制方法，其特征在于：

如果板材板幅变小时，凸轮表的启动点为X＝X-N3；其中N3为尾卡变化的地址点数；

存储最新凸轮表参数，接续则控制器单元控制滚筒连续旋转步骤。

10.按权利要求6所述的纳米直接制版机中打印头与滚筒同步控制方法，其特征在于：

所述计算凸轮参数包括以下步骤：

把滚筒一周分为M个点，滚筒一周的脉冲数为C，则每个点的脉冲数为M/C；

尾卡到打印头的距离为L1，尾卡距打印头的地址点数为N1＝L1/(M/C)；

尾卡到头卡的距离为L2，尾卡到头卡的地址点数为N2＝L2/(M/C)；

尾卡变化的距离为L3，尾卡变化的地址点数为N3＝L3/(M/C)。