CN105537676B - 剪折机床智能定位的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种剪折机床智能定位的方法，剪折机中设置有驱动电机和用于控制驱动电机的运动控制单元，驱动电机的输出轴连接用于驱动后挡料做前后直线往复运动的丝杆，还包括位置检测单元，所述的位置检测单元用于检测后挡料的实时位置并反馈至运动控制单元，所述的后挡料的定位方法包括如下步骤：(1)：参数设定；(2)：计算各断点区间的区间停止惯量δ(xi)；(3)：位置检测单元检测后挡料的位置，确定其所在的丝杆断点区间并反馈至运动控制单元，运动控制单元根据手动输入的丝杆分段，以每个断点位置作为最优停止位置xi开始测试直至定位结束。本发明的有益效果是：一次定位成功率高，继电器的使用寿命长，维护成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种剪折机床智能定位的方法。
背景技术
剪折机床的后挡料通过电机传动实现位置的快速定位，用于控制所加工板材的送料长度，目前后挡料的传动采用异步电机的方式仍然受中小客户所青睐。异步电机定位多采用惯性定位控制实现，控制精度存在不稳定性，而且定位效率低。
一直以来，对数控机床提高定位精度和工作效率稍有研究，常以提高定位精度为主，而忽略的定位效率。如：申请号为200510024624.8，发明名称“基于滑行距离的‘三点式’位置控制方法”的专利，是针对三相异步电机控制，计算滑行距离；而且滑行距离计算要求电机转速必须达到匀速状态，方可保证定位精度；申请号为201210538804.8，发明名称“一种剪板机或折弯机后挡料的定位方法”的专利，是针对三相异步电机控制，通过有限次惯量逼近到达目标位置的方法，多次计算补偿并转换为持续控制时间。
上述两种方法均采用了多次定位，通过滑行距离或者惯性逼近进行补偿到达目标位置的方法，提高了定位精度的同时，消耗了时间作为代价。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是针对现有机床应用，提供一种剪折机床智能定位的方法；可在不使用变频器或者其他调速装置的情况下，提高剪折机床后挡料的定位精度和定位效率，减少人工参与，提高机械机床的智能化、数控化。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种剪折机床智能定位的方法，剪折机中设置有驱动电机和用于控制驱动电机的运动控制单元，驱动电机的输出轴连接用于驱动后挡料做前后直线往复运动的丝杆，还包括位置检测单元，所述的位置检测单元用于检测后挡料的实时位置并反馈至运动控制单元，所述的后挡料的定位方法包括如下步骤：
(1)：参数设定，由n个断点将丝杆上后挡料限位范围分成n+1段，设第i个断点处丝杆的摩擦系数为Ci、停止惯量为εi，其中n是大于1的整数，i是介于0和n之间的整数，在运动控制单元中输入丝杆的长度、后挡料限位范围、各段丝杆的摩擦系数Ci和后挡料实际停止位置与最优停止位置x之间的到位允许误差σ，停止惯量εi取系统默认值；
(2)：计算各断点区间的区间停止惯量δ(xi)，运动控制单元根据输入的丝杆分段计算各断点区间的区间停止惯量δ(xi)，计算方式是
其中c0是系统默认的摩擦系数；
由此解析出各个目标位置的区间停止惯量
(δ1,δ2,…,δn)＝c0(c1,c2,…,cn)[Diag(ε1,ε2,…,εn)]
并储存计算出的δ(xi)；
(3)：设定最优停止位置xj，系统自动识别最优停止位置所在的丝杆断点区间以及该断点区间的区间停止惯量δ(xi)并反馈至运动控制单元，
(3.1)运动控制单元计算定位到达预期的目标位置区域[xj-σ,xj+σ]的停止位置，运动控制单元输出电机控制信号为xj±δ(xi)，驱动电机带动丝杆驱动后挡料向最优停止位置xj运动至距离为δ(xi)时停止；
(3.2)位置检测单元检测后挡料的实际停止位置并将后挡料的实际位置反馈至运动控制单元；
如果后挡料的实际停止位置位于[xj-σ,xj+σ]区域内，位置检测单元输出到位信号，定位结束；
如果后挡料的实际停止位置位于[xj-σ,xj+σ]区域外，则重复步骤(3.1)和步骤(3.2)，直至后挡料的实际停止位置位于[xj-σ,xj+σ]区域内，位置检测单元输出到位信号，定位结束。
本发明方法的剪板机或者折弯机控制系统，合理减少人工参与程度，采用完全自动控制的方法，由于本发明不需要电机匀速转动，因此可在不使用变频器或者其他调速装置的情况下，提高剪折机床后挡料的定位精度和定位效率，减少人工参与，提高了数控机械机床的智能化、数控化。与现有技术相比，本发明方法先计算出最优停止位置的区间停止惯量，在后挡料距离最优停止位置的距离为该区间停止惯量时电机停止，后挡料在惯性的作用下最多再运动的距离是该区间停止惯量，因此提高了一次定位成功率，减少了继电器的开关次数，减少了电机正反转切换的频次，保护了继电器的使用寿命，减少了维护成本。
作为本发明的进一步改进，在步骤(3.2)中，
如果后挡料的实际停止位置尚未到达[xj-σ,xj+σ]区域，则重复步骤(3.1)和步骤(3.2)，直至后挡料的实际停止位置位于[xj-σ,xj+σ]区域内，位置检测单元输出到位信号，定位结束；
如果后挡料的实际停止位置超过[xj-σ,xj+σ]区域，则重复步骤(3.1)和步骤(3.2)，并且该过程中运动控制单元控制驱动电机驱动丝杆反转，直至后挡料的实际停止位置位于[xj-σ,xj+σ]区域内，位置检测单元输出到位信号，定位结束。
本发明通过电机的正转与反转实现后挡料朝着电机方向或者远离电机的方向运动。
作为本发明的进一步改进，步骤(1)中还包括输入距离a，如果步骤(3.2)中后挡料的实际停止位置位于[xj-σ,xj+σ]区域外并且与[xj-σ,xj+σ]区域的端点的距离小于a，则电机驱动后挡料至距离[xj-σ,xj+σ]区域大于a后再重复步骤(3.1)和步骤(3.2)。
当后挡料的实际停止位置与[xj-σ,xj+σ]区域位置较近时，电机转动就可能是的后挡料超出[xj-σ,xj+σ]区域并且超出的距离也很小，所以本发明采用单边定位的方式，先将后挡料驱动到距离[xj-σ,xj+σ]区域较远的位置再定位。
作为本发明的进一步改进，步骤(1)中还输入有最大重复次数，所述的最大重复次数是步骤(3.2)中重复步骤(3.1)和步骤(3.2)的次数。
作为本发明的更进一步改进，最大重复次数为3次。
本发明中限定最大重复次数，如果经过三次定位，后挡料定位精度仍不满足规定，则需要对硬件进行检测，同时限定最大重复次数，减少定位的时间，通过多次实验证实，本发明中一次定位成功率达到94％，二次定位的成功率达到100％。
综上所述，本发明的有益效果是：一次定位成功率高，继电器的使用寿命长，维护成本低。
附图说明
图1是本发明中定位系统的框图。
图2是本发明中定位系统的结构示意框图。
图3是本发明的定位方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
如图1和图2所示，剪折机中设置有驱动电机、位置检测单元和用于控制驱动电机的运动控制单元，驱动电机的输出轴连接用于驱动后挡料做前后直线往复运动的丝杆，所述的位置检测单元用于检测后挡料的实时位置并反馈至运动控制单元，所述的后挡料的定位方法如图3所示，具体的步骤如下：
(1)：参数设定，由n个断点将丝杆上后挡料限位范围分成n+1段并输入n的数值，设第i个断点处丝杆的摩擦系数为Ci、停止惯量为εi、数值a，其中n是大于1的整数，i是介于0和n之间的整数，在运动控制单元中输入丝杆的长度、后挡料限位范围、各段丝杆的摩擦系数Ci和后挡料实际停止位置与最优停止位置x之间的到位允许误差σ，停止惯量εi取系统默认值；
(2)：计算各断点区间的停止惯量δ(xi)，运动控制单元根据手动输入的丝杆分段计算各断点区间的区间停止惯量δ(xi)，计算方式是
其中c0是系统默认的摩擦系数；
由此解析出各个目标位置的区间停止惯量
(δ1,δ2,…,δn)＝c0(c1,c2,…,cn)[Diag(ε1,ε2,…,εn)]
并储存计算出的δ(xi)；
(3)：定位测试：以断点位置xi为最优停止位置测试，系统自动识别最优停止位置所在的丝杆断点区间以及该断点区间的区间停止惯量δ(xi)并反馈至运动控制单元，
(3.1)运动控制单元输出电机控制信号为xi±δ(xi)，驱动电机带动丝杆驱动后挡料向最优停止位置xi运动至距离为δ(xi)时停止；
(3.2)位置检测单元检测后挡料的实际停止位置并将后挡料的实际位置反馈至运动控制单元；
如果后挡料的实际停止位置位于[xi-σ,xi+σ]区域内，位置检测单元输出到位信号，定位结束；
如果后挡料的实际停止位置位于[xi-σ,xi+σ]外，则重复步骤(3.1)和步骤(3.2)，直至后挡料的实际停止位置位于[xi-σ,xi+σ]区域内，位置检测单元输出到位信号，定位结束；
在步骤(3.2)中，
如果后挡料的实际停止位置尚未到达[xi-σ,xi+σ]区域，则重复步骤(3.1)和步骤(3.2)，直至后挡料的实际停止位置位于[xi-σ,xi+σ]区域内，位置检测单元输出到位信号，定位结束；
如果后挡料的实际停止位置超过[xi-σ,xi+σ]区域，则重复步骤(3.1)和步骤(3.2)，并且该过程中运动控制单元控制驱动电机驱动丝杆反转，直至后挡料的实际停止位置位于[xi-σ,xi+σ]区域内，位置检测单元输出到位信号，定位结束；
如果步骤(3.2)中后挡料的实际停止位置位于[xj-σ,xj+σ]区域外并且与[xj-σ,xj+σ]区域的端点的距离小于a，则采取电机驱动后挡料至距离[xj-σ,xj+σ]区域大于a后再重复步骤(3.1)和步骤(3.2)的单边定位。
正常使用本发明时，实现自动定位，其中区间停止惯量δ(xi)直接调用测试中计算的结果，在丝杆不更换的前提下区间停止惯量δ(xi)是不变的，只有更换丝杆后才重新将丝杆分段并计算区间停止惯量δ(xi)，正常使用本发明的具体步骤是：
(4)手动输入最优停止位置xj(xj位于任意两个断点之间)；
(4.1)位置检测单元检测最优停止位置xj所在的丝杆断点区间以及该区间的区间停止惯量δ(xi)并反馈至运动控制单元；
(4.2)运动控制单元根据丝杆断点区间的摩擦系数和步骤(2)中存储保存的各断点区间的停止惯量δ(xi)，计算出定位到达预期的目标位置区域[xj-σ,xj+σ]的停止位置，运动控制单元输出电机控制信号为xj±δ(xi)，驱动电机带动丝杆驱动后挡料向最优停止位置xj运动并停止；
(4.3)：位置检测单元检测后挡料的实际停止位置并将后挡料的实际位置反馈至运动控制单元；
如果后挡料的实际停止位置位于[xj-σ,xj+σ]区域内，位置检测单元输出到位信号，定位结束；
如果后挡料的实际停止位置位于[xj-σ,xj+σ]区域外，则重复步骤(4.1)和步骤(4.2)，直至后挡料的实际停止位置位于[xj-σ,xj+σ]区域内，位置检测单元输出到位信号，定位结束；
在上述步骤(4.3)中：
如果后挡料的实际停止位置尚未到达[xj-σ,xj+σ]区域，则重复步骤(4.2)和步骤(4.3)，直至后挡料的实际停止位置位于[xj-σ,xj+σ]区域内，位置检测单元输出到位信号，定位结束；
如果后挡料的实际停止位置超过[xj-σ,xj+σ]区域，则重复步骤(4.2)和步骤(4.3)，并且该过程中运动控制单元控制驱动电机驱动丝杆反转，直至后挡料的实际停止位置位于[xj-σ,xj+σ]区域内，位置检测单元输出到位信号，定位结束。
如果步骤(4.3)中后挡料的实际停止位置位于[xj-σ,xj+σ]区域外并且与[xj-σ,xj+σ]区域的端点的距离小于a，则电机驱动后挡料至距离[xj-σ,xj+σ]区域大于a后再重复步骤(4.2)和步骤(4.3)。
本发明中停止惯量是指电机断电至后挡板完全停止的时间内，后挡板移动的距离，也可称作刹车距离，区间停止惯量是在两个断点之间的区间内，电机断电至后挡板完全停止的时间内，后挡板移动的距离。
本实施例以后挡料限位范围为50mm～1050mm、到位允许误差σ＝0.01mm、最大重复次数为2、段点数n＝10为例进行多次测试，系统默认停止惯量ε1＝ε2＝ε3…＝εi…＝εn＝2.5，在运动控制单元内输入[50.00,1050.00]表示后挡料限位范围为50mm～1050mm，C0＝1.0，根据上述参数，运动控制单元自动生成一个如下所示的表格进行测试：
| xi | 50.00 | 100.00 | 200.00 | 300.00 | 400.00 | 500.00 |
| ci | 0.8 | 0.83 | 0.9 | 0.86 | 0.86 | 0.86 |
| εi | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 |
| xi | 600.00 | 700.00 | 800.00 | 900.00 | 1000.00 | 1050.00 |
| ci | 0.92 | 0.93 | 0.82 | 0.82 | 0.82 | 0.7 |
| εi | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 |
本发明上述数据进行效果测试，随机选取的部分测试数据如下：
根据上述的实验数据，经过本发明方法控制的后挡料定位精度误差均小于“0.01mm”，本发明中一次定位成功率高达94％，两次定位成功率为100％，达到了“提高剪折机床后挡料的定位精度和定位效率”的预期目标。上述测试中没有一次需要电机反转的，印证了本发明可以减少电机正反转切换的频次，保护了设备的使用寿命，减少了维护成本的优点。
凡本发明说明书中未作特别说明的部分，或者通过现有技术既能实现。而且本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。
Claims (5)
1.一种剪折机床智能定位的方法，剪折机中设置有驱动电机和用于控制驱动电机的运动控制单元，驱动电机的输出轴连接用于驱动后挡料做前后直线往复运动的丝杆，其特征在于：还包括位置检测单元，所述的位置检测单元用于检测后挡料的实时位置并反馈至运动控制单元，所述的后挡料的定位方法包括如下步骤：
(1)：参数设定，由n个断点将丝杆上后挡料限位范围分成n+1段，设第i个断点处丝杆的摩擦系数为Ci、停止惯量为εi，其中n是大于1的整数，i是介于0和n之间的整数，在运动控制单元中输入丝杆的长度、后挡料限位范围、各段丝杆的摩擦系数Ci和后挡料实际停止位置与最优停止位置x之间的到位允许误差σ，停止惯量εi取系统默认值；
(2)：计算各断点区间的区间停止惯量δ(xi)，运动控制单元根据输入的丝杆分段计算各断点区间的区间停止惯量δ(xi)，计算方式是
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其中c0是系统默认的摩擦系数；
由此解析出各个目标位置的区间停止惯量
(δ1,δ2,…,δn)＝c0(c1,c2,…,cn)[Diag(ε1,ε2,…,εn)]
并储存计算出的δ(xi)；
(3)：设定最优停止位置xj，系统自动识别最优停止位置所在的丝杆断点区间以及该断点区间的区间停止惯量δ(xi)并反馈至运动控制单元；
(3.1)运动控制单元输出电机控制信号为xj±δ(xi)，驱动电机带动丝杆驱动后挡料向最优停止位置xj运动至距离为δ(xi)时停止；
(3.2)位置检测单元检测后挡料的实际停止位置并将后挡料的实际位置反馈至运动控制单元；
如果后挡料的实际停止位置位于[xj-σ,xj+σ]区域内，位置检测单元输出到位信号，定位结束；
如果后挡料的实际停止位置位于[xj-σ,xj+σ]区域外，则重复步骤(3.1)和步骤(3.2)，直至后挡料的实际停止位置位于[xj-σ,xj+σ]区域内，位置检测单元输出到位信号，定位结束。
2.根据权利要求1所述的剪折机床智能定位的方法，其特征在于：在步骤(3.2)中，
如果后挡料的实际停止位置尚未到达[xj-σ,xj+σ]区域，则重复步骤(3.1)和步骤(3.2)，直至后挡料的实际停止位置位于[xj-σ,xj+σ]区域内，位置检测单元输出到位信号，定位结束；
如果后挡料的实际停止位置超过[xj-σ,xj+σ]区域，则重复步骤(3.1)和步骤(3.2)，并且该过程中运动控制单元控制驱动电机驱动丝杆反转，直至后挡料的实际停止位置位于[xj-σ,xj+σ]区域内，位置检测单元输出到位信号，定位结束。
3.根据权利要求1或2所述的剪折机床智能定位的方法，其特征在于：步骤(1)中还包括输入距离a，如果步骤(3.2)中后挡料的实际停止位置位于[xj-σ,xj+σ]区域外并且与[xj-σ,xj+σ]区域的端点的距离小于a，则电机驱动后挡料至距离[xj-σ,xj+σ]区域大于a后再重复步骤(3.1)和步骤(3.2)。
4.根据权利要求1或2所述的剪折机床智能定位的方法，其特征在于：步骤(1)中还输入有最大重复次数，所述的最大重复次数是步骤(3.2)中重复步骤(3.1)和步骤(3.2)的次数。
5.根据权利要求4所述的剪折机床智能定位的方法，其特征在于：最大重复次数为3次。
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