CN108861691B - 一种数字印刷机送纸机构的控制方法 - Google Patents

一种数字印刷机送纸机构的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种数字印刷机送纸机构的控制方法，根据不同纸板使用不同的优化过的凸轮曲线，并且采用可变送纸周期的方式，利用伺服控制系统的高精度和高动态响应的优点实现先进的抬板控制方式，保证不损伤纸板和保证印刷精度前提下，减少纸板间隙，提高生产效率。

Description

一种数字印刷机送纸机构的控制方法
技术领域
本发明涉及纸箱印刷机械的技术领域，特别涉及一种数字印刷机送纸机构的控制方法。
背景技术
传统纸箱喷墨印刷机的送纸分为非精准送纸方式（A方式）和精准送纸方式（B方式）。A方式一般通过传输皮带利用摩擦力带动最底部一张纸板，挡纸板隔开防止下一张纸板被带动，通过这种方式纸板被一张一张的送入印刷部分，此方式机构简单，成本低，但是容易造成纸板边缘部分的损伤，并且送纸周期无法保证。
B方式是通过由伺服驱动控制的进纸轮和格栅板的精确运动和适当尺寸的真空吸附纸板固定系统一起互相配合，确保了将纸板送入机器。此方式送纸周期固定，即使传送小尺寸的纸板也是同样的周期，那么尺寸越小的纸板，纸张之间的间隙越大，效率越低，间隙越大，并且会对后端喷墨墨滴产生飘墨现象，印刷效果变差。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种数字印刷机送纸机构的控制方法，以保证不损伤纸板和保证印刷精度前提下，减少纸板间隙，提高生产效率。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种数字印刷机送纸机构的控制方法，包括以下步骤：
A．将人机界面、主控制器、运动控制器一同接入现场通讯总线上，主控制器作为通讯主站控制总线通讯和运动控制器的运行，运动控制器通过运行控制总线与抬板电机的驱动模块、送转轮电机的驱动模块连接组成驱动网络；
B.根据纸板长度在人机界面上选择送纸行程和凸轮号，并发送到运动控制器；
C. 运动控制器根据送来的送纸行程和凸轮号调取对应的凸轮曲线，并根据凸轮曲线生成控制参数并发送到抬板电机的驱动模块、送转轮电机的驱动模块，以分别控制抬板电机、送转轮电机工作；各驱动模块和各电机的状态数据实时传输到人机界面；
D. 送纸时，纸板在送纸轮、抬板相互配合下传送出去，若实际测量得到的送纸行程与步骤B中选择的送纸行程存在偏差，则由运动控制器根据纸板长度生成新的凸轮曲线用以控制抬板电机、送转轮电机工作。
所述的数字印刷机送纸机构的控制方法中，步骤D中，纸板的传送过程主要包括以下步骤：
D1. 送纸轮、抬板均处于静止状态，真空吸附开启，启动送纸功能，抬板两端同时下降，当抬板下降至最低位置时，送纸轮启动；
D2. 当纸板被送至拉纸辊时，送纸轮和拉纸辊线速度同步；
D3. 当纸板被送至传输轮时，送纸轮和拉纸辊与传输轮线速度同步，并且当纸板在送纸轮上传送一定距离后，抬板开始上升，让后续纸板后段部分脱离与送纸轮的接触；
D4. 抬板上升至最高位置，送纸轮减速直到停止，纸板依靠拉纸辊和真空吸附压力进入下一道工序。
所述的数字印刷机送纸机构的控制方法中，所述运动控制器中储存有预设的凸轮曲线控制表、以及对应的运动逻辑控制程序；步骤C中，运动控制器根据人机界面上选择的送纸行程和凸轮号调用相应的凸轮曲线数据，所述控制参数为运动控制器根据设备生产速度和调用的凸轮曲线运算得到的送纸轮和抬板的加速度和减速度。
所述的数字印刷机送纸机构的控制方法中，生产凸轮曲线的计算表达式为：
送纸周期：
Figure 302926DEST_PATH_IMAGE001
(1)
送纸轮:
Figure 766268DEST_PATH_IMAGE002
(2)
抬板:
Figure 61727DEST_PATH_IMAGE003
(3)
机械凸轮：
Figure 294125DEST_PATH_IMAGE004
(4)
送纸轮虚拟主轴周期:
Figure 534613DEST_PATH_IMAGE005
(5)
抬板虚拟主轴周期:
Figure 219673DEST_PATH_IMAGE006
(6)
机械凸轮周期：
Figure 836599DEST_PATH_IMAGE007
(7)
Figure 657924DEST_PATH_IMAGE008
分别为送纸轮各区域位移；
Figure 584161DEST_PATH_IMAGE009
分别为送纸轮虚拟主轴各区域位移；
Figure 490937DEST_PATH_IMAGE010
分别为抬板各区域位移；
Figure 645975DEST_PATH_IMAGE011
分别为抬板虚拟主轴各区位移；
Figure 852965DEST_PATH_IMAGE012
分别为机械凸轮各区域位移；
Figure 435256DEST_PATH_IMAGE013
分别为机械凸轮虚拟主轴各区位移；
Figure 94908DEST_PATH_IMAGE014
均为常数，
Figure 538790DEST_PATH_IMAGE015
为自然数；为送纸周期，为纸板长度，为所需纸板间隙，为送纸轮虚拟主轴周期，为抬板虚拟主轴周期；
虚拟主轴的运动角度范围是0至360度，机械凸轮的运行角度范围也是0-360度，而虚拟主轴的360度周期等于送纸周期
Figure 334707DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 353479DEST_PATH_IMAGE017
既包含了送纸轮加速过程相对虚拟主轴所损失的距离，又包含了纸板间的安全距离。
所述的数字印刷机送纸机构的控制方法中，步骤B中，数字印刷机送纸机构会对纸板长度进行检测，运动控制器会根据检测结果对所选择的凸轮号来判断其纸板长度与凸轮号对应的理论行程的匹配度，如果匹配不通过，则需重新选择。
有益效果：
本发明提供了一种数字印刷机送纸机构的控制方法，根据不同纸板使用不同的优化过的凸轮曲线，并且采用可变送纸周期的方式，利用伺服控制系统的高精度和高动态响应的优点实现先进的抬板控制方式，保证不损伤纸板和保证印刷精度前提下，减少纸板间隙，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明提供的数字印刷机送纸机构的控制方法中，送纸动作第一示意图。
图2为本发明提供的数字印刷机送纸机构的控制方法中，送纸动作第二示意图。
图3为本发明提供的数字印刷机送纸机构的控制方法中，送纸动作第三示意图。
图4为本发明提供的数字印刷机送纸机构的控制方法中，送纸动作第四示意图。
图5为本发明提供的数字印刷机送纸机构的控制方法中，抬板与虚拟主轴的关系示意图。
图6为本发明提供的数字印刷机送纸机构的控制方法中，送纸轮与虚拟主轴的关系示意图。
图7为本发明提供的数字印刷机送纸机构的控制方法中，抬板高度与机械凸轮角度的关系示意图。
图8为本发明提供的数字印刷机送纸机构的控制方法的控制程序流程图。
图9为本发明提供的数字印刷机送纸机构的控制方法中，送纸机构的电气实施方案示意图。
图10为本发明提供的数字印刷机送纸机构的控制方法中，机械凸轮的示意图。
图11为本发明提供的数字印刷机送纸机构的控制方法中，送纸轮凸轮曲线修正流程图。
图12为本发明提供的数字印刷机送纸机构的控制方法中，抬板凸轮曲线修正流程图。
具体实施方式
本发明提供一种数字印刷机送纸机构的控制方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1-12，一种数字印刷机送纸机构的控制方法，包括以下步骤：
A．将人机界面（HMI）、主控制器、运动控制器一同接入现场通讯总线上，主控制器作为通讯主站控制总线通讯和运动控制器的运行，运动控制器通过运行控制总线与抬板电机的驱动模块、送转轮电机的驱动模块连接组成驱动网络；
B.根据纸板长度在人机界面上选择送纸行程和凸轮号，并发送到运动控制器。此处，人机界面上编辑有送纸行程和凸轮号的选择按钮和凸轮曲线下载按钮，选择送纸行程和凸轮号后触发凸轮曲线下载按钮即完成选择。
C. 运动控制器根据送来的送纸行程和凸轮号调取对应的凸轮曲线，并根据凸轮曲线生成控制参数并发送到抬板电机的驱动模块、送转轮电机的驱动模块，以分别控制抬板电机、送转轮电机工作；各驱动模块和各电机的状态数据实时传输到人机界面，以供技术人员进行实时监控。
具体的，所述运动控制器中储存有预设的凸轮曲线控制表（表中的凸轮曲线数据与送纸行程和凸轮号一一对应）、以及对应的运动逻辑控制程序；运动控制器根据人机界面上选择的送纸行程和凸轮号调用相应的凸轮曲线数据，所述控制参数为运动控制器根据设备生产速度和调用的凸轮曲线运算得到的送纸轮和抬板的加速度和减速度。
所述的数字印刷机送纸机构的控制方法中，生产凸轮曲线的计算表达式为：
送纸周期：
Figure 234847DEST_PATH_IMAGE016
(1)
送纸轮:
Figure 997267DEST_PATH_IMAGE018
(2)
抬板:
Figure 896959DEST_PATH_IMAGE003
(3)
机械凸轮：
Figure 821052DEST_PATH_IMAGE004
(4)
送纸轮虚拟主轴周期:
Figure 455296DEST_PATH_IMAGE005
(5)
抬板虚拟主轴周期:
Figure 490248DEST_PATH_IMAGE006
(6)
机械凸轮周期：
Figure 526337DEST_PATH_IMAGE007
(7)
Figure 621332DEST_PATH_IMAGE008
分别为送纸轮各区域位移；
Figure 225096DEST_PATH_IMAGE009
分别为送纸轮虚拟主轴各区域位移；
Figure 329318DEST_PATH_IMAGE010
分别为抬板各区域位移；
Figure 688755DEST_PATH_IMAGE011
分别为抬板虚拟主轴各区位移；
Figure 220230DEST_PATH_IMAGE012
分别为机械凸轮各区域位移；
Figure 563487DEST_PATH_IMAGE013
分别为机械凸轮虚拟主轴各区位移；
Figure 205821DEST_PATH_IMAGE014
均为常数，
Figure 200191DEST_PATH_IMAGE015
为自然数；为送纸周期，为纸板长度，为所需纸板间隙，为送纸轮虚拟主轴周期，为抬板虚拟主轴周期；高—低过渡区指图10中的AB段，低位保持区指BC段，低—高过渡区指CD段，高位保持区指DA段；
虚拟主轴的运动角度范围是0至360度，机械凸轮的运行角度范围也是0-360度，而虚拟主轴的360度周期等于送纸周期
Figure 636988DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 467541DEST_PATH_IMAGE017
既包含了送纸轮加速过程相对虚拟主轴所损失的距离，又包含了纸板间的安全距离。为了避免两张纸板间的干扰，所以加入纸板间的安全距离。
根据以上式(1)-(7)的关系,便可对各轴的凸轮曲线进行设计。
所述的数字印刷机送纸机构的控制方法中，步骤B中，数字印刷机送纸机构会对纸板长度进行检测，运动控制器会根据检测结果对所选择的凸轮号来判断其纸板长度与凸轮号对应的理论行程的匹配度，如果匹配不通过，则需重新选择。
D. 送纸时，纸板在送纸轮R、抬板L相互配合下传送出去，若实际测量得到的送纸行程与步骤B中选择的送纸行程存在偏差，则由运动控制器根据纸板长度生成新的凸轮曲线用以控制抬板电机、送转轮电机工作。
具体的，步骤D中，纸板的传送过程主要包括以下步骤：
D1. 送纸轮R、抬板L均处于静止状态，真空吸附开启，启动送纸功能，抬板两端同时下降，当抬板下降至最低位置时，送纸轮启动，见图1；
D2. 当纸板被送至拉纸辊PR时，送纸轮R和拉纸辊PR线速度同步，见图2；
D3. 当纸板被送至传输轮T时，送纸轮R和拉纸辊PR与传输轮T线速度同步，并且当纸板在送纸轮上传送一定距离后，抬板开始上升，让后续纸板S后段部分脱离与送纸轮R的接触，见图3；
D4. 抬板L上升至最高位置，送纸轮R减速直到停止，纸板依靠拉纸辊PR和真空吸附压力进入下一道工序，见图4。
图1中，启动送纸功能，抬板L两端同时下降，当抬板下降至最低位置时，送纸轮R启动，即送纸轮R开始启动的角度，如图6所示
Figure 647987DEST_PATH_IMAGE019
；如图5所示，
Figure 247595DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 120873DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 923875DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 908012DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure 362127DEST_PATH_IMAGE024
为抬板低位到抬板与送转轮上端面齐平时的凸轮角度差。
见图2，当纸板被送至拉纸辊PR时，送纸轮R和拉纸辊PR必须线速度同步，根据挡纸板与拉纸辊PR的距离
Figure 406306DEST_PATH_IMAGE025
，为了使得送纸轮的加减速和机械应力小，选择合适的加速同步距离
Figure 945872DEST_PATH_IMAGE026
和纸板加速过程中损失系数
Figure 982967DEST_PATH_IMAGE027
，由此推算出送纸轮R达到线速度同步时,送纸轮折算到虚拟主轴的
Figure 557168DEST_PATH_IMAGE028
和
Figure 506669DEST_PATH_IMAGE029
，参见图6所示。
见图3，当纸板被送至传输轮T时，送纸轮R与传输轮T线速度也必须同步；根据纸板设计所需送入的长度
Figure 533531DEST_PATH_IMAGE030
（超过挡纸板B的距离），此时抬板在最低点开始上升，由公式（4）可推算出在凸轮经过BC段的
Figure 125050DEST_PATH_IMAGE031
和CD段一部分
Figure 288178DEST_PATH_IMAGE024
时，虚拟主轴在抬板低位区和过渡区
Figure 421962DEST_PATH_IMAGE032
所走的角度
Figure 936120DEST_PATH_IMAGE033
，参见图5所示。
见图4，抬板L随着纸板传送慢慢上升，让后续纸板前段部分脱离与送纸轮R的接触，因此送纸轮R的行程必须大于抬板能送出纸板的实际长度，即抬板送完所需纸板后才能作减速运动，根据公式（6）
Figure 65750DEST_PATH_IMAGE034
。
加速同步距离
Figure 348964DEST_PATH_IMAGE026
和纸板加速过程中损失系数
Figure 905847DEST_PATH_IMAGE027
影响着机械应力的大小，假设
Figure 907301DEST_PATH_IMAGE035
不变，由
Figure 89890DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 962031DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 955395DEST_PATH_IMAGE038
可知，随着
Figure 444145DEST_PATH_IMAGE026
增大，
Figure 649998DEST_PATH_IMAGE039
、
Figure 907804DEST_PATH_IMAGE040
和
Figure 557223DEST_PATH_IMAGE041
都会增大，而
Figure 267690DEST_PATH_IMAGE042
已知，又根据式（5）可知，如果增大加速同步距离
Figure 542813DEST_PATH_IMAGE026
，则
Figure 655126DEST_PATH_IMAGE043
会减少，从而会导致送纸轮加速段加减速值变大、送纸轮减速段加减速值变大，机械应力较大，并且送纸行程被缩短了，影响了送纸精度；同样的，在生成抬板凸轮曲线时，
Figure 724713DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure 171744DEST_PATH_IMAGE045
都与加速同步距离
Figure 984979DEST_PATH_IMAGE026
和纸板加速过程中损失系数
Figure 217377DEST_PATH_IMAGE027
有关，因此通过调整加速同步距离
Figure 192286DEST_PATH_IMAGE026
、纸板加速过程中损失系数
Figure 142925DEST_PATH_IMAGE027
和
Figure 759851DEST_PATH_IMAGE035
的值来修正整个凸轮曲线。此处，可在人机界面中设置
Figure 328979DEST_PATH_IMAGE027
和
Figure 5948DEST_PATH_IMAGE035
的输入界面，以供用户输入它们的值。生成凸轮曲线的过程见图11、12，图中显示了通过调整
Figure 912724DEST_PATH_IMAGE027
和
Figure 67762DEST_PATH_IMAGE035
的值来修正整个凸轮曲线的过程。
综上所述，该控制方法根据不同纸板使用不同的优化过的凸轮曲线，并且采用可变送纸周期的方式，利用伺服控制系统的高精度和高动态响应的优点实现先进的抬板控制方式，保证不损伤纸板和保证印刷精度前提下，减少纸板间隙，提高生产效率。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种数字印刷机送纸机构的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.将人机界面、主控制器、运动控制器一同接入现场通讯总线上，主控制器作为通讯主站控制总线通讯和运动控制器的运行，运动控制器通过运行控制总线与抬板电机的驱动模块、送转轮电机的驱动模块连接组成驱动网络；在人机界面中设置k和ΔXR4的输入界面，以供用户输入它们的值；
B.根据纸板长度在人机界面上选择送纸行程和凸轮号，并发送到运动控制器；
C.运动控制器根据送来的送纸行程和凸轮号调取对应的凸轮曲线，并根据凸轮曲线生成控制参数并发送到抬板电机的驱动模块、送转轮电机的驱动模块，以分别控制抬板电机、送转轮电机工作；各驱动模块和各电机的状态数据实时传输到人机界面；所述运动控制器中储存有预设的凸轮曲线控制表、以及对应的运动逻辑控制程序；步骤C中，运动控制器根据人机界面上选择的送纸行程和凸轮号调用相应的凸轮曲线数据，所述控制参数为运动控制器根据设备生产速度和调用的凸轮曲线运算得到的送纸轮和抬板的加速度和减速度；
D.送纸时，纸板在送纸轮、抬板相互配合下传送出去，若实际测量得到的送纸行程与步骤B中选择的送纸行程存在偏差，则由运动控制器根据纸板长度生成新的凸轮曲线用以控制抬板电机、送转轮电机工作；步骤D中，纸板的传送过程主要包括以下步骤：
D1.送纸轮、抬板均处于静止状态，真空吸附开启，启动送纸功能，抬板两端同时下降，当抬板下降至最低位置时，送纸轮启动；
D2.当纸板被送至拉纸辊时，送纸轮和拉纸辊线速度同步；
D3.当纸板被送至传输轮时，送纸轮和拉纸辊与传输轮线速度同步，并且当纸板在送纸轮上传送一定距离后，抬板开始上升，让后续纸板后段部分脱离与送纸轮的接触；
D4.抬板上升至最高位置，送纸轮减速直到停止，纸板依靠拉纸辊和真空吸附压力进入下一道工序；生产凸轮曲线的计算表达式为：
送纸周期：Lc＝Lf+ΔL (1)
送纸轮:
Figure FDA0002292923480000011
抬板:
Figure FDA0002292923480000021
机械凸轮：
Figure FDA0002292923480000022
送纸轮虚拟主轴周期:Vcr＝ΔXR1+ΔXR2+ΔXR3+ΔXR4＝360° (5)
抬板虚拟主轴周期:Vcr＝ΔXL1+ΔXL2+ΔXL3＝360° (6)
机械凸轮周期：360°＝ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4 (7)
ΔYR1，ΔYR2，ΔYR3，ΔYR4分别为送纸轮各区域位移；ΔXR1，ΔXR2，ΔXR3，ΔXR4分别为送纸轮虚拟主轴各区域位移；ΔYL1，ΔYL2，ΔYL3，ΔYL4分别为抬板各区域位移；ΔXL1，ΔXL2，ΔXL3，ΔXL4分别为抬板虚拟主轴各区位移；H1，H2，H3，H4分别为机械凸轮各区域位移；ΔH1，ΔH2，ΔH3，ΔH4分别为机械凸轮虚拟主轴各区位移；an，bn，cn，dn，en，fn，gn，in，jn，kn，ln，mn，nn，pn均为常数，n为自然数；Lc为送纸周期，Lf为纸板长度，ΔL为所需纸板间隙，Vcr为送纸轮虚拟主轴周期，Vcr为抬板虚拟主轴周期；
虚拟主轴的运动角度范围是0至360度，机械凸轮的运行角度范围也是0-360度，而虚拟主轴的360度周期等于送纸周期Lc＝Lf+ΔL，ΔL既包含了送纸轮加速过程相对虚拟主轴所损失的距离，又包含了纸板间的安全距离。
2.根据权利要求1所述的数字印刷机送纸机构的控制方法，其特征在于，步骤B中，数字印刷机送纸机构会对纸板长度进行检测，运动控制器会根据检测结果对所选择的凸轮号来判断其纸板长度与凸轮号对应的理论行程的匹配度，如果匹配不通过，则需重新选择。
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