CN112008796A - 数控钻码用的垫板的自动更换装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数控钻码用的垫板的自动更换装置及方法。本发明数控钻码用的垫板的自动更换方法包括如下步骤：控制放卷电机在位置控制模式和张力控制模式中切换：在接收到垫板更换指令后，控制放卷电机切换至位置控制模式；在垫板更换完成后，控制放卷电机切换至张力控制模式。本发明数控钻码用的垫板的自动更换方法考虑了垫板自动更换的实际需求，结合放卷驱动机构控制模式的灵活切换的特点和垫板实时张力控制的特征，具有更加灵活和通用性更强的优点，可以实现垫板卷带的实时张力控制，从而钻码过程中垫板可以保持张紧状态，获得良好的钻码工艺效果；同时满足了垫板更换间距足够精确、垫板更换间距参数可调节的通用需求。
Description
技术领域
本发明涉及线路板钻孔技术领域，尤其涉及一种数控钻码用的垫板的自动更换装置及方法。
背景技术
当前，PCB制程已逐渐迈进智能制造时代。多数PCB制程厂商已经熟练应用二维码标记技术来对PCB板进行产品追溯、配方管理、甚至药水配比性能大数据分析。获得主流应用的二维码标记技术包括：粘贴二维码标签、油墨喷码和激光打码。然而以上几种应用方式，在PCB板流转过程中，可能会出现磨损、油墨覆盖或残缺，影响读码识别率。一种应对方法是在多个工序之间转码，即重新标记，但这种方法的缺点是增加了流程管理系统复杂度。
因此，在流程前端覆铜板自动裁磨工序后，使用PCB数控钻孔机在覆铜板边缘钻出通孔二维码的标记技术得以提出，这种机械钻孔的方式可以使得读码识别率接近100％。同时，相对于使用超高功率激光打码设备，对覆铜板进行二维码钻孔是一种较好的低成本PCB全流程追溯方案。然而使用机械钻孔的方式存在一个技术难题，即垫板自动更换问题。
为便于全流程追溯和配方管理，需要对每片覆铜板钻出唯一标识的二维码通孔阵列。如果不使用垫板，覆铜板底面将不可避免地会出现披峰，可能会出现刮花覆铜板表面的钻孔工艺不良现象。因此，在PCB自动生产线上对覆铜板的钻码标记工序迫切需要一种自动更换垫板的方法。
相关技术中提出的垫板自动更换装置及方法的不足之处主要有：
(1)没有卷带张力控制功能。为了取得良好钻码工艺效果，垫板需要张紧并被压紧于覆铜板底面，否则可能出现断刀异常或因钻孔工艺不良而影响读码识别率；
(2)控制方案不够灵活，缺少通用性，没有提供足够多的可变控制参数，来满足多种规格垫板和垫板更换间距足够精确、垫板更换间距参数可调节的需求。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种数控钻码用的垫板的自动更换装置，该装置具有垫板卷带张力控制功能并且控制方案灵活，具有较强通用性。
本发明的另一个目的在于提出一种数控钻码用的垫板的自动更换方法，使用该方法能够对垫板卷带张力进行控制，控制方案灵活、具有较强通用性。
为达此目的，一方面，本发明采用以下技术方案：
一种数控钻码用的垫板的自动更换装置，包括放料机构和收料机构，所述放料机构包括用于放置垫板的放卷料盘和用于驱动所述放卷料盘转动的放料驱动机构，所述收料机构包括用于回收所述垫板的收卷料盘和用于驱动所述收卷料盘转动的收料驱动机构；还包括：
第一半径测量机构，用于测量所述放卷料盘上的卷状垫板的半径；以及
控制器，所述控制器分别连接所述第一半径测量机构、所述收料驱动机构和所述放料驱动机构，并能够根据所述第一半径测量机构测量得到的卷状垫板的半径控制所述收料驱动机构和所述放料驱动机构的工作状态。
在其中一个实施例中，所述放料驱动机构和所述收料驱动机构均为电机，所述放料驱动机构的电机输出轴、所述收料驱动机构的电机输出轴上分别连接有减速比为20X～70X的二级行星减速器。
在其中一个实施例中，所述数控钻码用的垫板的自动更换装置还包括用于测量所述收卷料盘上的卷状垫板的半径的第二半径测量机构，所述第二半径测量机构连接所述控制器。
另一方面，本发明采用以下技术方案：
一种数控钻码用的垫板的自动更换方法，包括如下步骤：
控制放卷电机在位置控制模式和张力控制模式中切换：
在接收到垫板更换指令后，控制所述放卷电机切换至所述位置控制模式；
在垫板更换完成后，控制所述放卷电机切换至所述张力控制模式；
其中，所述位置控制模式包括：
S11、测量放卷半径，所述放卷半径是指放卷料盘上的卷状垫板的半径；
S12、根据测得的所述放卷半径和预设垫板更换间距计算所述放卷电机需要转动的角位移，角位移A＝P/R，P为预设垫板更换间距，R为测得的放卷半径；
S13、驱动所述放卷电机转动所述角位移，完成垫板更换；
所述张力控制模式包括：
S21、测量放卷半径，所述放卷半径是指放卷料盘上的卷状垫板的半径；
S22、若所述放卷半径大于或者等于第一预设值，则根据所述放卷半径更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值，其中，所述放卷电机电流设定值是指放卷电机的工作电流设定值，所述收卷电机电流设定值是指收卷电机的工作电流设定值。
在其中一个实施例中，在所述张力控制模式下，所述测量放卷半径包括：通过激光位移传感器实时测量所述放卷半径；或者
按照第一预设时间间隔测量所述放卷半径。
在其中一个实施例中，所述根据所述放卷半径更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值包括：
查找张力控制工艺参数表，判断测得的所述放卷半径位于所述张力控制工艺参数表中记载的哪两个相邻放卷半径值之间；
根据所述放卷半径、所述张力控制工艺参数表中记载的所述两个相邻放卷半径值以及所述两个相邻放卷半径值分别对应的放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值，依据一维线性插补算法计算与测得的所述放卷半径相应的放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值，并根据计算结果更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值；
其中，所述张力控制工艺参数表包括放卷半径、收卷半径、放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值的对应关系。
在其中一个实施例中，在所述张力控制模式下，所述测量放卷半径之后还包括：
S23、若所述放卷半径小于所述第一预设值，则发出更换卷状垫板的提醒信息；
S24、若接收到确认更换指令，则将收卷电机电流设定为0和将放卷电机电流设定为0。
在其中一个实施例中，所述收卷电机的工作模式为：
S31、测量所述放卷半径，所述放卷半径是指放卷料盘上的卷状垫板的半径；
S32、若所述放卷半径大于或者等于第一预设值，则根据所述放卷半径和所述收卷半径更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值。
在其中一个实施例中，所述测量放卷半径包括：测量放卷半径和收卷半径，其中，所述收卷半径是指收卷料盘上的卷状垫板的半径；
所述若所述放卷半径大于或者等于所述第一预设值，则根据所述放卷半径更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值包括：若所述放卷半径大于或者等于所述第一预设值，则根据所述放卷半径和所述收卷半径更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值。
在其中一个实施例中，所述垫板更换指令按照第二预设时间间隔发出。
本发明至少具有以下有益效果：
上述数控钻码用的垫板的自动更换装置，包括放料机构、收料机构、第一半径测量机构和控制器，控制器分别连接第一半径测量机构、收料机构的收料驱动机构和放料机构的放料驱动机构，通过第一半径测量机构测量放卷料盘上的卷状垫板的半径，控制器能够根据第一半径测量机构测量得到的卷状垫板的半径来控制收料驱动机构和放料驱动机构的工作状态，以实现垫板卷带的张力控制，从而钻码过程中垫板可以保持张紧状态，获得良好的钻码工艺效果，钻码识别率达到100％；可以依据垫板材料的物理性质来调控放卷料盘的张力和收卷料盘的张力，以满足垫板更换间距足够精确、垫板更换间距参数可调节的通用需求。
上述数控钻码用的垫板的自动更换方法，考虑了垫板自动更换的实际需求，结合放卷驱动机构控制模式的灵活切换的特点和垫板实时张力控制的特征，具有更加灵活和通用性更强的优点，可以实现垫板卷带的实时张力控制，从而钻码过程中垫板可以保持张紧状态，获得良好的钻码工艺效果，钻码识别率达到100％；可以依据垫板材料的物理性质来调控放卷料盘的张力和收卷料盘的张力，以满足垫板更换间距足够精确、垫板更换间距参数可调节的通用需求。
附图说明
图1为本发明实施方式提供的数控钻码用的垫板的自动更换装置的结构示意图；
图2为本发明实施方式提供的数控钻码用的垫板的自动更换方法的处理步骤流程图；
图3为本发明数控钻码用的垫板的自动更换方法中张力控制模式的流程图；
图4为本发明数控钻码用的垫板的自动更换方法中张力控制模式的详细处理步骤流程图；
图5为本发明数控钻码用的垫板的自动更换方法中收卷电机的工作模式流程图；
附图标号说明：
垫板 10，放卷料盘 100，收卷料盘 200，第一从动滚轮 310，第二从动滚轮 320，第一半径测量机构 410，第二半径测量机构 420，第三从动滚轮 510，第四从动滚轮 520，垫块 600。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明公开了一种数控钻码用的垫板的自动更换装置。参阅图1，图1为一实施方式提供的数控钻码用的垫板的自动更换装置的结构示意图。该数控钻码用的垫板的自动更换装置包括放料机构、收料机构、第一半径测量机构410和控制器。其中，放料机构包括用于放置垫板10的放卷料盘100和用于驱动放卷料盘100转动的放料驱动机构；收料机构包括用于回收垫板10的收卷料盘200和用于驱动收卷料盘200转动的收料驱动机构；第一半径测量机构410用于测量放卷料盘100上的卷状垫板的半径；控制器分别连接第一半径测量机构410、收料驱动机构和放料驱动机构，并能够根据第一半径测量机构410测量得到的放卷料盘100上的卷状垫板的半径控制收料驱动机构和放料驱动机构的工作状态。
上述垫板10为柔性垫板，可以缠绕呈卷状，从而固定在上述放卷料盘100上，放卷机构驱动放卷料盘100转动时垫板10会放料一定长度，而收料机构驱动机构任意时刻总会输出一定的转矩，试图使得卷状垫板处于张紧状态，这样就顺利地完成了垫板更换动作。同时，附加有益的效果是，收卷料盘200转动使得使用后的垫板10回收成卷状缠绕在收卷料盘200上，避免凌乱。
具体地，上述放料机构驱动机构可以选用电机等能够直接或间接驱动料盘100转动的驱动设备。上述收料驱动机构可以选用电机等能够直接或间接驱动收卷料盘200转动的驱动设备。
本发明数控钻码用的垫板的自动更换装置，依靠放料机构放料一定的卷状垫板长度，同时加上收料机构收料动作的配合，来完成垫板更换。当放卷料盘100和收卷料盘200之间的垫板10处于张紧状态时，放卷料盘100上的最外层垫板也处于压紧内层垫板状态。依靠放卷驱动机构驱动放卷料盘100转动一定的角度，将会放料一定长度的垫板，放出的垫板的长度近似等于放卷料盘100弧长，可以通过放卷半径乘以放卷料盘100角位移计算获得。设垫板更换间距为P,测得的放卷半径为R，则在放卷驱动机构驱动放卷料盘100转动P/R弧度角位移的条件下，垫板10将被拖动发生位移P，从而完成垫板更换动作。因此，通过第一半径测量机构(例如激光位移传感器)测得放卷半径，根据预设垫板更换间距和测得的放卷半径，计算获得放卷驱动机构(例如电机)需要转动的角位移，放卷驱动机构根据计算结果驱动放卷料盘100转动对应的角位移，结合垫板张力实时控制功能，确保垫板10大部分时间处于张紧状态，即可实现垫板更换间距可调节且调节足够精确。
在其中一个实施例中，放料驱动机构和收料驱动机构均为电机。更为具体地，放料驱动机构和收料驱动机构均可以为伺服电机。为了增长卷带耗材更换周期，减少用户频繁更换耗材料盘操作，可以增大放卷料盘100上的卷状垫板的直径和收卷料盘200上的卷状垫板的直径至约500mm。在较大的卷状垫板直径下，负载转动惯量极大，设计时应该考虑负载/电机惯量匹配。如果电机通过联轴器联接，直接驱动大直径料盘转动，会出现电机振荡和过流报警。为了不影响放料驱动机构和收料驱动机构的正常工作，可以在放料驱动机构的电机输出轴和收料驱动机构的电机输出轴上分别连接有减速比为20X～70X的二级行星减速器，其中X表示“倍”。
本实施例中，在放料驱动机构的电机输出轴和收料驱动机构的电机输出轴上分别连接有减速比为40X(即40倍)的二级行星减速器，从而可以安全地将卷状垫板的设计直径增大到500mm,从而加长垫板10耗材的更换周期，减少用户频繁更换耗材料盘操作。当然，在其它实施例中，也可以根据具体需求进行选择不同规格的二级行星减速器，本发明对此不作过多限制，在不同的减速器组合条件下，放料驱动机构和收料驱动机构对垫板10卷带在切线方向上具有足够大的拉力即可。
可选地，数控钻码用的垫板的自动更换装置还包括用于测量收卷料盘200上的卷状垫板的半径的第二半径测量机构420(如图1所示)，该第二半径测量机构420连接控制器。可选地，第一半径测量机构410和第二半径测量机构420均为激光位移传感器(例如松下HG-C1400激光位移传感器)，或者也可以是其他能够检测物体直径的位移传感器。可以理解的是，在其它实施例中，也可以省掉第二半径测量机构420，仅使用第一半径测量机构410，从而节约硬件成本。
进一步地，参阅图1，数控钻码用的垫板的自动更换装置还包括第一从动滚轮310、第二从动滚轮320、第三从动滚轮510、第四从动滚轮520和垫块600。其中，第一从动滚轮310和第二从动滚轮320之间设有可供垫板10通过的间隙，第一从动滚轮310转动时带动第二从动滚轮320同步转动；第三从动滚轮510起到约束和导引垫板10的作用，第四从动滚轮520起到使垫板10转向和导引垫板10的作用，垫块600起到支撑垫板10的作用。垫板10前进时，将会依次经过第三从动滚轮510、垫块600、第四从动滚轮520、第一从动滚轮310和第二从动滚轮320。垫块600上为待钻码的覆铜板，使得钻码时，垫板10有刚性支撑。假设卷带厚度为0.5mm，钻码时，垫板10被刀具钻孔的深度约0.3mm，起到垫板10的作用，防止待钻码的覆铜板底面出现披峰不良的现象。
下面以图1所示的实施例对本发明数控钻码用的垫板的自动更换装置进行较为详细的说明：
数控钻码用的垫板的自动更换装置还包括机架(未图示)，放卷料盘100与收卷料盘200间隔设置在机架上，第一半径测量机构410设置在放卷料盘100的一侧(图1所示第一半径测量机构410设置在放卷料盘100的上方)，第二半径测量机构420设置在收卷料盘200的一侧(图1所示第二半径测量机构420设置在收卷料盘200的左侧)，第一从动滚轮310和第二从动滚轮320位于放卷料盘100与收卷料盘200之间并靠近收卷料盘200设置，垫板10的一端卷绕在放卷料盘100的卷芯上，垫板10的另一端卷绕在收卷料盘200的卷芯上，垫板10中间的一部分夹在第一从动滚轮310和第二从动滚轮320之间的间隙中。其中，放卷料盘100对应的放料驱动机构(例如电机)和收卷料盘200对应的收料驱动机构(例如电机)工作于转矩控制模式，形成垫板10卷带张力；正常状态下，放料驱动机构和收料驱动机构工作于张力控制模式，使得垫板10处于张紧状态。当需要更换垫板10时，首先放料驱动机构切换工作模式至位置控制模式，根据测得的放卷半径，驱动放卷料盘100转动相应的角位移，从而完成垫板10的自动更换动作和更换间距的精确控制；垫板更换动作完成后，放料驱动机构又切换回张力控制模式。收料驱动机构一直工作于张力控制模式，不更换垫板时，放料驱动机构工作于张力控制模式，使得垫板一直处于张紧状态。
上述数控钻码用的垫板的自动更换装置，可以通过第一半径测量机构410测量得到的放卷料盘100上的卷状垫板半径和第二半径测量机构420测量得到的收卷料盘上的卷状垫板半径来控制放料驱动机构和收料驱动机构两者的工作电流，或者仅通过测量得到的放卷料盘100上的卷状垫板半径来控制放料驱动机构和收料驱动机构两者的工作电流，从而可以控制垫板10的张紧力。综上，上述数控钻码用的垫板的自动更换装置至少具有以下优点：具有更加灵活和通用性更强的优点，通过控制器切换放料驱动机构由张力控制模式到位置控制模式，使垫板放料一定长度，并使得垫板10前进预设距离，通过第一半径测量机构410测量放卷料盘100上的卷状垫板的半径，控制器能够根据第一半径测量机构410测量得到的放卷料盘100上的卷状垫板的半径来控制收料驱动机构和放料驱动机构的工作状态，以实现对垫板10的实时张力控制，从而钻码过程中垫板10可以保持张紧状态，获得良好的钻码工艺效果，钻码识别率达到100％；可以依据垫板10材料的物理性质来调控放卷料盘100的张力和收卷料盘200的张力，以满足垫板10更换间距足够精确、垫板10更换间距参数可调节的通用需求。同时，上述数控钻码用的垫板的自动更换装置的结构也更紧凑，降低了设备占地面积。
本发明还公开了一种数控钻码用的垫板的自动更换方法，该方法可以应用于上述的数控钻码用的垫板的自动更换装置。在整个料盘转动自动更换垫板10的运动过程中，由于垫板卷料(即卷状垫板)的直径是不断变化的，因此使用恒转矩控制不能保证全程垫板更换过程具有近似相同的动力学特性。本发明数控钻码用的垫板的自动更换方法通过放卷电机控制模式的灵活切换工作，正常状态下，放卷电机和收卷电机均工作于张力控制模式。通过第一半径测量机构(例如激光位移传感器)测得放卷半径，软件查张力控制工艺参数表，来设定放卷电机、收卷电机张力控制模式下的工作电流，依靠分段恒转矩控制，来逼近全程垫板更换过程具有垫板恒张力控制的控制目标，从而达到可靠、平滑地更换垫板10。
参阅图2，一实施方式的数控钻码用的垫板的自动更换方法包括如下步骤：
控制放卷电机在位置控制模式和张力控制模式中切换：在接收到垫板更换指令后，控制放卷电机切换至位置控制模式；在垫板更换完成后，控制放卷电机切换至张力控制模式。其中，垫板更换指令按照第二预设时间间隔发出。第二预设时间间隔可以根据实际垫板更换频率进行设置，例如，假设实际垫板更换频率约为10秒，则可以第二预设时间间隔可以为10秒。
具体地，位置控制模式包括如下步骤：
S11、测量放卷半径，其中，放卷半径是指放卷料盘100上的卷状垫板的半径。可选地，可以通过激光位移传感器来测量放卷半径。
S12、根据测得的放卷半径和预设垫板更换间距计算放卷电机需要转动的角位移，角位移A＝P/R，P为预设垫板更换间距，R为测得的放卷半径。
S13、驱动放卷电机转动角位移(即步骤S12计算得到的角位移)，完成垫板更换。
参阅图3，张力控制模式包括如下步骤：
S21、测量放卷半径，其中，放卷半径是指放卷料盘上的卷状垫板的半径。
可选地，在张力控制模式下，测量放卷半径包括：通过激光位移传感器实时测量放卷半径；或者按照第一预设时间间隔测量放卷半径。具体地，第一预设时间间隔可以根据钻码效率进行设置。
S22、若放卷半径大于或者等于第一预设值，则根据放卷半径更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值，其中，放卷电机电流设定值是指放卷电机的工作电流设定值，收卷电机电流设定值是指收卷电机的工作电流设定值，放卷电机用于驱动放卷料盘100转动，收卷电机用于驱动收卷料盘200转动。
具体地，第一预设值可以根据放卷料盘100的卷芯半径进行设置，该第一预设值为大于放卷料盘100的卷芯半径的数值，例如，假设放卷料盘100的卷芯半径为50㎜，则可以设置第一预设值为51㎜或52㎜等。
需要说明的是，由于张力F约等于电机输出转矩Z与卷状垫板的r的比值，而电机输出转矩Z与设定的电机工作电流I呈正比。为使得整卷垫板更换过程中，垫板能保持张紧力，且更优地保持恒定张力这一控制目标，由于随着垫板的消耗，放卷半径逐渐减小，则对应的放卷电机的工作电流设定值应当逐渐增小；而收卷半径逐渐增大，则对应的收卷电机的工作电流设定值应当逐渐增大。
在步骤S22中，所述根据放卷半径更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值包括：
查找张力控制工艺参数表，判断测得的放卷半径位于张力控制工艺参数表中记载的哪两个相邻放卷半径值之间；根据放卷半径、张力控制工艺参数表中记载的上述两个相邻放卷半径值以及两个相邻放卷半径值分别对应的放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值，依据一维线性插补算法计算与测得的放卷半径相应的放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值，并根据计算结果更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值；其中，张力控制工艺参数表包括放卷半径、收卷半径、放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值的对应关系。
上述张力控制工艺参数如表1所示，是通过预先试验获得的，其包含了多个收卷半径和放卷半径组合条件下对应的放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值，电机电流设定值的单位为电机额定电流的百分比。
表1、张力控制工艺参数表
具体地，依据一维线性插补算法计算放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值包括：按照公式I＝(I2-I1)/(R2-R1)*(R-R1)+I1计算放卷电机电流设定值，其中，R为测得的放卷半径；R1和R2分别为表中记载的与R相邻的两个放卷半径值，且R2≤R≤R1，I为待更新的放卷电机电流设定值，I1为R1对应的放卷电机电流设定值，I2为R2对应的放卷电机电流设定值。举个例子，假设测得的放卷半径R为170mm，则查表1可知R1为200mm，R2为150mm，I1为20，I2为10，则I＝(20-10)/(150-200)*(170-200)+10＝16。显然在特殊情况下，有：当R＝R1时，I＝I1；当R＝R2时，I＝I2。
同理，按照公式C＝(C2-C1)/(R2-R1)*(R-R1)+C1计算收卷电机电流设定值，其中，R为测得的放卷半径；R1和R2分别为表中记载的与R相邻的两个放卷半径值，且R2≤R≤R1，C为待更新的收卷电机电流设定值，C1为R1对应的收卷电机电流设定值，C2为R2对应的收卷电机电流设定值。举个例子，假设测得的放卷半径R为170mm，则查表1可知R1为200mm，R2为150mm，C1为10，C2为20，则C＝(20-10)/(150-200)*(170-200)+10＝16。显然在特殊情况下，有：当R＝R1时，C＝C1；当R＝R2时，C＝C2。
在其中一个实施例中，在张力控制模式下，测量放卷半径(即步骤S21)之后还包括：
S23、若放卷半径小于第一预设值，则发出更换卷状垫板的提醒信息。
S24、若接收到确认更换指令，则将收卷电机电流设定为0和将放卷电机电流设定为0。
具体地，可以通过激光位移传感器来测量放卷半径。测量得到放卷半径后，根据预设阈值，判定放卷料盘100上的垫板10是否即将耗尽，作垫板10即将耗尽近似检测：若放卷半径小于第一预设值，则判断放卷料盘100上的垫板10即将耗尽，提醒用户更换卷状垫板，用户确认后，将收卷电机电流和放卷电机电流分别设定为0，以使用于驱动放卷料盘100转动的放卷电机和用于驱动收卷料盘200转动的收卷电机停止工作，以便用户更换放卷料盘100上的卷状垫板和取下收卷料盘200上的卷状垫板；若放卷半径大于或者等于第一预设值，则判断放卷料盘100上的垫板10未耗尽，则根据放卷半径更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值。
参阅图4，在其中一个实施例中，在张力控制模式下，测量放卷半径(即步骤S21)包括：测量放卷半径和收卷半径，其中，收卷半径是指收卷料盘上的卷状垫板的半径。上述若放卷半径大于或者等于所述第一预设值，则根据放卷半径更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值(即步骤S22)包括：若放卷半径大于或者等于第一预设值，则根据放卷半径和/或收卷半径更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值。
其中，上述根据放卷半径和/或收卷半径更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值包括：根据放卷半径更新放卷电机电流设定值，根据收卷半径更新收卷电机电流设定值；或者，根据放卷半径更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值；或者，根据收卷半径更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值。
具体地，可以通过不同的激光位移传感器来分别测量收卷半径和放卷半径。测量得到收卷半径和放卷半径后，根据预设阈值，判定放卷料盘100的垫板10是否即将耗尽，作垫板10即将耗尽近似检测：若放卷半径小于第一预设值，则判断放卷料盘100上的垫板10即将耗尽，提醒用户更换卷状垫板，用户确认后，将放卷电机电流和收卷电机电流分别设定为0，以使用于驱动放卷料盘100转动的电机和用于驱动收卷料盘200转动的电机停止工作，以便用户更换放卷料盘100上的卷状垫板和取下收卷料盘200上的卷状垫板；若放卷半径大于或者等于第一预设值，则判断放卷料盘100上的垫板10未耗尽，则通过软件查找张力控制工艺参数表，判断测得的放卷半径位于张力控制工艺参数表中记载的哪两个相邻放卷半径值之间；根据放卷半径、收卷半径、张力控制工艺参数表中记载的上述两个相邻放卷半径值以及两个相邻放卷半径值分别对应的放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值，依据一维线性插补算法计算放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值，并根据计算结果更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值。
当然，在其它实施例中，也可以省掉第二半径测量机构420，即在表1中忽略第三列的收卷半径，仅使用第一半径测量机构410，通过第一半径测量机构410(例如激光位移传感器)测量放卷半径，并由测量得到的放卷半径以及预先存储的张力控制工艺参数表，获取收卷电机电流设定值和放卷电机电流设定值，从而节约硬件成本。
参阅图5，收卷电机的工作模式为：
S31、测量放卷半径，放卷半径是指放卷料盘上的卷状垫板的半径。可选地，可以通过激光位移传感器来测量放卷半径。
S32、若放卷半径大于或者等于第一预设值，则根据放卷半径和收卷半径更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值。换句话说，收卷电机总是工作于张力控制模式。
具体地，在不更换垫板时，放卷电机和收卷电机都工作于张力控制模式，实现垫板实时张力控制，确保垫板10处于张紧状态。在需要更换垫板时，放卷电机首先切换到位置控制模式，根据测得的放卷半径和预设的垫板更换间距参数计算并驱动放卷电机转动相应的角位移。
本实施例中，在放卷料盘100执行放料动作，配合收卷料盘的收料动作，使得垫板10前进预设距离。具体地，通常产线钻码效率最高可达6片/分钟，实际垫板更换频率约为10秒，因此定时器周期可以设置为3秒，即垫板10间距更换周期可以设置为3秒。通过放料电机转动和收料电机转动能够足够精确地控制不同二维码钻码尺寸大小所需垫板更换的间距，从而使垫板10移动设定距离，使得垫板10更换间距可以变化且足够精确。
一个典型的实施例是，对于某厂商提供的由原纸经氯化锌处理形成的厚度为0.5mm、宽度为18mm、长度为200m的红钢纸垫板卷带材料，卷状垫板外径为500mm、卷料盘的卷芯直径为100mm，放卷驱动机构和收卷驱动机构均选用Servotronix PH2-M06B23025S301D 400W的伺服电机，上述两个伺服电机的输出轴上均装有40X减速器，使用如表1所示意的张力控制工艺参数表，可以达到垫板10稳定可靠地以8mm间距自动更换，且在通常的钻码产能需求(3000片/天)条件下，用户仅需每周更换一次垫板10卷带耗材料盘。
综上，上述数控钻码用的垫板的自动更换方法至少具有以下优点：考虑了垫板自动更换的实际需求，结合了放卷驱动机构控制模式的灵活切换的特点和垫板实时张力控制的特征，具有更加灵活和通用性更强的优点，可以实现垫板的自动更换动作，且确保钻码过程中垫板10保持张紧状态，获得良好的钻码工艺效果，钻码识别率达到100％；可以依据垫板10材料的物理性质(硬度、弹性模量、抗张强度、抗弯刚度、厚度、卷带宽度等参数)的不同来调控放卷料盘100的张力和收卷料盘200的张力，以满足垫板10更换间距足够精确、垫板10更换间距参数可调节的通用需求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种数控钻码用的垫板的自动更换装置，包括放料机构和收料机构，所述放料机构包括用于放置垫板的放卷料盘和用于驱动所述放卷料盘转动的放料驱动机构，所述收料机构包括用于回收所述垫板的收卷料盘和用于驱动所述收卷料盘转动的收料驱动机构；其特征在于，还包括：
第一半径测量机构，用于测量所述放卷料盘上的卷状垫板的半径；以及
控制器，所述控制器分别连接所述第一半径测量机构、所述收料驱动机构和所述放料驱动机构，并能够根据所述第一半径测量机构测量得到的卷状垫板的半径控制所述收料驱动机构和所述放料驱动机构的工作状态。
2.根据权利要求1所述的数控钻码用的垫板的自动更换装置，其特征在于，所述放料驱动机构和所述收料驱动机构均为电机，所述放料驱动机构的电机输出轴、所述收料驱动机构的电机输出轴上分别连接有减速比为20X～70X的二级行星减速器。
3.根据权利要求1所述的数控钻码用的垫板的自动更换装置，其特征在于，还包括用于测量所述收卷料盘上的卷状垫板的半径的第二半径测量机构，所述第二半径测量机构连接所述控制器。
4.一种数控钻码用的垫板的自动更换方法，其特征在于，包括如下步骤：
控制放卷电机在位置控制模式和张力控制模式中切换：
在接收到垫板更换指令后，控制所述放卷电机切换至所述位置控制模式；
在垫板更换完成后，控制所述放卷电机切换至所述张力控制模式；
其中，所述位置控制模式包括：
S11、测量放卷半径，所述放卷半径是指放卷料盘上的卷状垫板的半径；
S12、根据测得的所述放卷半径和预设垫板更换间距计算所述放卷电机需要转动的角位移，角位移A＝P/R，P为预设垫板更换间距，R为测得的放卷半径；
S13、驱动所述放卷电机转动所述角位移，完成垫板更换；
所述张力控制模式包括：
S21、测量放卷半径，所述放卷半径是指放卷料盘上的卷状垫板的半径；
S22、若所述放卷半径大于或者等于第一预设值，则根据所述放卷半径更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值，其中，所述放卷电机电流设定值是指放卷电机的工作电流设定值，所述收卷电机电流设定值是指收卷电机的工作电流设定值。
5.根据权利要求4所述的数控钻码用的垫板的自动更换方法，其特征在于，在所述张力控制模式下，所述测量放卷半径包括：通过激光位移传感器实时测量所述放卷半径；或者
按照第一预设时间间隔测量所述放卷半径。
6.根据权利要求4所述的数控钻码用的垫板的自动更换方法，其特征在于，所述根据所述放卷半径更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值包括：
查找张力控制工艺参数表，判断测得的所述放卷半径位于所述张力控制工艺参数表中记载的哪两个相邻放卷半径值之间；
根据所述放卷半径、所述张力控制工艺参数表中记载的所述两个相邻放卷半径值以及所述两个相邻放卷半径值分别对应的放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值，依据一维线性插补算法计算与测得的所述放卷半径相应的放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值，并根据计算结果更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值；
其中，所述张力控制工艺参数表包括放卷半径、收卷半径、放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值的对应关系。
7.根据权利要求4所述的数控钻码用的垫板的自动更换方法，其特征在于，在所述张力控制模式下，所述测量放卷半径之后还包括：
S23、若所述放卷半径小于所述第一预设值，则发出更换卷状垫板的提醒信息；
S24、若接收到确认更换指令，则将收卷电机电流设定为0和将放卷电机电流设定为0。
8.根据权利要求4所述的数控钻码用的垫板的自动更换方法，其特征在于，所述收卷电机的工作模式为：
S31、测量所述放卷半径，所述放卷半径是指放卷料盘上的卷状垫板的半径；
S32、若所述放卷半径大于或者等于第一预设值，则根据所述放卷半径和所述收卷半径更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值。
9.根据权利要求4或8所述的数控钻码用的垫板的自动更换方法，其特征在于，所述测量放卷半径包括：测量放卷半径和收卷半径，其中，所述收卷半径是指收卷料盘上的卷状垫板的半径；
所述若所述放卷半径大于或者等于所述第一预设值，则根据所述放卷半径更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值包括：若所述放卷半径大于或者等于所述第一预设值，则根据所述放卷半径和所述收卷半径更新放卷电机电流设定值和收卷电机电流设定值。
10.根据权利要求4至8中任一项所述的数控钻码用的垫板的自动更换方法，其特征在于，所述垫板更换指令按照第二预设时间间隔发出。
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