CN112404589B - 一种自动化锯片碾压控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动化锯片碾压控制系统及方法，该系统包括机架，机架上设有锯片支座、碾压装置以及用于测量锯片各个方向的应力分布情况的测量装置，碾压装置包括上下对应设置的两个碾压轮，两个碾压轮中的第一碾压轮与用于调节第一碾压轮纵向位移的第一驱动装置连接，两个碾压轮中的第二碾压轮与用于带动第二碾压轮旋转的第二驱动装置连接，测量装置、第一驱动装置、第二驱动装置分别与控制器电连接，控制器用于采集测量装置测量的数据，根据测量数据计算出在锯片各个角度所需施加的碾压力，并对应控制第一碾压轮对应锯片各个角度的碾压力。本系统可以实现碾压锯片各个工序的自动化，既提高了加工精度和生产效率，又节省了人力成本。

Description

一种自动化锯片碾压控制系统及方法

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，特别是涉及一种自动化锯片碾压控制系统及方法。

背景技术

锯片是用于切割固体材料的薄片圆形刀具，硬质合金锯片因其加工效率高、使用寿命长、成本低而广泛用于实木、人造板、家具、铝型材、塑料、塑钢等材料的切割。但硬质合金锯片是薄片式结构，在高速旋转切削加工过程中容易变形。因此，制造过程中必须通过锯片碾压装置给予锯片施加一个方向相反的预应力，以便克服或减少锯片使用过程的变形。

目前的锯片碾压装置，主要通过人工将锯片放置到碾压装置上，然后调节碾压轮施加一个固定的力进行碾压，碾压结束后人工再将成品锯片搬走，现有的这种碾压装置存在两个问题，第一，通过人工搬运锯片，效率低且劳动强度大；第二，毛坯锯片各个方向的应力分布不均匀，碾压轮施加相同的力进行加工，加工出来的锯片精度不高。

为了解放人工，提高锯片加工精度和效率，有必要设计一种新的全自动化锯片碾压控制系统，以克服上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种自动化锯片碾压控制系统及方法，解决目前自动化程度不高、加工效率低和精度低等问题。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明公开了一种自动化锯片碾压控制系统，包括机架，所述机架上设有用于支撑锯片的锯片支座以及用于对锯片进行碾压操作的碾压装置，还包括用于测量锯片各个方向的应力分布情况的测量装置，所述碾压装置包括上下对应设置的两个碾压轮，两个碾压轮中的第一碾压轮与用于调节第一碾压轮纵向位移的第一驱动装置连接，两个碾压轮中的第二碾压轮与用于带动第二碾压轮旋转的第二驱动装置连接，所述测量装置、第一驱动装置、第二驱动装置分别与控制器电连接，所述控制器用于采集测量装置测量的数据，根据测量数据计算出在锯片各个角度所需施加的碾压力，并对应控制第一碾压轮对应锯片各个角度施加的碾压力。

进一步地，所述锯片支座的下端与用于带动锯片支座旋转的第三驱动装置连接，所述测量装置包括施力装置、光电编码器和位移传感器，所述施力装置用于给锯片的垂直方向施加一个力，光电编码器用于测量锯片旋转的角度和旋转的方向；位移传感器用于测量锯片施加外力前后的形变位移，光电编码器、位移传感器分别与控制器电连接，所述控制器用于采集锯片的各个角度上施加外力前后的形变数据，通过这些数据计算出在锯片各个角度所需施加的碾压力，并对应控制第一碾压轮对应锯片各个角度施加的碾压力。

进一步地，所述锯片支座与机架滑动配合，所述锯片支座的一侧设有推杆装置，推杆装置与锯片支座连接，用于将锯片支座推至测量装置处的测量位或推至碾压装置处碾压位。

进一步地，所述机架上设有机械手，所述机械手与控制器电连接，所述控制器用于控制机械手将毛坯锯片从机架上设有的毛坯位搬运至锯片支座上以及用于将锯片支座上的锯片搬运至机架上设有的成品位。

进一步地，机械手的纵向位移通过控制器控制气缸实现，机械手的横向位移通过控制器控制伺服电机实现，所述机械手上装有用于吸附锯片的电磁铁，通过控制器实现电磁铁的通电或断电。

进一步地，本发明的自动化锯片碾压控制系统还包括触摸屏，触摸屏与控制器电连接。

本发明公开了一种自动化锯片碾压控制方法，包括如下步骤：

控制器控制机械手将毛坯锯片从毛坯位搬运至锯片支座上；

将锯片支座移动到测量位；

测量位的测量装置开始测量锯片各个方向的应力分布情况，并将测量数据传递给控制器，控制器根据测量数据计算出在锯片各个角度所需施加的碾压力，并计算出用于驱动第一碾压轮的第一驱动装置对应锯片各个角度所需输出的输出量；

将锯片支座移动到碾压位；

控制第一驱动装置驱动第一碾压轮纵向运行接触到锯片，然后，控制第二碾压轮开始旋转，锯片在第一碾压轮与第二碾压轮之间被夹紧，第二碾压轮与锯片之间的摩擦力带动锯片旋转，锯片和第一碾压轮之间的摩擦力带动第一碾压轮旋转，锯片旋转时，控制器根据当前锯片角度对应输出控制信号控制第一驱动装置，控制第一碾压轮给锯片施加相应的碾压力，锯片边沿被碾压一周后停止，加工完毕；

控制第一碾压轮纵向运动，将锯片松开；然后控制器控制机械手将锯片支座上的成品锯片搬运至成品位。

进一步地，测量装置开始测量锯片各个方向的应力分布情况，包括：锯片支座下方的电机带动锯片旋转，同时光电编码器测量锯片旋转的角度和旋转的方向，锯片旋转一圈后，给锯片的垂直方向施加一个力，电机再带动锯片旋转，位移传感器测量施加外力前后的形变数据，控制器采集锯片的各个角度上施加外力前后的形变数据，通过这些数据计算出锯片各个角度需要的碾压力。

进一步地，控制器控制推杆装置将锯片支座推至测量位或碾压位。

本发明至少具有如下有益效果：本发明的自动化锯片碾压控制系统采用控制器控制推杆气缸将锯片支座推至测量位，机械手将毛坯锯片从毛坯位搬运至测量位的锯片支座上，锯片支座底部的电机带动锯片旋转,测量装置在锯片旋转的同时进行测量，测量结束后，推杆气缸将锯片和锯片支座一起推至碾压工位，控制器根据测量数据计算出第一碾压轮对应锯片各个角度施加的碾压力，第一碾压轮上方的第一驱动装置带动第一碾压轮向下运动，第一碾压轮到位后，控制第二碾压轮开始旋转，第二碾压轮与锯片之间的摩擦力带动锯片旋转，锯片和第一碾压轮之间的摩擦力带动第一碾压轮旋转，锯片边沿被碾压一周后停止，第一碾压轮向上运动，推杆气缸将成品锯片和锯片支座一起推至测量位，机械手将测量位的锯片搬运至成品位，实现碾压过程的全自动化运行；

本发明采用上述自动化锯片碾压控制系统，解决现有锯片碾压过程的自动化程度不高、碾压效率低和劳动强度大的问题。本发明基于PLC编程控制，主要包括PLC系统、测量装置、碾压装置和机械手和配套电气部分。所述PLC系统为主控制器，用来控制机械手、测量装置和碾压装置协同工作；所述测量装置由光电编码器和位移传感器组成，用来测试锯片的应力分布情况；所述碾压装置可以将锯片在生产和使用中产生的不规则应力集中点，经过合理的碾压，使应力均匀分布，以调整因应力集中而产生的变形。

本系统可以实现碾压锯片各个工序的自动化，既提高了加工精度和生产效率，又节省了人力成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明自动化锯片碾压控制系统结构示意图；

图2为本发明测量装置示意图；

图3为本发明控制系统示意图；

图4为本发明控制系统流程图。

附图中：1-毛坯锯片；2-成品锯片；3-机械手；4-施力杆；5-位移传感器；6-锯片支座；7-光电编码器；8-第三驱动装置；9-气缸；10-第一碾压轮；11-第二碾压轮；12-万向轴；13-第二驱动装置；14-第一驱动装置；15-机架。

具体实施方法

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1至图3，本发明实施例提供一种自动化锯片碾压控制系统，包括机架15，所述机架15上设有用于支撑锯片的锯片支座6以及用于对锯片进行碾压操作的碾压装置，还包括用于测量锯片各个方向的应力分布情况的测量装置，所述碾压装置包括上下对应设置的两个碾压轮，两个碾压轮中的第一碾压轮10与用于调节第一碾压轮10纵向位移的第一驱动装置14连接，两个碾压轮中的第二碾压轮11与用于带动第二碾压轮11旋转的第二驱动装置13连接，所述测量装置、第一驱动装置14、第二驱动装置13分别与控制系统电连接，所述控制系统用于采集测量装置测量的数据，根据测量数据计算出在锯片各个角度所需施加的碾压力，并对应控制第一碾压轮10对应锯片各个角度施加的碾压力。第一驱动装置施加给碾压轮向下的力越大，第一碾压轮10给锯片施加的碾压力越大。

本实施例的控制系统采用PLC系统，PLC系统包括PLC控制器、人机界面、IO单元和伺服电机单元，PLC通过控制IO单元和伺服电机单元，测量装置、碾压装置、机械手3分别与PLC系统的IO单元相连接，PLC系统控制测量装置、碾压装置和机械手3协同工作。本实施例的控制系统具有用于保障上述各工作模块间电源供应和信号传输的电气部分。

所述人机界面用于设置参数和显示各个装置的运行状态，监控整个流程的运行情况。系统处于故障状态时，会停止运行，并提示报警信息；人机界面的显示和输入通过触摸屏实现，可视化界面的运行程序在控制器中实现。

所述PLC控制器为锯片碾压控制系统的控制核心，集逻辑控制、运动控制和可视化界面于一体。逻辑控制部分实现对气缸9移动、机械手3抓取松开等点位信号控制；运动控制部分实现机械手3的移动、上碾压轮纵向移动及锯片支座6的旋转；可视化界面具备显示和参数设置功能，可以监测信号传输状态，实时进行故障监测，如果发现故障提示报警信息，系统会停止运行，最终实现测量装置、碾压装置和机械手3协同动作。

优选地，本实施例的第一碾压轮10位于上方，第二碾压轮11位于下方，当然，也可以根据需要进行调换。

碾压装置还包括机壳，机壳内部设置调节第一碾压轮10纵向位移的第一驱动装置14，第二碾压轮11通过万向轴12与第二驱动装置13相连。本实施例的第一驱动装置14采用伺服阀，通过伺服阀带动第一碾压轮10纵向移动。本实施例的第二驱动装置13为带动第二碾压轮11旋转的减速电机。当然，第一驱动装置14、第二驱动装置13还可以根据其功能需求进行选择。

伺服阀是主要用于电液转换的元件，它能把微小的电气信号转换成大功率的液压能输出，电流越大液压能越大，电流的量程为I₁-I₂(如4-20mA)。通过测量得到的施加应力后的形变大小来计算出要输入伺服阀的电流，该公式是一个经验公式，思路是应力形变越大，碾压的压力需要更大，伺服阀的输入电流要更大，然后把电流值I转换成AD值，通过AD/DA模块输入给伺服阀。

本实施例提供一种计算公式如下：

把电流值I转换成AD值，具体包括：

如果I>I₁或I<I₂，则

如果I≤I₁，则AD＝0，如果I≥I₂，则AD＝32767。其中，I₂、I₁为电流的量程上下限，本实施例I₁为4mA，I₂为20mA，P为应力测量的实际值(即测量得到的施加应力后的形变数据)，P1为应力合格上限值(根据实际需要设定)，Pmax为应力允许最大值，a为系数(根据经验得到)，△I为补偿值(根据经验得到)，AD为模拟量输出值，控制伺服阀施加碾压力。

所述碾压装置用来将锯片外圈碾压，增加锯片预应力，减少锯片在使用过程中的变形。

进一步地，所述锯片支座6的下端与用于带动锯片支座6旋转的第三驱动装置8连接，所述测量装置包括施力装置、光电编码器7和位移传感器5，所述施力装置用于给锯片的垂直方向施加一个力，光电编码器7用于测量锯片旋转的角度和旋转的方向，光电编码器7旋转过程中要保证和锯片旋转的完全同步；位移传感器5用于测量锯片施加外力前后的形变位移，光电编码器7、位移传感器5分别与控制器电连接，所述控制器用于采集锯片的各个角度上施加外力前后的形变数据，通过这些数据计算出在锯片各个角度所需施加的碾压力，并对应控制第一碾压轮10对应锯片各个角度施加的碾压力。位移传感器5可以采用激光传感器。

所述施力装置可以采用施力杆4，所述施力杆4固定在测量位的支架上，施力杆4可以与支架螺纹配合，手动调节施力杆4控制施力杆4在锯片垂直方向施加一个力。当然，也可以采用电动控制的方式控制施力杆4在锯片垂直方向施加一个力。如通过电动推杆等。

本实施例的第三驱动装置8为电机，第三驱动装置8还可以根据其功能需求进行选择，不仅仅限于电机。

进一步地，所述锯片支座6与机架15滑动配合，所述锯片支座6的一侧设有推杆装置，推杆装置与锯片支座6连接，用于将锯片支座6推至测量装置处的测量位或推至碾压装置处碾压位。

本实施例的机架15上设有滑轨，锯片支座6安装在滑轨上，滑轨一侧有推杆装置。

机架15上设有四个工位，分别为毛坯位、成品位、测量位和碾压位，毛坯位存放待碾压的锯片，成品位存放碾压后的锯片，测量位装有测量装置，碾压位进行锯片的碾压操作。测量位与碾压位分别位于滑轨的两端。

本实施例的推杆装置采用推杆气缸9，但不仅仅限于推杆气缸9。

进一步地，所述机架15上设有机械手3，所述机械手3与控制器电连接，所述控制器用于控制机械手3将毛坯锯片1从机架15上设有的毛坯位搬运至锯片支座6上以及用于将锯片支座6上的锯片搬运至机架15上设有的成品位。

进一步地，机械手3的纵向位移通过控制器控制气缸9实现，机械手3的横向位移通过控制器控制伺服电机实现，所述机械手3上装有用于吸附锯片的电磁铁，通过控制器实现电磁铁的通电或断电。

参见图1至图4，本发明还公开了一种自动化锯片碾压控制方法，包括如下步骤：

所述控制系统上电后，系统处于初始状态。系统有三种控制模式，分别是手动模式、自动模式和回零模式。初始状态为手动模式，在手动模式下可以通过触摸屏上的按键调整机械手3和碾压轮的位置，以及一些IO信号；自动加工前需要进行回零操作，需要切换到回零模式，按下触摸屏上的“一键回零”，让机械手3和碾压轮回到零点位置，然后切换至自动模式，按下“开始”按键后开始自动执行机械手3抓取锯片，测量和碾压一系列流程。

控制器控制机械手3将毛坯锯片1从毛坯位搬运至锯片支座6上；

将锯片支座6移动到测量位；

测量位的测量装置开始测量锯片各个方向的应力分布情况，并将测量数据传递给控制器，控制器根据测量数据计算出在锯片各个角度所需施加的碾压力，并计算出用于驱动第一碾压轮的第一驱动装置对应锯片各个角度所需输出的输出量；

将锯片支座6移动到碾压位；

控制第一驱动装置驱动第一碾压轮纵向运行接触到锯片，然后控制第二碾压轮11开始旋转，此时锯片支座6下方的电机掉使能(锯片支座6下方的电机如果是上使能状态，作用在锯片上的摩擦力不能转动锯片，只能通过电机控制锯片转动，本专利需要碾压轮的摩擦力来转动锯片，则需要锯片支座6下方的电机掉使能)，锯片在第一碾压轮10与第二碾压轮11之间被夹紧，第二碾压轮11旋转时，第二碾压轮11与锯片之间的摩擦力带动锯片旋转，锯片旋转时，锯片和第一碾压轮10之间的摩擦力带动第一碾压轮10旋转，控制器根据当前锯片角度对应输出控制信号控制第一驱动装置，控制第一碾压轮给锯片施加相应的碾压力，锯片边沿被碾压一周后停止，加工完毕；

控制第一碾压轮10纵向运动，将锯片松开；然后控制器控制机械手3将锯片支座6上的成品锯片2搬运至成品位。

进一步地，测量装置开始测量锯片各个方向的应力分布情况，包括：锯片支座6下方的电机带动锯片旋转，同时光电编码器7测量锯片旋转的角度和旋转的方向，锯片旋转一圈后，给锯片的垂直方向施加一个力(力的大小根据需要调节)，电机再带动锯片旋转，位移传感器5测量施加外力前后的形变数据，光电编码器7和传感器将采集的数据反馈给控制器，控制器采集锯片的各个角度上施加外力前后的形变数据，通过计算得出的数据控制碾压装置在锯片各个方位该施加不同的碾压力。

进一步地，控制器控制推杆装置将锯片支座6推至测量位或碾压位。

本实施例是控制机械手3从毛坯位抓取待碾压锯片，然后将锯片送至测量位，等待测量和碾压结束后，再将加工后的成品锯片2从测量位送至成品位。

机械手3的纵向位移通过气缸9控制，横向位移通过伺服电机控制，控制器通过控制伺服电机旋转将机械手3横向移动到毛坯位上方，再通过控制气缸9将机械手3下降，机械手3上装有充电磁铁，机械手3下降至锯片位置，磁铁将锯片吸附到机械手3上，当控制器检测到机械手3上有锯片时，控制气缸9将向上运行，运行到位后，再控制伺服电机将机械手3水平移动至测量工位上方，然后再控制气缸9，将锯片放置测量工位上的锯片支座6上，然后等待锯片碾压完成后，再按上述控制方法将锯片放置到成品位。

本发明提供的自动化碾压控制系统只需要设置简单的参数，可以实现自动抓取锯片、测量、碾压、放回成品锯片2的一整套动作，解决了需要人工持续搬锯片，操作碾压装置，再将碾压好的锯片取下来等一系列费时费力的工作，实现全自动化生产，该系统效率高，对操作人员要求低，易于掌握。本系统将锯片测量后再根据测量数据进行锯片各个角度不同程度的碾压，可以提高锯片的精度。系统可设置和显示运行参数，实时监测故障，可在发生故障时将系统停止运行，避免造成机械装置的损坏。

本发明采用上述自动碾压控制系统及方法，可以将锯片在生产和使用中产生的不规则应力集中点，经过合理的碾压，使锯片应力重新均匀分布，以调整因应力集中而产生的变形。

上所述仅为本发明的优选实施案列而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对于其中的部分技术特征进行同等替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、同等替换、改进等，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自动化锯片碾压控制系统，包括机架，所述机架上设有用于支撑锯片的锯片支座以及用于对锯片进行碾压操作的碾压装置，其特征在于：还包括用于测量锯片各个方向的应力分布情况的测量装置，所述碾压装置包括上下对应设置的两个碾压轮，两个碾压轮中的第一碾压轮与用于调节第一碾压轮纵向位移的第一驱动装置连接，两个碾压轮中的第二碾压轮与用于带动第二碾压轮旋转的第二驱动装置连接，所述测量装置、第一驱动装置、第二驱动装置分别与控制器电连接，所述控制器用于采集测量装置测量的数据，根据测量数据计算出在锯片各个角度所需施加的碾压力，并对应控制第一碾压轮对应锯片各个角度施加的碾压力；

所述锯片支座的下端与用于带动锯片支座旋转的第三驱动装置连接，所述测量装置包括施力装置、光电编码器和位移传感器，所述施力装置用于给锯片的垂直方向施加一个力，光电编码器用于测量锯片旋转的角度和旋转的方向；位移传感器用于测量锯片施加外力前后的形变位移，光电编码器、位移传感器分别与控制器电连接，所述控制器用于采集锯片的各个角度上施加外力前后的形变数据，通过这些数据计算出在锯片各个角度所需施加的碾压力，并对应控制第一碾压轮对应锯片各个角度施加的碾压力。

2.根据权利要求1所述的自动化锯片碾压控制系统，其特征在于：所述锯片支座与机架滑动配合，所述锯片支座的一侧设有推杆装置，推杆装置与锯片支座连接，用于将锯片支座推至测量装置处的测量位或推至碾压装置处碾压位。

3.根据权利要求1所述的自动化锯片碾压控制系统，其特征在于：所述机架上设有机械手，所述机械手与控制器电连接，所述控制器用于控制机械手将毛坯锯片从机架上设有的毛坯位搬运至锯片支座上以及用于将锯片支座上的锯片搬运至机架上设有的成品位。

4.根据权利要求3所述的自动化锯片碾压控制系统，其特征在于：机械手的纵向位移通过控制器控制气缸实现，机械手的横向位移通过控制器控制伺服电机实现，所述机械手上装有用于吸附锯片的电磁铁，通过控制器实现电磁铁的通电或断电。

5.根据权利要求1所述的自动化锯片碾压控制系统，其特征在于：还包括

触摸屏，触摸屏与控制器电连接。

6.一种自动化锯片碾压控制方法，其特征在于，采用了权利要求1至5任一所述的自动化锯片碾压控制系统，包括如下步骤：

控制器控制机械手将毛坯锯片从毛坯位搬运至锯片支座上；

将锯片支座移动到测量位；

测量位的测量装置开始测量锯片各个方向的应力分布情况，并将测量数据传递给控制器，控制器根据测量数据计算出在锯片各个角度所需施加的碾压力，并计算出用于驱动第一碾压轮的第一驱动装置对应锯片各个角度所需输出的输出量；

将锯片支座移动到碾压位；

控制第一驱动装置驱动第一碾压轮纵向运行接触到锯片，然后，控制第二碾压轮开始旋转，锯片在第一碾压轮与第二碾压轮之间被夹紧，第二碾压轮与锯片之间的摩擦力带动锯片旋转，锯片和第一碾压轮之间的摩擦力带动第一碾压轮旋转，锯片旋转时，控制器根据当前锯片角度对应输出控制信号控制第一驱动装置，控制第一碾压轮给锯片施加相应的碾压力，锯片边沿被碾压一周后停止，加工完毕；

控制第一碾压轮纵向运动，将锯片松开；然后控制器控制机械手将锯片支座上的成品锯片搬运至成品位。

7.根据权利要求6所述的自动化锯片碾压控制方法，其特征在于：测量装置开始测量锯片各个方向的应力分布情况，包括：锯片支座下方的电机带动锯片旋转，同时光电编码器测量锯片旋转的角度和旋转的方向，锯片旋转一圈后，给锯片的垂直方向施加一个力，电机再带动锯片旋转，位移传感器测量施加外力前后的形变数据，控制器采集锯片的各个角度上施加外力前后的形变数据，通过这些数据计算出锯片各个角度需要的碾压力。

8.根据权利要求6所述的自动化锯片碾压控制方法，其特征在于：控制器控制推杆装置将锯片支座推至测量位或碾压位。

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