CN112897130A - 单张纸纠偏机构 - Google Patents

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CN112897130A CN202011450138.3A CN202011450138A CN112897130A CN 112897130 A CN112897130 A CN 112897130A CN 202011450138 A CN202011450138 A CN 202011450138A CN 112897130 A CN112897130 A CN 112897130A
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赵占峰
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Abstract

单张纸纠偏机构应用于单张纸模切机，墙板为左右各一件，利用连接横梁固定成一个框架；首先在负压皮带通过前导辊、中间导辊、后导轨和负压皮带驱动辊支撑，形成一个环形运行轨迹；皮带驱动电机固定在负压皮带驱动辊的下方，通过负压皮带驱动辊用同步带将负压皮带驱动辊和皮带驱动电机联结；皮带张紧辊和张紧调节装置连接，固定在墙板上，负压腔置于负压皮带的下方，用螺钉固定在墙板上，负压腔通过管道和负压风机连接；后导辊的后面是过渡托板，是固定在墙板上的；过渡托板的后面是纠偏执行装置，执行装置后面再接两个过渡板。本机构提高生产效率，降低生产成本。

Description

单张纸纠偏机构
技术领域：
本结构应用于单张纸模切机范围。
背景技术：
目前市面上国内各大印刷厂所使用的单张纸模切机都是平压平设备，全自动平压平模切机的工作原理是输纸机通过送纸部件将纸张送入前规和侧规定位，再由牙排将纸张送到平板模切机构进行二次定位进行模切，模切后再由牙排送达清废机构，清废后再进入收纸部，从而完成模切作业。这种模切机由于平板模切的动作是间歇式运动，从而导致设备的效率低下。而我们全新开发的一种单张纸模切机是用的圆压圆模切技术，模切刀辊可以连续模切，从而大大提高了模切效率。但是在这种圆压圆的模切方式下就不能用牙排来传递纸张，纸张需要经过负压或皮带夹持着送入模切机。纸张在没有了牙排固定的情况下向前输送就会在移动过程中产生歪斜和横向串动，因此我们发明了一种应用于这种情况下对单张纸在传递过程中进行位置纠偏的装置。此装置目前国内外都没有类似产品，属首例。
发明内容：
为了提高生产效率，降低生产成本，本发明专利提供一种应用于单张纸圆压圆模切设备的纠偏装置。
我们设计并完善了基于伺服/步进电机为调节单元，光电传感器作为检测反馈单元，负压皮带作为前级输送单元的纠偏机构。负压输送单元由负压风机(变频驱动)产负压吸力，由一个伺服电机驱动，输送过程中我们将通过 PLC完成负压输送伺服和后级调节伺服的位置同步，减小在横向调节过程中纸张背面可能与负压皮带产生的摩擦。调节单元由3个独立伺服驱动的小牵引辊和其上面小气缸控制压合的小压辊组成。3个伺服分别为R侧、M、L侧伺服。检测反馈单元主要是光电传感器(也可用超声波传感器代替，精度略有下降)，系统通过检测反馈单元中的光电传感器检测纸张边沿阻挡传感器的面积和调节单元当中M伺服反馈的编码器位置计算纸张偏斜角度，再由测得的角度值转化成伺服电机的脉冲量，通过改变R和L侧伺服电机位置给定(变速)完成纠偏调整。
附图说明：
下面附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的主视示意图。
图2是本发明的俯视示意图。
图3是运算示意图之一。
图4是运算示意图之二。
图1中1.前导辊 2.负压皮带 3.负压腔 4.中间导辊 5、负压皮带驱动辊 6、负压皮带张紧辊 7、张紧调节装置 8、后导辊 9、过渡托板 10、气缸支撑板 11、压紧气缸 12、胶压辊(L/M/R) 13、光电传感器 14、单张纸印刷产品 15、牵引辊(L/M/R) 16、牵引辊用同步带 17、伺服电机(L/M/R) 18、墙板 19、负压皮带驱动辊用同步带 20、皮带驱动电机 21、固定脚座 22、连接横梁
具体实施方式：
图1中，墙板18为左右各一件，利用连接横梁22固定成一个框架，其他部件均安装在此框架内。首先在负压皮带2通过前导辊1、中间导辊4、后导轨8和负压皮带驱动辊5支撑，形成一个环形运行轨迹。各导辊通过轴承座固定墙板18上。皮带驱动电机20固定在负压皮带驱动辊5的下方，通过负压皮带驱动辊用同步带19将负压皮带驱动辊5和皮带驱动电机20联结，将电机的动力专递给负压皮带2。皮带张紧辊6和张紧调节装置7连接，固定在墙板18上，皮带张紧辊6通过张紧调节装置7来调节负压皮带2的松紧程度。负压腔3置于负压皮带2的下方，用螺钉固定在墙板18上，负压腔通过管道和负压风机连接，通过负压风机使腔内形成负压力，再通过负压皮带上的小孔将皮带上面运行着的单张纸印刷产品14吸附住。后导辊8 的后面是过渡托板9，是固定在墙板18上的。过渡托板9的后面是纠偏执行装置，包括气缸支撑板10、压紧气缸11、胶压辊12、牵引辊15、牵引辊用同步带16和伺服电机17。牵引辊15是通过轴承座固定在框架内的，伺服电机17固定在牵引辊15的下方，通过牵引辊用同步带16和牵引辊15联结传递动力。胶压辊12安装在牵引辊15的上方，由压紧气缸11驱动，压紧在牵引辊15上。压紧气缸11固定在气缸支撑板10上，气缸支撑板10固定在墙板18上。如图2所示，此部分执行装置共3组，分别命名为L侧伺服、M侧伺服和R侧伺服。执行装置后面再接两个过渡托板9，光电传感器 13装在两个过渡板的中间，固定在墙板18上。固定脚座21一共4组，分别安装在墙板18两面的外侧，通过地脚螺栓将整个纠偏装置固定在地面上。
单张纸印刷产品14由上级装置传递到负压皮带2上，利用皮带下方负压腔产生的负压力将产品固定在负压皮带2上，产品随着负压皮带前行进入胶压辊12和牵引辊15之间，随后产品通过L/M/R三组纠偏执行装置后进入光电传感器13，系统首先通过光电传感器13在一个固定时间差也就是取样周期内检测纸张边沿阻挡传感器的面积变化来判断纸张的偏斜方向，知道偏斜方向以后再确定是有L侧或R侧的伺服电机来调整纸张位置。其次我们通过光电传感器13在一个取样周期内确定的面积差来算出纸张的偏斜角度，最后再利用L侧和R侧伺服电机的间距以及牵引辊的周长和伺服电机的周脉冲来计算出调整电机需要多走的脉冲数来加快纸张一侧的前进速度使其和另一侧齐平，达到纸张纠偏的效果。
具体运算原理如下：
运算示意图如图3和图4
计算中各参数代号含义：
Ts:采样周期
H:光电传感器的宽度
S1:光电传感器遮挡面积1
S2:光电传感器遮挡面积2
L:单张纸印刷产品的长度(走纸方向)
N:模切机运行最高速度
W:L侧和R侧伺服电机的间距
A：纸张偏斜角度
Ps:伺服电机旋转一周的脉冲总数
Pm:私服电机执行纠偏动作时需要多走的脉冲数
Cd:牵引辊周长
X:单张纸偏斜横向差值
Y:单张纸走纸方向需要调整的距离
部分参数取值说明：
Ts＝10ms
采样周期，PLC通过定时中断或恒定周期采样得时间，根据PLC运算能力和产品规格大小以及采样频率，综合考虑这里取10ms(毫秒)作为一个基准值。
L＝400mm
单张纸产品的长度决定了其在一定运行速度下可以完成的误差检测次数和调节次数。理论上，检测次数和调节次数越多，越可以得到更高的调整精度。常规情况下我们所面对的产品当中单张纸长度范围在400mm到800mm，我们就用最难调整的最小长度来计算，所以取值400mm。用此长度计算调节次数如下：行业内现有的单张纸模切机的运行最高速度N为120m/min，我们将N值乘一个1.25的安全系数，N值取150m/min进行计算。将L和N值带入公式计算产品从进入传感器到离开传感器时间为：
Figure RE-GDA0003034285870000041
考虑到光电传感器安装位置对参与计算的产品长度的影响，我们取160ms 的一半80ms为有效调节时间，由于我们的采样周期Ts是10ms,即在400mm产品运行过程中，我们可以完成8次有效检测，按照两次检测一次调节的频率，我们可以完成4次有效调节(系统设定的位置环增益，决定了伺服的调整速度)。由于纸张在由送纸机发出来时已经经过了一次由送纸机本身的侧规初步定位，所以纸张的偏斜量不会很大，所以4次有效调节足以将单张纸调正。
产品运行过程中偏斜方向的判定：
如图3所示，单张纸印刷产品14在通过调节机构进入光电传感器13后，系统通过2次采样得到M伺服反馈的实时位置数据,同时我们也得到了系统通过光电传感器13反馈的AD(电压信号0-10V)。如图所示，我们只需要比较系统采集的S1和S2数值的大小即可得知纸张偏斜方向。S1<S2时，纸张偏向右侧(运行方向为基准)。反之，纸张偏向左侧。
知道了纸张的偏斜方向我们就可以确定利用那一侧的伺服电机来调整单张纸印刷产品14。在图3中由于单张纸印刷产品14是向右偏斜的，也就是产品的左侧比右侧超前，这时我们就需要加快R侧的伺服电机转速，通过驱动R 侧牵引辊15和胶压辊12来带动单张纸印刷产品14的右侧快速向前，直到和左侧齐平为止，完成纠偏调整。
纠偏动作计算原理
由于我们采用的是同一个光电传感器13来检测的单张纸印刷产品14 的偏斜度，所以利用两侧采集到的S1和S2的面积差可通过公式计算出单张纸印刷产品的偏斜角度，计算公式如下：
Figure RE-GDA0003034285870000051
根据计算得到的角度A值再经过下一步运算便可以得到单张纸印刷产品 14在R侧需要偏移的距离X，然后再通过计算转化成私服电机需要多转的脉冲数，通过控制器来控制私服电机来执行纠偏操作。
需要完成偏差调整R侧伺服所需多走距离为
X＝W*tan A
伺服所需多走的脉冲数Pm为：
Pm＝Y/Cd*Ps
此时我们完成一个完整的偏斜检测和主要修正动作。

Claims (3)

1.单张纸纠偏机构，其特征在于：
墙板为左右各一件，利用连接横梁固定成一个框架；首先在负压皮带通过前导辊、中间导辊、后导轨和负压皮带驱动辊支撑，形成一个环形运行轨迹；
皮带驱动电机固定在负压皮带驱动辊的下方，通过负压皮带驱动辊用同步带将负压皮带驱动辊和皮带驱动电机联结；皮带张紧辊和张紧调节装置7连接，固定在墙板上，负压腔置于负压皮带的下方，用螺钉固定在墙板上，负压腔通过管道和负压风机连接；
后导辊的后面是过渡托板，是固定在墙板上的；过渡托板的后面是纠偏执行装置，包括气缸支撑板、压紧气缸、胶压辊、牵引辊、牵引辊用同步带和伺服电机；牵引辊是通过轴承座固定在框架内的，伺服电机固定在牵引辊的下方，通过牵引辊用同步带和牵引辊联结传递动力；胶压辊安装在牵引辊的上方，由压紧气缸驱动，压紧在牵引辊上；压紧气缸固定在气缸支撑板上，气缸支撑板固定在墙板上；
纠偏执行装置共3组，分别命名为L侧伺服、M侧伺服和R侧伺服；执行装置后面再接两个过渡板，光电传感器装在两个过渡板的中间，固定在墙板上；通过地脚螺栓将整个纠偏机构固定在地面上。
2.应用如权利要求1所述单张纸纠偏机构的方法，其特征在于：
单张纸印刷产品传递到负压皮带上，利用皮带下方负压腔产生的负压力将产品固定在负压皮带上，产品随着负压皮带前行进入胶压辊和牵引辊之间，随后产品通过L/M/R三组纠偏执行装置后进入光电传感器，首先通过光电传感器在一个固定时间差也就是取样周期内检测纸张边沿阻挡传感器的面积变化来判断纸张的偏斜方向，知道偏斜方向以后再确定是有L侧或R侧的伺服电机来调整纸张位置；
通过光电传感器在一个取样周期内确定的面积差来算出纸张的偏斜角度，最后再利用L侧和R侧伺服电机的间距以及牵引辊的周长和伺服电机的周脉冲来计算出调整电机需要多走的脉冲数来加快纸张一侧的前进速度使其和另一侧齐平，达到纸张纠偏。
3.应用如权利要求1所述单张纸纠偏机构的方法，其特征在于：
计算中各参数代号含义：
Ts:采样周期
H:光电传感器的宽度
S1:光电传感器遮挡面积1
S2:光电传感器遮挡面积2
L:单张纸印刷产品的长度即走纸方向
N:模切机运行最高速度
W:L侧和R侧伺服电机的间距
A：纸张偏斜角度
Ps:伺服电机旋转一周的脉冲总数
Pm:私服电机执行纠偏动作时需要多走的脉冲数
Cd:牵引辊周长
X:单张纸偏斜横向差值
Y:单张纸走纸方向需要调整的距离
部分参数取值说明：
采样周期Ts＝10ms
单张纸产品的长度L＝400mm
单张纸模切机的运行最高速度N值取150m/min进行计算；将L和N值带入公式计算产品从进入传感器到离开传感器时间为：
Figure FDA0002826497740000021
产品运行过程中偏斜方向的判定：
单张纸印刷产品在通过调节机构进入光电传感器后，系统通过次采样得到M伺服反馈的实时位置数据,同时得到了系统通过光电传感器反馈的AD；比较系统采集的S1和S2数值的大小即可得知纸张偏斜方向；S1<S2时，以运行方向为基准纸张偏向右侧；反之，纸张偏向左侧；
利用两侧采集到的S1和S2的面积差通过公式计算出单张纸印刷产品的偏斜角度，计算公式如下：
Figure FDA0002826497740000031
根据计算得到的角度A值再经过下一步运算便可以得到单张纸印刷产品在R侧需要偏移的距离X，然后再通过计算转化成私服电机需要多转的脉冲数，通过控制器来控制私服电机来执行纠偏操作；
需要完成偏差调整R侧伺服所需多走距离为
X＝W*tan A
伺服所需多走的脉冲数Pm为：
Pm＝Y/Cd*Ps
完成一个完整的偏斜检测和主要修正动作。
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