CN115321177B - 封片机及其控制方法、控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及封片机技术领域，提供一种封片机及其控制方法、控制装置，封片机包括刹车步进电机、电机驱动器和夹片旋转机构组件，夹片旋转机构组件包括角位移传感器、原点光电开关、零位片、气爪旋转控制电机、大齿轮、小齿轮、传动轴和气爪，方法包括：初始化电机驱动器，并开始计时以得到计时时间；在计时时间达到预设时间时，给刹车步进电机中的刹车器供电；根据角位移传感器的当前数值和原点光电开关输出的零位光电信号驱动气爪旋转控制电机带动气爪旋转，以使气爪回零。由此，通过角位移传感器和原点光电开关对气爪进行回零复位，有利于避免夹片旋转机构组件因断电或维修导致回零错误的现象，可以保证气爪正常回零，提升封片机工作可靠性。

Description

封片机及其控制方法、控制装置

技术领域

本发明涉及封片机技术领域，具体涉及一种封片机、一种封片机的控制方法和一种封片机的控制装置。

背景技术

封片机夹取载玻片的工作原理：开机上电后，刹车步进电机驱动夹片旋转机构组件向上移动，回零复位。同时夹片旋转机构组件的气爪旋转控制电机带动气爪旋转，回零复位。需要夹取载玻片时，夹片旋转机构组件向下运动，到达夹取点位后气爪动作夹住载玻片，再向上运动到达载玻片旋转点位，夹片旋转机构组件的气爪旋转控制电机动作以将载玻片由垂直位置旋转到水平位置。

相关技术中，在气爪回复零位时，因夹片旋转机构组件断电或组件维修，可能导致回零错误，比如无法正常回零或者误回零的问题。

发明内容

本发明为解决相关技术中因夹片旋转机构组件断电或组件维修，可能导致回零错误的问题，提出了如下技术方案。

本发明第一方面实施例提出了一种封片机，包括刹车步进电机、电机驱动器和夹片旋转机构组件，所述夹片旋转机构组件包括角位移传感器、联轴器、原点光电开关、零位片、气爪旋转控制电机、大齿轮、小齿轮、传动轴和气爪，其中，所述气爪旋转控制电机的一端固定所述小齿轮，所述小齿轮与所述大齿轮相互啮合，所述小齿轮的齿数小于所述大齿轮的齿数，所述大齿轮与所述传动轴的一端连接，所述传动轴的另一端与所述气爪连接，所述气爪旋转控制电机的另一端固定所述零位片，所述零位片位于所述联轴器的一端，所述联轴器的另一端固定所述角位移传感器；所述刹车步进电机用于带动所述夹片旋转机构组件上下移动；所述气爪旋转控制电机用于通过所述小齿轮、所述大齿轮和所述传动轴带动所述气爪旋转；所述角位移传感器用于检测所述气爪的旋转方向和旋转角度；所述原点光电开关用于在所述气爪处于零位位置时，检测到所述零位片的槽口，同时输出零位光电信号。

本发明第二方面实施例提出了一种封片机的控制方法，包括：初始化所述电机驱动器，并开始计时以得到计时时间；在所述计时时间达到预设时间时，给所述刹车步进电机中的刹车器供电，以松开所述刹车器；初始化所述角位移传感器的数值；在所述封片机上电后，读取所述角位移传感器的当前数值，并检测所述原点光电开关输出的零位光电信号；根据所述角位移传感器的当前数值和所述原点光电开关输出的零位光电信号驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪旋转，以使所述气爪回零至零位位置。

另外，根据本发明上述实施例的封片机的控制方法还可以具有如下附加的技术特征。

根据本发明的一个实施例，在初始化所述电机驱动器之前，还包括：确定所述电机驱动器所需的初始化时间；根据所述初始化时间确定所述预设时间，其中，所述预设时间大于所述初始化时间。

根据本发明的一个实施例，初始化所述角位移传感器的数值，包括：将所述气爪置于所述零位位置，其中，在所述零位位置时所述气爪垂直于地面；在所述气爪处于所述零位位置时，初始化角位移传感器的数值。

根据本发明的一个实施例，根据所述角位移传感器的当前数值和所述原点光电开关输出的零位光电信号驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪旋转，包括：根据所述角位移传感器的当前数值确定所述气爪的旋转角度和旋转方向；根据所述气爪的旋转角度、所述旋转方向和所述原点光电开关输出的零位光电信号驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪旋转。

根据本发明的一个实施例，所述角位移传感器的当前数值包括单圈位置值和圈数值，根据所述角位移传感器的当前数值确定所述气爪的旋转角度和旋转方向，包括：根据所述圈数值确定所述气爪的旋转方向，并根据所述圈数值和所述单圈位置值确定所述气爪的旋转角度。

根据本发明的一个实施例，根据所述圈数值确定所述气爪的旋转方向，包括：在所述圈数值处于第一预设范围时，确定所述气爪的旋转方向为顺时针方向；在所述圈数值处于第二预设范围时，确定所述气爪的旋转方向为逆时针方向，所述第二预设范围与所述第一预设范围不同。

根据本发明的一个实施例，根据所述气爪的旋转角度、所述旋转方向和所述原点光电开关输出的零位光电信号驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪旋转，包括：在所述气爪的旋转方向为逆时针方向时，驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪进行顺时针旋转，直至检测到零位光电信号时，停止旋转；在所述气爪的旋转方向为顺时针方向时，驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪进行逆时针旋转，并在逆时针旋转过程中首次检测到零位光电信号时，继续驱动所述气爪进行逆时针旋转待所述零位光电信号消失后驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪进行顺时针旋转，直至再次检测到零位光电信号且所述气爪的旋转角度为0时，停止旋转，其中，所述气爪的旋转角度为0时，所述气爪垂直于地面。

根据本发明的一个实施例，根据所述气爪的旋转角度、所述旋转方向和所述原点光电开关输出的零位光电信号驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪旋转，包括：根据所述气爪的旋转方向和旋转角度计算回零所需的脉冲数；根据所述脉冲数驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪进行旋转，直至旋转结束，并在旋转结束时确定检测到所述零位光电信号。

本发明第二方面实施例提出了一种封片机的控制装置，包括：第一初始化模块，用于初始化所述电机驱动器，并开始计时以得到计时时间；供电模块，用于在所述计时时间达到预设时间时，给所述刹车步进电机中的刹车器供电，以松开所述刹车器；第二初始化模块，用于初始化所述角位移传感器的数值；读取模块，用于在所述封片机上电后，读取所述角位移传感器的当前数值，并检测所述原点光电开关输出的零位光电信号；驱动模块，用于根据所述角位移传感器的当前数值和所述原点光电开关输出的零位光电信号驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪旋转，以使所述气爪回零至零位位置。

本发明实施例的技术方案，在计时时间达到预设时间时对刹车步进电机中的刹车器进行供电，以实现延时供电，可以确保刹车器松开时电机驱动器初始化进程已经结束，可以提高刹车步进电机在上电时的运动平稳性，且通过角位移传感器和原点光电开关控制气爪进行回零复位，有利于避免夹片旋转机构组件因断电或维修导致回零错误的现象，可以保证气爪正常回零，提升封片机工作时的可靠性。

附图说明

图1A为本发明实施例的封片机的导轨安装板一侧的结构示意图。

图1B为本发明实施例的封片机的导轨安装板另一侧的结构示意图。

图2A为本发明实施例的夹片旋转机构组件的结构示意图。

图2B为本发明实施例的夹片旋转机构组件中的角位移传感器的结构示意图。

图3为本发明实施例的零位片的结构示意图。

图4A为本发明实施例的原点光电开关与零位片之间的安装位置示意图。

图4B为图4A中的虚线部分包含的设备的示意图。

图5为本发明实施例的封片机的控制方法的流程图。

图6A为本发明一个实施例的气爪处于零位位置即气爪垂直于地面的工位示意图。

图6B为本发明一个实施例的气爪处于零位位置时气爪的位置示意图。

图7为本发明一个实施例的气爪未处于零位位置且气爪逆时针旋转20°的工位示意图。

图8为本发明一个实施例的气爪未处于零位位置且气爪逆时针旋转135°的工位示意图。

图9为本发明一个实施例的气爪未处于零位位置且气爪顺时针旋转10°的工位示意图。

图10为本发明一个实施例的气爪未处于零位位置且气爪顺时针旋转135°的工位示意图。

图11为本发明实施例的封片机的控制装置的方框示意图。

标号说明：

刹车步进电机100、刹车器101、电机驱动器200、夹片旋转机构组件300、导轨安装板400、导轨500、拖链600、同步带700、延时供电模块800；角位移传感器301、联轴器302、原点光电开关303、零位片304、气爪旋转控制电机305、大齿轮306、小齿轮307、传动轴308、气爪309、气爪旋转机构基板310、传动轴L型支撑311、气爪连接件312、气爪夹头313。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1A和图1B展示了本发明实施例的封片机的结构。

图1A为本发明实施例的封片机的导轨安装板一侧的结构示意图。

图1B为本发明实施例的封片机的导轨安装板另一侧的结构示意图。

图2A为本发明实施例的夹片旋转机构组件的结构示意图。

图2B为本发明实施例的夹片旋转机构组件中的角位移传感器的结构示意图。

如图1A和图1B所示，封片机包括刹车步进电机100（包括刹车器101）、电机驱动器200（用于驱动刹车步进电机100）和夹片旋转机构组件300。

如图2A和图2B所示，夹片旋转机构组件300包括角位移传感器301、联轴器302、原点光电开关303、零位片304、气爪旋转控制电机305（双出轴步进电机）、大齿轮306、小齿轮307、传动轴308和气爪309，其中，气爪旋转控制电机305的一端固定小齿轮307，小齿轮307与大齿轮306相互啮合，小齿轮307的齿数小于大齿轮306的齿数，大齿轮306与传动轴308的一端连接，传动轴308的另一端与气爪309连接，气爪旋转控制电机305的另一端固定零位片304，零位片304位于联轴器302的一端，联轴器302的另一端固定角位移传感器301。

其中，刹车步进电机100用于带动夹片旋转机构组件300上下移动；气爪旋转控制电机305用于通过小齿轮307、大齿轮306和传动轴308带动气爪309旋转；角位移传感器301用于检测气爪309的旋转方向和旋转角度；原点光电开关303用于在气爪309处于零位位置时，检测到零位片304的槽口，同时输出零位光电信号。其中，零位片304的结构如图3所示，其具有槽口，原点光电开关303与零位片304的安装位置如图4A和图4B所示。

具体地，忽略齿轮间隙，由于气爪309和角位移传感器301分别置于气爪旋转控制电机305的两端，因此可以根据小齿轮307和大齿轮306的齿数比，得到气爪309的旋转角度与角位移传感器301的旋转角度之间的比值，即该比值是已知的，因此本发明实施例可以通过角位移传感器301精确记录气爪309的旋转角度和旋转方向。在封片机开机上电后，通过读取角位移传感器301的数值即可以得到气爪的旋转角度和旋转方向。由于气爪309处于零位位置时，气爪309垂直于地面，设定此时气爪的旋转角度为0，因此在封片机开机上电后，根据气爪309的旋转角度和旋转方向即可判定其是否处于零位位置，如果气爪309的旋转角度为0，则判定气爪309处于零位位置，如果气爪309的旋转角度不为0，则判定气爪309未处于零位位置。

在气爪309未处于零位位置时，驱动气爪旋转控制电机305，以使气爪旋转控制电机305通过小齿轮307、大齿轮306和传动轴308带动气爪309旋转，旋转的过程中，可判断气爪309的旋转角度、并判断原点光电开关303是否检测到零位光电信号，结合气爪309的旋转角度和是否接收到零位光电信号，即可确定气爪309是否到达零位位置，并在气爪309到达零位位置时，停止旋转，从而完成对气爪309的回零复位。气爪309到达零位位置的依据是检测到零位光电信号，且气爪垂直于地面。

其中，大齿轮306的齿数可以为40齿，小齿轮307的齿数可以为15齿，因此气爪旋转控制电机305通过小齿轮（15齿）306、大齿轮（40齿）307、传动轴308驱动气爪309旋转时，传动比为3:8。

需要说明的是，为防止因关机或停电后步进电机失去保持力矩，无法锁住夹片旋转机构组件300，造成夹头损坏的情况发生。可以用大减速比的减速箱加上步进电机，或采用紧凑型永磁式刹车步进电机两种方案，解决电机的锁住问题。考虑到齿轮传动间隙及成本因素，本发明实施例中采用刹车步进电机100（紧凑型永磁式刹车步进电机），出现掉电情况时可以在很短时间内（50ms之内)锁死刹车步进电机，可保证夹片旋转机构组件300断电后固定维持在原位，通电时又不影响刹车步进电机100的正常工作。

相关技术中，在封片机开机上电后，仅仅通过原点光电开关对气爪309进行自动回零，由于夹片旋转机构组件300的断电或维修，可能导致回零错误，比如无法正常回零、错过零位或者误回零等回零错误。而本发明实施例中结合角位移传感器301和原点光电开关303进行回零，使回零不仅仅依据原点光电开关的零位光电信号，还依据角位移传感器301的数值，而角位移传感器301的数值表征了气爪309的旋转方向和旋转角度，从而可以避免回零错误的现象。

由此，本发明实施例的封片机，可以通过角位移传感器和原点光电开关控制气爪回零，有利于避免旋转机构组件因断电或组件维修导致回零错误的现象，可以精确地实现气爪的回零复位，保证气爪回零正常，提升封片机工作时的可靠性。

参照图1A和图1B，封片机还包括导轨安装板400、导轨500（垂直安装）、拖链600、同步带700和延时供电模块800。参照图2A和图2B，夹片旋转机构组件300还包括气爪旋转机构基板310、传动轴L型支撑件311、气爪连接件312和气爪夹头313（用于夹取载玻片1）。

封片机开机上电后，刹车步进电机100通过同步带700驱动夹片旋转机构组件300向上移动，回零复位。同时气爪旋转控制电机305通过小齿轮307、大齿轮306、传动轴308驱动气爪309旋转，回零复位。在需要夹取载玻片1时，夹片旋转机构组件300向下运动，到达夹取点位后气爪309动作夹住载玻片1，再向上运动到达载玻片旋转点位，气爪旋转控制电机305动作以将载玻片1由垂直位置旋转到水平位置。

为了实现对本发明实施例的封片机的控制，本发明实施例提出了一种封片机的控制方法。

图5为本发明实施例的封片机的控制方法的流程图。

如图5所示，该封片机的控制方法包括以下步骤S1至S5。

S1，初始化电机驱动器，并开始计时以得到计时时间。

具体地，在封片机开机上电后，先初始化电机驱动器200，以使刹车步进电机100达到额定保持力矩后锁住。在开始初始化的同时，可通过延时供电模块800开始计时，以得到计时时间。

需要说明的是，计时时间并不是电机驱动器200的初始化时间（初始化所需的时间），而是从电机驱动器200初始化开始计时得到的时间。

S2，在计时时间达到预设时间时，给刹车步进电机中的刹车器供电，以松开刹车器。

其中，预设时间可以是根据电机驱动器200的初始化时间确定的，预设时间是指可以保证电机驱动器200的初始化进程已经结束的时间。

需要说明的是，刹车步进电机中刹车器101的响应时间一般小于电机驱动器200的初始化时间，比如刹车步进电机中刹车器101的响应时间一般为30ms~50ms，而电机驱动器200上电后约需100ms时间进行内部初始化，初始化过程中不接收任何控制信号，同时也不输出电流。在电机驱动器200还未完成初始化，刹车步进电机100还未产生足够保持力矩时，刹车器101就已松开，于是夹片旋转机构组件300向下滑行，反向对电机驱动器200供电，影响了电机驱动器200的初始化进程，造成电机驱动器200相位对准错误，导致后续刹车步进电机100正常工作时发生抖动影响封片机的工作。为此，本发明实施例通过延时供电模块800对刹车器101延时预设时间后供电。

具体地，为确保上电后电机驱动器200的内部初始化进程完成，电机达到额定保持力矩锁住后，再松开刹车器101，通过延时供电模块800延时预设时间后给刹车器101供电，以松开刹车器101。此时电机驱动器200初始化结束，刹车步进电机100已产生足够的力矩，可保持夹片旋转机构组件300停在原位不动。后续回零及刹车步进电机100的正常运行均不影响。有效解决了因不同电机驱动器的初始化时间差异给刹车步进电机100控制带来的影响。经多次验证，刹车步进电机100抖动、噪音大的问题再未发生，刹车步进电机100的运行更为稳定可靠。

S3，初始化角位移传感器的数值。

具体地，为确保后续更加可靠地读取的角位移传感器301的数值，上电后可对角位移传感器301的数值进行初始化，比如，可将角位移传感器301的数值置零。

本发明实施例中的角位移传感器301可以是多圈编码器。

S4，在封片机上电后，读取角位移传感器的当前数值，并检测原点光电开关输出的零位光电信号。

具体地，在封片机上电后，为了确定气爪309当前的位置，读取角位移传感器301的当前数值，同时为了进一步判断气爪309是否处于零位位置，检测原点光电开关303输出的零位光电信号，如果气爪309当前的位置垂直于地面说明气爪309处于零位位置；如果气爪309当前的位置未垂直于地面或者原点光电开关303未检测到零位光电信号，说明气爪309未处于零位位置。

需要说明的是，在气爪309垂直于地面时，原点光电开关303即输出零位光电信号；在气爪309未垂直于地面时，原点光电开关303可能输出零位光电信号，也可能未输出零位光电信号。

S5，根据角位移传感器的当前数值和原点光电开关输出的零位光电信号驱动气爪旋转控制电机带动气爪旋转，以使气爪回零至零位位置。

具体地，在角位移传感器301的当前数值显示气爪309未处于零位位置时，根据当前位置驱动气爪旋转控制电机305带动气爪309旋转，在旋转过程中，读取角位移传感器301的数值，并检测原点光电开关303输出的零位光电信号，直至检测到零位光电信号且气爪309垂直于地面时，说明气爪309回零至零位位置，于是停止旋转。

基于上述描述可知，本发明实施例通过对刹车器101延时通电的方式提高了刹车步进电机100在上电时的运动平稳性，防止上电瞬间垂直运动机构因刹车器101通电松开，刹车步进电机100保持力矩不足造成移位，反向对电机驱动器200供电，影响电机驱动器200本身的稳定性的问题；通过采用角度位移传感器301记录气爪的位置，并结合原点光电开关303，可以有效解决上电时回零错误的问题。

本发明实施例的封片机的控制方法，对刹车步进电机中的刹车器进行延时供电，可以确保刹车器松开时电机驱动器初始化进程已经结束，可以提高刹车步进电机在上电时的运动平稳性，且通过角位移传感器和原点光电开关控制气爪进行回零复位，有利于避免夹片旋转机构组件因断电或维修导致回零错误的现象，可以保证气爪正常回零，提升封片机工作时的可靠性。

在本发明的一个实施例中，在步骤S1之前还可包括：确定电机驱动器所需的初始化时间；根据初始化时间确定预设时间，其中，预设时间大于初始化时间。

具体而言，不同的电机驱动器进行内部初始化所需的时间不同，因此，对于已知的电机驱动器而言，可通过查看其出厂参数得到电机驱动器200所需的初始化时间，进而确定大于初始化时间的时间作为预设时间。

比如，电机驱动器200的初始化时间为100ms，预设时间可为0.8s~1s，在延时0.8s、0.9s或者1s后给刹车步进电机100中的刹车器101供电，以松开刹车器101，此时电机驱动器200的初始化进程已经结束，刹车步进电机100已产生足够的力矩，可保持夹片旋转机构组件200停在原位不动，解决了因不同电机驱动器的初始化时间差异给电机控制带来的影响。

需要说明的是，实际应用中，在封片机上电后，首先进行自动回零，以使气爪旋转机构组件300处于图6A和图6B所示的零位工位，此时，气爪309处于零位位置，即气爪309垂直于地面。然而，经过实际应用发现，在自动回零后，由于夹片旋转机构组件300的断电或者维修，可能会出现已经错过零位即过零位的现象，该现象是由于气爪309在垂直于地面的基础上进行顺时针或者逆时针旋转得到的。

也就是说，当气爪309垂直于地面时（气爪309的旋转角度为0）， 其处于零位位置；当气爪309未垂直于地面即气爪顺时针或者逆时针方向旋转（气爪309的旋转角度大于0）时，其未处于零位位置。其中，在旋转角度大于0时，存在一个预设角度w，该预设角度w表征角位移传感器301旋转一圈，其根据传动比计算，计算公式为：

w=360°*m （1）

其中，m表示传动比，即气爪旋转角度与角位移传感器旋转角度之间的比值。

比如，当传动比为3:8时，预设角度w为135°。经实际应用发现，由于夹片旋转机构组件300的断电或者维修，夹片旋转机构组件300可能会出现如图6A至图10所示的工位。图6A中气爪309处于零位位置即气爪垂直于地面，图7中气爪309未处于零位位置且气爪的旋转方向为逆时针方向、旋转角度为20°，图8中气爪309未处于零位位置且气爪的旋转方向为逆时针方向、旋转角度为135°，图9中气爪309未处于零位位置且气爪的旋转方向为顺时针方向、旋转角度为10°，图10中气爪309未处于零位位置且气爪的旋转方向为顺时针方向、旋转角度为135°。

在气爪309的旋转方向为顺时针或者逆时针方向、且旋转角度为135°时，即当夹片旋转机构组件300位于图8或者图10中的工位时，原点光电开关303也检测到零位片的槽口，于是输出零位光电信号，因此，当仅根据原点光电开关303进行气爪309的自动回零时，在夹片旋转机构组件300位于图8或者图10所示的工位时会被误认气爪已回零；在气爪309的旋转方向为逆时针方向、且旋转角度小于135°，比如当夹片旋转机构组件300位于图7所示的工位时，当仅通过原点光电开关303进行气爪的自动回零时，能够使气爪309沿顺时针方向旋转回零至零位位置，即气爪正常回零（气爪顺时针进入零位位置）；在气爪309的旋转方向为顺时针方向、且旋转角度小于135°，即当夹片旋转机构组件300位于图9所示的工位时，当仅通过原点光电开关303进行气爪309的自动回零时，会使气爪309沿逆时针方向旋转回零至零位位置，此时气爪不正常回零（气爪不是顺时针进入零位位置的），或者，会使气爪309沿顺时针方向旋转，到达图10所示的工位时会被误认气爪已回零，出现误回零。

可见，仅通过原点光电开关303进行气爪的回零时，存在以下问题：在气爪309的旋转方向为顺时针方向或者逆时针方向、且旋转角度等于预设角度（比如135°）时，会被误认为气爪309已处于零位位置，导致误回零；在气爪309的旋转方向为顺时针方向、且旋转角度小于预设角度（比如135°）时，会导致不正常回零或者误回零。

而本发明实施例中通过角位移传感器301和原点开关301进行气爪的回零，可解决上述问题，以保证气爪的正常回零、避免误回零，下面进行详细描述。

首先，执行步骤S3即对角位移传感器301进行初始化。

在本发明的一个实施例中，步骤S3，可包括：将气爪置于零位位置，其中，在零位位置时气爪垂直于地面；在气爪处于零位位置时，初始化角位移传感器的数值。

具体而言，当角位移传感器301为多圈编码器时，角位移传感器301的数值包括单圈位置值和圈数值，因此在调试时将气爪309置于零位位置，即图6A所示的工位，气爪309垂直于地面，此时零位片304的槽口最对准原点光电开关303的检测信号位，此时可将多圈编码器的数值置零，即0圈0值。

之后，在封片机上电后，读取角位移传感器301的当前数值，并检测原点光电开关303输出的零位光电信号，得到角位移传感器301的当前数值和/或零位光电信号，并根据角位移传感器301的当前数值和原点光电开关303输出的零位光电信号驱动气爪旋转控制电机305带动气爪309旋转。

在本发明的一个实施例中，根据角位移传感器的当前数值和原点光电开关输出的零位光电信号驱动气爪旋转控制电机带动气爪旋转，可包括：根据角位移传感器301的当前数值确定气爪309的旋转角度和旋转方向；根据气爪309的旋转角度、旋转方向和原点光电开关303输出的零位光电信号驱动气爪旋转控制电机305带动气爪309旋转。

在一个示例中，角位移传感器301的当前数值包括单圈位置值和圈数值，根据角位移传感器的当前数值确定气爪的旋转角度和旋转方向，可包括：根据圈数值确定气爪的旋转方向，并根据圈数值和单圈位置值确定气爪309的旋转角度。

进一步地，根据圈数值确定气爪的旋转方向，可包括：在圈数值处于第一预设范围时，确定气爪309的旋转方向为顺时针方向；在圈数值处于第二预设范围时，确定气爪309的旋转方向为逆时针方向，第二预设范围与第一预设范围不同。

其中，当角位移传感器309为多圈编码器时，可根据角位移传感器的总圈数和传动比得到第一预设范围和第二预设范围。

比如，角位移传感器301的单圈精度8192位（0~8191），最大记录64圈（0~63圈），检测精度为360°/8192=0.044°/位，超过63圈时重新从0圈开始计数。在气爪309处于零位位置时，角位移传感器301的数值为0圈0值，顺时针一圈内为0圈x值，超过一圈计为1圈x值，x小于8192。当气爪309顺时针旋转10°时，角位移传感器301旋转角度小于360°，此时角位传感器301的读数0圈x值，当气爪309位于图10所示的工位时，角位移传感器301由于齿轮比关系刚好已旋转135°*8/3=360°，角位移传感器301的读数为1圈0值，继续顺时针旋转，角位移传感器301的读数为1圈x值，经测定实际工况下圈数值不大于5。当气爪309反向逆时针旋转时，角位移传感器301的读数即变为63圈x值，随着旋转角度增大，x值由8191开始减小，到图8所示的工位时，角位移传感器301已旋转360°，方向与图10所示的工位刚好相反，此时角位移传感器301的读数为63圈0值，继续逆时针旋转，角位移传感器301的读数为62圈x值，经测定实际工况下圈数值不小于58。气爪309顺时针旋转时角位移传感器301的圈数值为0~5，气爪309逆时针旋转时角位移传感器301的圈数值63~58，这样可准确分辨各个工位实际位置。由此得到，第一预设范围为0~5，第二预设范围为63~58。

具体而言，在圈数值处于0~5时，确定出气爪309的旋转方向为顺时针方向；在圈数值处于63~58时，确定出气爪309的旋转方向为逆时针方向， 比如，在圈数值为2时，气爪309的旋转方向为顺时针方向；在圈数值为59时，气爪309的旋转方向为逆时针方向。根据角位移传感器301的单圈位置值和圈数值确定气爪的旋转角度，比如，在当前位置值为2727.3时，圈数值为0时，气爪的旋转角度为顺时针2727.3*0.044*3/8=45°。

在气爪309垂直于地面且旋转角度为0时，说明气爪309处于零位位置，于是无需执行气爪回零动作；在气爪309未垂直于地面时，说明气爪309未处于零位位置，于是根据气爪的旋转角度、旋转方向和原点光电开关输出的零位光电信号驱动气爪旋转控制电机305带动气爪309旋转。

在一个示例中，根据气爪的旋转角度、旋转方向和原点光电开关输出的零位光电信号驱动气爪旋转控制电机带动气爪旋转，可包括：在气爪309的旋转方向为逆时针方向时，驱动气爪旋转控制电机305带动气爪309进行顺时针旋转，直至检测到零位光电信号时，停止旋转；在气爪309的旋转方向为顺时针方向时，驱动气爪旋转控制电机305带动气爪309进行逆时针旋转，并在逆时针旋转过程中首次检测到零位光电信号时，继续驱动所述气爪进行逆时针旋转待所述零位光电信号消失后驱动气爪旋转控制电机305带动气爪309进行顺时针旋转，直至再次检测到零位光电信号且气爪的旋转角度为0时，停止旋转，其中，气爪的旋转角度为0时，气爪垂直于地面。

具体而言，在气爪309的旋转方向为逆时针方向时，驱动气爪旋转控制电机305转动，以带动气爪309进行顺时针旋转，在旋转过程中，可通过原点光电开关303实时检测零位光电信号，在未检测到零位光电信号时，说明气爪还未到达零位位置，于是继续旋转；在检测到零位光电信号时，说明气爪309到达零位位置，于是停止旋转，从而实现气爪的正常回零。

在气爪309的旋转方向为顺时针时，为了使气爪正常回零，驱动气爪旋转控制电机305转动，以带动气爪309进行逆时针旋转，在逆时针旋转过程中，可通过原点光电开关305实时检测零位光电信号，在首次检测到零位光电信号时，继续进行逆时针旋转待该零位光电信号消失后驱动气爪旋转控制电机305带动气爪309进行顺时针旋转，在顺时针旋转过程中，可通过原点光电开关305实时检测零位光电信号，并可实时读取角位移传感器301的数值，在未检测到零位光电信号或根据角位移传感器的数值计算出气爪的旋转角度不为0时，说明气爪309还未到达零位位置，于是继续旋转；在检测到零位光电信号且根据角位移传感器的数值计算出气爪的旋转角度为0时，说明气爪309到达零位位置，于是停止旋转，从而实现气爪的正常回零。

也就是说，根据角位移传感器301的当前数值确定回零前气爪停留的位置，当气爪309的旋转方向为逆时针、旋转角度为小于预设角度，比如气爪位于图6A和图8（不包括图6A，包括图8）所示的工位之间时，将气爪309顺时针旋转至零位位置；当气爪309的旋转方向为顺时针、旋转角度为小于预设角度，比如气爪位于图6A和图10（不包括图6A，包括图10）所示的工位之间时，先将气爪309逆时针旋转，待超过零位位置后再将气爪顺时针旋转至零位位置，保证零位位置都是顺时针进入光电处，可有效消除齿轮间隙，保证回零位置的准确性。

由此，不仅能够保证气爪的正常回零，而且能够避免气爪的误回零，确保了气爪能够正常回零至零位位置。

需要说明的是，上述回零方法在气爪309旋转过程中需要实时检测零位光电信号，因此在气爪的位置距离零位位置较远时，回零速度较慢，回零所用时间较多，为了提升回零速度，加快回零，可以用圈数值和单圈位置辅助计算气爪当前位置与零位之间的角度脉冲，方便快速回零节省时间，最终回零都是要依据原点光电信号的。

即在本发明的另一个示例中，根据气爪的旋转角度、旋转方向和原点光电开关输出的零位光电信号驱动气爪旋转控制电机带动气爪旋转，可包括：根据气爪309的旋转方向和旋转角度计算回零所需的脉冲数；根据脉冲数驱动气爪旋转控制电机305带动气爪309进行旋转，直至旋转结束，并在旋转结束后确定检测到零位光电信号。

具体而言，可根据气爪309的旋转方向和旋转角度计算气爪的当前位置，并计算当前位置和零位位置之间的角度差p，并可根据以下公式计算回零所需的脉冲数S：

S=n*p/360° （2）

其中，n为气爪转动一圈所用的脉冲数（即驱动器细分数）。

之后，可在气爪309的旋转方向为逆时针方向且气爪的当前位置与零位位置距离较远时，根据脉冲数驱动气爪旋转控制电机旋转，以带动气爪309进行顺时针旋转，直至旋转结束，为了保证旋转结束时气爪到达零位位置，在旋转结束时确定原点光电开关303检测到零位光电信号。

可在气爪309的旋转方向为顺时针方向且气爪309的当前位置与零位位置距离较远时，根据脉冲数驱动气爪旋转控制电机305带动气爪309先进行逆时针旋转，待超过零位位置后再将气爪309进行顺时针旋转，直至旋转结束，为了保证旋转结束时气爪309到达零位位置，在旋转结束时确定原点光电开关303检测到零位光电信号。

比如，在气爪处于图8、图10所在的工位时，气爪309距离零位位置较远，于是根据角度位移传感器301的圈数值和单圈位置值辅助计算气爪当前位置与零位之间的角度脉冲数，方便快速回零、节省回零时间，最终回零都是要依据零位光电信号的。

由此，不仅能够保证气爪的正常回零，而且能够避免气爪的误回零，确保了气爪能够正常回零至零位位置，还能够提升回零速度，节省回零时间。

综上所述，本发明实施例通过延时对刹车器通电的方式提高了刹车步进电机在上电时的运动平稳性，防止上电瞬间垂直运动机构因刹车器通电松开，电机保持力矩不足造成移位，反向对驱动器供电，影响驱动器本身的稳定性。通过采用多圈编码器，可以记录断电状态下夹片旋转机构组件的位置，根据位置并结合原点光电开关进行气爪的回零，有效解决了封片机上电时气爪已经错过零位导致无法正常顺时针回零的问题。

对应上述实施例的封片机的控制方法，本发明还提出一种封片机的控制装置。

图11为本发明实施例的封片机的控制装置的方框示意图。

如图11所示，该封片机的控制装置包括：第一初始化模块10、供电模块20、第二初始化模块30、读取模块40和驱动模块50。

其中，第一初始化模块10用于初始化电机驱动器，并开始计时以得到计时时间；供电模块20用于在计时时间达到预设时间时，给刹车步进电机中的刹车器供电，以松开刹车器；第二初始化模块30用于初始化角位移传感器的数值；读取模块40用于在封片机上电后，读取角位移传感器的当前数值，并检测原点光电开关输出的零位光电信号；驱动模块50用于根据角位移传感器的当前数值和原点光电开关输出的零位光电信号驱动气爪旋转控制电机带动气爪旋转，以使气爪回零至零位位置。

在本发明的一个实施例中，封片机的控制装置还包括：第一确定模块，用于确定电机驱动器所需的初始化时间；第二确定模块，用于根据初始化时间确定预设时间，其中，预设时间大于初始化时间。

在本发明的一个实施例中，第二初始化模块30具体用于：将气爪置于零位位置，其中，在零位位置时气爪垂直于地面；在气爪处于零位位置时，初始化角位移传感器的数值。

在本发明的一个实施例中，驱动模块50包括：第一确定单元，用于根据角位移传感器的当前数值确定气爪的旋转角度和旋转方向；驱动单元，用于根据气爪的旋转角度、旋转方向和原点光电开关输出的零位光电信号驱动气爪旋转控制电机带动气爪旋转。

在本发明的一个实施例中，角位移传感器的当前数值包括单圈位置值和圈数值，第一确定单元具体用于：根据圈数值确定气爪的旋转方向，并根据圈数值和单圈位置值确定气爪的旋转角度。

在本发明的一个实施例中，第一确定单元在根据圈数值确定气爪的旋转方向时，具体用于：在圈数值处于第一预设范围时，确定气爪的旋转方向为顺时针方向；在圈数值处于第二预设范围时，确定气爪的旋转方向为逆时针方向，第二预设范围与第一预设范围不同。

在本发明的一个实施例中，驱动单元具体用于：在气爪的旋转方向为逆时针方向时，驱动气爪旋转控制电机带动气爪进行顺时针旋转，直至检测到零位光电信号时，停止旋转；在气爪的旋转方向为顺时针方向时，驱动气爪旋转控制电机带动气爪进行逆时针旋转，并在逆时针旋转过程中首次检测到零位光电信号时，继续驱动气爪进行逆时针旋转待零位光电信号消失后驱动气爪旋转控制电机带动气爪进行顺时针旋转，直至再次检测到零位光电信号且气爪的旋转角度为0时，停止旋转，其中，所述气爪的旋转角度为0时，所述气爪垂直于地面。

在本发明的一个实施例中，驱动单元具体用于：根据气爪的旋转方向和旋转角度计算回零所需的脉冲数；根据脉冲数驱动气爪旋转控制电机带动气爪进行旋转，直至旋转结束，并在旋转结束后确定检测到零位光电信号。

需要说明的是，该封片机的控制装置的具体实施方式及实施原理可参见上述封片机的控制方法的具体实施方式，为避免冗余，此处不再详细赘述。

本发明实施例的封片机的控制装置，对刹车步进电机中的刹车器进行延时供电，可以确保刹车器松开时电机驱动器初始化进程结束，可以提高刹车步进电机在上电时的运动平稳性，且通过角位移传感器和原点光电开关控制气爪进行回零复位，有利于避免夹片旋转机构组件因断电或维修导致回零错误的现象，可以保证气爪回零正常，提升封片机工作时的可靠性。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种封片机的控制方法，其特征在于，封片机包括刹车步进电机、电机驱动器和夹片旋转机构组件，所述夹片旋转机构组件包括角位移传感器、联轴器、原点光电开关、零位片、气爪旋转控制电机、大齿轮、小齿轮、传动轴和气爪，其中，所述气爪旋转控制电机的一端固定所述小齿轮，所述小齿轮与所述大齿轮相互啮合，所述小齿轮的齿数小于所述大齿轮的齿数，所述大齿轮与所述传动轴的一端连接，所述传动轴的另一端与所述气爪连接，所述气爪旋转控制电机的另一端固定所述零位片，所述零位片位于所述联轴器的一端，所述联轴器的另一端固定所述角位移传感器；

所述刹车步进电机用于带动所述夹片旋转机构组件上下移动；

所述气爪旋转控制电机用于通过所述小齿轮、所述大齿轮和所述传动轴带动所述气爪旋转；

所述角位移传感器用于检测所述气爪的旋转方向和旋转角度；

所述原点光电开关用于在所述气爪处于零位位置时，检测到所述零位片的槽口，同时输出零位光电信号，

所述方法包括以下步骤：

初始化所述电机驱动器，并开始计时以得到计时时间；

在所述计时时间达到预设时间时，给所述刹车步进电机中的刹车器供电，以松开所述刹车器；

初始化所述角位移传感器的数值；

在所述封片机上电后，读取所述角位移传感器的当前数值，并检测所述原点光电开关输出的零位光电信号；

根据所述角位移传感器的当前数值和所述原点光电开关输出的零位光电信号驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪旋转，以使所述气爪回零至零位位置。

2.根据权利要求1所述的封片机的控制方法，其特征在于，在初始化所述电机驱动器之前，还包括：

确定所述电机驱动器所需的初始化时间；

根据所述初始化时间确定所述预设时间，其中，所述预设时间大于所述初始化时间。

3.根据权利要求1所述的封片机的控制方法，其特征在于，初始化所述角位移传感器的数值，包括：

将所述气爪置于所述零位位置，其中，在所述零位位置时所述气爪垂直于地面；

在所述气爪处于所述零位位置时，初始化角位移传感器的数值。

4.根据权利要求1所述的封片机的控制方法，其特征在于，根据所述角位移传感器的当前数值和所述原点光电开关输出的零位光电信号驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪旋转，包括：

根据所述角位移传感器的当前数值确定所述气爪的旋转角度和旋转方向；

根据所述气爪的旋转角度、所述旋转方向和所述原点光电开关输出的零位光电信号驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪旋转。

5.根据权利要求4所述的封片机的控制方法，其特征在于，所述角位移传感器的当前数值包括单圈位置值和圈数值，根据所述角位移传感器的当前数值确定所述气爪的旋转角度和旋转方向，包括：

根据所述圈数值确定所述气爪的旋转方向，并根据所述圈数值和所述单圈位置值确定所述气爪的旋转角度。

6.根据权利要求5所述的封片机的控制方法，其特征在于，根据所述圈数值确定所述气爪的旋转方向，包括：

在所述圈数值处于第一预设范围时，确定所述气爪的旋转方向为顺时针方向；

在所述圈数值处于第二预设范围时，确定所述气爪的旋转方向为逆时针方向，所述第二预设范围与所述第一预设范围不同。

7.根据权利要求5所述的封片机的控制方法，其特征在于，根据所述气爪的旋转角度、所述旋转方向和所述原点光电开关输出的零位光电信号驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪旋转，包括：

在所述气爪的旋转方向为逆时针方向时，驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪进行顺时针旋转，直至检测到零位光电信号时，停止旋转；

在所述气爪的旋转方向为顺时针方向时，驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪进行逆时针旋转，并在逆时针旋转过程中首次检测到零位光电信号时，继续驱动所述气爪进行逆时针旋转待所述零位光电信号消失后驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪进行顺时针旋转，直至再次检测到零位光电信号且所述气爪的旋转角度为0时，停止旋转，其中，所述气爪的旋转角度为0时，所述气爪垂直于地面。

8.根据权利要求5所述的封片机的控制方法，其特征在于，根据所述气爪的旋转角度、所述旋转方向和所述原点光电开关输出的零位光电信号驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪旋转，包括：

根据所述气爪的旋转方向和旋转角度计算回零所需的脉冲数；

根据所述脉冲数驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪进行旋转，直至旋转结束，并在旋转结束时确定检测到所述零位光电信号。

9.一种封片机的控制装置，其特征在于，封片机包括刹车步进电机、电机驱动器和夹片旋转机构组件，所述夹片旋转机构组件包括角位移传感器、联轴器、原点光电开关、零位片、气爪旋转控制电机、大齿轮、小齿轮、传动轴和气爪，其中，所述气爪旋转控制电机的一端固定所述小齿轮，所述小齿轮与所述大齿轮相互啮合，所述小齿轮的齿数小于所述大齿轮的齿数，所述大齿轮与所述传动轴的一端连接，所述传动轴的另一端与所述气爪连接，所述气爪旋转控制电机的另一端固定所述零位片，所述零位片位于所述联轴器的一端，所述联轴器的另一端固定所述角位移传感器；

所述刹车步进电机用于带动所述夹片旋转机构组件上下移动；

所述气爪旋转控制电机用于通过所述小齿轮、所述大齿轮和所述传动轴带动所述气爪旋转；

所述角位移传感器用于检测所述气爪的旋转方向和旋转角度；

所述原点光电开关用于在所述气爪处于零位位置时，检测到所述零位片的槽口，同时输出零位光电信号，

所述装置还包括：

第一初始化模块，用于初始化所述电机驱动器，并开始计时以得到计时时间；

供电模块，用于在所述计时时间达到预设时间时，给所述刹车步进电机中的刹车器供电，以松开所述刹车器；

第二初始化模块，用于初始化所述角位移传感器的数值；

读取模块，用于在所述封片机上电后，读取所述角位移传感器的当前数值，并检测所述原点光电开关输出的零位光电信号；

驱动模块，用于根据所述角位移传感器的当前数值和所述原点光电开关输出的零位光电信号驱动所述气爪旋转控制电机带动所述气爪旋转，以使所述气爪回零至零位位置。

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