CN117023242A - 一种卷烟机水松纸纠偏装置及纠偏方法 - Google Patents
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Abstract
一种卷烟机水松纸纠偏装置及纠偏方法，包括检测机构和导向机构，检测机构的第一超声波传感器和第二超声波传感器实时同步检测水松纸的两侧边缘，并将检测数据传递至控制器，控制器中具有用于将两个超声波传感器检测结果的差值处理的运算单元，控制器根据运算结果判断水松纸偏移量，并控制导向机构动作对水松纸纠偏。能够消除外界环境或水松纸材质的变化对两个超声波传感器产生的影响，避免误动作导致控制精度降低。能够使检测更为灵敏，获得更高的控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及卷烟机水松纸的传输系统，具体的说是一种卷烟机水松纸纠偏装置及纠偏方法。
背景技术
水松纸在卷烟生产过程中用于包裹连接烟支和滤棒，从供纸辊输出水松纸到切纸鼓轮，中间要经过一系列导轮、托辊等转向传送。由于水松纸张力不均匀、纸盘安装位置变化引起偏摆等原因，不可避免的都会产生水松纸偏移。如不及时纠正，会导致设备生产出的烟支水松纸包卷长度出现超差，影响烟支外观，严重降低卷烟的整体质量品质。
现有水松纸纠偏装置对水松纸的偏移主要通过几种方式进行检测，一种是在水松纸的侧边设置光学传感器，当水松纸的边缘碰触或脱离传感器检测位置时，判断水松纸偏摆。这种方式不能将传感器设置在正对水松纸边沿的位置，否则稍有振动偏差就会触发传感器导致机构动作。因此这种方式只能将水松纸的偏移控制在一定范围内。另一种方式是设置超声波传感器，水松纸的边缘挡在传感器发射头和接收头之间，水松纸偏移时会改变遮挡超声波的量，从而改变接收头收到的信号强度，以此判断水松纸偏移量。但是这种检测方式中，环境变化会引起超声波传输损耗改变，水松纸材质不均匀等原因也可能改变水松纸对超声波的遮挡效果，这些因素都可能到传感器接收头收到的超声波强度变化。也就是说，在水松纸未发生偏移的情况下，超声波传感器的检测值也可能改变，导致纠偏装置误动作，导致控制准确的降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服超声波传感器纠偏装置误动作的确定，提供一种卷烟机水松纸纠偏装置及纠偏方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种卷烟机水松纸纠偏装置，包括设置在水松纸传输路径上的用于检测水松纸偏移量的检测机构和用于纠正水松纸偏移的导向机构，所述的检测机构包括用于检测水松纸一侧边缘的第一超声波传感器和用于检测水松纸另一侧边缘的第二超声波传感器，所述第一超声波传感器和第二超声波传感器均包括用于发射超声波的发射头和用于接收所述发射头发出的超声波的接收头，且功率和检测范围均相同，发射头和接收头分别位于水松纸的上下两侧，并且发射头发射的超声波跨越水松纸的边沿，一部分覆盖水松纸，另一部分直接传递至接收头；所述第一超声波传感器和第二超声波传感器实时同步检测水松纸的两侧边缘，并将检测数据传递至控制器，所述控制器中具有用于将第一超声波传感器和第二超声波传感器的检测值进行差值运算的运算单元，控制器根据运算结果判断水松纸偏移量，并控制导向机构动作对水松纸纠偏。
在水松纸无偏移的状态下，所述第一超声波传感器和第二超声波传感器中发射头发出的超声波覆盖水松纸的宽度相同。
所述第一超声波传感器和第二超声波传感器中，发射头发出超声波的方向相对于水松纸表面的倾斜角度相同。
所述控制器具有用于存储水松纸偏移量与超声波检测数据对照关系数据库的存储单元，并将运算单元的运算结果与数据库对比以确定水松纸偏移量。
所述的导向机构包括动力单元和引导单元，所述动力单元的控制电路与所述控制器连接，根据控制器的指令驱动引导单元动作以带动水松纸运动纠正其偏移量。
本发明还提供一种卷烟机水松纸纠偏方法，包括以下步骤：
（1）、在水松纸无偏移状态下，采集第一超声波传感器和第二超声波传感器的检测值，并计算两个传感器检测值的差值，将该差值作为水松纸无偏移的基准值；
（2）、在传输水松纸的过程中，实时同步采集第一超声波传感器和第二超声波传感器的检测值，并计算两个传感器检测值的差值，该差值为水松纸位置的实时检测值；
（3）、计算实时检测值相对于所述基准值的变化量，该变化量为水松纸偏移检测值；
（4）、将水松纸偏移检测值与预先测定的水松纸偏移量和偏移检测值对照关系数据进行对比，判断水松纸偏移量，根据水松纸偏移量控制导向机构动作幅度，对水松纸纠偏。
所述步骤（3）中，水松纸偏移检测值的正负反映水松纸偏移的方向，值的大小反映偏移量大小。
所述水松纸偏移量和偏移检测值对照关系数据的测定方法为：
a、同步采集第一超声波传感器和第二超声波传感器的检测值，并计算水松纸位置的实时检测值；
b、将实时检测值与基准值对比，当实时检测值相对于基准值发生变化时，记录该实时检测值，并根据变化情况判断水松纸偏移方向；
c、控制导向机构带动水松纸向其偏移方向相反的方向移动；在控制导向机构运动的同时，继续检测并计算实时检测值，当实时检测值等于所述基准值时，记录导向机构的运动幅度，并将该运动幅度作为水松纸偏移量与步骤b记录的实时检测值相关联；
d、重复步骤a—c，将记录的多组关联的实时检测值和水松纸偏移量组成所需的对照关系数据。
在所述步骤c中，对比实时检测值与基准值时，设定偏差阈值范围，两者偏差在该阈值范围内时，认为实时检测值与基准值相等。
所述导向机构的运动幅度为导向机构运动之前的位置与记录该运动幅度时导向机构的位置之间的相对位移。
本发明的有益效果是：采用两个超声波传感器同时对水松纸两侧边缘进行检测，外界环境或水松纸材质的变化对两个超声波传感器产生的影响是相同的，两个超声波传感器检测结果的差值处理能够消除以上变化产生的影响，避免误动作导致控制精度降低。而且，当水松纸向一侧偏移时，对一侧超声波传感器的遮挡量增加，对另一侧的遮挡量则减少。两个检测信号的差值处理相当于将检测尺度放大为原有的两倍，能够使检测更为灵敏，获得更高的控制精度。
附图说明
图1是本发明纠偏装置的布置结构示意图。
图2是本发明纠偏装置两个超声波传感器的设置方式示意图。
图3是本发明纠偏装置的控制逻辑示意图。
图中标记：1、水松纸，2、导向机构，201、动力单元，202、引导单元，3、检测机构，4、第一超声波传感器，5、第二超声波传感器，6、发射头，7、接收头，8、控制器，9、运算单元，10、存储单元，11、控制单元，12、AD转换。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明。下面实施例所列出的具体内容不限于权利要求记载的技术方案要解决的技术问题所必须的技术特征。同时，所述列举是实施例仅仅是本发明的一部分，而不是全部实施例。
如图1所示，本发明的卷烟机水松纸纠偏装置包括导向机构2和检测机构3。导向机构2和检测机构3均设置在水松纸1传输路径上，其中，检测机构3用于检测水松纸的偏移情况和偏移量，导向机构2用于将偏移的水松纸引导至正确位置，纠正水松纸偏移。检测机构3包括第一超声波传感器4和第二超声波传感器5。第一超声波传感器4和第二超声波传感器5对称设置在水松纸两侧，分别用于检测水松纸两侧的边缘。
如图2所示，所述第一超声波传感器4和第二超声波传感器5均包括发射头6和接收头7，其中，发射头6用于发射超声波，接收头7用于接收所述发射头发出的超声波，并将其转换为电信号。发射头6和接收头7分别位于水松纸1的上下两侧，并且发射头6发射的超声波跨越水松纸1的边沿，其中一部分超声波覆盖水松纸，另一部分直接传递至接收头7。水松纸1偏移将改变对超声波的遮挡面积。例如，向图2中左侧偏移时，第一超声波传感器4被遮挡的面积变大，其接收头接收到的超声波减弱。而第二超声波传感器5被遮挡的面积变小，其接收头接收到的超声波增强。
第一超声波传感器4和第二超声波传感器5优选功率和检测范围均相同，并且在水松纸无偏移的状态下，第一超声波传感器4和第二超声波传感器5中发射头发出的超声波覆盖水松纸的宽度相同。这样，在水松纸无偏移的状态下，第一超声波传感器4和第二超声波传感器5的检测值是相同的，外界环境或水松纸材质、厚度等变换对两个传感器的影响也是相同的。除图2所示将传感器的超声波发射方向正对水松纸之外，也可以将传感器倾斜设置，使超声波斜向照射水松纸，在同样发射面积的情况下，可以获得对水松纸更大的覆盖范围。如采用这种设置方式，因尽量保证第一超声波传感器和第二超声波传感器的发射头发出超声波的方向相对于水松纸表面的倾斜角度相同。
如图3所示，第一超声波传感器4和第二超声波传感器5的检测数据同步传递至控制器8，由控制器8根据检测数据判断水松纸偏移情况。如第一超声波传感器4和第二超声波传感器5的输出为模拟量电信号，如电压信号，可经由A/D模块转换成数字量信号，以该数字量信号作为超声波传感器的检测值，该检测值传递至控制器8。控制器8中具有运算单元9、存储单元10和控制单元11。运算单元9用于第一超声波传感器和第二超声波传感器的检测值进行差值运算。存储单元10中存储有水松纸偏移量与超声波检测数据对照关系数据库。控制单元11根据运算结果和对照关系数据库中的数据，判断水松纸的偏移方向和偏移量，并向导向机构中动力单元201的控制电路发出控制指令，驱动引导单元202动作以带动水松纸运动纠正其偏移量。
本发明的纠偏方法包括以下步骤：
（1）、在水松纸无偏移状态下，采集第一超声波传感器和第二超声波传感器的检测值γ1、γ2，将两个检测值γ1、γ2传递该控制器8的运算单元9，计算两个检测值的差值Δγ=γ1-γ2。该差值Δγ作为水松纸无偏移的基准值，其代表后续检测结果为该基准值Δγ时，水松纸无偏移。该步骤可仅在检测开始时，或者设备经过检修调试，更换新的纸盘后进行一次。在后续生产检测过程中无需重复操作。
（2）、在卷烟生产传输水松纸的过程中，实时同步采集第一超声波传感器和第二超声波传感器的检测值γ1’、γ2’。两个传感器的检测值γ1’、γ2’传递至控制器8，由运算单元9计算两个检测值的差值Δγ’=γ1’、γ2’，该差值Δγ’为水松纸位置的实时检测值。
（3）、由运算单元9计算实时检测值Δγ’相对于所述基准值Δγ的变化量，该变化量ε为水松纸偏移检测值。例如，水松纸向左侧第一超声波传感器4偏移，增加对第一超声波传感器4的遮挡面积，γ1’相对减小，γ2’相对增大。变化量ε则为负值，表示向左偏移，值的大小反映偏移量大小。同理，变化量ε为正值时，表示向右偏移。
（4）、当步骤（3）计算得到的变化量ε反映出水松纸偏移时，需要控制导向机构动作，对水松纸纠偏。一种方式是采用反馈控制方式，通过导向机构控制水松纸向偏移的反方向移动，在此过程中不断利用第一超声波传感器和第二超声波传感器检值，待实时检测值重新等于基准值时，表明已纠偏到位，停止纠偏动作。由于传感器采样间隔、导向机构动作响应滞后等原因，这种方式可能出现导向机构停止不及时，超过正确位置导致过度纠偏。为了解决这个问题，本发明通过建立水松纸偏移量和偏移检测值对照关系数据，将实时检测获得的变化量ε（即偏移检测值）与预先测得的数据对比，根据对照关系确定相应的水松纸偏移量，直接控制导向机构以相应的幅度运动后停止即可。这种方式不受采样间隔影响，避免了过度纠偏的问题。
所述水松纸偏移量和偏移检测值对照关系数据的测定方法为：
a、同步采集第一超声波传感器和第二超声波传感器的检测值γ1’、γ2’，并计算水松纸位置的实时检测值Δγ’。
b、将实时检测值Δγ’与基准值Δγ对比，当实时检测值Δγ’相对于基准值Δγ发生变化时，记录该实时检测值Δγ’，并根据变化情况判断水松纸偏移方向。
c、控制导向机构带动水松纸向其偏移方向相反的方向移动；在控制导向机构运动的同时，继续检测并计算新的实时检测值Δγ’’，当新的实时检测值Δγ’’等于所述基准值Δγ时，表明水松纸已经调整到正确位置，此时，记录导向机构的运动幅度X。在此过程中，可能是直接调整至正确位置，也可能是超过正确位置后再返回，经多次往复调整后最终达到正确位置。上述记录的运动幅度X为导向机构运动之前的位置与记录该运动幅度时导向机构的位置之间的相对位移，而非该调整过程中运动的总位移。即纠偏之前的状态直接到正确位置所需的位移，超过正确位置后再返回的位移不计算在内。该位移根据导向机构的不同形式，可以是线位移，也可以是角位移。将该运动幅度X作为水松纸偏移量与步骤b记录的实时检测值Δγ’相关联，形成一组关联数据。
因传感器检测精度原因，当采用较高灵敏度的超声波传感器时，如果要通过调整使实时检测值与基准值完全相等，其难度较高，也非常耗时。因此，可以设定一个偏差阈值范围，该范围根据控制精度要求设定。当实时检测值与基准值的偏差在该阈值范围内时，认为实时检测值与基准值相等。
d、重复步骤a—c，将记录的多组关联数据组成对照关系数据库。该对照关系数据库作为根据偏移检测值确定水松纸偏移量的依据。
在建立对照关系数据的过程中，可以人为的制造水松纸偏移，使其通过调整纠偏形成所需数据，加快数据库建立过程。数据库中的数据越多，判断时越容易从中找到与实施检测数据对应数据。如果数据库中找不到完全相等的数据，则可选择最接近的数据与之匹配。还可以在形成多条对照关系数据后，以现有的对照关系数据生成关系曲线，将该关系曲线作为对照数据库。检测过程中，将实时检测的偏移检测值与关系曲线对照，根据关系曲线找到该偏移检测值对应的水松纸偏移量。通过该方式可以用有限的检测数据获得连续的对照关系数据，从而获得更高的控制精度。
以上对具体实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的技术构思及其核心思想，尽管本文使用了特定的优选实施例对技术方案进行了描述和说明，但其不应理解为对本发明自身的限制。本领域技术人员在不脱离本发明技术构思的前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。这些轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种卷烟机水松纸纠偏装置，包括设置在水松纸（1）传输路径上的用于检测水松纸偏移量的检测机构（3）和用于纠正水松纸偏移的导向机构（2），其特征在于：所述的检测机构（3）包括用于检测水松纸（1）一侧边缘的第一超声波传感器（4）和用于检测水松纸另一侧边缘的第二超声波传感器（5），所述第一超声波传感器（4）和第二超声波传感器（5）均包括用于发射超声波的发射头（6）和用于接收所述发射头发出的超声波的接收头（7），且功率和检测范围均相同，发射头（6）和接收头（7）分别位于水松纸（1）的上下两侧，并且发射头（6）发射的超声波跨越水松纸（1）的边沿，一部分覆盖水松纸，另一部分直接传递至接收头（7）；所述第一超声波传感器（4）和第二超声波传感器（5）实时同步检测水松纸的两侧边缘，并将检测数据传递至控制器（8），所述控制器（8）中具有用于将第一超声波传感器和第二超声波传感器的检测值进行差值运算的运算单元（9），控制器（8）根据运算结果判断水松纸偏移量，并控制导向机构（2）动作对水松纸纠偏。
2.如权利要求1所述的一种卷烟机水松纸纠偏装置，其特征在于：在水松纸无偏移的状态下，所述第一超声波传感器（4）和第二超声波传感器（5）中发射头发出的超声波覆盖水松纸的宽度相同。
3.如权利要求1所述的一种卷烟机水松纸纠偏装置，其特征在于：所述第一超声波传感器和第二超声波传感器中，发射头发出超声波的方向相对于水松纸表面的倾斜角度相同。
4.如权利要求1所述的一种卷烟机水松纸纠偏装置，其特征在于：所述控制器（8）具有用于存储水松纸偏移量与超声波检测数据对照关系数据库的存储单元（10），并将运算单元（9）的运算结果与数据库对比以确定水松纸偏移量。
5.如权利要求1所述的一种卷烟机水松纸纠偏装置，其特征在于：所述的导向机构（2）包括动力单元（201）和引导单元（202），所述动力单元的控制电路与所述控制器（8）连接，根据控制器的指令驱动引导单元动作以带动水松纸运动纠正其偏移量。
6.一种利用权利要求1所述卷烟机水松纸纠偏装置的纠偏方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、在水松纸无偏移状态下，采集第一超声波传感器和第二超声波传感器的检测值，并计算两个传感器检测值的差值，将该差值作为水松纸无偏移的基准值；
（2）、在传输水松纸的过程中，实时同步采集第一超声波传感器和第二超声波传感器的检测值，并计算两个传感器检测值的差值，该差值为水松纸位置的实时检测值；
（3）、计算实时检测值相对于所述基准值的变化量，该变化量为水松纸偏移检测值；
（4）、将水松纸偏移检测值与预先测定的水松纸偏移量和偏移检测值对照关系数据进行对比，判断水松纸偏移量，根据水松纸偏移量控制导向机构动作幅度，对水松纸纠偏。
7.如权利要求6所述的纠偏方法，其特征在于：所述步骤（3）中，水松纸偏移检测值的正负反映水松纸偏移的方向，值的大小反映偏移量大小。
8.如权利要求7所述的纠偏方法，其特征在于：所述水松纸偏移量和偏移检测值对照关系数据的测定方法为：
a、同步采集第一超声波传感器和第二超声波传感器的检测值，并计算水松纸位置的实时检测值；
b、将实时检测值与基准值对比，当实时检测值相对于基准值发生变化时，记录该实时检测值，并根据变化情况判断水松纸偏移方向；
c、控制导向机构带动水松纸向其偏移方向相反的方向移动；在控制导向机构运动的同时，继续检测并计算实时检测值，当实时检测值等于所述基准值时，记录导向机构的运动幅度，并将该运动幅度作为水松纸偏移量与步骤b记录的实时检测值相关联；
d、重复步骤a—c，将记录的多组关联的实时检测值和水松纸偏移量组成所需的对照关系数据。
9.如权利要求8所述的纠偏方法，其特征在于：在所述步骤c中，对比实时检测值与基准值时，设定偏差阈值范围，两者偏差在该阈值范围内时，认为实时检测值与基准值相等。
10.如权利要求9所述的纠偏方法，其特征在于：所述导向机构的运动幅度为导向机构运动之前的位置与记录该运动幅度时导向机构的位置之间的相对位移。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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