CN117158636A - 一种烟支轴向激光穿孔控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烟支轴向激光穿孔控制装置,烟支传感器安装在旋转蜘蛛爪装置抓取水平运行轨道上双倍长度烟条的转换区域,烟支传感器用于采集旋转蜘蛛爪装置抓取该双倍长度烟条后、所产生的与相邻的水平运行轨道上后续双倍长度烟条之间的间隙d所对应检测脉冲的间隔长度,所述烟支传感器通讯连接激光控制器,所述激光控制器控制激光打孔装置工作。传感器的安装位置优化在轨道特定区域内,方便传感器的安装,控制逻辑清晰,方便传感器灵敏度的设置,也方便系统的维护和保养。
Description
技术领域
本发明属于烟支自动化控制技术领域,特别涉及一种烟支轴向激光穿孔控制装置。
背景技术
常规在线卷烟激光打孔,其激光控制系统与卷烟机控制系统之间已构成互联互锁,实现当卷烟机发生故障时,关闭激光发射防止激光过度照射引发烟支燃烧。然而在实际应用过程中发现,卷烟机的故障停机互联信号总是滞后于实际故障的发生,例如切刀故障形成的切割黏连、轨道和吹风问题形成传输中存在错位、蜘蛛爪同步皮带失效或者齿轮传动是否正常、蜘蛛爪吸风和动作是否正常、双倍长度烟条是否跑条和炸条等,特别是中高速卷烟机的高速运行中时,其结果是故障出现,烟支的运行因故障已停止,而卷烟机机器却因惯性而继续旋转,使得故障检测的信号延迟而滞后、造成因故障检测信号的延迟而激光继续发射照射在烟支上导致烟支被引燃的危险发生。
发明人的授权中国专利,ZL201910175090.0揭示一种预防烟支燃烧的激光控制装置,其原理是将烟支传感器设置在轨道的一段静态情况下无烟支滞留处或者烟支输送轨道的悬空区域,其主要利用烟支重力而掉落无法在该位置停留,但是实施过程中必须将烟支运行C导轨截断形成悬空,因此缩短的轨道必然会影响烟条运行的稳定性。
其中另一个实施案例是将传感器的检测点设置在吸爪椭圆轨迹的一个虚空E位置,当故障发生时,后续烟条缺失形成的间隙,使得该烟条信号缺失,致使得激光器停止发射,此法尽管可行,但是因传感器的检测点设置在吸爪椭圆轨迹的一个虚空E位置,使得存在停机调整时无法准确地确定烟支到位情况从而无法准确地进行检测灵敏度调节的缺陷(参考图5),同时传感器的安装也比较困难。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烟支轴向激光穿孔控制装置,从而克服上述现有技术中的缺陷。
为实现上述目的,本发明提供了一种烟支轴向激光穿孔控制装置,包括烟支传感器,烟支传感器安装在旋转蜘蛛爪装置抓取水平运行轨道上双倍长度烟条的转换区域,烟支传感器用于采集旋转蜘蛛爪装置抓取该双倍长度烟条后,所产生的与相邻的水平运行轨道上后续双倍长度烟条之间的间隙d所对应检测脉冲的间隔长度,所述烟支传感器通讯连接激光控制器,所述激光控制器控制激光打孔装置工作;
当卷接机正常运行时,烟支传感器所获得的双倍长度烟条间隙d对应的运行脉冲信号P1与机器同步脉冲信号或者同步脉冲传感器信号P2能够相对应,则激光控制器控制激光器继续发射激光,在烟条上进行穿孔;
若烟条成型机发生烟条运行故障时,后续烟条无法保持与前序烟条的持续推动,吸爪抓取的双倍长度烟条与后续相邻烟条之间间隙大于DMAX,使得所述检测脉冲信号P1与机器同步脉冲输入信号或者同步脉冲传感器输入信号P2不能相对应,则控制激光器关闭发射激光,从而防止激光器持续发射激光点燃烟支。
技术人员在维护设备的时候观察发现:卷烟机的旋转蜘蛛爪装置的吸爪在水平轨道上的分项速度是变化的,为一正玄函数,当其6点钟位置抓取烟条时,x轴方向的水平速度分量为最快,因而与烟条自身的速度差也是最大,当随着y轴方向位移的增加,y轴分量速度增加,x轴方向的水平分量速度将逐步减小直至0,如此往复。
即旋转蜘蛛爪装置的吸爪运行轨迹为一长轴半径为R+r和短轴半径为R-r的椭圆,当蜘蛛吸爪抓取双倍长度烟条时,旋转蜘蛛爪在水平轨道方向的分量速度VX为最大,此时该速度分量大于水平轨道上烟条的速度V2;
旋转蜘蛛爪带动烟条沿椭圆轨迹与水平轨道同方向继续运行一段时间t后,使得该烟条与后续相邻烟条之间沿轨道方向产生一间隙d,这一间隙长度的最大值DMAX=t*VO,其中VO为旋转蜘蛛爪装置抓取该烟条时吸爪在水平方向的分量速度VX与烟条运行速度V2的差值;
运行时若间隙d大于DMAX则为烟条运行故障,致使烟支传感器对应检测脉冲P1的脉冲间隔长度大于DMAX对应的间隔长度,即控制停止发射激光。
优选地,上述技术方案中,双倍长度烟条在水平运行轨道上、由后续烟条推动不间断地向接嘴机运行速度为V2,当双倍长度烟条到达水平运行轨道的转换H区域内时、由顺时针旋转的蜘蛛吸爪吸住并沿椭圆弧线运行、此时所述蜘蛛吸爪在水平方向的运行速度分量为VX=ω(R+r)sin(ωt);
当蜘蛛爪转盘运行至6点位置时,VX=ω(R+r),此时速度差为最大
V0=VX-V2=
其中Q-烟支生产速度,N-旋转蜘蛛爪装置的蜘蛛爪数量、L-双倍烟条的长度、R-蜘蛛爪装置旋转盘半径、r-蜘蛛爪旋转半径;
所述转换区域为蜘蛛爪转盘运行至6点位置、吸爪抓取双倍长烟支的交接点前后长度为H=(L1+L/2)的一段轨道区域,所述双倍长度烟条在此轨道区域上由蜘蛛吸爪抓取后,离开水平轨道,随后放入横向运行的第一接烟鼓轮的烟支槽内;所述烟支传感器安装在水平运行轨道的转换H区域的一段H长度的轨道区域内,L1为水平运行轨道端部与蜘蛛吸爪转盘6点位置之间的轨道长度,L 为双倍长度烟条长度。
优选地,上述技术方案中,烟支传感器安装在水平运行轨道的转换区域的一段H长度的轨道区域内。
优选地,上述技术方案中,传感器安装在水平运行轨道端部距离对应蜘蛛吸爪最接近水平运行轨道位置的L1范围内,此时H=L1。
优选地,上述技术方案中,运行时若发生了烟条运行故障则使得烟条之间的间隙大于DMAX,优选设定当烟支传感器获得检测脉冲P1的间隔长度大于双倍烟条长度对应的脉冲长度时,控制停止发射激光。
为适应上述脉冲的检测,本方案进行试验时所采用的烟支传感器为基恩士FS-V11P反射型激光传感器。
一种如前文所述烟支轴向激光穿孔控制装置的检测方法,当卷接机正常运行时,烟支传感器所获得的双倍长度烟条间隙d对应的运行脉冲信号P1与机器同步脉冲信号或者同步脉冲传感器信号P2能够相对应,则激光控制器控制激光器继续发射激光,在烟条上进行穿孔;
若烟条成型机发生烟条运行故障时,后续烟条无法保持与前序烟条的持续推动,吸爪抓取的双倍长度烟条与后续相邻烟条之间间隙大于DMAX,使得所述检测脉冲信号P1与机器同步脉冲输入信号或者同步脉冲传感器输入信号P2不能相对应,则控制激光器关闭发射激光,从而防止激光器持续发射激光点燃烟支。
所述旋转蜘蛛爪装置的吸爪运行轨迹为一长轴半径为R+r和短轴半径为R-r的椭圆,当蜘蛛吸爪抓取双倍长度烟条时,旋转蜘蛛爪在水平轨道方向的分量速度VX为最大,此时该速度分量大于水平轨道上烟条的速度V2;
旋转蜘蛛爪带动烟条沿椭圆轨迹与水平轨道同方向继续运行一段时间t后,使得该烟条与后续相邻烟条之间沿轨道方向产生一间隙d,这一间隙长度的最大值DMAX=t*VO,其中VO为旋转蜘蛛爪装置抓取该烟条时吸爪在水平方向的分量速度VX与烟条运行速度V2的差值;
运行时若间隙d大于DMAX则为烟条运行故障,致使烟支传感器对应检测脉冲P1的脉冲间隔长度大于DMAX对应的间隔长度,即控制停止发射激光。
优选地,上述技术方案中,运行时若发生了烟条运行故障则使得烟条之间的间隙d大于DMAX,优选设定当烟支传感器检测脉冲P1的间隔长度大于双倍烟条长度对应的脉冲长度时,控制停止发射激光。(对应图2c控制方案)
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
传感器的安装位置优化在轨道特定区域内,方便传感器的安装,控制逻辑清晰,方便传感器灵敏度的设置,也方便系统的维护和保养。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2a是本发明的烟条运行脉冲间隔示意图;
图2b本发明的一种激光控制方案示意图;
图2c本发明的另一种激光控制方案示意图;
图3传感器优化设置在蜘蛛爪6点对应在D轨道区域内的示意图;
图4a为传感器优化设置在蜘蛛爪6点对应在D轨道区域的端部示意图;
图4b为蜘蛛吸爪位于6点位置吸住烟条瞬间的位置示意图;
图5常规情况下的传感器设置位置示意图。
实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述,但应当理解本发明的保护 范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示,否则在整个说明书和权利要求书中,术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或 组成部分,而并未排除其它元件或其它组成部分。
本发明是一种改进的烟支轴向激光穿孔控制装置,安装在烟支成型机与过滤嘴接装机之间激光聚焦装置之后,主要由激光聚焦装置、双倍长度烟条的水平运行轨道、负责烟条从水平运行轨道向接嘴机第一接烟鼓轮传递的旋转蜘蛛爪装置、烟支传感器、激光控制器、机器同步脉冲或者同步脉冲传感器、激光光源构成。
烟条成型机生产的双倍长度烟条在水平运行轨道上,由后续烟条推动不间断地向接嘴机运行,速度为V2,当烟条到达水平运行轨道的转换区域内时,由顺时针旋转的蜘蛛吸爪吸住并沿椭圆弧线运行,此时所述旋转蜘蛛爪装置的吸爪运行轨迹为一长轴半径为(R+r)和短轴半径为(R-r)的椭圆,当蜘蛛吸爪抓取双倍长度烟条时,该蜘蛛吸爪在水平轨道方向的分量速度VX为最大的速度分量VX,此速度分量大于水平轨道上烟条的速度V2,该吸爪带动烟条沿椭圆轨迹与水平轨道同方向继续运行一段时间t后,使得该烟条与后续相邻烟条之间在产生一逐步增加的间隙d,并产生一间隙长度的最大值DMAX=t*VO,其中VO为旋转蜘蛛爪装置抓取该烟条时吸爪在水平方向的分量速度VX与烟条运行速度V2的差值。
运行时若间隙d大于DMAX则为烟条运行故障,致使烟支传感器对应检测脉冲P1的脉冲间隔长度大于DMAX对应的间隔长度,即控制停止发射激光(对应图2b控制方案)。
运行时若发生了烟条运行故障则使得烟条之间的间隙d大于DMAX,优选设定当烟支传感器检测脉冲P1的间隔长度大于双倍烟条长度对应的脉冲长度时,控制停止发射激光(对应图2c控制方案)。
转换区域为激光聚焦装置与接嘴机的第一接烟鼓轮之间、位于蜘蛛爪装置正下方6点位置对应的、长度为H=(L1+L/2)的一段轨道区域,所述双倍长度烟条在此轨道区域上由蜘蛛吸爪抓取后,离开水平轨道,随后放入横向运行的第一接烟鼓轮的烟支槽内;
烟支传感器安装在水平运行轨道的转换区域的一段H长度的轨道区域内。
运行时若发生了烟条运行故障则使得烟条之间的间隙d大于DMAX,优选设定当烟支传感器获得检测脉冲P1的间隔长度大于双倍烟条长度对应的脉冲长度时,控制停止发射激光。
基础资料:根据中国烟草继续集团的资助基金项目:超高速卷接包机组研制重大专项”子项目“超高速卷接机组烟支交接系统结构优化研究”(国烟科[2010]449 号),中图分类号 :TS433 文献标识码 :B 文章编号 :1002-0861(2014)03-0017-04一文,以及(烟草科技)2014 年 第 10 期(总 第 327 期)(PROTOS2-2 卷接机组蜘蛛手机构抓烟速度计算与掉丝测试一文,参考其研究成果,以单烟支通道的卷烟机为计算基础,得以下:
其设吸爪位于最右端水平位置时为初始位置,蜘蛛手 机构轮体顺时针转动方向为正,其中Q-烟支生产速度,N-旋转蜘蛛爪装置的蜘蛛爪数量、L-双倍烟条的长度、R-蜘蛛爪装置旋转盘半径、r-蜘蛛爪旋转半径。
则:
①单通道卷烟机ZJ17为例的烟条在水平运行轨道上的运行速度为V2:
;
②蜘蛛爪中烟支中点的运行轨迹为是长半轴为(R+r),短半轴为(R-r)的椭圆,图4b,其中蜘蛛爪中心轮的旋转角速度为:
ω= 2πQ/(2*60N)=πQ/(60N),
③当:蜘蛛吸爪位于6点位置,ωt=π/2即90°刚吸抓住烟支时,速度
Vx=Vx(t)=ω(R+r)sin(ωt)=ω(R+r),
蜘蛛吸爪与烟条速度差V0=Vx-V2为:
V0=ω(R+r)-QL/120,
=2πQ(R+r)/120N-QNL/120N,
,
当Q=7000,N=8,L=126,R=141,r=71时,速度差V(t)=2357mm/s,
由于存在最大的速度差V0,该速度差使得双倍长度烟条与后续双倍长度烟条之间逐步形成一个间隙也是最大的,检测该间隙的大小即可以判断卷烟机的烟条运行是否存在切割黏连、传输中是否存在错位、蜘蛛爪传动是否正常、蜘蛛爪动作是否正常、双倍长度烟条是否跑条和炸条等,设置传感器感应蜘蛛吸爪快速运行所形成的相邻两个双倍长度烟条之间的间隙,从而获得与每一支双倍长度烟条所对应的运行脉冲信号P1;
使得间隙d对应检测脉冲长度大于双倍烟条的长度L,如此使得烟支传感器获得检测脉冲的间隔长度大于双倍烟条长度对应的脉冲的间隔长度,从而控制停止发射激光。
系统设计时,利用机器同步脉冲或者时钟信号确定水平轨道上的烟条速度V2以及烟条脉冲运行的周期,查询卷烟机设计图纸即可知道(计算出)蜘蛛爪在6点位置吸取烟条瞬间的水平分量速度Vx,
初步设定传感器安装在距离c烟条端部之前d处,d=40mm,Q=7000,N=8,L=126,R=141,r=71,
烟条运行速度V2=QL/120=7350mm/S,
则c烟条运行d距离的时间t=d/V2=120d/QL,
此时烟条D与C之间最大距离Dmax==t*VO=51.8mm,
对应Dmax脉冲的间隔时长=51.8/V2=7ms,
由此获得一个Dmax脉冲,
将烟条实际检测脉冲P1与Dmax脉冲进行比对,检测脉冲的间隔长度大于Dmax脉冲的间隔长度时,即可判断烟条运行出现故障,进而立即控制停止发射激光。
将烟条实际检测脉冲P1与同步脉冲进行比对,检测脉冲P1的间隔长度大于双倍烟条长度对应的脉冲的间隔长度 时,即可判断烟条运行出现故障,进而立即控制停止发射激光。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式,并且很显然,根据上述教导,可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用,从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (6)
1.一种烟支轴向激光穿孔控制装置,包括烟支传感器,其特征在于:烟支传感器安装在旋转蜘蛛爪装置抓取水平运行轨道上双倍长度烟条的转换区域,烟支传感器用于采集旋转蜘蛛爪装置抓取该双倍长度烟条后、所产生的与相邻的水平运行轨道上后续双倍长度烟条之间的间隙d所对应检测脉冲的间隔长度,所述烟支传感器通讯连接激光控制器,所述激光控制器控制激光打孔装置工作。
2.根据权利要求1所述的烟支轴向激光穿孔控制装置,其特征在于:所述双倍长度烟条在水平运行轨道上、由后续烟条推动不间断地向接嘴机运行速度为V2,当双倍长度烟条到达水平运行轨道的转换区域内时、由顺时针旋转的蜘蛛吸爪吸住并沿椭圆弧线运行、此时所述蜘蛛吸爪在水平方向的运行速度分量为VX=ω(R+r)sin(ωt);
当蜘蛛爪转盘运行至6点位置吸爪吸住烟条时,VX=ω(R+r),此时速度差为最大值:V0=VX-V2= ,
其中Q-烟支生产速度,N-旋转蜘蛛爪装置的蜘蛛爪数量、L-双倍烟条的长度、R-蜘蛛爪装置旋转盘半径、r-蜘蛛爪旋转半径;
所述转换区域为蜘蛛爪转盘运行至6点位置、吸爪抓取双倍长烟支的交接点前后长度为H=(L1+L/2)的一段轨道区域,所述双倍长度烟条在此轨道区域上由蜘蛛吸爪抓取后,离开水平轨道,随后放入横向运行的第一接烟鼓轮的烟支槽内;所述烟支传感器安装在水平运行轨道的转换区域的一段H长度的轨道区域内,L1为水平运行轨道端部与蜘蛛吸爪转盘6点位置之间的轨道长度,L 为双倍长度烟条长度。
3.根据权利要求1所述的烟支轴向激光穿孔控制装置,其特征在于:烟支传感器安装在水平运行轨道的转换区域的一段H长度的轨道区域内。
4.根据权利要求1所述的烟支轴向激光穿孔控制装置,其特征在于:传感器安装在水平运行轨道端部距离对应蜘蛛吸爪最接近水平运行轨道的6点钟位置的L1范围内,此时H=L1。
5.一种如权1所述烟支轴向激光穿孔控制装置的检测方法,其特征在于:当卷接机正常运行时,烟支传感器所获得的双倍长度烟条间隙d对应的运行脉冲信号P1与机器同步脉冲信号或者同步脉冲传感器信号P2能够相对应,则激光控制器控制激光器继续发射激光,在烟条上进行穿孔;
若烟条成型机发生烟条运行故障时,后续烟条无法保持与前序烟条的持续推动,吸爪抓取的双倍长度烟条与后续相邻烟条之间间隙大于DMAX,使得所述检测脉冲信号P1与机器同步脉冲输入信号或者同步脉冲传感器输入信号P2不能相对应,则控制激光器关闭发射激光,从而防止激光器持续发射激光点燃烟支;
所述旋转蜘蛛爪装置的吸爪运行轨迹为一长轴半径为R+r和短轴半径为R-r的椭圆,当蜘蛛吸爪抓取双倍长度烟条时,旋转蜘蛛爪在水平轨道方向的分量速度VX为最大,此时该速度分量大于水平轨道上烟条的速度V2;
旋转蜘蛛爪带动烟条沿椭圆轨迹与水平轨道同方向继续运行一段时间t后,使得该烟条与后续相邻烟条之间沿轨道方向产生一间隙d,这一间隙长度的最大值DMAX=t*VO,其中VO为旋转蜘蛛爪装置抓取该烟条时吸爪在水平方向的分量速度VX与烟条运行速度V2的差值;
运行时若间隙d大于DMAX则为烟条运行故障,致使烟支传感器对应检测脉冲P1的脉冲间隔长度大于DMAX对应的间隔长度,即控制停止发射激光。
6.根据权利要求5所述的检测方法,其特征在于:运行时若发生了烟条运行故障则使得烟条之间的间隙d大于DMAX,优选设定当烟支传感器检测脉冲P1的间隔长度大于双倍烟条长度对应的脉冲长度时,控制停止发射激光。
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PB01 | Publication | ||
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