一種濾袋包材貼線貼標的多軸伺服系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種濾袋包材貼線貼標的多軸伺服系統(tǒng)，多軸伺服系統(tǒng)包括控制裝置、伺服電機組、伺服驅動組、收卷裝置、放卷裝置和焊接裝置；主軸伺服驅動器、濾布軸伺服驅動器、棉線軸伺服驅動器和標簽軸伺服驅動器分別與主軸伺服電機、濾布軸伺服電機、棉線軸伺服電機和標簽軸伺服電機對應連接。本實用新型提供一種濾袋包材貼線貼標的多軸伺服系統(tǒng)及其控制方法，進行四軸伺服系統(tǒng)的聯(lián)動協(xié)調控制，進而通過超聲波焊接技術實現(xiàn)濾袋復合包裝薄膜材料的線—標、線—布、布—標的熔融貼焊。整機設備運行及生產高控制精度、高可靠度、高工作效率、調試維護更簡便。
【專利說明】
一種濾袋包材貼線貼標的多軸伺服系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種濾袋包材貼線貼標的多軸伺服系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術】
[0002]濾袋包材貼線標機是一種將熱封標簽、尼龍棉線焊接在用尼龍濾布、無紡布等復合包裝材料上并收盤成卷的自動化設備，屬于光機電一體化、高科技產品。焊上標簽、棉線的包材成卷可以通過特定包裝設備成型為四面體形或三棱錐形濾袋，具有內容積大、透視效果好、內裝泡制物有效成分滲出快的特點，可應用于原茶、調味料等原料的包裝。
[0003]目前國際上能夠生產這種包裝材料的設備以日本FUS0、韓國W00SHINFA為主。日本、韓國的設備主要以步進電機驅動的機械控制為主，氣動控制輔助的方式實現(xiàn)線標、布標、線布的焊接。這些設備存在控制精度低、定位不準確;運行可靠性差、生產效率低;機械裝置復雜、調試維護困難;噪音大等缺點。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種濾袋包材貼線貼標的多軸伺服系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有控制系統(tǒng)可靠性差的問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的方案包括:
[0006]—種濾袋包材貼線貼標的多軸伺服系統(tǒng)，包括控制裝置、伺服電機組、伺服驅動組、收卷裝置、放卷裝置和焊接裝置;所述伺服電機組包括主軸伺服電機、濾布軸伺服電機、棉線伺服電機和標簽軸伺服電機;伺服驅動組包括:主軸伺服驅動器、濾布軸伺服驅動器、棉線軸伺服驅動器和標簽軸伺服驅動器;主軸伺服驅動器、濾布軸伺服驅動器、棉線軸伺服驅動器和標簽軸伺服驅動器分別與主軸伺服電機、濾布軸伺服電機、棉線軸伺服電機和標簽軸伺服電機對應連接;上述四個伺服電機均裝配有編碼器;所述控制裝置控制連接各伺服驅動器;采樣連接所述各編碼器;并且控制連接收卷裝置、放卷裝置和焊接裝置。
[0007]所述控制裝置包括PLC模塊、運動定位模塊、智能功能模塊和HMI模塊;所述PLC模塊運動定位模塊、智能功能模塊和HMI模塊分別通訊連接。
[0008]所述運動定位模塊通過串行總線與所述四個伺服驅動器通訊連接。
[0009]所述智能功能模塊用于分別連接傳感器、接近開關、按鈕開關、斷路器及接觸器觸點，智能功能模塊包括高速計數(shù)模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊。
[0010]收卷裝置包括變頻器和變頻器控制的收卷電機，以及用于檢測收卷浮動臂角度的角位移開關，所述PLC模塊采樣連接該角位移開關。
[0011]放卷裝置包括放卷電機，以及用于檢測放卷電機的位置開關，所述PLC模塊采樣連接所述位置開關，控制連接一個用于為放卷電機供電的繼電器。
[0012]所述焊接裝置為超聲波焊接裝置，包括超聲發(fā)生器、超聲換能器和超聲變幅桿，超聲變幅桿安裝固緊在超聲換能器上，超聲換能器連接于超聲發(fā)生器上，超聲發(fā)生器與PLC模塊連接。
[0013]還包括報警檢測裝置，報警檢測裝置連接所述PLC模塊，報警檢測裝置用于發(fā)出報警信號。
[0014]針對目前國內外現(xiàn)有技術的不足，本實用新型提供一種濾袋包材貼線貼標的多軸伺服系統(tǒng)及其控制方法，進行四軸伺服系統(tǒng)的聯(lián)動協(xié)調控制，進而通過超聲波焊接技術實現(xiàn)濾袋復合包裝薄膜材料的線一標、線一布、布一標的熔融貼焊。整機設備運行及生產高控制精度、高可靠度、高工作效率、調試維護更簡便。基于本實用新型的貼線標機研制成功后將填補國內四面體形或三棱錐形濾袋包裝材料貼棉線和標簽技術與設備的空白。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型實施例的控制系統(tǒng)圖；
[0016]圖2是本實用新型實施例的程序控制圖；
[0017]圖3是超聲波焊接系統(tǒng)構成圖；
[0018]圖4是本實用新型實施例的控制流程圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0020]圖1為本實用新型一種實施例的系統(tǒng)方案架構圖。包括:伺服電機組:對應安裝有編碼器單元;伺服驅動器組:驅動對應伺服電機;專用運動定位模塊:包括用戶自開發(fā)的運動定位程序，用以伺服驅動組及伺服電機組的定位控制；伺服電機通過高速電纜與伺服驅動器連接通信，伺服驅動器通過高速電纜與專用運動定位模塊進行定位數(shù)據交互;PLC模塊:包括PLC電池單元、CPU，CPU內含用戶自開發(fā)的系統(tǒng)控制程序，用以整個系統(tǒng)的聯(lián)動協(xié)調控制；觸摸屏HM1:用戶自開發(fā)觸控界面程序，觸控設定運行參數(shù)，通過RS232端口與PLC通信，實現(xiàn)與PLC及整機設備的交互控制；智能功能模塊:完成高速計數(shù)、模擬量輸入輸出、數(shù)字量輸入輸出等功能；運動定位模塊和智能功能模塊通過基板與PLC模塊相連接；收卷電機，由變頻器控制其速度;放卷電機，由位置開關控制其啟停;按鈕開關、接近開關、斷路器及接觸器觸點均與智能輸入功能模塊相連接；超聲波焊接系統(tǒng):以高頻超聲波技術進行線一標、線一布、布一標的熱熔焊接;檢測報警系統(tǒng):對系統(tǒng)及設備裝置的運行情況進行全程監(jiān)控，缺料、故障時自動報警停機。
[0021]本實用新型運用PLC及運動定位模塊實現(xiàn)四軸伺服系統(tǒng)的聯(lián)動協(xié)調控制，基于本實用新型的貼線標機研制成功后將填補國內四面體形或三棱錐形濾袋包裝材料貼棉線和標簽技術與設備的空白，本實用新型的最終成果作為某型貼線標機的核心控制系統(tǒng)，用于濾袋復合包裝材料線一標、線一布、布一標超聲波焊接的全程控制，使整機運行及生產的控制精度高、可靠度好、工作效率高。
[0022]下面具體介紹系統(tǒng)的各種構成部分。
[0023]伺服電機組I包括四個伺服電機:主軸伺服電機11、濾布軸伺服電機12、棉線軸伺服電機13和標簽軸伺服電機14。伺服驅動組2包括四個伺服驅動器:主軸伺服驅動器21、濾布軸伺服驅動器22、棉線軸伺服驅動器23和標簽軸伺服驅動器24，各伺服驅動間通過通信電纜串行連接。主軸伺服驅動器21、濾布軸伺服驅動器22、棉線軸伺服驅動器23和標簽軸伺服驅動器24分別通過四根高速SSCNET電纜連接相應的主軸伺服電機11、濾布軸伺服電機12、棉線軸伺服電機13和標簽軸伺服電機14。四個伺服電機分別裝有編碼器，用以給運動定位模塊10反饋脈沖，并通過PLC模塊8進行絕對值運動定位控制。
[0024]運動定位模塊10通過高速SSCNET電纜與主軸伺服電機I通信，發(fā)出運動定位指令；運動定位模塊10還通過基板與PLC模塊8通信，與主控制程序81進行數(shù)據及指令交互處理，控制四個伺服軸11121314按設定軌跡101完成指定動作。主軸伺服電機11連續(xù)工作，通過配套減速器驅動凸輪軸轉動，實現(xiàn)整機棉線裁斷、布一標焊接、標簽裁斷、動夾進退、時序調節(jié)等功能動作;濾布軸伺服電機12通過配套聯(lián)軸器驅動濾布主動牽引輥及從動牽引輥轉動，按設定軌跡101完成濾布的定長牽引；棉線軸伺服電機13通過配套減速器帶動帶輪和同步帶，控制棉線動夾沿導軌按設定軌跡101做往復周期性運動，實現(xiàn)棉線的定長牽引；標簽軸伺服電機14通過配套聯(lián)軸器驅動主動牽引輥及從動牽引輥轉動，按設定軌跡101完成標簽的定長牽引。
[0025]PLC模塊8是整個控制裝置的控制中心，至少包括PLC電源模塊和PLC CPU單元，PLC電源單元為整個PLC控制單元供電，PLC CPU單元通過USB或RS232用戶接口 29傳輸并存儲、執(zhí)行PLC主控制程序81，保障和實現(xiàn)整個控制系統(tǒng)的數(shù)據處理及協(xié)調可靠運行。HMI模塊9通過USB用戶接口 28下載HMI人機界面程序91，觸控設定運行參數(shù)，并通過RS232標準端口與PLC模塊8進行數(shù)據通信，實現(xiàn)與PLC及整機設備的交互控制ILCAHMI〗?根據實現(xiàn)功能自行靈活開發(fā)。
[0026]智能功能模塊7通過基板與PLC模塊8通信，與至少包括高速計數(shù)模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊，分別完成高速脈沖計數(shù)、模擬量輸入輸出、數(shù)字量輸入輸出等功能。傳感器3、斷路器及接觸器觸點4、接近開關5及按鈕開關6分別通過接線端子與智能功能模塊7相連接。傳感器3為光電傳感器，至少包括反射式和對射式兩種類型，檢測標簽、棉線、濾布狀態(tài)。斷路器及接觸器觸點4包括多個斷路器、接觸器觸點，控制主電路及控制回路的通斷，保障運行。接近開關5包括多個電感式感應開關，用以主電機零點檢測、位置感應控制等。按鈕操作開關6至少包括啟動、點動、復位、停止、緊急停止按鈕、總電源開關等，用于設備的操作控制。
[0027]放卷電機25為感應式步進電機，位置開關16檢測位置信號并給PLC模塊8發(fā)送信號，PLC模塊8接到信號后進行邏輯判斷并發(fā)出控制指令給繼電器線圈18，通過繼電器線圈18的通斷控制放卷電機的啟停。收卷電機26為變頻電機，角位移開關15檢測收卷浮動臂角度信號，PLC模塊8接到信號后進行邏輯判斷并進行PID控制計算，發(fā)出控制指令給變頻器17，進而控制收卷電機的啟停及收卷速度。
[0028]超聲波焊接系統(tǒng)20以超聲波技術進行線一標、線一布、布一標的熱熔焊接。PLC模塊8接收傳感器3檢測到的標簽、棉線、濾布狀態(tài)信號和變頻器17、伺服驅動組2、運動定位模塊10等的運行狀態(tài)信號，進行數(shù)據處理，發(fā)送信號給檢測報警系統(tǒng)19，報警系統(tǒng)19發(fā)出聲光報警信號，在HMI模塊9上彈出實時報警畫面及操作提示，并在斷線、缺標簽、運行故障時自動報警并停機，實現(xiàn)對系統(tǒng)運行情況的全程監(jiān)控。
[0029]圖2為超聲波焊接系統(tǒng)及裝置圖。超聲波焊接系統(tǒng)及裝置20至少包括超聲發(fā)生器201、超聲換能器202、超聲變幅桿203等，超聲變幅桿203安裝固緊在超聲換能器202上，超聲換能器202連接于超聲發(fā)生器201上，超聲發(fā)生器201與PLC模塊8相連，并由PLC模塊8控制超聲發(fā)生器201的運行。固緊在超聲換能器202上的超聲變幅桿203同時固定在焊接往復機械導軌上，在主軸伺服電機11的驅動下，根據凸輪時序帶動鏈輪逐一實現(xiàn)棉線一一標簽貼熔焊接、棉線濾布貼恪焊接、濾布標簽貼恪焊接，并在導軌上做往復運動。棉線標簽、棉線一一濾布、濾布一一標簽貼焊點分別位于濾布薄膜材料的三個點，并處于同一直線上，每次貼焊的單位棉線長度約等于濾布材料的幅寬，并可根據濾布材料的幅寬進行調整。濾布材料為食品應用級無紡布、玉米纖維薄膜、無紡布等，棉線為食品應用級棉線，標簽為熱熔淋膜標簽。超聲發(fā)生器201為電流反饋式頻率跟蹤發(fā)生器，將220V/50HZ的交流電能轉換為20?30KHz的高頻電能;超聲換能器202為壓電式換能器，利用壓電陶瓷的壓電效應將其轉換為同頻率的軸向高頻機械振動即超聲波;超聲變幅桿203放大超聲振幅并傳遞給焊件即棉線、濾布、標簽，在凸輪作用下在三個既定貼焊點上使變幅桿將棉線一一標簽、棉線一一濾布、濾布一一標簽壓緊于焊接板，每秒幾萬次的高頻超聲振動使棉線、濾布、標簽焊接面的分子相互摩擦撞擊而熔融，實現(xiàn)棉線一一標簽、棉線一一濾布、濾布一一標簽的貼熔焊接，整個過程不足0.5秒，工效極高。超聲波焊接完成后，由于溫度急劇降低，分子運動瞬間降低，從而使棉線、濾布、標簽接觸面凝固成型，形成堅固分子鏈，強度及牢固度較高。
[0030]超聲波焊接時不向棉線、濾布、標簽輸送電流，只是在靜壓力下將彈性振動能量轉變?yōu)槊蘧€、濾布、標簽間的摩擦功、形變能以及隨之有限的溫升;焊接材料的融合不需要助焊劑，不會產生光、煙、水、氣等額外排泄物，低碳環(huán)保，經濟高效。
[0031]以上實施例的關鍵在于通過運用PLC、伺服驅動器和伺服電機實現(xiàn)四軸伺服系統(tǒng)的聯(lián)動協(xié)調控制；即主軸伺服驅動器、濾布軸伺服驅動器、棉線軸伺服驅動器和標簽軸伺服驅動器分別與主軸伺服電機、濾布軸伺服電機、棉線軸伺服電機和標簽軸伺服電機對應連接;上述四個伺服電機均裝配有編碼器;控制裝置(即PLC)控制連接各伺服驅動器;采樣連接所述各編碼器;并且控制連接收卷裝置、放卷裝置和焊接裝置。其他方面的改進都可以替換為其他的現(xiàn)有具體手段，比如進而利用超聲波技術實現(xiàn)線一標、線一布、布一標熱熔焊接，不需要助焊劑，低碳環(huán)保，智能多功能，控制精準，安全可靠，保證成卷質量。
[0032]基于本實用新型的濾袋包材貼線貼標設備研制成功后，將填補國內四面體形或三棱錐形濾袋包裝材料貼棉線和標簽技術與設備的空白，使我國自行為濾袋復合包裝材料貼棉線和標簽成為現(xiàn)實。
[0033]圖3為本實用新型程序控制圖。PLC模塊8分別與運動定位模塊10、HMI模塊9相連接。計算機30上安裝有PLC編程軟件82、HMI編程軟件92和運動定位編程軟件102。應用PLC編程軟件82設置通信網絡參數(shù)及環(huán)境，配置硬件信息，開發(fā)以梯形圖為主的PLC控制程序81。應用運動定位編程軟件102進行伺服驅動組2的型號設定、參數(shù)設置，開發(fā)四個伺服軸I的運動軌跡數(shù)據101JLC控制程序81和運動軌跡數(shù)據101均通過PLC CPU上的USB或RS232用戶接口 29進行傳輸和通信，運動軌跡數(shù)據101可與PLC模塊8進行數(shù)據實時交互。應用HMI編程軟件92設置HMI模塊型號，開發(fā)HMI界面程序91，并通過USB用戶接口28下載至HMI模塊9，HMI模塊9通過RS232標準端口與PLC模塊8連接，并進行控制參數(shù)的讀取與寫入。
[0034]圖4所示為本實施例的控制流程圖。
[0035]在整機設備通電后，系統(tǒng)會根據設計的自檢程序對整機系統(tǒng)及設備狀態(tài)進行自檢，自檢完成后會給出自檢信息，若自檢給出警報信息，須根據自檢提示解除警報，再次進行自檢。
[0036]自檢無誤后，在預設程序下系統(tǒng)對各運動軸進行原點回歸，直至各軸均歸零位，以此保證機械和電氣零點的一致性，保護機械運動可靠性，減少操作傷害。各軸歸零后，在HMI上設定各項運行參數(shù)，啟動設備，則主軸首先運行，在特定時序時供送標簽并進行濾布放卷，接著進行棉線定長牽弓I機標簽定長裁切。
[0037]同時，在標簽供送過程中利用光纖傳感器進行標簽檢測，若PLC收到跳變信號，則系統(tǒng)認為標簽供送正常，繼續(xù)下一工序動作;若PLC收到的是常通信號，則啟動缺標計數(shù)器T，若T2N(N為設定閾值)，則系統(tǒng)認為標簽供送異常，PLC發(fā)出聲光報警信號并自動停機，HMI彈出報警畫面，提示人員排除警報;若T<N(N為設定閾值)，則系統(tǒng)認為標簽供送正常，并繼續(xù)下一工序動作。標簽檢測正常后，主軸驅動凸輪及超聲波壓緊裝置，在鏈輪、導軌配合及PLC控制作用下，超聲波焊接系統(tǒng)開始工作，在既定的三點進行棉線一一標簽、棉線濾布、濾布標簽的貼恪焊接，焊接過程控制在0.5秒以內。焊接完成，濾布軸進行成品濾布牽引，并供送新的濾布原料。
[0038]收卷電機在PLC、變頻器控制下進行PID成品收卷成盤。也可以不收卷，而直接與下游設備如三角袋包裝設備對接使用，即將焊接成品濾布直接連接于下游設備包材入料端，免去包材收卷、拆卸、安裝過程，提高生產效率。
[0039]關于焊接過程的時間、標簽異常的檢測手段都可以根據需要采用其他的值或者手段。
[0040]以上控制系統(tǒng)和方法有以下優(yōu)點和效果:
[0041]I)采用PLC與運動定位模塊實現(xiàn)多伺服系統(tǒng)的四軸聯(lián)動控制，定位精準，穩(wěn)定可
A+-.罪；
[0042]2)通過HMI—鍵式設定濾布規(guī)格，則棉線、標簽、濾布的牽引長度由程序隨之自動設定，簡化操作；
[0043]3)利用超聲波技術實現(xiàn)線一標、線一布、布一標熱熔焊接，不需要助焊劑，不會產生光、煙、水、氣等額外排泄物，低碳環(huán)保，經濟高效。
[0044]4)運行速度、點動控制可分開設定，調試維護方便；
[0045]5)傳感器監(jiān)控運行狀態(tài)，缺標、斷線、故障則自動報警停機，自動化控制程度高；
[0046]6)可與下游設備方便對接；
[0047]7)布局合理，操作便利。
[0048]本實用新型所提供的控制系統(tǒng)及方法，在設計過程中認真貫徹執(zhí)行相應的國家標準和行業(yè)標準，使整機具有較好的可操作性、使用安全性、可維護性，運行噪聲控制在相應標準規(guī)范以內。
[0049]本實用新型的最終成果形式為可銷售的濾袋包材貼線標機的核心控制系統(tǒng)，用于濾袋復合包裝材料線一標、線一布、布一標超聲波焊接的全程控制，使整機運行及生產的控制精度高、可靠度好、工作效率高。將拓展完善國內袋泡茶葉包裝設備的型譜體系，進一步推動四面體形或三棱錐形濾袋所需帶線帶標包裝材料的生產制造，打破國外壟斷，降低產品成本，為客戶提供更加質優(yōu)價廉的包裝耗材，更有利于國內國際市場的開拓。
[0050]以上給出了本實用新型涉及的【具體實施方式】，但本實用新型不局限于所描述的實施方式。在本實用新型給出的思路下，采用對本領域技術人員而言容易想到的方式對上述實施例中的技術手段進行變換、替換、修改，并且起到的作用與本實用新型中的相應技術手段基本相同、實現(xiàn)的實用新型目的也基本相同，這樣形成的技術方案是對上述實施例進行微調形成的，這種技術方案仍落入本實用新型的保護范圍內。
【主權項】
1.一種濾袋包材貼線貼標的多軸伺服系統(tǒng)，其特征在于，包括控制裝置、伺服電機組、伺服驅動組、收卷裝置、放卷裝置和焊接裝置； 所述伺服電機組包括主軸伺服電機、濾布軸伺服電機、棉線伺服電機和標簽軸伺服電機;伺服驅動組包括:主軸伺服驅動器、濾布軸伺服驅動器、棉線軸伺服驅動器和標簽軸伺服驅動器;主軸伺服驅動器、濾布軸伺服驅動器、棉線軸伺服驅動器和標簽軸伺服驅動器分別與主軸伺服電機、濾布軸伺服電機、棉線軸伺服電機和標簽軸伺服電機對應連接;上述四個伺服電機均裝配有編碼器； 所述控制裝置控制連接各伺服驅動器;采樣連接所述各編碼器;并且控制連接收卷裝置、放卷裝置和焊接裝置。2.根據權利要求1所述的一種濾袋包材貼線貼標的多軸伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置包括PLC模塊、運動定位模塊、智能功能模塊和HMI模塊;所述PLC模塊運動定位模塊、智能功能模塊和HMI模塊分別通訊連接。3.根據權利要求2所述的一種濾袋包材貼線貼標的多軸伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述運動定位模塊通過串行總線與所述四個伺服驅動器通訊連接。4.根據權利要求2所述的一種濾袋包材貼線貼標的多軸伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述智能功能模塊用于分別連接傳感器、接近開關、按鈕開關、斷路器及接觸器觸點，智能功能模塊包括高速計數(shù)模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊。5.根據權利要求2所述的一種濾袋包材貼線貼標的多軸伺服系統(tǒng)，其特征在于，收卷裝置包括變頻器和變頻器控制的收卷電機，以及用于檢測收卷浮動臂角度的角位移開關，所述PLC模塊采樣連接該角位移開關。6.根據權利要求2所述的一種濾袋包材貼線貼標的多軸伺服系統(tǒng)，其特征在于，放卷裝置包括放卷電機，以及用于檢測放卷電機的位置開關，所述PLC模塊采樣連接所述位置開關，控制連接一個用于為放卷電機供電的繼電器。7.根據權利要求2所述的一種濾袋包材貼線貼標的多軸伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述焊接裝置為超聲波焊接裝置，包括超聲發(fā)生器、超聲換能器和超聲變幅桿，超聲變幅桿安裝固緊在超聲換能器上，超聲換能器連接于超聲發(fā)生器上，超聲發(fā)生器與PLC模塊連接。8.根據權利要求2所述的一種濾袋包材貼線貼標的多軸伺服系統(tǒng)，其特征在于，還包括報警檢測裝置，報警檢測裝置連接所述PLC模塊，報警檢測裝置用于發(fā)出報警信號。
【文檔編號】G05B19/05GK205540187SQ201520962232
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年11月27日
【發(fā)明人】鄭景潤, 張廣遠, 韓東陽, 劉如磊
【申請人】凱邁(洛陽)機電有限公司