專利名稱：具有高速卷繞功能的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有高速卷繞功能的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)，尤其涉及一種具有高速卷繞功能，并由參數(shù)設(shè)定規(guī)劃卷繞形式與線速度控制的伺服控制卷繞專用機(jī)及其控制方法。
背景技術(shù)：
公知的是，早期應(yīng)用的卷繞機(jī)構(gòu)(如絡(luò)筒機(jī)機(jī)構(gòu)用于卷繞紗線的專用控制器(機(jī)))以變頻器驅(qū)動(dòng)為主要控制，其一個(gè)典型架構(gòu)包括一組變頻器、感應(yīng)馬達(dá)及機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中，感應(yīng)馬達(dá)利用變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以提供卷繞機(jī)構(gòu)在進(jìn)行卷繞時(shí)所需要的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以及卷繞機(jī)構(gòu)在進(jìn)行水平往復(fù)動(dòng)作時(shí)所需的橫向運(yùn)動(dòng)。上述機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以機(jī)械連動(dòng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，其缺點(diǎn)是1.以機(jī)械傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)橫向運(yùn)動(dòng)的功能，因?yàn)闄C(jī)械的反應(yīng)速度有所限制，因而無(wú)法達(dá)到高速的卷繞。
2.卷繞形式固定，無(wú)法進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。若需要其它的卷繞方式，則必須調(diào)整機(jī)械結(jié)構(gòu)，而在調(diào)整過(guò)程中需要耗費(fèi)相當(dāng)?shù)臅r(shí)間與物力。此外，為了改善上述機(jī)械連動(dòng)方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)卷繞機(jī)構(gòu)在橫向運(yùn)動(dòng)控制中所存在的缺點(diǎn)，在本領(lǐng)域中提出了利用一組變頻器與感應(yīng)馬達(dá)控制橫向運(yùn)動(dòng)的變頻器卷繞專用機(jī)，其變頻控制架構(gòu)的擺頻功能運(yùn)作(如

圖1所示)，主要是利用在變頻器中設(shè)定的卷繞開(kāi)始頻率、卷繞終止頻率、卷繞時(shí)間參數(shù)等，在指定的時(shí)間中對(duì)輸出頻率予以控制以進(jìn)行卷線。即，當(dāng)變頻器接收到運(yùn)轉(zhuǎn)命令時(shí)，經(jīng)過(guò)設(shè)定的加速時(shí)間進(jìn)行加速及擺頻預(yù)置頻率保持時(shí)間，使變頻器達(dá)到預(yù)設(shè)卷繞運(yùn)作控制的中心頻率F，通過(guò)卷繞開(kāi)始頻率，卷繞終止頻率設(shè)定形成的上、下擺頻振幅，在時(shí)間t與輸出頻率H產(chǎn)生的擺頻周期時(shí)間、擺頻比率及跳躍頻率等參數(shù)進(jìn)行輸出控制，以驅(qū)動(dòng)感應(yīng)馬達(dá)控制卷繞機(jī)構(gòu)的橫向機(jī)械裝置產(chǎn)生來(lái)回的水平運(yùn)動(dòng)；其中擺頻周期時(shí)間＝擺頻上升時(shí)間+擺頻下降時(shí)間擺頻比率＝擺頻上升時(shí)間/擺頻下降時(shí)間跳躍頻率＝擺頻振幅×跳躍時(shí)間當(dāng)跳躍時(shí)間≠0時(shí)，擺頻周期＝擺頻周期時(shí)間+2×跳躍時(shí)間；此外，當(dāng)變頻器接收停止命令時(shí)，則根據(jù)預(yù)設(shè)的減速時(shí)間進(jìn)行減速而停止。通過(guò)上述變頻器卷繞專用機(jī)雖可實(shí)現(xiàn)對(duì)卷繞機(jī)構(gòu)的橫向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，但在實(shí)際對(duì)卷繞機(jī)構(gòu)的橫向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制時(shí)，仍須搭配機(jī)械裝置，如由機(jī)械輔助正、反方向的運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)硬件固定時(shí)，所需要的卷繞長(zhǎng)度已經(jīng)被限制；參數(shù)的調(diào)整必須考慮硬件的設(shè)計(jì)。且對(duì)旋轉(zhuǎn)軸未提供線速度控制的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于解決上述傳統(tǒng)缺失，避免缺失存在，本發(fā)明以伺服驅(qū)動(dòng)器現(xiàn)有的硬件架構(gòu)及功能，提供基本信號(hào)的輸入與輸出處理接口，包括光傳感器的數(shù)字輸入信號(hào)、卷繞啟動(dòng)與停止的數(shù)字輸入信號(hào)、卷繞厚度的模擬輸入信號(hào)與脈波輸入信號(hào)，配合內(nèi)建于伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的卷繞命令處理單元及其卷繞形式的參數(shù)設(shè)定，以及電位計(jì)檢測(cè)卷繞厚度結(jié)果的電壓信號(hào)，來(lái)計(jì)算伺服馬達(dá)的脈波命令，帶動(dòng)卷繞機(jī)構(gòu)橫向動(dòng)作，導(dǎo)引線材往返于卷筒的兩個(gè)端間進(jìn)行卷繞，實(shí)現(xiàn)以參數(shù)設(shè)定及軟件計(jì)算來(lái)達(dá)到高速與多形式的卷繞控制，簡(jiǎn)化復(fù)雜的硬件設(shè)計(jì)，又不需通過(guò)硬件機(jī)構(gòu)修改就能夠?yàn)槭褂谜咛峁└?jiǎn)便、低廉，且又具有高速卷繞的實(shí)用伺服卷繞控制裝置。
為了實(shí)現(xiàn)達(dá)上述目的，本發(fā)明的具有高速卷繞功能的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)，可包括至少一個(gè)卷繞機(jī)構(gòu)；控制上述卷繞機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)；控制上述卷繞機(jī)構(gòu)來(lái)回往返于卷筒兩個(gè)端間的橫向動(dòng)作控制機(jī)構(gòu)；電位計(jì)，連接上述卷繞機(jī)構(gòu)檢測(cè)卷繞厚度，并輸出檢測(cè)結(jié)果的電壓信號(hào)作為伺服驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)輸入信號(hào)；上位控制器，連接上述旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)及橫向動(dòng)作控制機(jī)構(gòu)，以設(shè)定控制參數(shù)和目標(biāo)，顯示控制結(jié)果及協(xié)調(diào)該裝置各環(huán)節(jié)的動(dòng)作順序。所述旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)包括感應(yīng)馬達(dá)，連結(jié)上述卷繞機(jī)構(gòu)；設(shè)于感應(yīng)馬達(dá)上之編碼器；及驅(qū)動(dòng)感應(yīng)馬達(dá)動(dòng)作的變頻器；所述橫向動(dòng)作控制機(jī)構(gòu)包括伺服馬達(dá)，連結(jié)上述卷繞機(jī)構(gòu)；及驅(qū)動(dòng)上述伺服馬達(dá)的伺服驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)建卷繞命令處理單元及軟件程序。
為了實(shí)現(xiàn)達(dá)上述目的，本發(fā)明的具有高速卷繞功能的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)控制方法，包括參數(shù)設(shè)定步驟，依據(jù)卷繞形式需求，輸入功能參數(shù)設(shè)定；初始化原點(diǎn)復(fù)位步驟，由伺服驅(qū)動(dòng)器接收外部啟動(dòng)信號(hào)，在執(zhí)行卷繞原點(diǎn)復(fù)位后執(zhí)行卷繞功能；卷繞厚度計(jì)算步驟，由所述伺服驅(qū)動(dòng)器讀取電位計(jì)檢測(cè)厚度而輸出的電壓電位模擬信號(hào)，計(jì)算卷繞厚度及卷繞過(guò)程中的線速度控制；卷繞機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作控制步驟，由所述伺服驅(qū)動(dòng)器依據(jù)所述參數(shù)設(shè)定、卷繞厚度的計(jì)算結(jié)果及線速度命令計(jì)算轉(zhuǎn)頻命令，以輸出至旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)的變頻器，由所述變頻器控制感應(yīng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)卷繞機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作；卷繞機(jī)構(gòu)的橫向動(dòng)作控制步驟，感應(yīng)所述馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)編碼器產(chǎn)生一連串脈波信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)卷繞命令處理單元依據(jù)所述卷繞參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行卷繞定位控制與伺服馬達(dá)脈波命令計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果輸出信號(hào)來(lái)控制所述伺服馬達(dá)產(chǎn)生正、反轉(zhuǎn)動(dòng)作，從而帶動(dòng)所述卷繞機(jī)構(gòu)來(lái)回往返于卷筒的兩個(gè)端間；卷繞停止步驟，當(dāng)卷繞到達(dá)停止條件(卷繞厚度達(dá)到設(shè)定條件)時(shí)，專用機(jī)自動(dòng)停止卷繞動(dòng)作，在卷繞過(guò)程中，伺服驅(qū)動(dòng)器接外部關(guān)閉信號(hào)(WSTOP)，停止卷繞動(dòng)作。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1是現(xiàn)有技術(shù)的變頻器控制架構(gòu)的脈波示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的組成架構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的卷繞命令處理單元的組成架構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的控制方法流程圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例的卷繞操作時(shí)序圖(一)；圖6是本發(fā)明實(shí)施例的卷繞操作時(shí)序圖(二)；
圖7是本發(fā)明實(shí)施例的卷繞線速度命令曲線圖；圖8是本發(fā)明根據(jù)卷繞厚度進(jìn)行線速度控制的流程圖；圖9是本發(fā)明根據(jù)參數(shù)命令進(jìn)行卷線定位控制的流程圖；圖10是本發(fā)明卷繞參數(shù)應(yīng)用實(shí)例的差繞長(zhǎng)度參數(shù)功能示意圖；圖11是本發(fā)明卷繞參數(shù)應(yīng)用實(shí)例的收邊角度參數(shù)功能示意圖；圖12是本發(fā)明卷繞參數(shù)應(yīng)用實(shí)例的原點(diǎn)檢測(cè)器與卷筒端點(diǎn)距離參數(shù)功能示意圖；圖13是本發(fā)明卷繞參數(shù)應(yīng)用實(shí)例的卷繞特殊參數(shù)寫(xiě)入功能示意圖。
主要組件符號(hào)說(shuō)明卷繞機(jī)構(gòu) 1 旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu) 2橫向動(dòng)作控制機(jī)構(gòu) 3 電位計(jì) 4上位控制器 5 變頻器 21感應(yīng)馬達(dá) 22 編碼器 23伺服馬達(dá) 31 伺服驅(qū)動(dòng)器 32卷繞命令處理單元 33 信號(hào)轉(zhuǎn)換器 34第一低通濾波器 35 卷繞控制器 36脈波型式選擇器 37 計(jì)數(shù)器 38命令選擇開(kāi)關(guān) 39 第二低通濾波器 30流程步驟600～610 流程步驟700～704流程步驟800～810具體實(shí)施方式
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖2、3所示為本發(fā)明的具有高速卷繞功能的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)架的構(gòu)示意圖。如圖所示，本發(fā)明的具有高速卷繞功能的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)包括有卷繞機(jī)構(gòu)1，控制卷繞機(jī)構(gòu)1旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)2，控制卷繞機(jī)構(gòu)1的橫向往復(fù)動(dòng)作的橫向動(dòng)作控制機(jī)構(gòu)3，電位計(jì)4以及上位控制器5。上述裝置構(gòu)成具有高速卷繞，并由參數(shù)設(shè)定規(guī)劃多卷繞方式與線速度控制的伺服卷繞控制專用機(jī)。
卷繞機(jī)構(gòu)1包括至少一個(gè)絡(luò)筒機(jī)機(jī)構(gòu)，執(zhí)行旋轉(zhuǎn)卷繞動(dòng)作的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及執(zhí)行使卷繞厚度平均的橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)(上述均為一般的卷繞機(jī)構(gòu)，故在圖中未繪示)。
旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)2包括變頻器21，由變頻器21驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)馬達(dá)22。感應(yīng)馬達(dá)22還包括編碼器23，在感應(yīng)馬達(dá)22被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，編碼器23會(huì)產(chǎn)生一連串的脈波信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)橫向動(dòng)作控制機(jī)構(gòu)3啟動(dòng)。變頻器21根據(jù)橫向動(dòng)作控制機(jī)構(gòu)3提供外部模擬電壓輸入，以驅(qū)動(dòng)卷繞機(jī)構(gòu)1的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行卷繞旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。
變頻器21的啟動(dòng)方式，可通過(guò)選擇伺服驅(qū)動(dòng)器32數(shù)字輸出端子VFD_CTRL與SRDY輸出至變頻器21的外部端子來(lái)啟動(dòng)(由M0，M1)，或是由有線通訊啟動(dòng)。變頻器21的轉(zhuǎn)頻命令是由伺服驅(qū)動(dòng)器32提供外部模擬電壓輸入。
橫向動(dòng)作控制機(jī)構(gòu)3包括伺服馬達(dá)31，及驅(qū)動(dòng)伺服馬達(dá)31的伺服驅(qū)動(dòng)器32。在伺服驅(qū)動(dòng)器32內(nèi)部設(shè)有卷繞命令處理單元33。伺服馬達(dá)31連結(jié)卷繞機(jī)構(gòu)1的橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，伺服驅(qū)動(dòng)器32的輸出端連結(jié)伺服馬達(dá)31為驅(qū)動(dòng)控制輸出，該輸入端則接受外部輸入的功能信號(hào)，這些信號(hào)除了包括啟動(dòng)WSTART(DI)、停止WSTOP(DI)及感測(cè)信號(hào)WSENSOR(DI)等信號(hào)外，還包括編碼器23輸出脈波信號(hào)(PULSE)的脈波命令，以及V_REF模擬速度命令輸入電位計(jì)4的厚度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)等。這些信號(hào)配合內(nèi)建于卷繞命令處理單元33的軟件程序執(zhí)行計(jì)算，以產(chǎn)生伺服馬達(dá)的脈波命令。驅(qū)動(dòng)伺服馬達(dá)31以正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)卷繞機(jī)構(gòu)1的橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行橫向動(dòng)作，導(dǎo)引線材往返于卷筒兩端間而卷繞。
卷繞命令處理單元33包括接收電位計(jì)4輸出的電壓電位模擬信號(hào)的信號(hào)轉(zhuǎn)換器34。信號(hào)轉(zhuǎn)換器34將電壓電位信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，通過(guò)第一低通濾波器35后輸出至卷繞控制器36。卷繞命令處理單元33還包括接收來(lái)自編碼器23的脈波信號(hào)的脈波型選擇器37，脈波型選擇器37接收的脈波信號(hào)通過(guò)連接的計(jì)數(shù)器38計(jì)數(shù)處理后，輸出至卷繞控制器36，卷繞控制器36配合內(nèi)部的軟件程序，以及設(shè)定的參數(shù)、電位計(jì)4所輸入的電壓電位模擬信號(hào)與編碼器23的脈波信號(hào)，以計(jì)算伺服馬達(dá)31的脈波命令，利用命令選擇開(kāi)關(guān)39的輸出控制，通過(guò)第二低通濾波器30輸入至伺服驅(qū)動(dòng)器32。
電位計(jì)4連接于卷繞機(jī)構(gòu)1并檢測(cè)卷繞厚度，以及輸出檢測(cè)結(jié)果的電壓信號(hào)作為伺服驅(qū)動(dòng)器32的一個(gè)輸入信號(hào)，以計(jì)算卷繞角度與卷繞過(guò)程中的線速度控制。當(dāng)然，若卷繞形式在卷繞過(guò)程成中無(wú)角度的設(shè)定與線速度控制的功能，可選擇不安裝電位計(jì)4，即取消該功能設(shè)定。
上位控制器5利用傳輸接口，如RS232或RS485連接旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)2及橫向動(dòng)作控制機(jī)構(gòu)3，上位控制器5可為一部人機(jī)接口，以進(jìn)行設(shè)定控制參數(shù)和目標(biāo)、顯示控制結(jié)果及協(xié)調(diào)該裝置各環(huán)節(jié)的動(dòng)作順序等功能運(yùn)作。
上述本發(fā)明的裝置還包括原點(diǎn)檢測(cè)器及斷線檢測(cè)器(圖中未繪示)。該原點(diǎn)檢測(cè)器用以檢測(cè)卷繞原點(diǎn)。斷線檢測(cè)器則用以檢測(cè)卷繞線材是否斷線，并在斷線時(shí)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以使卷繞機(jī)構(gòu)1自動(dòng)停機(jī)。上述原點(diǎn)檢測(cè)器及斷線檢測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)WSENSOR(DI)，還可輸出作為伺服驅(qū)動(dòng)器32的一個(gè)輸入信號(hào)。此外，若不使用斷線檢測(cè)功能，還可選擇不安裝斷線檢測(cè)器，即取消相對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸入設(shè)定。
圖4、5和6所示分別為本發(fā)明根據(jù)前述實(shí)施例的具有高速卷繞功能的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)架構(gòu)，以進(jìn)行高速進(jìn)行卷繞并由參數(shù)設(shè)定規(guī)劃卷繞形式與線速度控制的卷繞伺服控制方法的流程圖與操作時(shí)序圖。如圖所示，本發(fā)明的具有高速卷繞功能的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)的控制方法包括以下控制步驟參數(shù)設(shè)定步驟，如流程步驟600所示，依據(jù)卷繞形式需求，輸入功能參數(shù)設(shè)定；初始化原點(diǎn)復(fù)位步驟，如流程步驟602所示，由伺服驅(qū)動(dòng)器接受外部啟動(dòng)信號(hào)(WSTART)，配合原點(diǎn)檢測(cè)器檢測(cè)卷繞原點(diǎn)，在執(zhí)行卷繞原點(diǎn)復(fù)位后，執(zhí)行卷繞功能；卷繞厚度計(jì)算步驟，如流程步驟604所示，由伺服驅(qū)動(dòng)器32讀取電位計(jì)4的厚度檢測(cè)電壓信號(hào)，以計(jì)算卷繞厚度及卷繞過(guò)程中的線速度控制；
卷繞機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作控制步驟，如流程步驟606所示，由伺服驅(qū)動(dòng)器32依據(jù)上述參數(shù)設(shè)定、卷繞厚度計(jì)算結(jié)果及線速度命令計(jì)算轉(zhuǎn)頻命令，并將轉(zhuǎn)速命令模擬輸出MON2輸出至變頻器21的AVI模擬輸入端子，由變頻器21控制感應(yīng)馬達(dá)22驅(qū)動(dòng)卷繞機(jī)構(gòu)1的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行旋轉(zhuǎn)卷繞動(dòng)作；卷繞機(jī)構(gòu)的橫向動(dòng)作控制步驟，如流程步驟608所示，由編碼器23隨感應(yīng)馬達(dá)22的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作，產(chǎn)生一連串脈波信號(hào)，并輸出至卷繞命令處理單元33。卷繞命令處理單元33配合上述卷繞參數(shù)設(shè)定、斷線檢測(cè)器輸出的感測(cè)信號(hào)WSENSOR(DI)、電位計(jì)輸出的厚度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)V_REF，以進(jìn)行卷繞定位控制與伺服馬達(dá)31的脈波命令計(jì)算，根據(jù)計(jì)算的脈波命令輸出，控制伺服馬達(dá)31產(chǎn)生正反轉(zhuǎn)動(dòng)作，以帶動(dòng)卷繞機(jī)構(gòu)1驅(qū)動(dòng)使卷繞厚度平均的橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)回往返于卷筒的兩端間，并配合電位計(jì)4的厚度檢測(cè)信號(hào)，隨厚度變化控制變頻器21的轉(zhuǎn)速以維持固定線速度的卷繞動(dòng)作；卷繞停止步驟，如流程步驟610所示，由伺服驅(qū)動(dòng)器32接收外部關(guān)閉信號(hào)(WSTOP)，控制旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)2及橫向動(dòng)作控制機(jī)構(gòu)3停止動(dòng)作。
上述具有卷繞功能的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)的控制方法的實(shí)施例，主要是提供兩段卷繞線速度命令設(shè)定，其卷繞厚度與轉(zhuǎn)頻命令的關(guān)系如圖7所示，其中，WSPD為第一段卷繞線速度命令，WSD2為第二段卷繞線速度命令，WTHK為卷繞停止厚度，WTH2為切換厚度。當(dāng)卷繞開(kāi)始時(shí)，卷繞線速度以第一段卷繞線速度命令開(kāi)始卷繞，當(dāng)卷繞厚度達(dá)到WTH2時(shí)，轉(zhuǎn)頻命令切換到WSD2曲線的第二段卷繞線速度命令；若使用者欲關(guān)閉第二段卷繞線速度命令時(shí)，則僅需將WTH2數(shù)值設(shè)定為與WTHK相同的值，即可在達(dá)到設(shè)定卷繞厚度后停止卷繞。另一個(gè)線速度控制功能為，當(dāng)卷繞厚度小于WTH2切換厚度時(shí)，變頻器提供相同的轉(zhuǎn)頻命令，該轉(zhuǎn)頻命令為第二段卷繞線速度命令在切換厚度所對(duì)應(yīng)的頻率數(shù)值，當(dāng)卷繞厚度大于切換厚度時(shí)，轉(zhuǎn)頻命令才隨著厚度增大而減少。功能提供在卷繞厚度小于切換厚度時(shí)，線速度隨著厚度增加而增加，當(dāng)卷繞厚度大于切換厚度時(shí)，線速度將會(huì)維持固定。
此外，上述轉(zhuǎn)頻命令主要由線速度命令計(jì)算而得，該計(jì)算主要以旋轉(zhuǎn)軸的最大操作頻率(Hz)或轉(zhuǎn)速(rpm)來(lái)設(shè)置，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸使用變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)，最大操作頻率和馬達(dá)極數(shù)、旋轉(zhuǎn)軸直徑設(shè)定之間的關(guān)系及最大可操作頻率，可由公式(1)計(jì)算而得。當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸使用伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)時(shí)，最大轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)軸直徑設(shè)定之間的關(guān)系及最大可達(dá)轉(zhuǎn)速可由公式(2)計(jì)算而得。
公式(1)Hz(max)=LSPD×WRMPD×K1]]>公式(2)rpm(max)=LSPDD×K2]]>其中LSPD為卷繞線速度命令(單位m/min)WRMP為轉(zhuǎn)動(dòng)軸感應(yīng)馬達(dá)極數(shù)(單位pole)D為卷筒卷繞直徑(單位mm)K1為常數(shù)2.6526K2為常數(shù)318.3099根據(jù)上述線速度的計(jì)算與控制改變旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。當(dāng)轉(zhuǎn)軸卷繞厚度越厚時(shí)，控制變頻器21轉(zhuǎn)速會(huì)降低，以維持線材相同的線拉力與固定的線速度卷繞動(dòng)作。
上述線速度控制步驟主要根據(jù)卷線厚度來(lái)進(jìn)行計(jì)算，其方法步驟如圖8所示。首先由伺服驅(qū)動(dòng)器32讀取電位計(jì)4的厚度檢測(cè)電壓信號(hào)電位，如流程步驟700所示。根據(jù)參數(shù)厚度電壓電位轉(zhuǎn)換比計(jì)算卷繞厚度，如流程步驟702所示。再根據(jù)線速度控制公式計(jì)算轉(zhuǎn)軸命令輸出，如流程步驟704所示。
此外，上述根據(jù)參數(shù)命令進(jìn)行的卷繞定位控制，其方法步驟如圖9所示，包括根據(jù)參數(shù)收邊角度與卷繞厚度計(jì)算收邊長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)的收邊脈波數(shù)，如流程步驟800所示，接著，根據(jù)編碼器23輸入脈波計(jì)算橫向動(dòng)作機(jī)構(gòu)的等速脈波增加量，如流程步驟802所示，再根據(jù)參數(shù)跳躍速度比例與等速脈波增量數(shù)的乘積計(jì)算折返點(diǎn)的跳躍脈波增量數(shù)，如流程步驟804所示。接著，產(chǎn)生不規(guī)則脈波增量數(shù)，如流程步驟806所示，然后，卷繞控制器36根據(jù)上述脈波增量數(shù)產(chǎn)生實(shí)際脈波命令，如流程步驟808所示，最后，根據(jù)實(shí)際脈波命令與機(jī)構(gòu)等效齒輪比公式(公式3)計(jì)算伺服馬達(dá)31的脈波命令而輸出控制，如流程步驟810。
公式3gear_mech=WLNGcross×WREP×WSMD×K3]]>其中WLNG卷繞最大行程(單位mm)；cross為卷繞比；WREP為轉(zhuǎn)動(dòng)軸編碼器輸出解析(單位pulse/rev)；WSMD為水平軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直徑(單位mm)；K3為常數(shù)3184.71本發(fā)明的具有高速卷繞功能的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)及其控制方法，應(yīng)用參數(shù)設(shè)定可規(guī)劃多樣變化的卷繞形式，所使用的參數(shù)功能應(yīng)用請(qǐng)參閱圖10-13所示，包括驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)顯示(STS)，包含電位計(jì)電壓；卷繞線速度命令(m/min)；卷繞厚度(mm)；卷繞狀態(tài)，如卷繞功能啟動(dòng)或停止、斷線檢測(cè)狀態(tài)、卷繞完成停止條件及參數(shù)設(shè)定狀態(tài)，檢查實(shí)際卷繞長(zhǎng)度的相對(duì)應(yīng)關(guān)系。
差繞長(zhǎng)度(WFDL)，如圖10所示指在往復(fù)行程A-B中，AC與DB段為差繞長(zhǎng)度。在A-B往復(fù)的過(guò)程中，并不是每次往復(fù)都由A至B，或由B至A。實(shí)際往復(fù)的行程為A至D，D至C，C至B，再由B至A依序循環(huán)。主要解決卷繞過(guò)程中兩邊會(huì)有凸起的現(xiàn)象。
跳躍速度比例(WJSR)，如圖10所示提高折返點(diǎn)的移動(dòng)速度。跳躍速度為跳躍速度比例和移動(dòng)速度的乘積。當(dāng)差繞長(zhǎng)度開(kāi)啟時(shí)，此參數(shù)功能才有作用。
收邊角度(WTH1；WTH2)收線時(shí)所形成的夾角。
卷繞比(WCRI；WCRD)；伺服馬達(dá)由左至右的一個(gè)行程，感應(yīng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)。還表示伺服馬達(dá)31來(lái)回一次時(shí)，線材在卷筒上的交錯(cuò)次數(shù)。
卷繞最大行程(WLNG)指往復(fù)行程A-B的行程。
差動(dòng)空程比例(WPER)如在差繞過(guò)程中有80％的過(guò)程是屬于差繞行程，其余行程皆為A至B，或B至A。主要是解決卷繞過(guò)程中卷繞面有不平整的現(xiàn)象。當(dāng)差繞長(zhǎng)度開(kāi)啟時(shí)，此參數(shù)功能才有作用。
第一段卷繞線速度(WSPD)。
卷繞停止厚度(WTHK)卷繞厚度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，卷繞停止。
卷繞停止行程(WSSK)卷繞行程小于設(shè)定值時(shí)，卷繞停止。
卷繞停止圈數(shù)(WSLL)卷繞圈數(shù)大于設(shè)定值時(shí)，卷繞停止。
線徑(WWDL)線材直徑。
原點(diǎn)檢測(cè)器與卷筒端點(diǎn)距離(WOS1)，如圖12所示。
卷筒端點(diǎn)與卷線起始點(diǎn)距離(WOS2)。
卷筒長(zhǎng)度(WOS3)。
卷繞位移速度(WPOV)設(shè)定專用機(jī)由原點(diǎn)檢測(cè)器移動(dòng)至卷繞起始點(diǎn)的位移速度。
厚度電壓轉(zhuǎn)換比(WTVR)設(shè)定卷線厚度與電位計(jì)電壓的對(duì)應(yīng)值，用于換算卷繞厚度。
電位計(jì)最大輸出電壓(WPMV)。
水平軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直徑(WSMD)。
旋轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直徑(WRMD)。
旋轉(zhuǎn)軸編碼器輸出解析(WREP)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，編碼器的A相與B相輸出的脈波數(shù)。
旋轉(zhuǎn)軸馬達(dá)極數(shù)(WRMP)當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸使用感應(yīng)馬達(dá)時(shí)，必需設(shè)定極數(shù)數(shù)值；若使用伺服驅(qū)動(dòng)器時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸馬達(dá)極數(shù)設(shè)為1。
旋轉(zhuǎn)軸最高操作頻率或轉(zhuǎn)速(WRHS)。
卷繞模式(WMOD)。
電位計(jì)模擬電位平滑常數(shù)(WLPF)低通平滑濾波。
第二段卷繞線速度命令(WSD2)。
切換厚度(WTH2)當(dāng)卷繞厚度到達(dá)切換厚度設(shè)定，則卷繞線速度切換至第二卷繞線速度命令(WSD2)。
卷繞特殊參數(shù)寫(xiě)入(WFUN)包括(1)電位計(jì)零厚度校正，執(zhí)行此功能時(shí)，調(diào)整卷繞厚度為0mm。(2)電位計(jì)斜率校正(調(diào)整厚度電壓轉(zhuǎn)換比)，如圖13所示，其計(jì)算公式如公式4公式4 由于本發(fā)明的具有高速卷繞功能的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)及其控制方法，是以伺服驅(qū)動(dòng)器32現(xiàn)有的功能搭配內(nèi)建于伺服驅(qū)動(dòng)器32的具有專用功能的卷繞命令處理單元33及其軟件程序，以參數(shù)設(shè)定及軟件程序計(jì)算實(shí)現(xiàn)卷繞的控制方式，簡(jiǎn)化了復(fù)雜的硬件設(shè)計(jì)方式，在進(jìn)行高速的卷繞時(shí)，運(yùn)動(dòng)命令不會(huì)有延遲傳遞的情況，而現(xiàn)有的一般控制器由驅(qū)動(dòng)器外部給定信號(hào)來(lái)控制，而給定信號(hào)(脈波列)有輸入頻率的限制。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的成本也較為低廉。
同時(shí)，功能軟件程序在位置控制的模式下，關(guān)于長(zhǎng)度參數(shù)及卷繞形式設(shè)計(jì)的設(shè)定，是直接通過(guò)參數(shù)的設(shè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不需要通過(guò)機(jī)構(gòu)的修改或變更機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，或任何調(diào)整修正，并根據(jù)這些參數(shù)設(shè)定提供了線速度控制。
上述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用來(lái)限定本發(fā)明實(shí)施范圍。即凡根據(jù)本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆為本發(fā)明專利范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種具有高速卷繞功能的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)，應(yīng)用于線材卷繞控制的伺服驅(qū)動(dòng)控制裝置，包括至少一個(gè)卷繞機(jī)構(gòu)；控制所述卷繞機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)；控制所述卷繞機(jī)構(gòu)進(jìn)行水平往復(fù)動(dòng)作的橫向動(dòng)作控制機(jī)構(gòu)；原點(diǎn)檢測(cè)器，用以檢測(cè)卷繞原點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)，其中，所述專用機(jī)還包括電位計(jì)，所述電位計(jì)與所述卷繞機(jī)構(gòu)連接，以檢測(cè)卷繞厚度，并輸出檢測(cè)結(jié)果電壓信號(hào)作為伺服驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)輸入信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)，其中，所述旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)包括感應(yīng)馬達(dá)；設(shè)于所述感應(yīng)馬達(dá)上的編碼器；及，驅(qū)動(dòng)所述感應(yīng)馬達(dá)動(dòng)作的變頻器。
4.如權(quán)利要求1所述的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)，其中，所述橫向動(dòng)作控制機(jī)構(gòu)包括伺服馬達(dá)；及，驅(qū)動(dòng)所述伺服馬達(dá)的伺服驅(qū)動(dòng)器。
5.如權(quán)利要求4所述的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)，其中，所述伺服驅(qū)動(dòng)器還包括卷繞命令處理單元及內(nèi)建于所述卷繞命令處理單元的軟件程序，以設(shè)定、計(jì)算功能參數(shù)輸出控制命令。
6.如權(quán)利要求5所述的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)，其中，所述卷繞命令處理單元包括信號(hào)轉(zhuǎn)換器，接收電位計(jì)輸出的電壓電位模擬信號(hào)；第一低通濾波器，與信號(hào)轉(zhuǎn)換器連接，以輸出經(jīng)過(guò)濾波轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)字信號(hào)；脈波型式選擇器，接收來(lái)自編碼器的脈波信號(hào)；計(jì)數(shù)器，與所述卷繞控制器連接，并輸出經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)處理的信號(hào)；卷繞控制器，與所述第一低通濾波器及所述計(jì)數(shù)器的輸出端連接，以接收信號(hào)并進(jìn)行軟件程序計(jì)算，所述卷繞控制器通過(guò)設(shè)置于其內(nèi)部的軟件程序，以及設(shè)定的參數(shù)、電位計(jì)所輸出的電壓電位模擬信號(hào)與編碼器輸出的一連串脈波信號(hào)，計(jì)算伺服馬達(dá)的脈波命令；命令選擇開(kāi)關(guān)，選擇性地切換與所述卷繞控制器連接，以輸出脈波命令；及，第二低通濾波器，與所述命令選擇開(kāi)關(guān)連接。
7.如權(quán)利要求1所述的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)，其中，所述專用機(jī)還包括上位控制器，利用RS232或RS485傳輸接口，連接所述旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)及所述橫向動(dòng)作控制機(jī)構(gòu)，以設(shè)定控制參數(shù)和目標(biāo)、顯示控制結(jié)果及協(xié)調(diào)所述裝置各環(huán)節(jié)的動(dòng)作順序等功能動(dòng)作。
8.如權(quán)利要求1所述的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)，其中，所述專用機(jī)還包括斷線檢測(cè)器，用以檢測(cè)卷繞線材是否斷線，所述斷線檢測(cè)器產(chǎn)生的一個(gè)信號(hào)作為所述伺服驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)輸入信號(hào)。
9.一種具有高速卷繞功能的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)控制方法，包括參數(shù)設(shè)定步驟，依據(jù)卷繞形式需求，輸入功能參數(shù)設(shè)定；初始化原點(diǎn)復(fù)位步驟，由伺服驅(qū)動(dòng)器接收外部啟動(dòng)信號(hào)，在執(zhí)行卷繞原點(diǎn)復(fù)位后執(zhí)行卷繞功能；卷繞厚度計(jì)算步驟，由所述伺服驅(qū)動(dòng)器讀取電位計(jì)檢測(cè)厚度而輸出的電壓電位模擬信號(hào)，計(jì)算卷繞厚度及卷繞過(guò)程中的線速度控制；卷繞機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作控制步驟，由所述伺服驅(qū)動(dòng)器依據(jù)所述參數(shù)設(shè)定、卷繞厚度的計(jì)算結(jié)果及線速度命令計(jì)算轉(zhuǎn)頻命令，以輸出至旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)的變頻器，由所述變頻器控制感應(yīng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)卷繞機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作；卷繞機(jī)構(gòu)的橫向動(dòng)作控制步驟，感應(yīng)所述馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)編碼器產(chǎn)生一連串脈波信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)卷繞命令處理單元依據(jù)所述卷繞參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行卷繞定位控制與伺服馬達(dá)脈波命令計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果輸出信號(hào)來(lái)控制所述伺服馬達(dá)產(chǎn)生正、反轉(zhuǎn)動(dòng)作，從而帶動(dòng)所述卷繞機(jī)構(gòu)來(lái)回往返于卷筒的兩個(gè)端間；其中，當(dāng)卷繞到達(dá)停止條件時(shí)，所述專用機(jī)自動(dòng)停止卷繞動(dòng)作，或者在卷繞過(guò)程中，所述伺服驅(qū)動(dòng)器接收到外部關(guān)閉信號(hào)時(shí)，停止卷繞動(dòng)作。
10.如權(quán)利要求9所述的控制方法，還包括設(shè)定兩段卷繞線速度命令，在卷繞開(kāi)始時(shí)，卷繞線速度以第一段卷繞線速度命令開(kāi)始卷繞，卷繞厚度達(dá)到切換厚度時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)頻命令切換到第二段卷繞線速度命令執(zhí)行卷繞動(dòng)作。
11.如權(quán)利要求10所述的控制方法，還包括利用將切換厚度數(shù)值設(shè)定成與卷繞停止厚度相同來(lái)關(guān)閉所述第二段卷繞線速度命令，在卷繞線速度以第一段卷繞線速度命令開(kāi)始卷繞并達(dá)到設(shè)定卷繞厚度后停止卷繞。
12.如權(quán)利要求9所述的控制方法，還包括利用線速度計(jì)算與控制，以改變旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，并在轉(zhuǎn)軸卷繞厚度越厚時(shí)，控制變頻器轉(zhuǎn)速降低以維持線材相同的線拉力與固定的線速度卷繞動(dòng)作。
13.如權(quán)利要求12所述的控制方法，其中，所述線速度計(jì)算使用所述變頻器驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸時(shí)的最大操作頻率是由卷繞線速度命令、轉(zhuǎn)動(dòng)軸感應(yīng)馬達(dá)極數(shù)以及卷筒卷繞直徑數(shù)設(shè)定與一常數(shù)之間的關(guān)系計(jì)算而得到的值。
14.如權(quán)利要求12所述的控制方法，其中，所述線速度計(jì)算使用伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸時(shí)的最大可達(dá)轉(zhuǎn)速是由卷繞線速度命令、卷筒卷繞直徑數(shù)設(shè)定和一常數(shù)之間的關(guān)系計(jì)算所得到的值。
15.如權(quán)利要求9所述的控制方法，其中，所述線速度控制步驟主要根據(jù)卷線厚度來(lái)進(jìn)行計(jì)算，其方法還包括由所述伺服驅(qū)動(dòng)器讀取所述電位計(jì)的厚度檢測(cè)輸出的電壓電位模擬信號(hào)；根據(jù)參數(shù)厚度的電壓電位模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換比計(jì)算卷繞厚度；根據(jù)線速度控制公式計(jì)算轉(zhuǎn)頻命令并輸出。
16.如權(quán)利要求9所述的控制方法，其中，所述根據(jù)參數(shù)命令進(jìn)行的卷繞定位控制包括如下步驟根據(jù)參數(shù)收邊角度與卷繞厚度計(jì)算收邊長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)的收邊脈波數(shù)；根據(jù)編碼器輸入脈波計(jì)算橫向動(dòng)作機(jī)構(gòu)等速脈波增加量；根據(jù)參數(shù)跳躍速度比例與所述等速脈波增量數(shù)的乘積計(jì)算折返點(diǎn)的跳躍脈波增量數(shù)；產(chǎn)生不規(guī)則脈波增量數(shù)；卷繞控制器根據(jù)所述脈波增量數(shù)產(chǎn)生實(shí)際脈波命令；根據(jù)實(shí)際脈波命令與機(jī)構(gòu)等效齒輪比公式計(jì)算伺服馬達(dá)的脈波命令并輸出控制。
17.如權(quán)利要求16所述的控制方法，其中，所述根據(jù)實(shí)際脈波命令與機(jī)構(gòu)等效齒輪比公式計(jì)算的脈波命令是系由卷繞最大行程、卷繞比、轉(zhuǎn)動(dòng)軸編碼器輸出解析、水平軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直徑及一常數(shù)之間的關(guān)而計(jì)算出的值。
全文摘要
一種具有高速卷繞功能的伺服驅(qū)動(dòng)專用機(jī)，是應(yīng)用于線材卷繞控制的伺服驅(qū)動(dòng)裝置及其方法，包括有卷繞機(jī)構(gòu)，控制卷繞機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)，控制卷繞機(jī)構(gòu)橫向動(dòng)作的橫向動(dòng)作控制機(jī)構(gòu)，電位計(jì)及上位控制器。利用橫向動(dòng)作控制機(jī)構(gòu)的伺服驅(qū)動(dòng)器及其內(nèi)部的卷繞命令處理單元，由卷繞參數(shù)設(shè)定及外部輸入的啟動(dòng)信號(hào)，配合電位計(jì)卷繞厚度檢測(cè)信號(hào)電位，計(jì)算變頻器的轉(zhuǎn)頻命令，以啟動(dòng)感應(yīng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)卷繞機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作，并由感應(yīng)馬達(dá)連結(jié)的編碼器產(chǎn)生脈波信號(hào)輸出，由卷繞命令處理單元計(jì)算伺服馬達(dá)的脈波命令輸出，驅(qū)動(dòng)伺服馬達(dá)帶動(dòng)卷繞機(jī)構(gòu)橫向動(dòng)作，導(dǎo)引線材往返于卷筒的兩個(gè)端而卷繞。
文檔編號(hào)G05D27/00GK1978300SQ20051012581
公開(kāi)日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2005年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月30日
發(fā)明者鄭宗信 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司