基于軟件實現(xiàn)的計量位移在涂布壓合機構的研究與設計

郭智華 曾任仁

(1.福建林業(yè)職業(yè)技術學院,福建南平,353000;2.福建農(nóng)林大學交通學院,福建福州,350002)

基于軟件實現(xiàn)的計量位移在涂布壓合機構的研究與設計

郭智華1曾任仁2

(1.福建林業(yè)職業(yè)技術學院,福建南平,353000;2.福建農(nóng)林大學交通學院,福建福州,350002)

在上光機涂布壓合機構控制系統(tǒng)中,采用增量式光電旋轉編碼器對蝸桿旋轉的角度信息進行測量,通過軟件記錄電平狀態(tài)并進行辨向,分析了系統(tǒng)實現(xiàn)辨向細分和角位移的關鍵,采用軟件方法來實現(xiàn)對編碼器的辨向、位移測量,可消除硬件電路中存在的缺陷,達到了涂布量自動反饋的效果。

旋轉編碼器;辨向細分;軟件方式;精細涂布計量調節(jié)

在上光機涂布系統(tǒng)中,隨著涂層厚度的增加,厚度變動系數(shù)逐漸增大,從而對涂布的均勻性、穩(wěn)定性以及上光涂布表面平整性產(chǎn)生一定的影響。迄今為止,大部分廠家仍采用憑經(jīng)驗來目測涂布量并加以調整確定涂層厚度,不僅占用生產(chǎn)時間,又缺乏定量的科學標準,因此應該根據(jù)涂布的總進給量和上光復合機涂布壓合系統(tǒng)實際工作條件,合理地選用涂布量自動檢測反饋裝置。

國內(nèi)現(xiàn)有的回轉體回轉角度測量方法大多采用旋轉電位器作為傳感元件,旋轉電位器輸出的信號需經(jīng)過整形、濾波和放大處理后,再經(jīng)過 A/D模數(shù)轉換器轉換成數(shù)字量,進入計算機進行處理。上述系統(tǒng)結構十分復雜,可靠性差,傳感器易磨損,且測量過程存在著零點漂移、測量的準確度低、系統(tǒng)壽命短等問題[1-3]。本課題采用增量式光電旋轉編碼器對蝸桿旋轉的角度信息進行測量,采用軟件來實現(xiàn)對編碼器的辨向、位移測量[4],可消除硬件電路中存在的一些缺陷,從而使UVSG950環(huán)保節(jié)能型上光機更加適用于紙張印刷品、紙板等上光,使其表面光澤,色澤艷麗。

1 設計要求和總體方案

該涂布厚度檢測反饋系統(tǒng)要完成的主要功能有:通過檢測元件測量蝸桿旋轉的角度,并將測量的信號經(jīng)過處理發(fā)送到控制器,控制器根據(jù)接受到的信息,對信息作相應處理,并將最終的值送到顯示器顯示,完成對涂布輥和壓合輥間隙的顯示,以便操作人員及時了解當前涂布厚度。在該系統(tǒng)中,選用蝸桿蝸輪的回轉運動進行間接位移非接觸測量,其測量精度更高,信號采集易解決。

2 編碼器的工作原理及其選擇

光電旋轉編碼器是一種高精度的角位移傳感器。光電編碼器主要由光柵盤和光電檢測裝置組成。光電旋轉編碼器能將角度信息變成脈沖信號進行有線傳輸,利用光柵衍射原理實現(xiàn)位移-數(shù)字變換。放大成可驅動器件運動的脈沖信號,就能實現(xiàn)遠距離角度信息傳輸和采集[5]。

2.1 光電編碼器的信號采集檢測

對于光電編碼器的信號采集、檢測及正、反向判別等一般都是由硬件電路來完成的。但是采用硬件電路時往往會產(chǎn)生抖動現(xiàn)象,在速度較快的情況下,脈沖的波形直接影響可逆計數(shù)器的計數(shù)。鑒于硬件電路存在的一些不足,本課題采用軟件來實現(xiàn)對編碼器的辨向、位移測量,可消除硬件電路中存在的一些缺陷。

2.2 辨向細分電路及其工作原理

編碼器通過軟件記錄電平狀態(tài)并進行辨向,從而彌補硬件電路的較難解決的抖動等問題的不足;另外,通過在軟件中設置參數(shù)值,解決了光電編碼器速度較快、脈沖變形的問題。辨向細分電路對旋轉編碼器的輸出信號進行解碼,得到主軸的旋轉方向和角度。

其具體的思路是通過簡單的電平采樣口對旋轉編碼器輸出的A、B兩相信號進行采樣,將計脈沖方法改為計A、B兩相電平變化的方法,這樣每一周期計得 A、B相電平變化各 2次,即達 4倍細分。如圖1所示。

圖1 方法原理示意圖

單片機對 A、B相電平分別采樣 2次,采樣點X1,X2,即A1=1,B1=1,A2=0,B2=1,由采樣值可知,A相電平發(fā)生變化而 B相電平未發(fā)生變化,且 A1=B2,說明 A相超前 B相,為正向;同理,根據(jù)采樣值得知,B相電平發(fā)生變化而A相電平未發(fā)生變化,且 B1=A2,則為反向。這樣實現(xiàn)了辨向[6]。

3 實現(xiàn)編碼器位移測量的軟件模塊

上述分主程序和定時中斷程序,主程序主要是位移計算、輸出顯示和串行通訊;定時中斷處理程序是實現(xiàn)辨向細分和角位移的關鍵。下面對實現(xiàn)編碼器位移測量的軟件模塊進行介紹。

3.1 位移方向的判斷

切換速度的決定應取決于采樣周期與信號周期的關系,采用采樣 10次,而讀 A相脈沖值不變作為快慢速的臨界速度。若采樣 10次,A相計數(shù)值不變即為慢速標志而進入辨向細分。

3.2 位移脈沖的計算方法

在本設計中選取計數(shù)器對位移脈沖計數(shù)都是增計數(shù)方式,對實際位移是以變向時的計數(shù)值為基準值進行計算[7]的,即:

式中: △Ri——計數(shù)值增量;

Ri——當前計數(shù)器值;

Ri-1——前次變向時計數(shù)器值;

Ni——當前變向時脈沖累計值;

Ni-1——前次變向時脈沖累計值;

i——變向次數(shù)。

取 i=0,1,2,3……,則由檢測原理知:N0=0,R0=0。

可見,只要能保存前次變向時計數(shù)值 Ri-1及前次變向時脈沖累計值 Ni-1,再根據(jù)當前計數(shù)值 Ri,就可計算實際位移對應的當前脈沖累計值 Ni,進而得到位移值。

3.3 細分方法

本設計中采用計數(shù) A相的脈沖,再進行細分修正的方法。如圖2所示,設基準點為 X0(即位移起始點或變向點),檢測點在 X1,并設對 A相的計數(shù)是下沿有效,則若 X0和 X1檢測過程中累計計數(shù)值為N,那么實際的位移值為:

式中:△M——細分修正值;

S——周期位移。

圖2 細分修正原理圖

已知,脈沖分辨率 2000 p/r,蝸桿轉動 360°時,計量輥筒移動位移即對于編碼器,每發(fā)出一個脈沖,進給位移為 0.067/2000=0.0000335 mm,則周期位移 S=0.0000335 mm。

如圖2所示,從 X0(A0B0=11)到 X1(A1B1=00),雖然計數(shù)值是 N,但實際位移要到 X1′(A1′B1′=11)才達到 N個完整的周期。因此△M=-2,上式就是細分方法。

4 結 論

UVSG950環(huán)保節(jié)能型上光機在上光機涂布壓合機構控制系統(tǒng)中,采用增量式光電旋轉編碼器對蝸桿旋轉的角度信息進行測量,通過軟件記錄電平狀態(tài)并進行辨向,分析了系統(tǒng)實現(xiàn)辨向細分和角位移的關鍵。采用軟件方法來實現(xiàn)對編碼器的辨向、位移測量。可消除硬件電路中產(chǎn)生的抖動現(xiàn)象,達到了涂布量自動反饋的效果。該項目于 2008年 5月 10日通過了福建省科技廳組織的省級鑒定,專家們一致認為該上光機涂布壓合系統(tǒng)技術水平屬國內(nèi)領先。

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[6] 張九才.增量式編碼器抗抖性研究[J].自動化儀表,2005(10):38.

[7] 金建新.增量式光電脈沖編碼器的單片機計數(shù)器[J].元器件與應用,1999(20):27.

The Research and Design on the Key Technologies in the Agency of Coated Paper and Pressure in GlazingMachine of D istanceM easurement with the Encoder Based on SoftwareM ethods

GUO Zhi-hua1ZENG Ren-ren2
(1.Fujian Forestry Vocational&Technical College,Nanping,Fujian Province,353000;
2.Traffic College,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou,Fujian Province,350002)

UVSG950,the energy-saving polishing machine,using Incremental Optical Rotary Encoder to measure the rotary angle of the worm and the distance measurement based on software methods is presented.The synthetic status of the encoder is used to judge the direction,eliminate the jitter and handle the errors,thus eliminate hardware defects and,the system can make the thinkness of coated paper uniform automatic feedback.

Rotary Encoder;quadrature decode/emicel;sof tware methods;the elaborate measure in regulative device of coated paper

TS803

B

0254-508X(2010)10-0050-03

郭智華先生,副教授;主要研究方向:圖像處理、信號控制及工業(yè)設計。

(＊E-mail:bpy612@163.com)

2010-06-13(修改稿)

福建省科技廳重點資助項目 (編號 2005H004):UVSG950環(huán)保節(jié)能型上光機的研制。

(責任編輯:趙旸宇)