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3. 内置电子凸轮的智能伺服系统的枕式包装解决方案

　　下面以图2所示的三轴伺服枕式包装机控制系统为例对系统各部分进行说明，该枕式包装机横向封切方式为热封冷切，即先进行热封，再进行横切。系统也能方便地通过设置，兼容常见的热封热切工艺。设备运行过程中，横封横切刀的运行速度保持匀速(以下简称主动轴)，送膜轴(以下简称从动轴)的速度以凸轮关系运行，并引入色标补偿。凸轮的功能是并保证在横封和横切时，送膜轴的运动和横封刀以及横切刀的在切割点的运动保持严格同步。送料轴以送膜轴的实际运动速度和位置，与之保持严格同步。切刀近点传感器信号的引入是应某枕式包装机制造商的要求而设置的，目的是为了防止色标信号的误检测。此功能也可以不用引入传感器信号，而在系统内部以软件的方式实现。

　　3.1 工艺流程

　　包装物经过送料机构被送进包装膜内，先完成纵封作业;之后装物在纵封后的包装膜内继续前进，进入横封横切工艺，完成进行横封和横切，终成为成品。

　　3.2系统框图

　　如图3所示系统共有三个伺服轴，由一台双轴iDrive智能伺服和一台单轴智能伺服以RS485总线方式实现联网控制，由双轴iDrive作为主控制器。双轴iDrive内置的两个伺服驱动模块分别用于控制横封(横切)刀轴和送膜轴，单轴iDrive控制送料轴。其中从动轴(即送膜轴)以设定的电子凸轮跟随主动轴(横封横切轴)运动，保证横封横切的严格同步，同时从动轴根据由色标信号检测得到的位置补偿信号对从动轴进行位置补偿，送料轴则根据从动轴的实际位置与之保持完全同步跟随运动。I/O信号中的切刀信号和色标信号直接连接到双轴iDrive的I/O接口中。Jog运动模式的控制信号也接入双轴iDrive的I/O口，包括用于调试的从动轴的向前运动和向后运动两个运动方式控制开关。图4显示了伺服系统的接口以及主动轴和从动轴的分配。

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　　图3. 控制回路示意图

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　　图 4. 双轴iDrive主动/从动轴设置

　　3.3 系统设定以及电子凸轮

　　1) 图5、图6和图7显示了本系统的调试界面，此调试界面主要提供给机器制造商使用，参数的调试可以在PC上实现，也可以在通用的HMI上完成，也可以根据客户的具体要求来进行软件定制。

　　图5. iPack2000参数设置界面

　　图6. iPack2000电子凸轮计算(凸轮位置曲线)

　　图7. iPack2000电子凸轮计算(凸轮速度曲线)

　　图6和图7显示了iPack2000电子凸轮的计算，图6显示的是主动轴位置和从动轴位置值的对比曲线，其中横坐标是主动轴位置值，纵坐标是从动轴的位置值。图7显示的是在一个包装区间内从动轴的速度曲线，从中可以看出有两个速度同步区，分别是横封同步区和横切同步区。对于常见的热封热切工艺，则只需要设置一个同步区即可。

　　3.4 色标补偿量的计算

　　l 补偿量计算

　　补偿量的计算主要依靠色标信号和切刀近点信号，如图8所示。补偿测量值为 L=L1+L2/2，即补偿测量值为切刀近点信号到色标信号之间的电机编码器脉冲数加上色标宽度的一半。

　　取得补偿测量值以后，系统再进行净补偿值的计算，其方法是：

　　净补偿值=补偿标准值-补偿测量值;

　　l 补偿区域

　　得到净补偿值以后就需要对从动轴的运动速度进行补偿，为了保证横封横切时包装物输送速度的平稳性，需要避开主动轴和从动轴的同步区域进行补偿工作。补偿区域的设置如图9所示。

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　　图 8. 补偿量计算和补偿点选择说明

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　　图 9. 补偿区域说明

　　3.5 采用切刀近点信号或软件方法避免误色标信号误检测

　　从上面的系统工作流程中可以看出，系统将不断检测色标，并根据检测到的误差，对送膜轴的运行进行补偿，确保横封横切的位置准确。但包装膜上也有可能存在污染或其他印刷图案，容易引起色标检测的误检测。为解决此问题，在系统中引入切刀近点信号，以此信号作为色标检测的起始信号，在此范围以外的区域将不进行色标信号的检测，如图10所示。

　　图10. 色标检测区域示意