一種糾偏控制器的信號採集裝置的製作方法

2023-05-12 22:17:11

專利名稱：一種糾偏控制器的信號採集裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種信號檢測，特別涉及一種糾偏控制器的信號採集裝置。
背景技術：
糾偏控制器主要解決帶材對象跑偏問題，跑偏是指諸如紙張、塑料等可撓性帶材對象在運行中因受到不可控制力的作用而不能保持直線運行，使其中心線偏離基準中心線。在實際生產環節中，由於基準中心分為邊和線兩種情況，所以在糾偏系統中一般分為檢邊模式和檢線模式，檢邊模型如圖1所示，檢線模型如圖2所示。如果跑偏不加以糾正，就會影響產品質量、增加能源和原材料消耗。隨著生產的發展，自動糾偏技術所帶來的巨大的經濟效益已引起國內有關部門和單位的重視。糾偏控制器應用十分廣泛，目前國內外糾偏控制器應用的領域包括鋼鐵行業、輕金屬行業、銅工業、 印刷和裝訂行業、塑料和電影行業、橡膠化學行業、造紙業、纖維和紡織業。尤其是在包裝印染行業中，糾偏控制已必不可少。合適的邊導控制系統以及運動中的材料側向位置控制，是今天眾多生產製造的基本要求。雖然邊導控制系統只代表了生產線成本的很小部分，但它們對生產線的總成本和最終產品的質量有著重大的影響。採用邊導控制系統達到的直接效果是顯著的降低廢品、提高產品質量、提高整個機組的生產率和生產速度，而這些效果進一步提高了利潤。目前，將顏色傳感器用於糾偏控制器中的理論研究只有尹潔.凸型印刷系統中控制器的研製[D].上海上海大學，2007.碩士學位論文，作者選用的一種新型顏色傳感器——TCS230不僅具有線陣CCD解析度高、採集快速度快等優點，而且可以分辨出多種色彩，適用於不同顏色的卷材糾偏環境，有效的解決使用傳統光電傳感器的糾偏控制器不能對卷材按顏色的方式進行糾偏，。在論文設計糾偏控制器中關於傳感器信號採集裝置中，採用了一種三傳感器互補式設計，製作的PCB如圖3所示，U1、U2和U3三個傳感器成倒「品」字型排列，傳感器U3的加入主要是為了消除在實際電路板焊接時Ul、U2引腳距離的限制而在其中間產生的檢測盲區。根據論文設計所描述可得到如圖2所示的檢線模式下的工況模型。在實際工業製作時，Ul與U2兩個傳感器的相鄰焊盤的中心距至少為1. 4mm，那麼兩傳感器之間的檢測盲區L至少為1. 4mm。一般實際工業現場中糾偏控制器在檢線模式下，如圖2所示，其基準引導線的寬度在0. 5-2mm之間，而在基準引導線寬度d在d<l. 4mm的情況下，當基準引導線在 U1、U2檢測盲區內小範圍的位置變化不能引起U3檢測信號的可靠變化如圖2中a，b兩種情況下，基準引導線位置發生橫向大小為e的位移變化，但是由於對U3的覆蓋面積沒有發生變化，U3檢測信號強度不變。因此，此時糾偏控制器就在原來基礎上至少增加0. Imm的不可糾正的誤差e，e=L-d，在基準引導線L為0. 5mm的極限情況下，不可糾正誤差e=L_d將達到0. 9mm。而糾偏控制器是一個高精度裝置，一般的糾偏控制裝置在檢線模式下其糾偏精度至少要達到士0. 3mm，因此，這樣的一個盲區是不被允許的。

發明內容
本發明是針對糾偏控制器的傳感器採集裝置中存在的檢測盲區的問題，提出了一種糾偏控制器的信號採集裝置，只要基準引導線大於0. 5mm，則基準引導線在傳感器的檢測範圍內任意變動都能引起傳感器檢測信號的有效變化，實現了基準引導線在一定的寬度範圍內無盲區實時檢測。本發明的技術方案為一種糾偏控制器的信號採集裝置，高亮度LED燈發出的光通過第一凸透鏡直接聚焦至被測物體，被測物體上反射光，經過第二凸透鏡直線傳播到第三凸透鏡，第三凸透鏡的光聚焦到TCS230顏色傳感器，TCS230顏色傳感器接收到光信號送單片機，單片機處理數據輸出，所述TCS230顏色傳感器選用兩個TCS230顏色傳感器在PCB 板上上下放置，兩個TCS230顏色傳感器橫向部分位置重疊，橫向重疊的距離必須小於基準引導線的寬度。所述基準引導線的寬度在0. 5mm以上，所述重疊的距離可選0_0. 5mm範圍內。本發明的有益效果在於本發明糾偏控制器的信號採集裝置，有效消除糾偏控制器的檢測盲區，糾偏控制器無論是檢邊模式還是檢線模式的控制精度都能夠達到甚至高於目前工業現場要求。


圖1為被控對象檢邊模型圖； 圖2為被控對象檢線模型圖3為現有技術中TCS230倒「品」字型結構PCB圖； 圖4為本發明糾偏控制器的信號採集裝置兩傳感器互補交錯布局圖； 圖5為本發明糾偏控制器的信號採集裝置電路圖； 圖6為本發明糾偏控制器的信號採集裝置傳感器採集裝置光路圖。
具體實施例方式根據背景技術裡面所闡述，當糾偏控制器在檢線模式下所存在的不足提出使用兩傳感器的互補交錯布局方式，兩傳感器的PCB布局如圖4所示，兩傳感器的檢測區域在橫向上產生小範圍的重疊，橫向重疊距離e在0-0. 5mm範圍內。此時，只要基準引導線大於 0. 5mm，則基準引導線在傳感器的檢測範圍內任意變動都能引起傳感器檢測信號的有效變化，因此可以有效消除糾偏控制器的檢測盲區。如圖4所示，其中4 (a)為檢測對象的基準弓丨導線左偏，4(b)為檢測對象的基準引導線右偏，可以看出，無論檢測對象的基準引導線微小左偏還是右偏，都可以引起兩個傳感器檢測面積的顯著變化。本採集裝置採用獨立MCU進行信號採集與處理，通過串口可與控制器進行數據傳送，不增加主控制器的硬體資源開銷及系統運行負擔。本採集裝置的MCU採用的C8051F330單片機，採集系統的電路圖如圖5所示。圖6為傳感器信號採集裝置的光路圖，高亮度LED燈發出的光通過凸透鏡1直接聚焦至被測物體，當光照射至被測物體後，從物體上產生反射光，經過凸透鏡2直線傳播到凸透鏡3，凸透鏡3傳出的光直接聚焦到TCS230顏色傳感器上。TCS230顏色傳感器接收到光信號後輸出的頻率就會隨之發生變化，單片機對TCS230輸出頻率進行採集，並進行適當
4的判斷及數據處理就可以由單片機輸出。採集裝置為了儘量避免外界光源對採集裝置的影響，整個採集裝置密閉安裝。本設計優點在於不僅降低地了硬體資源開銷，還實現了基準引導線在一定的寬度範圍內無盲區實時檢測。將自行設計的採集裝置與主控制器和執行機構相連，進行實驗測試，實驗測試結果表明，在誤差率為16mm/s、卷材運行速度為4m/s且執行機構速度為24mm/s的條件下，當基準引導線在0. 5-2mm範圍，糾偏控制器無論是檢邊模式還是檢線模式的控制精度都能夠達到甚至高於目前工業現場要求。
權利要求
1.一種糾偏控制器的信號採集裝置，高亮度LED燈發出的光通過第一凸透鏡直接聚焦至被測物體，被測物體上反射光，經過第二凸透鏡直線傳播到第三凸透鏡，第三凸透鏡的光聚焦到TCS230顏色傳感器，TCS230顏色傳感器接收到光信號送單片機，單片機處理數據輸出，其特徵在於，所述TCS230顏色傳感器選用兩個TCS230顏色傳感器在PCB板上上下放置，兩個TCS230顏色傳感器橫向部分位置重疊，橫向重疊的距離小於基準引導線的寬度。
2.根據權利要求1所述糾偏控制器的信號採集裝置，其特徵在於，所述基準引導線的寬度在0. 5mm以上，所述重疊的距離可選0-0. 5mm範圍內。
全文摘要
本發明涉及一種糾偏控制器的信號採集裝置，高亮度LED燈發出的光通過第一凸透鏡直接聚焦至被測物體，被測物體上反射光，經過第二凸透鏡直線傳播到第三凸透鏡，第三凸透鏡的光聚焦到TCS230顏色傳感器，TCS230顏色傳感器接收到光信號送單片機，單片機處理數據輸出，所述TCS230顏色傳感器選用兩個TCS230顏色傳感器在PCB板上上下放置，兩個TCS230顏色傳感器橫向部分位置重疊，橫向重疊的距離必須小於基準引導線的寬度。有效消除糾偏控制器的檢測盲區，糾偏控制器無論是檢邊模式還是檢線模式的控制精度都能夠達到甚至高於目前工業現場要求。
文檔編號B65H23/188GK102514966SQ20111038384
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月28日 優先權日2011年11月28日
發明者張一丹, 徐耀良, 楊寧, 王博, 趙萬劍 申請人:上海電力學院