馬問(wèn)問(wèn)，何金龍，王 寬

（中國(guó)計(jì)量學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，浙江杭州 310018）

0 引言

在自動(dòng)化流水線上，例如:在冷軋帶鋼廠中，帶鋼在某些工藝如連續(xù)酸洗、退火、鍍錫等過(guò)程中易產(chǎn)生“跑偏”現(xiàn)象;在輕工、印刷、紡織等行業(yè)中，要進(jìn)行薄型物料（如塑料薄膜和紙張、布匹等可繞行帶材）的線位自動(dòng)探測(cè)和跟蹤。特別是自動(dòng)化競(jìng)爭(zhēng)激烈的產(chǎn)品生產(chǎn)行業(yè)中，在制造包裝產(chǎn)品時(shí)，只有將帶材準(zhǔn)確輸送到剪切點(diǎn)位才能將材料包裝剪切成規(guī)定的尺寸，以滿足后續(xù)的生產(chǎn)要求，同時(shí)減輕能源的不必要消耗。從較薄的塑料薄膜到較厚的鋼板，從較窄的卷材［1］到較寬的卷筒，無(wú)論是在放卷、收卷，還是在行進(jìn)過(guò)程糾偏中，卷材由于受到不可控制力的作用，會(huì)不可避免地產(chǎn)生幅寬中心偏離基準(zhǔn)中心線的現(xiàn)象，從而造成卷材的跑偏。卷材跑偏輕則造成對(duì)材料的浪費(fèi)，重則會(huì)毀壞傳送機(jī)構(gòu)。因此，需要對(duì)“跑偏”現(xiàn)象進(jìn)行糾正，使其沿著規(guī)定的中心線行走。本文使用步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用圖像傳感器的自動(dòng)跟蹤檢測(cè)設(shè)計(jì)一種自動(dòng)糾偏控制［2］系統(tǒng)。

1 海綿復(fù)卷跑偏原因分析

在實(shí)際生產(chǎn)中，導(dǎo)致偏差產(chǎn)生的因素有很多，主要原因有:

1）輥?zhàn)釉陂L(zhǎng)期運(yùn)送過(guò)程中會(huì)單邊磨損，形成錐形。錐形輥使海綿布張力分布不均勻就會(huì)跑偏，跑偏量與錐形大小有關(guān)系。

2）帶材斷面不均勻或兩邊厚薄不一，形成鐮刀彎狀。此類(lèi)帶材上的各點(diǎn)都趨向于棍子中心線成直角，運(yùn)送時(shí)就會(huì)產(chǎn)生跑偏。跑偏量與鐮刀彎的程度、帶材張力大小和2個(gè)運(yùn)送輥之間的距離有關(guān)。

3）2 個(gè)運(yùn)送輥軸向不平行，就會(huì)使帶材張力不均勻，但帶材總要和輥?zhàn)映芍苯勤厔?shì)就會(huì)產(chǎn)生跑偏，跑偏量與兩輥之間的間距和角度有關(guān)。

4）輥?zhàn)颖砻娲植诔潭炔痪凸怆娢恢脵z測(cè)傳感器的安裝誤差也會(huì)引起帶材跑偏。

2 海綿復(fù)卷糾偏控制原理圖

圖1為系統(tǒng)控制原理簡(jiǎn)圖。

圖1 海綿復(fù)卷糾偏控制原理簡(jiǎn)圖Fig 1 Principle diagram of sponge rewinding deviation correction control

通過(guò)位置傳感器［3，4］檢測(cè)出海綿布的邊緣位置，然后通過(guò)控制器計(jì)算出海綿布邊緣位置的偏移量，并判斷偏移量是否超過(guò)允許的正常偏移區(qū)域（盲區(qū)），如果偏移量超過(guò)允許的正常偏移區(qū)域，通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊使傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)使收放卷輥朝著與跑偏方向相反方向橫向運(yùn)動(dòng)，直至偏移量停留在允許的正常范圍之內(nèi)。

圖2所示為本系統(tǒng)所使用的一種光電檢測(cè)裝置［5］。

圖2 光電位置傳感器的邊緣位置檢測(cè)裝置Fig 2 Edge position detection device of photoelectric position sensor

光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件3部分組成。

首先光源發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)透鏡1被聚集成平行光束投向透鏡2，被聚集在光敏電阻器R1上，在平行光束到達(dá)透鏡2的途中，有一部分光線受到海綿布的遮擋，從而使到達(dá)光敏電阻器的光通量減少。

3 系統(tǒng)檢測(cè)點(diǎn)的選擇

許多自動(dòng)化流水線糾偏控制中、光電位置檢測(cè)傳感器的安裝位置選擇都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的，并沒(méi)有一套具體的理論作為支撐。理論上，光電位置檢測(cè)器發(fā)出信號(hào)至擺動(dòng)輥開(kāi)始動(dòng)作的時(shí)間應(yīng)該等于海綿卷的位置檢測(cè)器運(yùn)行到擺動(dòng)輥位置的時(shí)間，即T=T1，T1=L/v，其中，L是檢測(cè)器到達(dá)擺動(dòng)輥之間的距離，v為海綿布運(yùn)行速度。根據(jù)幾次調(diào)節(jié)可以固定位置檢測(cè)傳感器。

4 糾偏實(shí)驗(yàn)測(cè)試

以75 mm標(biāo)準(zhǔn)寬度海綿布為被控對(duì)象，布帶運(yùn)行速度為1．5 m/s，糾偏基準(zhǔn)設(shè)定為圖像傳感器的中心位置，坐標(biāo)偏移量為8 mm，并且采用智能PID算法［6，7］進(jìn)行糾偏效果測(cè)試。表1為實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)。

表1 給定海綿復(fù)卷偏移量和實(shí)驗(yàn)測(cè)量尺寸Tab 1 Given sponge rewinding offset and dimensions of experimental measurements

從表1數(shù)據(jù)看出:海綿復(fù)卷的絕對(duì)誤差（即跑偏量）的最大值為0．6 mm，平均值為0．26 mm，完全滿足自動(dòng)化流水線生產(chǎn)上海綿復(fù)卷跑偏量的控制要求（小于0．5 mm）。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文具體闡述和分析了位置檢測(cè)傳感器的基本工作原理和在海綿復(fù)卷糾偏控制中起到的重要作用。同時(shí)也解決了自動(dòng)化流水線上由于跑偏造成的巨大浪費(fèi)，大大提高了生產(chǎn)成本和效率。具體實(shí)現(xiàn)了糾偏精度為0．5 mm，在極大程度上符合了海綿復(fù)卷的要求，該系統(tǒng)可以在其他帶材裝置上得到應(yīng)用和延伸。

［1］ 楊婭君．運(yùn)動(dòng)帶材邊線跑偏的智能控制［J］．基礎(chǔ)自動(dòng)化，2000（6）:4，5．

［2］ Ahn K K，Truong D Q．Online tuning fuzzy PID controller using robust extended Kalman filter［J］．Journal of Process Control，2008，19（6）:1011 －1023．

［3］ 朱 偉，韓服善．光電傳感器在自動(dòng)化生產(chǎn)線上的應(yīng)用［J］．電子工程師，2004，30（8）:72，73．

［4］ 生凱章，趙曉燕．新型數(shù)字式光電糾偏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］．機(jī)床與液壓，2006（7）:173，174．

［5］ 梁 森，王侃夫，黃杭美．自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005．

［6］ 王志輝，喬海洋，陳宏娟．纖維帶纏繞智能糾偏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真［J］．機(jī)電工程技術(shù)，2005，34（11）:30 －32．

［7］ 高 翔，孔麗英，孫貴芳．電液伺服系統(tǒng)的仿真與自校正PID控制器的設(shè)計(jì)［J］．海軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，13（5）:33 －37．