• 引言

隨著包裝機包裝速度的提高，在采用紙張（或塑料薄膜）為包裝材料的包裝機中，傳統的 平張型包裝紙已逐漸被卷筒型包裝紙所取代，因為它有利於提高包裝速度，簡化機器結構。

在使用卷筒包裝紙時，如何控製包裝紙圖案位置，使之符合產品包裝裝潢的工藝要求・ 是設計包裝機的關鍵技術*

我們是在研製實際的包裝機的基礎上.對包裝機的圖案定位進行了深入係統的理論硏 究.並將其運用於生產實際取得了明顯效果•

二、造成包裝紙圖案偏離正確位置的原因

卷筒型包裝紙上印有圖案和供光電設備檢測的色標，從包裝紙輸送簡圖（見圖1，可以 看出，卷筒包裝紙通過導輾、送紙轅及刀輾到達包裝位置,刀輾旋轉一周,切下一張包裝紙。

該卷筒紙上每張包裝紙長度為L,刀輾的速度為n,送紙輻的理想速度為隊，淺紙跟的 標稱直徑為也。

若包裝機開車前，卷筒紙的理論切紙線對準刀輾切刀位置,同時滿足那麽刀 輾每次切下的包裝紙就與卷筒紙上理論切紙線一致•產品包裝後圖案位置完全推確。

而實際上送紙輾的速度很難滿足上式，這一方麵是由於機械加工的送紙輾的實際尺寸 和標稱尺寸有公差，另一方麵圓周率k為無限不循環小數，而實際計算時隻能取有限位小

                     圖1卷筒包裝紙輸送簡圖

數，因此刀輾切下的包裝紙和理論切紙線之 間有偏差（.用S來表示｝,即使這種偏差很小， 例如S=0：lmm〈這對一般包裝機來說,要求 已經很高了）。包裝機的包裝速度一般為 即0個/分左右,倘若沒有補償調節裝置，即 在開環係統裏.機器運行一分鍾以後，刀輾切 下的包裝紙與理論切紙線之間的偏差即達 20mm,此時，包裝紙上的圖案就會明顯地偏 離產品的正確位置。當然，造成偏差的因素是

多方麵的。例如包裝紙的彈性變形產生脾性滑動,而彈性滑動又與送紙輾工作麵與包裝紙 彈性模數及摩擦係數有關.而且造成偏差的有些因素是隨機的•

為了保證包裝質量,滿足包裝工藝要求，必須建立自動定位的調節係統。

三、自動定位的補償式調節係統

為了實現包裝圖案自動定位•就要求卷筒包裝紙的輸送速度完全適應刀輾速度•使刀輾 的刀切在卷筒包裝紙理論的切紙線上,從係統參考輸入特征來看,該係統屬於隨動係統E。

如果單純從電的角度來滿足該機包裝紙圖案自動定位的要求.電氣線路是比校夏雜的， 這裏采用機電相結合的補償式調節係統，係統框圖如圖2所示,該係統結構簡單實用，工作 穩定可靠口；機

其補償調節原理簡述如下:光電裝置利用印在卷筒包裝紙上的色標即可檢測包裝紙的 輸送位置;與刀輾旋轉同步的凸輪接觸微動開關即反映了刀輾切紙動作的時間。二者均轉換 為昧衝信號進行比較，比校後的信號決定伺服電機的旋轉方向"伺服電機的運行時間由定時 器控製，可在一定範圍內進行調節,以伺服電機的輸出作為補償量，它通過差動輪係與主傳 動相合成，從而調節包裝紙的運行速度，減少了刀輾切下的包裝紙與理論切紙線的偏差，使 之偏差在允許的範圍以內。

四、係統的數學模型

為了計算分析的方便，根據補償式調節係統的特點,對係統作必要的簡化。其簡化的係 統框圖如圖3所示.圖4為補標機構的繼電持性口

設L(t)為參考輸入量，它表示刀輾工作時,要求輸送包裝紙的理想長度；反饋量為實際 的送紙長度L(t)：K為卷筒包裝紙的順序號海(t)表示開環係統刀輾切下的包裝紙長度與理 論包裝紙長度的差值;F(t)為補償量，它表示伺服電機工作對實際送筆長度的"卜償量.差

五、自動定位係統誤差計算機輔助分析

有了係統的數學模型，可以借助於計算機進行誤差分析黑」,為了閱讀的方便，有必要指 出程序“流程圖”中各量的物理意義。

L：表示卷筒包裝紙上每張包裝紙長度(即理論包裝紙長度)。

S：表示開環係統(即無補償機構時)，刀観切下的每張包裝紙長度與理論包裝紙長度的 差值•

A：為非線性元件繼電器特性的死區值，表示了比較機構的不靈敏區。

B：為非線性元件繼電器特性的飽和值，表示調節係統對每張包裝紙給予的補償量，

N：表示刀輾切下的K張包裝

紙總長度。

W：表示閉環係統（即有補償 機構時）刀相切下的第K張包裝 紙實際切紙線與理論切紙線之間 的誤差。

按照“流程圖”（見圖5）可以

編製出計算程序，由計算機得到的 計算結果，繪製出三組曲線，分別 如圖6、圖7、圖8所示。

從圖6可以看出：

1. 包裝紙圖案定位誤差是周 期循環變化的，這說明隻要滿足B >S,係統雖具有自振蕩卻能穩定 工作。

2,補償值B在一定範圍變化 S+A>B>A,其定位誤差的最大 值不變，即B值在一定範圍裏變 化不影響係統的調節精度。因此對 補償機構補償精度的要求不必很 高。

從圖7可以看出：

1.包裝紙圖寒定位誤差是周 期循環變化的，且改變A值，周期

不變。                                     圖5計算定位誤差流程圖

2. A越大,W越大,說明補嚐器非線性特性不靈敏區不宜過大，否則定位誤差會超過允 許值。

在圖8中，由於波形圖中K值取得小,隻能從圖中看到定位誤差的一個周期,從計算機 打印的計數結果來看，圖案定位誤差仍然是周期變化的。

另外可以從波形圖中明顯看岀,S越大.W越太，說明係統開環誤差越大，閉環誤差也相 應增大。

六、結論

為保證圖案定位誤差在允許的範圍以內，應注意到以下幾個方麵：

1.盡可能減小係統的開環誤差，例如減小傳動誤差，提高送紙輾的加工精度，因為送紙 輾的直徑應盡可能滿足n₂ = n晟.同時要確保卷筒包裝紙與送紙輾在運行過程中不產生滑動，盡可能減小引起V 定位誤差的隨機因素

2. 要適當減小 補償機構非線性特性² 的死區值，有利於提丨 高定位精度。
3. 補償機構的 補償量有一定的取值 範圍 S + A>B>A，w 在包裝機運行時,由 於一些隨機因素的影3 響，還需要調整(可通2 過改變定時器的整定t 時間來實現。

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