引言
天津市起士林食品廠的大咖啡糖是輕工業部的名憂產品，在國內外享有很高的聲譽。但這種產品一直采用手工生產，工人勞動強度大，遠遠不能満足外貿出口，因此廠方希望能用機器代替手工包裝。但由於糖型特殊，猶如一金元寶，工藝要求包裝紙上的地圖商標定位在糖的球麵上.目前，國內外尚沒有這種憶型的包裝機，曾與外商洽淡，約需15萬美元研製費，因耗資太高而告吹。我們包裝機研製小組,經過多年努力，反複實驗，終於研製出大咖啡糖包裝機樣機，去年三月逋過了專家鑒定，各項指標均達到了設計要求°本文著重分析機器的標紙自動定位係統.
1-釆用標紙自動定位係統的必要性
大咖啡糖包裝機釆用卷筒型包裝紙，紙上印有商標。當機器開動時，包裝紙由送紙相牽引向機器內輸送，再經切紙刀相將連續標紙分切成單張的包裝紙。刀輾每旋轉一周.切下一張包裝紙。
在包裝機的工作過程中，卷筒的半徑逐漸減小，標紙所受張力發生變化；送紙輻與包裝紙之間摩擦係數又受環境溫度和濕度的影響.還有其它一些因素，使得刀輾的實際切紙線偏離理論切紙線，即使這種偏差很小。例如，每一張標紙偏差隻有0.1mm,包裝機的包裝速度為200顆/min,機器運行一分鍾以後，偏差即達20mm.此時，包裝紙上的囲案就會明顯地偏離糖的球麵位置，不符合工藝要求。
為解決上述問題，必須在包裝機上設計標紙自動定位係統。
2.設計方案的選擇
標紙的自動定位係統，實質上是要求調節標紙輸送速度跟隨刀相的切紙速度，屬於隨動係統。若單純從電的角度完成隨動係統的設計，是相當複雜的，會大大提高包裝機的製造成本.顯然，這種方案是不可取的.
本機釆用了機電結合的補償式調節係統,可以簡化控製線路，降低設備成本，而且操作簡單.工作可靠。

3.標紙自動定位係統
為解決標紙的自動定位.設計了補償式調節係統，其係統框圖如圖1所示。下麵對係統的主要環節進行分析計算.
3.1差動輪係
在補償式調節係統裏采用了差動輪係，如圖2所示。差動輪係具有二個輸入軸和一個輸出軸，能起速度合成的作用。
輪係中齒輪3由伺服電機驅動，齒輪1與主傳動相連，轉臂H則帶動送紙相。

圖2差動輪係
根據差動輪係轉化機構的速比公式

通辻以上計算可以看出，伺服電機有三種工作狀態,利用差動輪係速度合成的作用,控製送紙根。使之旋轉速度或不變，或加速，或減速，從而可以調節卷筒包裝紙的線速度適應刀輾切紙線速度。
3.2凸輪
在主憧動軸上裝有兩個凸輪.分別控製兩個微動開關（1CK.2CK）,凸輪設計成三個可控區域，如圖3所示。

圖3凸輪與徳動開關示意圖
從電氣原理圖可以看出,光電開關輸出信號經整形和分頻，控製靈敏繼電器JD。
若標紙的輸送速度與刀輾線速度相等，JD動作時間對應凸輪的】區域，中間繼電器JR、JF均無電，此時伺服電機停止旋轉*
若標紙的輸送速度落後於刀輾的線速度，JD動作時間對應凸輪的I區域，中間繼電器JR接通，伺服電機正轉，通過差動輪係增加送紙輾的速度，從而使標紙輸送速度得到正的補
若標紙的輸送速度超過刀輾的線速度，JD動作時間對應凸輪的U區域，中間繼電器JF接通，伺服電機反轉，適過差動輪係減慢送紙輾的速度，從而使標紙輸送速度得到負的補償.
設計凸輪完成了兩種速度的比較，直接由繼電器控製伺服電機，大大減化了電子線路，提高了係統工作的可靠性。
3.3定時器
隻有控製伺服電機運行時間的長短，才能控製每一張標紙的補償量，因此必須設計定時器。
釆用集成元件555組成單穩態電路，555的輸出端接靈敏繼電器JS,JS吸合時間長知即

圖4電氣原理圖

圖5電氣原理圖

為單穩態的輸出脈衝寬度卜
t〉=RCln3—1.IRC
上式中R為18k。的電阻和22kQ多圏電位器串聯組成，C=20nF.采用多圈電位器可以均勻調節脈衝寬度。
所以歸=0.26~0.66(s),連續可調。
555屬於中規模集成電路，外接元件少，輸出電流可達200mA,工作可靠，定時準確。
3.4脈衝整形電路
由於光電開關的觸頭常有輕微顫抖，易引起虛假信號，使控製係統不能穩定工作。因此，光電輸出信號必須經脈衝整形。
整形電路構思新穎，利用D觸發器直接置“0”端和直接置“1”端的功能，它的工作原理是這樣的。
將光電開關常開觸頭與常閉觸頭的公共端接地，常開觸頭與常閉觸頭又分別連接D發器的直接置“1”端和直接置％”端.當光電開關不動作時，它的常閉觸頭閉合，D觸發器置%”，Q端為低電平。
當光電開美動作時，常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合，D觸發器畳"]”，Q端為高電平。這樣標紙在輸送過程中，由於光電頭的檢測，每通過一個色點，即一張標紙，光電開頭就動作一次，與之相接的D觸發器則輸出一個矩形脈衝.
該電路經實踐此明，輸出波形好，抗幹擾能力強。
3.5分頻電路
利用何服電機進行標紙輸送速度的補償，由於受傳動係統機電偵量的影響，每次可靠的動作時間需1秒左右，而包裝機一般包糖速度為200顆/min,即每秒種產生光電脈衝3〜4個。若直接用光電膿衝控製伺服電機，那麽伺服電機通電時間太短，而不能有效的工作•
設計分頻電路可以解決這個問題，因為光電信號經過分頻以後，相鄰的兩個有效光電信號之間的時間間隔加長，從而伺服電機有充裕的工作時冋。
分頻電路由5個D觸發器組成,接成移位寄存器的形式，第1個D觸發器的輸入端固定接高電平，脈衝整形電路輸出豚衝投製各觸發器的CP端，每輸出一個脈衝，寄存器依次右移—位“
變換分頻器的輸出位置，可以得到不同的分頻頻率，以適應包裝機的不同包裝速度。
寄存器的複位依靠接在各觸發器置“0”端的繼電器JD常開觸頭。
分頻電路輸出脈衝，首先經過緩衝器，然後由施密特觸發器來控製靈敏繼電器施密特觸發器具有良好的開關性能，避免岀現誤動作，
3.6光電開關
光電係統采用機電部電氣傳動研究所研製的最新產品，光源進行脈衝調製.釆用Gg紅外發光二扱管，與傳統的白熾燈光源相比，使用壽命長，對外界雜亂光和電氣噪聲的抗幹擾能力強。
該產品投光器、受光器合為一體，體積小結構緊奏，可以利用反射光檢測卷簡型標紙上的色點，這對於不透明的大咖啡糖包裝紙十分重要，避免了在將紙上打檢測孔，隻需要在設計糖果包裝紙商標圖案時加上檢測用的色點即可，
4-係統定位誤差的計算機輔助分析
在考慮標紙定位係統方案時，有必要對係統定位誤差進行計算機輔助分析，從而可以不斷修改和完善定位係統，縮短設計時間，節省費用，機器製成以後，它可以幫助我們進行調試.
關於具體的樸償調節係統的數學模型，氛紙定位誤差的“流程框圖”和計算程序，再作專題論述.

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