一种铝带材缝合头预定位与速度控制的方法与流程

本发明涉及铝合金带材加工，特别是一种铝带材缝合头预定位与速度控制的方法，尤其适用于铝带材连续轧制切边工序。

背景技术：

1、在铝带材连续轧制生产中，前后两卷带材经缝合机完成拼接后，需依次经由月牙剪和圆盘剪两道工序：先由月牙剪在缝合头两侧带材边缘分别冲切出月牙形缺口，随后带材经夹送辊输送至圆盘剪，圆盘剪利用该月牙缺口作为剪刃切入点，完成切边前的精确定位。

2、然而，现有控制流程中，月牙剪刀头需待缝合头实际到达设备位置后才开始从最外侧退让位向带材剪切位移动，待到位后再执行剪切动作，剪切完成后刀头退回，带材方继续向下游圆盘剪方向运行。整个过程中，刀头移动与带材输送呈串行关系，工序衔接等待时间较长，制约了产线整体效率的提升。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种实现过程简单，改造成本低的铝带材缝合头预定位与速度控制的方法，缩短工序衔接时间，降低频繁启停带来的能耗，实现高效率、低能耗的连续化生产。

2、本发明采用以下方案实现：一种铝带材缝合头预定位与速度控制的方法，包括沿铝带材输送方向依次设置的plc控制系统、缝合机、第一夹送辊组、月牙剪、第二夹送辊组和圆盘剪，所述月牙剪上的刀头由液压缸驱动工作，月牙剪上设有用于检测铝带材缝合头的激光测距仪a、用于检测较窄铝带材边缘位置的光电检测装置以及用于测量刀头实际位置的位移传感器，激光测距仪a和光电检测装置均安装于月牙剪刀头上；所述夹送辊组处设有用于检测带材输送长度的编码器；圆盘剪上用于检测铝带材缝合头到达入口位置的激光测距仪b；方法包括以下步骤：

3、s1、参数预设：plc控制系统获取月牙剪至圆盘剪的总输送距离s、工艺允许的最高速度vmax、恒定加/减速度a（产线设定加速能力与减速能力相等）、光电检测装置的光束与月牙剪刀头中心的固定偏置量l、切口深度d、当前在线铝带材的厚度w1及宽度d1、下一卷铝带材的厚度w2及宽度d2、预设的安全间隙值g，plc控制系统比较d1与d2，将宽度较大者记为dmax；

4、s2、刀头预定位：plc控制系统根据光电检测装置测得较窄铝带材边缘精确位置pedge与预设安全间隙值g，计算刀头目标位置pt =pedge+g；当plc控制系统接收到铝带材缝合信号时，立即驱动月牙剪左右刀头从最外侧待定位向pt位置移动，将刀头预先定位于pt位置，目的在于确保无论缝合头前的实际带材宽度为d1还是d2，其边缘均不会与刀头发生干涉碰撞；此时刀头处于待命状态，尚未与即将剪切的较窄带材边缘贴合接触；

5、s3、缝合头到位检测与边缘位置读取：当月牙剪上的激光测距仪a检测到缝合头运行至月牙剪刀头正下方时，此时铝带材以点动方式运行，速度逐渐趋近于零，相对于刀头可视为静止状态；此时plc控制系统解除以pt为目标的预定位模式，切换为精调模式，plc控制系统驱动刀头向铝带材中心方向缓慢移动，当光电检测装置信号发生跳变时，该跳变信号立即发送至plc控制系统，plc控制系统随即读取位移传感器当前数值，获得刀头相对于设备中心线的实际边缘位置p，该位置即为较窄带材的边缘位置；

6、s4、切口深度微调与剪切执行：plc控制系统根据光电检测装置光束与刀头中心的固定偏置量l及切口深度d，计算微调距离δs=l+d，并驱动左右刀头分别向铝带材中心方向再移动δs，使刀头下刀点准确覆盖两卷带材的搭接区域；刀头推进到位后，液压系统电磁阀锁死以保持刀头位置锁定，此时光电检测装置处于被铝带材完全遮挡的恒定状态，随后，plc发出“剪切准备就绪”信号，液压缸执行下压剪切动作，完成后刀头退回至最外侧待定位；

7、s5、输送段速度规划：plc控制系统接收到“剪切完成刀头退回待定位”的信号后，plc控制系统启动铝带材从月牙剪向圆盘剪的输送控制，输送过程要求铝带材由静止匀加速至最高速度vmax，再匀减速至静止并精确到达圆盘剪；plc控制系统据此执行三段式速度规划：因设定加速段与减速度距离相等，则有公式s加=s减=v2max/2a；匀速段距离s匀=s-（s加+s减）=s-v2max/a；各阶段运行时间分别为：加速时间t1=vmax/a，减速时间t3-t2= vmax/a，匀速时间t2-t1=s匀/ vmax；

8、s6、速度给定与阶段切换：plc控制系统向变频器发送速度给定指令，按以下逻辑切换：

9、加速阶段：启动后，plc控制系统以v=a×t的速率线性增加速度给定值，直至达到设定最高速度vmax；

10、匀速阶段：当实时速度vnow达到vmax时，plc控制系统将速度给定锁定为vmax保持运行；

11、减速阶段：当plc控制系统实时计算得出剩余输送距离srem满足srem≤vnow²/(2a)时，立即切换至减速给定模式，速度给定值按vtarget = √(2×a×srem)计算输出，配置有加减速斜坡时间，以确保速度切换过程平滑无冲击；

12、s7、缝合头检测与零点标记：当缝合头经过圆盘剪处的激光测距仪b照射点时，由于缝合头处存在厚度突变，激光测距值发生瞬间跳变，plc控制系统检测到此跳变信号后，plc控制系统立即将当前编码器累计值清零或冻结，并将该位置标记为绝对零点，作为后续输送距离计算的基准点；

13、s8、实时剩余距离计算与减速触发：激光测距仪b的安装位置固定，缝合头被标记为零点后，该零点至圆盘剪刀口的固定距离记为l固定；带材继续向前输送，plc控制系统通过夹送辊组上的编码器实时计算缝合头离开激光测距仪后的已输送距离s走，则缝合头距圆盘剪刀口的实时剩余距离为srem=l固定-s走；同时，plc控制系统根据当前速vnow实时计算减速所需最小距离sdec= vnow²/(2a)；当srem≤s dec时，plc控制系统立即下发匀减速指令，确保铝带材能够在到达圆盘剪前平稳刹停；

14、s9、末端精确停位控制：当plc控制系统检测到srem≤0.5m时，强制向变频器发送超低速指令，铝带材通过变频器斜坡时间在2~3s内平滑降至该速度（即预设的超低速，一般为0.005m/s~0.01m/s）并缓慢推进；plc控制系统通过编码器实时监测剩余距离；当检测到srem≤δs1时，其中δs1为预停补偿值，范围0~0.8mm，用于补偿从电气指令发出至机械抱闸完全动作的系统延迟，该值由操作工在每班次生产前通过点动试切并根据实际停止位置进行微调标定；plc控制系统即刻切断变频器使能信号并激活夹送辊抱闸，铝带材立即锁死，定位误差可控制在±0.2mm以内。

15、进一步的，两组光电检测装置分别对应设置于月牙剪操作侧与传动侧的刀头内侧，光电检测装置包括光电发射器与光电接收器；光电发射器发射的红外光束垂直于铝带材运行方向，光电接收器接收反射，当铝带材边缘遮挡光束发生信号跳变（光路通畅→光路遮挡），plc控制系统捕获该跳变信号并触发位置读取指令。

16、进一步的，所述位移传感器安装于月牙剪刀头的滑道上，用于实时测量刀头实际位置，并将数据传送至plc控制系统。

17、进一步的，激光测距仪a为两台，分别安装于月牙剪操作侧与传动侧刀头内侧；激光测距仪b为一台，安装于圆盘剪入口处机架上。

18、进一步的，步骤s3、s7中激光测距仪检测缝合头方式如下：激光测距仪采集与铝带材表面的距离值x，当激光测距仪在3秒内连续3次检测到距离值变化量δx＞w1+w2，即表示检测到缝合头。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明能够根据带材宽度变化、实时位置及缝合头位置信息，在缝合头到达月牙剪前，提前驱动刀头移动至目标区域，并配合梯形速度曲线实现带材从月牙剪至圆盘剪区段的平稳加减速与精准定位，从而缩短工序衔接时间，降低频繁启停带来的能耗，实现高效率、低能耗的连续化生产。

20、为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。