A2 凸轮范例:追剪(3)-精度与调试

经过 A2 追剪范例(1)(2)的步骤后,就可以实机测试效果了,在固定切长的试验中,追剪成品的长度必须符合要求,通常会连续切几十个产品,量测每个长度的误差是否小于容许值,通常要求在 0.2 mm 以内(视产业而定),如果误差超出要求 则必须设法改善,本文提供 笔者 的一些改善经验,供大家参考⋯⋯


假设产品的标准是 300 mm,今有 A,B 两台设备 裁切出来数据分别如下:

  • A :305,295,308,306,294,297 … 标准差 较大
  • B :291,288,290,289,292,291 … 平均值 偏离

大家可以想一想,哪一个 机台 比较优秀呢?

虽然 A 设备裁切出来的长度比较接近目标 300 mm,但是彼此差异较大,也就是与 B 设备 相比,有较大的 标准差,表示 A 设备的稳定性较差,即使 B 设备的 平均值 偏移较多,A 设备精度改善的难度 仍然比较高!以步枪打靶为例,以下为 A,B 二射手的射击结果,A射手虽然弹着点平均较接近靶心,但很分散,而 B 射手虽然弹着偏离靶心较远,但很集中,表示有很好的稳定性,只需调整 瞻孔准心 即可射中靶心,而 A 射手 则必须由基本动作开始 重新训练了。因此,平均值 的调整是较为简单的,改善 标准差 的难度较高!

以打靶为例解释平均值与标准差

然而,实际的情况通常是 兼具 A,B 二组数据特性,就是 平均值标准差 都差强人意,必需改善,做法说明如下:

平均值 的 修正方法

  1. 主轴脉波 单位校正
    • 送料 单位长度 对应的 主轴脉波数 可能不够精准,也许是 编码器轮 的外径 D 量测有误差,可以利用实验,送料一段距离后停止主轴,量测行走距离与收到的脉波数,重新计算 追剪 (2)-参数设定 文末 公式 的 R /(π × D),或 直接根据(长度误差 %)修正之.
  2. 同步速度 必须准确
    • 凸轮同步区时,追剪平台(从轴)的速度 跟 送料(主轴)速度 未完全相同,切割时 有滑动现象,也会造成 产品长度 的误差,且 误差大小 与 送料线速度 有关。验证的方法是让 主轴低速运转,送料不做裁切,当凸轮进入同步区时,在产品上画一条线,观察同步区内,此线 与 追剪平台 的相对位置 是否保持固定,若否 就表示同步速度不相等。可以修改 P5-84 来做微调,数值调小 可使凸轮速度加快。(实验时 请确实注意安全!

标准差 的 缩小方法

  1. 主轴脉波 解析度
    • 1 个主轴脉波 对应的送料长度,表示脉波解析度,必须小于要求的精度 最好有 10 倍以上。例如 要求精度是 0.2 mm,脉波解析最好小于 0.02 mm,解析度愈细,除了分辨力高,速度命令 的波动也会比较小,凸轮运转起来 速度较平稳,低速时尤其明显。
  2. 主轴脉波 稳定度
    • 除了主轴送料马达的速度必须稳定外,主轴编码器 通常会与 送料产品直接接触,难免有震动,因此(下图 CH1主轴脉波增量 会有跳动(理想是水平线 +/- 1 脉波),这会使(CH2)凸轮从轴的命令 随之起舞,忽快忽慢,自然影响切割精度.解决的方法 除了改善编码器的安装方式,避免偏心 与 震动以外,也可使用 伺服的 滤波参数 P1-68,设置的值有时需要非常大(20~100 ms),才能将 速度(CH4)稳定下来,直到(A 点)才输出 同步完成 DO 开始切割(后续的震动很大 表示正在切割)。比较好的做法是把 送料轴 也用伺服来带,就可以用 虚拟主轴 同时带动 送料 与 追剪 轴,彻底根除 主轴脉波跳动 的问题,台达 M-R 就常使用这种方式,效果较佳!追剪主轴脉波波动的影响
  3. 主轴脉波 避免干扰
    • 干扰也会使主轴脉波产生跳动,有时 伺服启动(Servo ON)会对主轴脉波产生干扰,可以 利用「上图」相同的 监视变数CH1 主轴脉波增量/V060)观察 伺服 ON 与 OFF 时的波形是否有差异,来釐清是否有干扰。
  4. 伺服响应
    • 伺服的增益必须妥善调整,负载惯量比 P1-37 须设定正确,频宽设置 足够就好,太高的增益也较不稳定,要求是进入同步区后,马达速度能够儘快稳定下来,才能输出 同步 DO 信号 触发裁切(上图 A点),以避免 追剪时 有滑动现象!
  5. 机构本身的精度
    • 其实 电子凸轮 只有控制到 伺服端而已,伺服马达 要经过 传动机构,才会连接追剪平台,上面还有很重的切刀或是电锯。因此,即使伺服走得准也不表示切出来产品绝对满意,机械本身的刚性 仍然是决定系统精度的 先决条件。

综观上述,是否能够感受 “标准差” 才是评价设备好坏的标准呢?毕竟 一两个产品切得准不表示什麽,连续切几百个都准才有参考价值!飞剪 与 追剪 这类应用,”定长裁切” 是很重要的 验证指标,如果做得准,表示电控与机械的问题已经不大了,才可以进行下一步 “对标记” 裁切.否则 产品切出来 乱七八糟,都不知问题出在哪裡?!对于 表面有印刷(像是牙膏,化妆品)的胶管,必须 对标记,做法并不难,只要将 凸轮主轴 换成 “同步轴[注 1] 再开启 P1-15 滤波 就可以了,有兴趣的使用者 可以自行尝试看看囉!

参考:凸轮 同步轴设定,A2 追剪:(1) 基本操作(2) 参数设定


[注 1] 由于 “标记” 在 主轴上,且为等距,因此不必採用 “凸轮对位“,用 “同步轴” 应该比较简单吧!如果 标记间距 有些跳动,可利用 P1-15 滤波来抑制,毕竟大部分情况,追剪要的结果是:裁切长度 儘量相同,而非 切标准确 但长度却 参差不齐.


 


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