[發明專利]一種精油灌裝機及其精確定量控制方法

在審

• 申請號: 201810262336.3
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108275637A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 韓順杰;齊冀樊;付香雪;于佳文;張冬冬
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: B67C3/24
• 分類號: B67C3/24;B67C3/22;B67C3/28;G05B19/05
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 鞠傳龍

1.一種精油灌裝機，其特征在于：包括有進瓶盤、灌裝臺、灌裝盤、第一傳送帶、第二傳送帶、第一伺服電機、第二伺服電機、檢測裝置和控制裝置，其中進瓶盤通過第一傳送帶與灌裝臺相連接，灌裝盤設在灌裝臺上，灌裝盤的進瓶口對應第一傳送帶出口設置，第二傳送帶設在灌裝臺上，灌裝盤的出瓶口對應第二傳送帶的進口設置，第一伺服電機與進瓶盤和第一傳送帶相連接并驅使進瓶盤和第一傳送帶的工作，第二伺服電機與灌裝盤和第二傳送帶相連接并驅使灌裝盤和第二傳送帶的工作，檢測裝置裝配在第一傳送帶的上方，第一傳送帶上還設置有擊瓶裝置，檢測裝置、第一伺服電機、第二伺服電機和擊瓶裝置均與控制裝置相連接并由控制裝置控制工作。

2.根據權利要求1所述的一種精油灌裝機，其特征在于：所述的檢測裝置是由光源、攝像頭和計算機組成，其中光源和攝像頭均與計算機相連接，光源為環形光源，光源的電源為50Hz 220v交流電，通過調光電阻器調節光源亮度，攝像頭為CCD類型攝像頭，計算機內設置有視覺處理軟件及圖像數據傳輸協議，視覺處理軟件使用Halcon軟件包，圖像傳輸協議是以太網傳輸協議。

3.根據權利要求1所述的一種精油灌裝機，其特征在于：所述的擊瓶裝置是由氣動馬達、調壓閥、電磁閥和氣缸組成，氣動馬達、調壓閥、電磁閥和氣缸依次串聯，氣動馬達和電磁閥與控制裝置連接并由控制裝置控制工作，氣缸的后端設置有擊瓶氣門。

4.根據權利要求1所述的一種精油灌裝機，其特征在于：所述的灌裝臺上還設置有內塞振蕩器和外塞振蕩器。

5.根據權利要求1所述的一種精油灌裝機，其特征在于：所述的灌裝盤上依次設置有進瓶口、空瓶稱量與光電檢測工位、一次灌裝工位、質量檢測工位、高精度補灌工位、落內塞工位、第一空機位、壓內塞工位、檢測內塞工位、落外蓋工位、旋外蓋工位、卡瓶氣缸、第二空機位、撥瓶器和出瓶口，其中進瓶口設在第一傳送帶的出口位置處，撥瓶器設在出瓶口的位置處，出瓶口設在第二傳送帶的進口處。

6.根據權利要求1所述的一種精油灌裝機，其特征在于：所述的控制裝置由稱量傳感器、PLC控制器、絕對式光電編碼器、光電傳感器和接近開關組成，其中PLC控制器中存儲有PID控制程序和卡爾曼濾波程序，并具有輸出PWM波的串口，稱量傳感器、絕對式光電編碼器、光電傳感器和接近開關均與PLC控制器的模擬量輸入口相連，稱量傳感器設在高精度補灌工位處灌裝盤的下方，用于稱取高精度補灌后的質量，光電傳感器設在空瓶稱量與光電檢測工位處，PLC控制器上的PWM輸出串口與第二伺服電機的控制接口相連接，PLC控制器通過串口通訊電纜與檢測裝置中的計算機串口通訊接口相連，計算機將視覺檢測的判定結果通過串口下傳到PLC控制器，PLC控制器控制氣動電機運動，去除有缺陷的玻璃瓶，絕對式光電編碼器通過齒輪傳動裝置與第二伺服電機的轉軸相連接，絕對式光電編碼器用以檢測第二伺服電機轉軸的角度變化。

7.一種精油灌裝機的精確定量控制方法，其特征在于：其方法如下所述：

步驟一、先在控制裝置中的PLC控制器中存儲灌裝精油的標準質量與某一接近標準質量的預估質量，在PLC控制器中將精油的預估質量與精油標準質量作差，將兩者的差值送入PLC控制器預先存儲的PID控制程序中，運行程序得到PWM控制信息，PWM控制信息中包含有比例控制系數、積分控制系數、微分控制系數，其中比例控制系數Kp為48.25，積分控制系數Ki為0.025，微分控制系數Kd為0.58；

步驟二、PLC控制器中的PID控制運行程序產生的PWM控制信息，該控制信息將調節PWM波，通過PLC控制器的PWM輸出串口控制第二伺服電機運行；

步驟三、第二伺服電機的控制端接收PWM信號，調整第二伺服電機的旋轉角度，帶動計量缸活塞控制灌裝精油的質量，電機每一轉的灌裝體積Vml，利用計量缸的中的刻度尺計算；

步驟四、齒輪傳動裝置將會放大電機轉軸的微小變化角度，通過對這一微小角度的放大將有助于絕對式光電編碼器檢測；

步驟五、絕對式光電編碼器能夠將經由齒輪傳動裝置放大后的第二伺服電機轉軸改變角度θ的弧度檢測出來；

步驟六、通過絕對式光電編碼器檢測的角度再次發送到PLC控制器中，在PLC控制器中進行運算，首先將角度信息換算成灌裝容量信息，接著根據精油的密度信息計算出此時實際精油的質量，具體計算需先知道精油的密度ρ，計算灌裝質量m按：m＝ρ·θ/2π進行計算；

步驟七、在PLC控制器中根據已經存儲卡爾曼濾波程序將根據實際的精油質量值與PWM控制信息進行卡爾曼濾波跟蹤運算，從而得出精油的預估質量值，依次設定的卡爾曼濾波器的幾個關鍵參數分別是狀態矩陣(0，1；0，-30)，控制矩陣(0.0001，0.197)T，輸出觀測矩陣(1，0)；

步驟八、用通過卡爾曼濾波跟蹤運算得到的精油質量來更新PLC控制器中的預存的精油預估值；

步驟九、重復步驟一至步驟八，每次循環前都進行比較卡爾曼濾波的輸出預估質量與標準質量，當估計質量與標準質量的差值小于設定的誤差閾值時，立即結束循環，最后由高精度補灌工位處的稱量傳感器將最終精油灌裝質量上傳到PLC控制器，PLC控制器通過串口將此質量數據上傳到計算機端，輸出高精度補灌的精油質量。