引言
天津市起士林食品厂的大咖啡糖是轻工业部的名忧产品，在国内外享有很高的声誉。但这种产品一直采用手工生产，工人劳动强度大，远远不能満足外贸出口，因此厂方希望能用机器代替手工包装。但由于糖型特殊，犹如一金元宝，工艺要求包装纸上的地图商标定位在糖的球面上.目前，国内外尚没有这种憶型的包装机，曾与外商洽淡，约需15万美元研制费，因耗资太高而告吹。我们包装机研制小组,经过多年努力，反复实验，终于研制出大咖啡糖包装机样机，去年三月逋过了专家鉴定，各项指标均达到了设计要求°本文着重分析机器的标纸自动定位系统.
1-釆用标纸自动定位系统的必要性
大咖啡糖包装机釆用卷筒型包装纸，纸上印有商标。当机器开动时，包装纸由送纸相牵引向机器内输送，再经切纸刀相将连续标纸分切成单张的包装纸。刀辗每旋转一周.切下一张包装纸。
在包装机的工作过程中，卷筒的半径逐渐减小，标纸所受张力发生变化；送纸辐与包装纸之间摩擦系数又受环境温度和湿度的影响.还有其它一些因素，使得刀辗的实际切纸线偏离理论切纸线，即使这种偏差很小。例如，每一张标纸偏差只有0.1mm,包装机的包装速度为200颗/min,机器运行一分钟以后，偏差即达20mm.此时，包装纸上的囲案就会明显地偏离糖的球面位置，不符合工艺要求。
为解决上述问题，必须在包装机上设计标纸自动定位系统。
2.设计方案的选择
标纸的自动定位系统，实质上是要求调节标纸输送速度跟随刀相的切纸速度，属于随动系统。若单纯从电的角度完成随动系统的设计，是相当复杂的，会大大提高包装机的制造成本.显然，这种方案是不可取的.
本机釆用了机电结合的补偿式调节系统,可以简化控制线路，降低设备成本，而且操作简单.工作可靠。

3.标纸自动定位系统
为解决标纸的自动定位.设计了补偿式调节系统，其系统框图如图1所示。下面对系统的主要环节进行分析计算.
3.1差动轮系
在补偿式调节系统里采用了差动轮系，如图2所示。差动轮系具有二个输入轴和一个输出轴，能起速度合成的作用。
轮系中齿轮3由伺服电机驱动，齿轮1与主传动相连，转臂H则带动送纸相。

图2差动轮系
根据差动轮系转化机构的速比公式

通辻以上计算可以看出，伺服电机有三种工作状态,利用差动轮系速度合成的作用,控制送纸根。使之旋转速度或不变，或加速，或减速，从而可以调节卷筒包装纸的线速度适应刀辗切纸线速度。
3.2凸轮
在主憧动轴上装有两个凸轮.分别控制两个微动开关（1CK.2CK）,凸轮设计成三个可控区域，如图3所示。

图3凸轮与徳动开关示意图
从电气原理图可以看出,光电开关输出信号经整形和分频，控制灵敏继电器JD。
若标纸的输送速度与刀辗线速度相等，JD动作时间对应凸轮的】区域，中间继电器JR、JF均无电，此时伺服电机停止旋转*
若标纸的输送速度落后于刀辗的线速度，JD动作时间对应凸轮的I区域，中间继电器JR接通，伺服电机正转，通过差动轮系增加送纸辗的速度，从而使标纸输送速度得到正的补
若标纸的输送速度超过刀辗的线速度，JD动作时间对应凸轮的U区域，中间继电器JF接通，伺服电机反转，適过差动轮系减慢送纸辗的速度，从而使标纸输送速度得到负的补偿.
设计凸轮完成了两种速度的比较，直接由继电器控制伺服电机，大大减化了电子线路，提高了系统工作的可靠性。
3.3定时器
只有控制伺服电机运行时间的长短，才能控制每一张标纸的补偿量，因此必须设计定时器。
釆用集成元件555组成单稳态电路，555的输出端接灵敏继电器JS,JS吸合时间长知即

图4电气原理图

图5电气原理图

为单稳态的输出脉冲宽度卜
t〉=RCln3—1.IRC
上式中R为18k。的电阻和22kQ多圏电位器串联组成，C=20nF.采用多圈电位器可以均匀调节脉冲宽度。
所以歸=0.26~0.66(s),连续可调。
555属于中规模集成电路，外接元件少，输出电流可达200mA,工作可靠，定时准确。
3.4脉冲整形电路
由于光电开关的触头常有轻微颤抖，易引起虚假信号，使控制系统不能稳定工作。因此，光电输出信号必须经脉冲整形。
整形电路构思新颖，利用D触发器直接置“0”端和直接置“1”端的功能，它的工作原理是这样的。
将光电开关常开触头与常闭触头的公共端接地，常开触头与常闭触头又分别连接D发器的直接置“1”端和直接置％”端.当光电开关不动作时，它的常闭触头闭合，D触发器置%”，Q端为低电平。
当光电开美动作时，常闭触头断开，常开触头闭合，D触发器畳"]”，Q端为高电平。这样标纸在输送过程中，由于光电头的检测，每通过一个色点，即一张标纸，光电开头就动作一次，与之相接的D触发器则输出一个矩形脉冲.
该电路经实践此明，输出波形好，抗干扰能力强。
3.5分頻电路
利用何服电机进行标纸输送速度的补偿，由于受传动系统机电侦量的影响，每次可靠的动作时间需1秒左右，而包装机一般包糖速度为200颗/min,即每秒种产生光电脉冲3〜4个。若直接用光电脓冲控制伺服电机，那么伺服电机通电时间太短，而不能有效的工作•
设计分频电路可以解决这个问题，因为光电信号经过分频以后，相邻的两个有效光电信号之间的时间间隔加长，从而伺服电机有充裕的工作时冋。
分頻电路由5个D触发器组成,接成移位寄存器的形式，第1个D触发器的输入端固定接高电平，脉冲整形电路输出豚冲投制各触发器的CP端，每输出一个脉冲，寄存器依次右移—位“
变换分頻器的输出位置，可以得到不同的分頻频率，以适应包装机的不同包装速度。
寄存器的复位依靠接在各触发器置“0”端的继电器JD常开触头。
分频电路输出脉冲，首先经过缓冲器，然后由施密特触发器来控制灵敏继电器施密特触发器具有良好的开关性能，避免岀现误动作，
3.6光电开关
光电系统采用机电部电气传动研究所研制的最新产品，光源进行脉冲调制.釆用Gg红外发光二扱管，与传统的白炽灯光源相比，使用寿命长，对外界杂乱光和电气噪声的抗干扰能力强。
该产品投光器、受光器合为一体，体积小结构紧奏，可以利用反射光检测卷简型标纸上的色点，这对于不透明的大咖啡糖包装纸十分重要，避免了在将纸上打检测孔，只需要在设计糖果包装纸商标图案时加上检测用的色点即可，
4-系统定位误差的计算机辅助分析
在考虑标纸定位系统方案时，有必要对系统定位误差进行计算机辅助分析，从而可以不断修改和完善定位系统，缩短设计时间，节省费用，机器制成以后，它可以帮助我们进行调试.
关于具体的朴偿调节系统的数学模型，氛纸定位误差的“流程框图”和计算程序，再作专题论述.

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