基于交流伺服驱动技术及双CPU技术的纸箱抗压试验机设计

　　随着我国经济的繁荣和发展，中国的包装工业进入了一个蓬勃发展的时期，包装需求量与日俱增，人们对物品包装和运输的要求越来越严格，对包装用纸箱抗压性能测试的需求越来越迫切，测量准确性及测量精度要求越来越高。相关的国际、国内标准随新技术的发展，不时进行相应的修改，也提高了对测试仪器的要求。与电子、日化等其它行业相比，我国的这类测试仪器整体水平处于相对落后状态，不能很好地适应我国迅猛发展的包装行业和面向国际的需要。因此，利用现代电子技术及机电一体化技术，采取上、下位机通讯工作方式，为包装、造纸行业提供一种操作简便、测量准确、自动化程度高的纸箱抗压试验仪器显得尤为重要与迫切。

1 系统构成

　　一台高精度的纸箱抗压试验机是由多种高精密技术结合而成，其中，高速稳定的电机及其传动系统(驱动系统及速度稳定性)是实现高精度的基本要求。而传统的纸箱抗压试验机采用普通的电机驱动，电机运转的平稳性很难保证，直接影响抗压机压板运行的稳定性，从而影响测量精度和重复陛。

　　随着电机及其驱动技术的不断发展，交流伺服驱动技术以其无可比拟的优势，被越来越多地应用到各种工业各种精密控制驱动场合，其价格也大幅下降，因此，采用交流伺服驱动技术有较高的性价比。应用交流伺服技术，成功设计制造了这种高精度纸箱抗压试验机，其组成框图如图1所示。

图1 整箱抗压试验机组成框图

　　试验机的测量功能分为强度试验、定值试验和堆码试验三部分。强度试验主要用于测量箱体的最大载荷力和变形量，是破坏性试验；定值试验分为定载荷力、定变形量或两者兼有三种测试方法，在测试过程中随时监控各变化的参数，一旦满足设定要求就退出测试，此功能特别适合于包装件设计研究部门使用；堆码试验用于评定运输包装件在堆码时的耐压强度，可以通过设置施压力和时间来检测是否能满足堆码要求。另外，本试验机还具数据统计、数据打印、压板自动复位、故障诊断及报警、压板高速返程和数据通讯等功能。

2 测量方案的选择及实施

　　为实现纸箱抗压试验机的上述功能，在伺服驱动及压板的精确定位控制、AD转换及数据采集、CPU三个关键方面，采取如下的设计方案。

　　2.1  伺服驱动及压板的精确定位控制

　　伺服电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度，从而达到调速目的。一般地，驱动器可以设置电机每转一圈所需要的脉冲数，在实际应用中，我们设置的参数为1 250，即1 250个脉冲电机转一囤。另外，在机械传动系统中电机每转一圈动压板的位移量为0.125 mm，以此可得出脉冲当量为0.125／1 250=0．000 l lnnl，所以，采用计脉冲数的方法来计算动压板的位移量，而且能够达到精确定位的目的。

　　由于电机在高速运转时存在较大的惯性，为了达到回程准确定位，在伺服电机由高速运转到停止过程的处理就显得很重要了。为了达到更好的速度指标，在保证伺服电机硬度的前提下，选用类似正弦曲线的牵引速度，如图2所示。在高速返程时，先根据在测试时记录的总脉冲数，分月1计算出各段的脉冲数，然后在适当的时候逐渐降低速度，当减速到DE段时，伺服的速度已经比较慢了，当电机回到初始位置时，突然停止，就基本上不会引起过冲了。