CN107572293A - 一种采用伺服电机力矩模式的卷对卷喷码检测机及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用伺服电机力矩模式的卷对卷喷码检测机，其包含：放卷部，包含放卷气涨轴以及用于控制放卷气涨轴力矩的放卷伺服电机；收卷部，包含收卷气涨轴以及用于控制收卷气涨轴力矩的收卷伺服电机；主传动辊，设置在放卷部与收卷部之间；主传动伺服电机，用于控制主传动辊的速度；压力辊，设置在主传动辊的对应位置；张力传感器，设置在压力辊与收卷部之间，用于感知工作段的张力值；PLC控制器，连接放卷伺服电机、收卷伺服电机、主传动伺服电机以及张力传感器。其优点是：由PLC控制器带动三个伺服电机，并通过该三个伺服电机的相互运动形成收卷和放卷的恒定张力，使得整机在运行中无需调整张力值。

Description

一种采用伺服电机力矩模式的卷对卷喷码检测机及方法

技术领域

本发明涉及印刷机械技术领域，具体涉及一种采用伺服电机力矩模式的卷对卷喷码检测机及方法。

背景技术

喷码、检测在2000年左右进入我国，当时主要应用在汇票等有价证券上，2010年之后逐渐在包装领域兴起。当前，喷码、检测信息追溯功能广泛应用于日化、药品包装、烟酒包装等各种领域。由此，新一轮的各类喷码、检测急切的制造在探索、发展中前行。

卷筒纸喷码、检测机之前广泛使用的是磁粉张力控制系统，此系统是实时检测工作张力，再通过电信号控制磁粉支离合器，从而控制收卷张力，使工作段张力达到恒定。磁粉张力控制系统设计繁琐，尤其是要实现反转功能更是要增加成倍的制造成本。

如图1所示，为磁粉张力控制系统的结构示意图，图中，1’为磁粉控制器，2’为磁粉离合器，3’为张力传感器，4’为主动辊，5’为压力辊，6’为手动张力控制器，7’为自动张力控制器。

上述磁粉张力控制系统的工作原理是：

a、工作预备阶段，根据输送物料的材质对自动张力控制器6’进行基础设定，包括张力值；左张力值；右张力值、最大卷径；最小卷径、额定扭矩等。选择配置菜单中的各种选项；压力辊5’单独设计在主动辊4’的后侧。主动辊4’、压力辊5’轴线在同一水平线上并通过电磁阀的作用压合或离开和主动辊4’产生压力；保证磁粉离合器2’和压力辊5’之间的张力恒定，即工作段张力恒定。张力传感器3’安装在压力辊5’和磁粉离合器2’之间的位置。纸张通过检测辊产生向下的压力，其合力作用于检测辊底部的张力传感器3’，张力传感器3’把测得的力转化为电信号传送至自动张力控制器7’进行PID计算，然后把计算结果转化为控制磁粉离合器2’中磁粉链的电信号来控制工作段的恒张力；张力检测辊和系统的辊轴长短一致（张力检测辊重﹢轴承座重＜张力传感器3’所受负荷/2）。所述的工作段是指用于喷码的平台（图中平直部分）。放卷部和压力辊5’之间张力要求不严，达到纸张不松懈，能纠偏目的即可，所以是人工手动通过手动张力控制器6’来控制磁粉制动器1’的电流。

b、机器通电后主动辊4’、收卷部、放卷部同时旋转，（放卷部为手动调节磁粉制动器1’电流，控制放卷至主动辊之间的物料张力随主动辊旋转）带动物料向前输送；张力传感器3’采集到输送物料的张力值，同时转换为电信号传递到自动张力控制器7’并和设定好的张力值自动比对，其差值通过内部PID运算后自动输出电流给磁粉离合器2’控制磁粉链的数量，达到控制输出扭矩大小的目的，即控制运行中主动辊4’和收卷部分之间工作段的恒张力。

c、通电的同时设定好手动张力控制器6’的输出电流，控制放卷部的磁粉制动器1’的张力值。一般以放卷部物料基本张紧，物料纠偏正常即可（从放卷部到主动辊之间部分）。随着物料的向前输送放卷部和主动辊4’之间的物料会产生松懈状态，这时要人为增加手动控制器的电流，控制磁粉制动器1’的磁粉链达到增加输出扭矩的目的，把放卷部和主动辊之间的物料张紧。

由此可见，磁粉张力控制系统存在以下缺点：1、放卷部分要随时调控电流，以达到控制放卷部分张力的正常工作要求；2、张力的控制模式有时需要在反馈型和锥度张力之间人工转换；3、磁粉张力控制不能反转，要达到反转目的需大量增加制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用伺服电机力矩模式的卷对卷喷码检测机及方法，由三个伺服电机控制，并通过该三个伺服电机的相互运动，形成收卷和放卷的恒定张力，代替传统的磁粉张力控制系统，使得整机在运行中无需调整张力值，工作中可进行反转工作。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种采用伺服电机力矩模式的卷对卷喷码检测机，其特征是，包含：

放卷部，包含放卷气涨轴以及用于控制放卷气涨轴力矩的放卷伺服电机；

收卷部，包含收卷气涨轴以及用于控制收卷气涨轴力矩的收卷伺服电机；

主传动辊，设置在放卷部与收卷部之间；

主传动伺服电机，用于控制主传动辊的速度；

压力辊，设置在主传动辊的对应位置；

张力传感器，设置在压力辊与收卷部之间，用于感知工作段的张力值；

PLC控制器，连接放卷伺服电机、收卷伺服电机、主传动伺服电机以及张力传感器。

上述的采用伺服电机力矩模式的卷对卷喷码检测机，其中：

所述的放卷部还包含一放卷纠偏机构；

所述的收卷部还包含一収卷纠偏机构；

所述的主传动辊设置在放卷纠偏机构后侧；

所述的压力传感器设置在压力辊与収卷纠偏机构之间。

上述的采用伺服电机力矩模式的卷对卷喷码检测机，其中：

所述的压力辊连接一气缸，由气缸带动压力辊压合或离开主传动辊。

上述的采用伺服电机力矩模式的卷对卷喷码检测机，其中：

所述压力辊的轴线与所述主传动辊的轴线在同一水平线上。

一种卷对卷喷码检测机的物料张力控制方法，其特征是，包含：

设定PLC控制器的工作模式，将主传动伺服电机设定在速度模式，放卷伺服电机和收卷伺服电机设定在力矩模式，并根据物料的材质设定基础数据；所述的基础数据包括放卷伺服电机的力矩、收卷伺服电机的力矩、放卷最大卷径、放卷最小卷径、收卷最大卷径、收卷最小卷径、主传动伺服电机的速度、纸张厚度；

工作时，张力传感器实时采集物料张力，PLC控制器实时计算收卷和放卷直径， PLC控制器通过张力数据、收卷和放卷直径数据来和基础数据进行比对，以改变放卷伺服电机、收卷伺服电机的电流，从而保持放卷气涨轴到压力辊之间以及压力辊到收卷气涨轴这两段的输出物料的力矩值的恒定，确保整机张力的自动恒定。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、由PLC控制器带动三个伺服电机，并通过该三个伺服电机的相互运动形成收卷和放卷的恒定张力，代替传统的磁粉张力控制系统，使得整机在运行中无需调整张力值，工作中可进行反转工作；

2、整机为三台单独传动机构组成，结构简单、合理、便于维修；

3、较磁粉张力控制横张力成本更低。

附图说明

图1为现有技术的磁粉张力控制系统的结构及工作原理图；

图2为本发明的采用伺服电机力矩模式的卷对卷喷码检测机的结构及工作原理图；

图3为本发明的放卷气涨轴与放卷伺服电机的连接关系示意图；

图4为本发明的主传动辊与主传动伺服电机的连接关系示意图；

图5为本发明的收卷气涨轴与收卷伺服电机的连接关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图2~5所示，一种采用伺服电机力矩模式的卷对卷喷码检测机，其包含：放卷部，包含放卷气涨轴1以及用于控制放卷气涨轴1力矩的放卷伺服电机7；收卷部，包含收卷气涨轴2以及用于控制收卷气涨轴2力矩的收卷伺服电机9；主传动辊4，设置在放卷部与收卷部之间，用于控制整机速度；主传动伺服电机8，用于控制主传动辊4的速度；压力辊5，设置在主传动辊4的对应位置，通常可以设置在主传动辊4后侧，并且所述压力辊5的轴线与所述主传动辊4的轴线在同一水平线上；张力传感器3，设置在压力辊5与收卷部之间，用于感知工作段的张力值；PLC控制器6，连接放卷伺服电机7、收卷伺服电机9、主传动伺服电机8以及张力传感器3。

所述的放卷部还包含一放卷纠偏机构，以调整卷筒纸进入工作段之前的偏差；所述的收卷部还包含一収卷纠偏机构，以调整收卷前卷筒纸的偏差；所述的主传动辊4设置在放卷纠偏机构后侧；所述的压力传感器3设置在压力辊5与収卷纠偏机构之间。

所述的压力辊5连接一气缸，由气缸带动压力辊5压合或离开主传动辊4，确保压力恒定，同时在卸压时便于卷筒纸的穿过。

本实施例中，为了便于放卷气涨轴1与收卷气涨轴2的旋转运动，按伺服电机功能要求放卷气涨轴1与收卷气涨轴2均采用板条式气涨轴。

本发明还提出了一种卷对卷喷码检测机的物料张力控制方法，其包含：

设定PLC控制器6的工作模式，将主传动伺服电机8设定在速度模式，放卷伺服电机7和收卷伺服电机9设定在力矩模式，并根据物料的材质设定基础数据；所述的基础数据包括放卷伺服电机7的力矩、收卷伺服电机9的力矩、放卷最大卷径、放卷最小卷径、收卷最大卷径、收卷最小卷径、主传动伺服电机8的速度、纸张厚度；

在生产中，当放卷伺服电机7和主传动伺服电机8之间形成的张力小于放卷伺服电机7设定力矩时，放卷伺服电机7工作；当放卷伺服电机7和主传动伺服电机8之间形成的张力大于等于放卷伺服电机7设定力矩时，放卷伺服电机7停止工作，此部分控制放卷至压力辊5之间的张力；同理，当收卷伺服电机7和主传动伺服电机8之间形成的张力小于收卷伺服电机9设定力矩时，收卷伺服电机9工作；当收卷伺服电机9和主传动伺服电机8之间形成的张力大于等于收卷伺服电机9设定力矩时，收卷伺服电机9停止工作，此部分分控制压力辊5至收卷部分的张力即工作部分的张力。

工作时设备运行过程中，放卷不断变小，收卷不断变大， PLC控制器6实时计算收卷和放卷直径， PLC控制器6通过计算的放卷半径和收卷半径实时改变放卷伺服电机7、收卷伺服电机9的力矩值，从而保持放卷气涨轴1到压力辊5之间以及压力辊5到收卷气涨轴2这两段的输出物料的力矩值的恒定，确保整机张力的自动恒定。

所述放卷伺服电机7的力矩计算公式为：N_放=1/2×r_放×F_放，其中，r_放为当前放卷直径，F_放为设定的基础数据中的放卷伺服电机7的力矩值；

所述收卷伺服电机9的力矩计算公式为：N_收=1/2×R_收×F_收，其中，R_收为当前收卷直径，F_收为设定的基础数据中的收卷伺服电机9的力矩值。

放卷半径是由大到小，PLC控制器计算放卷的直径计算公式为：

L_放=π(R_放²-r_放²)÷d

其中，L_放为放卷放出的纸张长度，是通过安装编码器测量计算的；d为纸张厚度，通过千分尺测量得到，输入到PLC；R_放为放卷的最大半径，是通过游标卡尺测量得到，输入到PLC；r_放为当前要计算放卷的直径。

收卷半径是由小到大，PLC控制器计算收卷的直径计算公式：

L_收=π(R_收²-r_收²)÷d

其中，L_收为收卷放出的纸张长度，是通过安装编码器测量计算的；r_收是为放卷的最小半径，是通过游标卡尺测量得到，输入到PLC；R_收为当前要计算收卷的直径。

进一步的，本发明通过PLC控制器6的设定，可以将收卷伺服电机9作为放卷伺服电机使用，放卷伺服电机7作为收卷伺服电机使用，以达到反转的目的。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种采用伺服电机力矩模式的卷对卷喷码检测机，其特征在于，包含：

放卷部，包含放卷气涨轴（1）以及用于控制放卷气涨轴（1）力矩的放卷伺服电机（7）；

收卷部，包含收卷气涨轴（2）以及用于控制收卷气涨轴（2）力矩的收卷伺服电机（9）；

主传动辊（4），设置在放卷部与收卷部之间；

主传动伺服电机（8），用于控制主传动辊（4）的速度；

压力辊（5），设置在主传动辊（4）的对应位置；

张力传感器（3），设置在压力辊（5）与收卷部之间，用于感知工作段的张力值；

PLC控制器（6），连接放卷伺服电机（7）、收卷伺服电机（9）、主传动伺服电机（8）以及张力传感器（3）。

2.如权利要求1所述的采用伺服电机力矩模式的卷对卷喷码检测机，其特征在于：

所述的放卷部还包含一放卷纠偏机构；

所述的收卷部还包含一収卷纠偏机构；

所述的主传动辊（4）设置在放卷纠偏机构后侧；

所述的压力传感器（3）设置在压力辊（5）与収卷纠偏机构之间。

3.如权利要求1所述的采用伺服电机力矩模式的卷对卷喷码检测机，其特征在于：

所述的压力辊（5）连接一气缸，由气缸带动压力辊（5）压合或离开主传动辊（4）。

4.如权利要求1或3所述的采用伺服电机力矩模式的卷对卷喷码检测机，其特征在于：

所述压力辊（5）的轴线与所述主传动辊（4）的轴线在同一水平线上。

5.一种卷对卷喷码检测机的物料张力控制方法，其特征在于，包含：

设定PLC控制器（6）的工作模式，将主传动伺服电机（8）设定在速度模式，放卷伺服电机（7）和收卷伺服电机（9）设定在力矩模式，并根据物料的材质设定基础数据；所述的基础数据包括放卷伺服电机（7）的力矩、收卷伺服电机（9）的力矩、放卷最大卷径、放卷最小卷径、收卷最大卷径、收卷最小卷径、主传动伺服电机（8）的速度、纸张厚度；

工作时，张力传感器（3）实时采集物料张力，PLC控制器（6）实时计算收卷和放卷直径，PLC控制器（6）通过张力数据、收卷和放卷直径数据来和基础数据进行比对，以改变放卷伺服电机（7）、收卷伺服电机（9）的电流，从而保持放卷气涨轴（1）到压力辊（5）之间以及压力辊（5）到收卷气涨轴（2）这两段的输出物料的力矩值的恒定，确保整机张力的自动恒定。