CN108238465A - 一种表面卷取恒张力控制的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及卷取设备技术领域，尤其涉及一种表面卷取恒张力控制的方法和装置。一种表面卷取恒张力控制的方法，用以实现基材自放卷装置至表面卷取装置过程中卷取张力恒定，通过控制器根据实时张力值和预设张力值的差值通过PID算法计算出相应的速度修正值，控制器根据速度修正值进行调速根据速度修正值修正放卷速度直到实时张力值等于预设张力值。一种表面卷取恒张力控制的装置，用于控制基材在卷取过程中的张力值恒定，包括控制器、后辅助导辊、前辅助导辊、张力辊、悬臂、张力传感器、角位移气缸、基材原料卷、放卷伺服电机、后支撑辊和卷取伺服电机。本发明具有结构简单、张力恒定、控制精度高、卷取平整以及适应范围广等优点。
Description
技术领域
本发明涉及卷取设备技术领域，尤其涉及一种表面卷取恒张力控制的方法和装置。
背景技术
在柔性材料(如布匹、纱布、纸张、薄膜、地毯等)的表面卷取工艺中，对表面卷取张力的控制直接影响到卷取产品的质量。在柔性材料的表面卷取过程中，因外来干扰而引起的卷取张力抖动，卷取张力过大时，容易导致柔性材料变形甚至断裂；卷取张力过小时，容易引起柔性材料的打折与起皱。由于张力不均匀而导致的卷取松紧度不均，将会影响到卷取产品的质量和生产效率。因此，提供一种结构简单、便于推广，能够解决上述技术问题的表面卷取恒张力控制的方法和装置是十分必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、便于推广的表面卷取恒张力控制的方法和装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种表面卷取恒张力控制的方法，用以实现基材自放卷装置至表面卷取装置过程中卷取张力恒定，利用张力检测机构实时检测实时张力值，通过控制器根据实时张力值和预设张力值的差值通过PID算法计算出相应的速度修正值，控制器根据速度修正值进行调速根据速度修正值修正放卷速度直到实时张力值等于预设张力值。
一种表面卷取恒张力控制的装置，用于控制基材在卷取过程中的张力值恒定，包括控制器、后辅助导辊、前辅助导辊、张力辊、悬臂、张力传感器、角位移气缸、基材原料卷、放卷伺服电机、后支撑辊和卷取伺服电机；
所述基材绕附于所述基材原料卷的卷轴上，所述基材自所述基材原料卷依次与所述后辅助导辊、张力辊、前辅助导辊以及后支撑辊连接，所述控制器分别与所述张力传感器、角位移气缸、放卷伺服电机和卷取伺服电机连接，所述悬臂的一端与所述张力辊连接、另一端与所述张力传感器连接，所述角位移气缸的活塞杆与所述张力辊连接，所述基材原料卷与所述放卷伺服电机连接，所述后支撑辊与所述卷取伺服电机连接。
本发明的有益效果在于：提供一种表面卷取恒张力控制的方法和装置，用以实现基材自放卷装置至卷取装置过程中卷取张力恒定。利用张力检测机构实时检测实时张力值，通过控制器根据实时张力值和预设张力值的差值通过PID算法计算出相应的速度修正值，控制器根据速度修正值进行调速根据速度修正值修正放卷速度直到实时张力值等于预设张力值，即可实现在表面卷取作业中张力的恒定。本发明具有结构简单、张力恒定、控制精度高、卷取平整以及适应范围广等优点。
附图说明
图1为本发明实施例的表面卷取恒张力控制的装置的结构示意图；
图2为本发明实施例的表面卷取恒张力控制的方法的流程图；
标号说明：
1-控制器；
2-后辅助导辊；
3-前辅助导辊；
4-张力辊；
5-悬臂；
6-张力传感器；
7-角位移气缸；
8-基材原料卷；
9-放卷伺服电机；
10-后支撑辊；
11-卷取伺服电机；
12-机架；
13-基材。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：利用张力检测机构实时检测实时张力值，通过控制器分别控制并调节放卷伺服电机和角位移气缸实现表面卷取的恒张力控制。
请参照图1至图2，一种表面卷取恒张力控制的方法，用以实现基材自放卷装置至表面卷取装置过程中卷取张力恒定，利用张力检测机构实时检测实时张力值，通过控制器根据实时张力值和预设张力值的差值通过PID算法计算出相应的速度修正值，控制器根据速度修正值进行调速根据速度修正值修正放卷速度直到实时张力值等于预设张力值。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：使用时，根据控制器设定的放卷速度初始速度、卷取速度和预设张力值以及张力传感器采集的实时张力值，通过控制器比较预设张力值与实时张力值获得张力误差值，计算放卷伺服电机的速度修正值，控制器通过速度修正值调节放卷伺服电机的转速，使得张力误差值等于零，即预设张力值等于实时张力值，从而实现表面卷取过程的恒张力控制。
进一步的，所述表面卷取恒张力控制的方法具体包括以下步骤：
步骤一：表面卷取作业前，在控制器中设置预设张力值、放卷速度初始速度值和卷取速度值；
步骤二：表面卷取作业时，利用张力检测机构中的张力传感器实时检测实时张力值，将实时张力值与预设张力值比较获得误差值；
步骤三：通过控制器内置的PID算法根据误差值算出速度修正值，根据速度修正值修正放卷伺服电机的放卷速度，直到误差值等于零，实时张力值等于预设张力值。
由上述描述可知，使用时，根据设定的放卷初始速度、卷取速度和预设张力值以及张力传感器采集的实时张力值，通过控制器内嵌的PID算法，比较预设张力值与实时张力值获得张力误差值，计算放卷伺服电机的速度修正值，控制器通过速度修正值调节放卷伺服电机的转速，使得张力误差值等于零，即预设张力值等于实时张力值，从而实现表面卷取过程的恒张力控制，这种控制方式控制精度高、响应速度快，能够达到表面卷取作业中的恒张力控制的最佳效果。
一种表面卷取恒张力控制的装置，用于控制基材在卷取过程中的张力值恒定，包括控制器、后辅助导辊、前辅助导辊、张力辊、悬臂、张力传感器、角位移气缸、基材原料卷、放卷伺服电机、后支撑辊和卷取伺服电机；
所述基材绕附于所述基材原料卷的卷轴上，所述基材自所述基材原料卷依次与所述后辅助导辊、张力辊、前辅助导辊以及后支撑辊连接，所述控制器分别与所述张力传感器、角位移气缸、放卷伺服电机和卷取伺服电机连接，所述悬臂的一端与所述张力辊连接、另一端与所述张力传感器连接，所述角位移气缸的活塞杆与所述张力辊连接，所述基材原料卷与所述放卷伺服电机连接，所述后支撑辊与所述卷取伺服电机连接。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：使用时，张力传感器、放卷伺服电机、卷取伺服电机和控制器构成闭环控制，根据设定的放卷初始速度、卷取速度和预设张力值以及张力传感器采集的实时张力值，通过控制器内嵌的PID算法，比较预设张力值与实时张力值获得张力误差值，计算放卷伺服电机的速度修正值，控制器通过速度修正值调节放卷伺服电机的转速，使得张力误差值等于零，即预设张力值等于实时张力值，从而实现表面卷取过程的恒张力控制。悬臂的一端与所述张力传感器的检测轴连接、另一端与所述张力辊的辊轴连接，悬臂与水平面呈一夹角，基材不同的张力状态对应不同的夹角值，保证表面卷取过程中张力的恒定即保证夹角的恒定。放卷伺服电机的输出轴通过减速机、联轴器等传动机构与宽幅大卷基材的卷轴连接，当放卷伺服电机正转时放卷，实现卷取供料；放卷伺服电机反转时收卷，实现绷紧基材。本发明可以抑制外来干扰引起的卷取张力抖动，避免因张力过大而导致柔性材料变形甚至断裂，同时避免因张力过小而引起柔性材料的打折与起皱，提高卷取产品的质量和生产效率。
进一步的，所述表面卷取恒张力控制的装置还包括机架，所述控制器、后辅助导辊、前辅助导辊、张力传感器、角位移气缸、基材原料卷、放卷伺服电机、后支撑辊和卷取伺服电机分别安装于所述机架上。
由上述描述可知，机架用以安装上述部件保证了结构的稳定性且便于表面卷取恒张力控制的装置的运行和管理。
进一步的，所述后辅助导辊和前辅助导辊相互平行且水平高度相同，所述后辅助导辊和前辅助导辊间具有间隙，所述张力辊位于所述间隙的下方，所述张力辊分别与所述后辅助导辊和前辅助导辊平行，所述基材经由所述后辅助导辊、张力辊和前辅助导辊呈U型布置。
由上述描述可知，后辅助导辊和前辅助导辊作为张力检测机构的支架与传动导轮，给表面卷取柔性材料的传送提供导向作用，减小柔性材料传送过程中的摩擦力，后辅助导辊、前辅助导辊与张力辊组合构成三辊张力检测机构。
进一步的，所述表面卷取恒张力控制的装置还包括压力调节阀，所述控制器通过所述压力调节阀与所述角位移气缸连接。
由上述描述可知，压力调节阀用以控制角位移气缸的压力值，从而实现根据不同张力范围的不同类型的表面卷取材料的恒张力控制。
进一步的，所述表面卷取恒张力控制的装置还包括安装在所述机架上的控制面板，所述控制面板与所述控制器连接。
由上述描述可知，控制面板包括开关、按钮、键盘和显示器等部件，用于控制装置的启停以及压力值、速度值的输入和显示，简化了人工操作过程，提高了生产效率。
进一步的，所述角位移气缸竖直设置于所述张力辊的下方，所述张力传感器位于所述张力辊的一侧。
由上述描述可知，这样设计保证了三辊张力检测机构具有良好的稳定性和可调性，进一步保证了恒张力控制的控制效果。
进一步的，所述张力传感器为角位移传感器。
由上述描述可知，角位移传感器具有可靠性好、测量精度高的优点。
请参照图1至图2，本发明的实施例一为：一种表面卷取恒张力控制的装置，用于控制基材13在卷取过程中的张力值恒定，包括控制器1、后辅助导辊2、前辅助导辊3、张力辊4、悬臂5、张力传感器6、角位移气缸7、基材原料卷8、放卷伺服电机9、后支撑辊10和卷取伺服电机11；
所述基材13绕附于所述基材原料卷8的卷轴上，所述基材13自所述基材原料卷8依次与所述后辅助导辊2、张力辊4、前辅助导辊3以及后支撑辊10连接，所述控制器1分别与所述张力传感器6、角位移气缸7、放卷伺服电机9和卷取伺服电机11连接，所述悬臂5的一端与所述张力辊4连接、另一端与所述张力传感器6连接，所述角位移气缸7的活塞杆与所述张力辊4连接，所述基材原料卷8与所述放卷伺服电机9连接，所述后支撑辊10与所述卷取伺服电机11连接。
请参照图1至图2，本发明的实施例二为：一种表面卷取恒张力控制的装置，用于控制基材13在卷取过程中的张力值恒定，包括控制器1、后辅助导辊2、前辅助导辊3、张力辊4、悬臂5、张力传感器6、角位移气缸7、基材原料卷8、放卷伺服电机9、后支撑辊10和卷取伺服电机11；
所述基材13绕附于所述基材原料卷8的卷轴上，所述基材13自所述基材原料卷8依次与所述后辅助导辊2、张力辊4、前辅助导辊3以及后支撑辊10连接，所述控制器1分别与所述张力传感器6、角位移气缸7、放卷伺服电机9和卷取伺服电机11连接，所述悬臂5的一端与所述张力辊4连接、另一端与所述张力传感器6连接，所述角位移气缸7的活塞杆与所述张力辊4连接，所述基材原料卷8与所述放卷伺服电机9连接，所述后支撑辊10与所述卷取伺服电机11连接。
所述表面卷取恒张力控制的装置还包括机架12，所述控制器1、后辅助导辊2、前辅助导辊3、张力传感器6、角位移气缸7、基材原料卷8、放卷伺服电机9、后支撑辊10和卷取伺服电机11分别安装于所述机架12上。所述后辅助导辊2和前辅助导辊3相互平行且水平高度相同，所述后辅助导辊2和前辅助导辊3间具有间隙，所述张力辊4位于所述间隙的下方，所述张力辊4分别与所述后辅助导辊2和前辅助导辊3平行，所述基材13经由所述后辅助导辊2、张力辊4和前辅助导辊3呈U型布置。所述表面卷取恒张力控制的装置还包括压力调节阀，所述控制器1通过所述压力调节阀与所述角位移气缸7连接。所述表面卷取恒张力控制的装置还包括安装在所述机架12上的控制面板，所述控制面板与所述控制器1连接。所述角位移气缸7竖直设置于所述张力辊4的下方，所述张力传感器6位于所述张力辊4的一侧并且所述张力传感器6的水平高度不超过所述张力辊4的水平高度。所述张力传感器6为角位移传感器。
综上所述，本发明提供的一种表面卷取恒张力控制的方法和装置，用以实现基材自放卷装置至卷取装置过程中卷取张力恒定。利用张力检测机构实时检测实时张力值，通过控制器根据实时张力值和预设张力值的差值通过PID算法计算出相应的速度修正值，控制器根据速度修正值进行调速根据速度修正值修正放卷速度直到实时张力值等于预设张力值，即可实现在表面卷取作业中张力的恒定。本发明具有结构简单、张力恒定、控制精度高、卷取平整以及适应范围广等优点。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种表面卷取恒张力控制的方法，其特征在于，用以实现基材自放卷装置至表面卷取装置过程中卷取张力恒定，利用张力检测机构实时检测实时张力值，通过控制器根据实时张力值和预设张力值的差值通过PID算法计算出相应的速度修正值，控制器根据速度修正值进行调速根据速度修正值修正放卷速度直到实时张力值等于预设张力值。
2.根据权利要求1所述的表面卷取恒张力控制的方法，其特征在于，所述表面卷取恒张力控制的方法具体包括以下步骤：
步骤一：表面卷取作业前，在控制器中设置预设张力值、放卷速度初始速度值和卷取速度值；
步骤二：表面卷取作业时，利用张力检测机构中的张力传感器实时检测实时张力值，将实时张力值与预设张力值比较获得误差值；
步骤三：通过控制器内置的PID算法根据误差值算出速度修正值，根据速度修正值修正放卷伺服电机的放卷速度，直到误差值等于零，实时张力值等于预设张力值。
3.一种表面卷取恒张力控制的装置，其特征在于，用于控制基材在卷取过程中的张力值恒定，包括控制器、后辅助导辊、前辅助导辊、张力辊、悬臂、张力传感器、角位移气缸、基材原料卷、放卷伺服电机、后支撑辊和卷取伺服电机；
所述基材绕附于所述基材原料卷的卷轴上，所述基材自所述基材原料卷依次与所述后辅助导辊、张力辊、前辅助导辊以及后支撑辊连接，所述控制器分别与所述张力传感器、角位移气缸、放卷伺服电机和卷取伺服电机连接，所述悬臂的一端与所述张力辊连接、另一端与所述张力传感器连接，所述角位移气缸的活塞杆与所述张力辊连接，所述基材原料卷与所述放卷伺服电机连接，所述后支撑辊与所述卷取伺服电机连接。
4.根据权利要求3所述的表面卷取恒张力控制的装置，其特征在于，所述表面卷取恒张力控制的装置还包括机架，所述控制器、后辅助导辊、前辅助导辊、张力传感器、角位移气缸、基材原料卷、放卷伺服电机、后支撑辊和卷取伺服电机分别安装于所述机架上。
5.根据权利要求3所述的表面卷取恒张力控制的装置，其特征在于，所述后辅助导辊和前辅助导辊相互平行且水平高度相同，所述后辅助导辊和前辅助导辊间具有间隙，所述张力辊位于所述间隙的下方，所述张力辊分别与所述后辅助导辊和前辅助导辊平行，所述基材经由所述后辅助导辊、张力辊和前辅助导辊呈U型布置。
6.根据权利要求3所述的表面卷取恒张力控制的装置，其特征在于，所述表面卷取恒张力控制的装置还包括压力调节阀，所述控制器通过所述压力调节阀与所述角位移气缸连接。
7.根据权利要求4所述的表面卷取恒张力控制的装置，其特征在于，所述表面卷取恒张力控制的装置还包括安装在所述机架上的控制面板，所述控制面板与所述控制器连接。
8.根据权利要求3所述的表面卷取恒张力控制的装置，其特征在于，所述角位移气缸竖直设置于所述张力辊的下方，所述张力传感器位于所述张力辊的一侧。
9.根据权利要求3所述的表面卷取恒张力控制的装置，其特征在于，所述张力传感器为角位移传感器。
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