CN101201281A - 与幅面料张力测量有关的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种由电机操作张力测量滚子(1)并能补偿连续幅面料在张力测量中误差的方法和系统，该方法包括用一位于张力测量滚子的力传感器(3)确定幅面料(4)的张力F_meas。该方法包括在测量运行张力前，确定摩擦力偶T_μ和张力测量滚子的惯性力矩J，确定在运行期间由张力测量滚子的驱动电机产生的扭矩T_mot，从已确定的驱动电机产生的扭矩T_mot中减去摩擦力偶T_μ和惯性力矩J从而确定张力测量滚子对幅面料作用的扭矩T_wm，在已知张力测量滚子对幅面料作用的扭矩T_wm的基础上，确定对幅面料的作用力F_T，在已知对幅面料的作用力F_T的基础上，确定测量滚子对幅面料的测量传感器的测量方向上的分力F_Tm，并且从力传感器确定的张力F_meas中减去测量滚子对幅面料的测量传感器的测量方向上的分力F_Tm，从而获得一校正的测量信号。

Description

与幅面料张力测量有关的方法和系统

技术领域

【0001】本发明涉及确定连续幅面料的张力，尤其涉及在确定连续幅面料的张力时消除误差分力。

背景技术

【0002】有很多工业产品或进一步处理机器用来测量连续幅面料的张力。举例来说，比如像纸和由其它纤维、织物、细线、塑料和金属薄膜以及其它材料制成的日用品，其张力在它们的制造过程或进一步处理过程中被确定。比如，在纸的制造过程和进一步处理过程中，在幅面料的多点测量和调整纸幅面料的张力。这些点包括涂料和卷取。测量幅面料张力并且在此基础上调整该张力的目的是使幅面料具有均衡的质量和改经产品或进一步处理机器的运行性能。

【0003】一种已知测量幅面料张力的方法是在测量滚子上附着一个或多个力传感器。这些力传感器可以以机械连接的方式安装于滚子上的一个或多个位置，典型地位于滚子末端的轴承杯下，在该情况下力传感器至少部分支撑测量滚子。当移动该滚子时，幅面料在传感器测量方向上形成一分力。测量滚子常常具有自己的旋转驱动。这样该滚子不仅可用于测量而且可用于传送幅面料。

【0004】常常存在幅面料超过测量滚子的角度，这样导致驱动旋转测量滚子的扭矩影响测量结果，也就是，在测量传感器的测量方向上形成与真实测量值共同作用测量传感器的一分力，也就是，幅面料超过测量滚子产生的力。

【0005】早期，尝试以使驱动扭矩在力传感器测量的方向上产生的分力尽可能小的方式安装测量滚子驱动来消除该问题。然而，幅面料的运动常常不允许测量滚子和它的传感器以最适合测量的方式安装。

【0006】另一种减轻该问题的方式是以测量滚子不拉动幅面料或使幅面料速度减慢的方式调整测量滚子驱动。然而，由于测量滚子驱动与幅面料的速差和作用在幅面料上的力不能自由设置，这样就限制了对幅面料的控制。

【0007】由上面电机驱动装置测量产生的问题是当测量滚子主动控制幅面料时，就会在测量过程中形成一误差分力。然而，当以幅面料的速度驱动测量滚子时就不用拉动或减慢幅面料，这样就不能有效控制幅面料。

发明内容

【0008】本发明的一个目的是改进一种方法和改进一种实现该方法的设备从而解决上面提到的问题。本发明的目的是通过由具有独立权利要求中陈述的特征的方法和系统实现。本发明的优选实施方式公开在从属权利要求中。

【0009】当考虑了测量传感器的测量的由测量滚子驱动产生的分力，本发明基于此设置了电机驱动测量滚子的扭矩和其它处理的需要条件。

【0010】因为不希望的影响幅面料张力的测量结果的分力可以通过该方法被有效减小，本发明的方法和系统使在机器中运动的幅面料可以更自由地设计。因此，在机器设计时就不用像以前那样考虑测量滚子的幅面料角的类似要求。

【0011】进一步，因为在测量过程中，在不干扰测量的情况下，测量滚子可以用于拉动或减慢纤，因此本发明的方法和系统比以前对幅面料有更好的控制。

附图说明

【0012】现在，将以选优实施方式结合参考附图的方式详细地描述本发明，其中

图1是测量滚子和它的驱动的总图，和

图2和图3示出了测量滚子的横截面和测量滚子的受力。

具体实施方式

【0013】图1大体上示出了与电机2连接的可调整旋转速度的张力测量滚子1。电机轴连接至滚子轴并带动其旋转。滚子的两端以轴承支撑，力传感器3位于轴承的轴承杯下面。在本例中，有两个力传感器，但是同样可知它们的数量也可以是一个或多个。以幅面料经过滚子时使滚子产生一个可被力传感器测量的力的已知方式测量张力。

【0014】图2示出了测量滚子的一端示意图。力传感器3相对于测量滚子水平安装，以这样的方式可以使传感器仅仅对水平力敏感(在图中示出的两头箭头)。幅面料4，如图中示出了从上面进入滚子并且从右边脱离滚子，覆盖滚子横截面的扇形部分一般被认为是缠绕角α。在图2的例子中，缠绕角α大约为90度。

【0015】幅面料对滚子产生力F_W，该力的大小由幅面料4的张力决定。该力的方向依次由在滚子横截面圆周上形成的缠绕角的位置和缠绕角大小决定。在图2的情况下，缠绕角相对于假设的竖直轴线为角β。这样幅面料在经过滚子中心点和角为β+α/2所确定的直线方向上产生力。

【0016】在图2的情况下，由于力传感器的定位使其仅测量水平力。因此，它测量力F_W的水平矢量，也就是，F_wm＝F_wcos(α/2)。

【0017】很明显缠绕角α、缠绕角α的上述位置β和力传感器的测量方向都可以是随意的。在以上原则的基础上，仍然可以确定所有的情况下作用在滚子上的总力的由传感器确定的分力的比例。这样在得到这个测量力的基础上，就可以计算出总力，也就是，幅面料的张力。

【0018】在本发明的方法中，幅面料的张力由测量滚子用上述方法确定。在本发明的方法中，测量滚子由电机驱动操作。

【0019】根据本发明，在使用测量滚子前，要确定张力测量滚子的摩擦力偶T_μ和惯性力矩J。摩擦力偶和惯性力矩可以通过使用的滚子电机驱动测量。摩擦力偶可以以任何已知的方式测量，比如通过探测电机驱动滚子的扭矩和探测滚子平稳转动时的扭矩大小来确定。

【0020】相应地，惯性力矩可以通过电机以已知扭矩驱动滚子和在此扭矩下滚子的加速度决定。如果充分精确地知道滚子的尺寸和质量分布，惯性力矩也可以通过计算确定。

【0021】在上述量中，不管滚子的旋转速度，摩擦的影响本质上是相同的。摩擦可能也依赖于速度，并且这种依赖也可以通过测量确定。惯性力矩以阻止滚子角速度变化的方式依次影响，也就是，当滚子的角速度变化时，某一大小的扭矩需要用来补偿该变化，并且该扭矩依赖于确定的惯性力矩J和滚子的角加速度。

【0022】根据本发明的方法，在使用测量滚子时，确定由测量滚子的驱动电机产生的扭矩T_mot。由电机产生的扭矩可以简单地从用于控制电机的转换频率获得。现代变频机提供了使用扭矩的实时信息，并且如果希望，变频机一般也能在扭矩控制下使用。根据这种方法，张力测量滚子对幅面料的扭矩T_wm的大小被进一步确定。只需要简单地从确定的驱动电机的扭矩T_mot产生的力中减去不对幅面料而对别处的作用力，也就是，用来消除惯性力矩和摩擦力偶的力。如果张力测量滚子以其表面速度相同于幅面料的速度旋转，测量滚子不会有任何力作用在幅面料上。这样测量滚子的使用仅仅消除了测量滚子的摩擦力和由滚子的加速度或减速度产生的可能的惯性质量。

【0023】当计算出张力测量滚子对幅面料的作用扭矩T_wm时，在此扭矩的基础上可计算出作用在幅面料的力F_T。当已知测量滚子的半径r时，作用在幅面料的力可以被测量出来。作用在幅面料的力F_T是该扭矩和测量滚子半径的商(F_T＝T_wm/r)。由于滚子和幅面料间的系统的力是固定的，也就是，在幅面料和滚子间的力的影响下幅面料和滚子不会移动，幅面料施加给滚子的力与滚子施加给幅面料的力相等。

【0024】进一步，从测量滚子和幅面料之间的力计算得出测量传感器的测量方向分力F_Tm，并且从力传感器确定的张紧力F_meas中减去由测量测量滚子对幅面料的测量传感器的测量方向上的分力。这个差值就是幅面料张力的校正测量结果F_cor，其考虑了电机产生的扭矩、摩擦和滚子惯性质量的影响。

【0025】图3示出了上述力的矢量和在测量传感器的测量方向上它们的分力。应该注意到矢量和它们的分量只是用来说明本发明，因此它们的大小不表示任何详细和具体情况。图3示出了由滚子扭矩对幅面料产生的力F_T平均从缠绕角的中心点作用于幅面料，并且其在滚子的外面的切线方向上。此力的方向取决于测量滚子是否在加速或减速。在图3所示的情况下，当力F_T为所示的方向时，测量滚子在减速。

【0026】当使用图2中所示的记号来表示缠绕角α和它的初始角β，力F_T的方向ε可以被确定为相对于图3中水平位置为α/2+β。从这个角，根据等式F_Tm＝F_Tcos(ε)进一步可以计算出作用在测量传感器上的分力。考虑了张力测量滚子电机驱动扭矩的影响，幅面料张力可以通过等式F_cor＝F_meas-F_Tm来计算。

【0027】在本发明的方法中，也考虑到当幅面料和测量滚子的速度增加时，缠绕角会变小。这是由于在测量滚子和在幅面料进入侧5之间形成了一个空气垫。该空气垫的长度增加是速度的函数，这样就减小缠绕角α和相应地增加它的初始角β。当速度改变时，空气垫使图中所画的力的矢量的方向也发生改变。改变的大小最好可以通过实验以恒定张力运动的幅面料和在张力测量中测量该改变。

【0028】本发明的方法可以通过一系统来实现，该系统的测量滚子电机优选由可确定电机产生的扭矩的变频机控制。在幅面料的实际运动前，变频机优选用于确定摩擦力偶和惯性力矩。本发明的系统也包括实现该方法的一些必要的计算装置。它们中最简单的是，这些计算装置是变频机的处理器装置，或者，相应地，控制张力测量滚子装置的处理控制设备的计算装置。计算装置也可以是变频机和处理控制设备的组合，在这种情况下，它们中的每个执行部分计算。

【0029】下面将以例子的方式描述本发明的设备和操作方法。获得一连续的幅面料并且其后需要测量和调整它的张力。幅面料进给到测量滚子中，并且测量滚子的力传感器以使测量方向上的分力作用于其上的已知方式安置。

【0030】在使用测量滚子前，它的摩擦力偶和惯性力矩，比如通过连接至测量滚子轴的测量滚子电机和控制电机的变频机确定。在使用前，缠绕角、缠绕角的初始角和可能的其它几何量就已经被确定并且将这些信息作为参数储存在系统的储存器中。影响测量的其它的几何量的一个例子是测量传感器的位置。

【0031】当幅面料在测量滚子上运动时，测量传感器提供了一个不正确的读数。为了校正该读数，就要确定由电机产生的扭矩。如前面提到的，一般电机产生的扭矩可以从电机驱动的变频机自动和直接获得。从电机驱动的扭矩中减去摩擦力偶和与加速度或减速度相关的惯性力矩。如前面提到的，只有当速度改变时，惯性力矩才影响系统。该速度的改变也可以直接从变频机或处理控制装置获得，这样给测量滚子提供了一速度参考。

【0032】当从电机产生的扭矩中减去与摩擦和速度改变相关的扭矩时，将以该扭矩和滚子半径为基础计算作用在幅面料的力。该力并不是必然立即在一个方向上作为一个整体影响由测量传感器显示的结果。测量方向分力需要从作用在幅面料的力中分离出来。如前面所述，一旦缠绕角和它的初始角和测量传感器的位置已知，该分力就可以被计算出来。

【0033】从测量传感器提供的结果中减去测量方向分力从而可以得到校正的张力信息。该校正的张力信息可进一步被变换成作用方向的真实力，也可以是没有误差补偿的传统方式。

【0034】如果使用的速度使缠绕角减小并使缠绕的初始角增大，该改变在计算中也会被考虑。上述角度可以被认为是幅面料或角速度的函数，在这种情况下，系统将自动考虑该改变。

【0035】当使用本发明的方法和系统时，由于考虑了作用在幅面料的力，张力测量滚子可用来主动地运输幅面料。

【0036】以上，具体描述了通过变频机控制滚子电机的本发明的方法。该方法也可通过一直流驱动控制滚子电机来实现。

【0037】对于本领域的技术人员来说本发明的基本思想可以通过多种不同的方式来实现。本发明和它的实施方式不限于上述例子，但是可在权利要求保护范围内改变。

Claims (11)

1.一种补偿连续幅面料张力测量的误差的方法，所述的连续幅面料与电机驱动操作的张力测量滚子(1)相连，由此该方法包括用一位于张力测量滚子的力传感器(3)确定幅面料(4)的张力F_meas的步骤，其特征在于该方法包括步骤：

在测量运行张力前，确定张力测量滚子的摩擦力偶T_μ和惯性力矩J，

确定由张力测量滚子的驱动电机产生的运行扭矩T_mot，

从已确定的驱动电机产生的扭矩T_mot中减去摩擦力偶T_μ和惯性力矩J从而确定张力测量滚子对幅面料作用的扭矩T_wm，

由张力测量滚子对幅面料作用的扭矩T_wm确定对幅面料的作用力F_T，

从对幅面料的作用力F_T确定测量滚子对幅面料的测量传感器的测量方向上的分力F_Tm，并且

从力传感器确定的张力F_meas中减去由测量滚子对幅面料的测量传感器的测量方向上的分力F_Tm，从而获得一校正的测量信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述摩擦力偶由使用电机驱动确定。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述惯性力矩由使用电机驱动确定。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述惯性力矩由计算确定。

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：驱动电机产生的扭矩由变频机控制驱动电机确定。

6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：确定所述测量传感器的测量方向分力F_Tm包括步骤：

在开始测量张力前，确定幅面料的缠绕角(α)和缠绕角的初始角(β)，和

在已确定的这两个角的基础上，计算测量方向分力的大小。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述缠绕角和它的初始角的大小是幅面料速度的函数，这样当速度增大时，缠绕角会变小而初始角会变大。

8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于：从校正的测量方向上的测量信号计算沿着幅面料作用于测量滚子的力的方向上的合力。

9.一种补偿连续幅面料张力测量误差的系统，所述的连续幅面料与电机驱动操作的张力测量滚子(1)相连，由此该系统包括一位于张力测量滚子上，确定幅面料张力的力传感器(3)，其特征在于该系统包括：

在测量运行张力前，确定张力测量滚子的摩擦力偶T_μ和惯性力矩J的装置，

确定由张力测量滚子的驱动电机产生的运行扭矩T_mot的装置，

从已确定的驱动电机产生的扭矩T_mot中减去摩擦力偶T_μ和惯性力矩J从而确定张力测量滚子对幅面料产生的扭矩T_wm的计算装置，

由张力测量滚子对幅面料作用的扭矩确定对幅面料的作用力F_T的计算装置，

从对幅面料的作用力F_T确定测量滚子对幅面料的测量传感器的测量方向上的分力F_Tm的计算装置，和

从力传感器确定的张力F_meas中减去由测量滚子对幅面料的测量传感器的测量方向上的分力F_Tm而获得一被校正的幅面料张力值的计算装置。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于：所述计算装置包括变频机或处理控制装置或它们的组合。

11.如权利要求9或10所述的系统，其特征在于：所述确定惯性力矩和摩擦力偶的装置包括一变频机或处理控制装置。

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