CN101585457A - 检测料卷偏心的装置和方法 - Google Patents

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史冰
王焕程
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Abstract

一种检测料卷偏心的装置和方法，超声波换能器，用于向料卷发射超声波信号，并接收反射回来的超声波，将其转化为电信号输出；编码器，用于测量料卷转动角度α；控制计算部件，与所述绝对值编码器和所述超声波换能器相连接，用于控制所述超声波换能器发射超声波信号并接收所述超声波换能器输出电信号，根据声波经历的时间间隔t及超声波传导速度，计算超声波换能器至料卷表面的距离d；同时读取所述编码器的测量角度α，根据料卷的中心轴线至超声波换能器的距离d1和d以及α计算料卷的偏心情况。本发明可有效测量料卷在卷取机上旋转一周的过程中的直径变化。可广泛应用于卷取料带的张力控制，有效提高了设备的生产速度和料带的加工质量。

Description

检测料卷偏心的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种料卷恒张力卷取中检测料卷偏心的装置和方法。
技术背景
在料卷恒张力卷取中，主要有以下两种方式：
一、在卷取机与相邻设备之间设置张力传感器，通过张力传感器测量值与目标值的偏差控制卷取机的线速度，保证料带的张力：
V＝πDn/i
其中，V是卷取机线速度，D是料卷直径，n是电机转速，i为减速比率。
二、通过控制卷取电动机的转矩开环控制卷取料带的张力：
T＝Mei/(D/2)
其中，T为卷取料带张力，D是料卷直径，Me为电机电磁转矩，i为减速比。
以上两种控制方式中，控制的量都与直径相关，因此直径的测量在料卷恒张力卷取中是至关重要的。传统料卷直径的测量，没有考虑料卷的偏心，认为在料卷的一个圆周内直径是没有变化的。但在实际中，由于可能存在以下问题：
1、卷取轴本身加工的同心度不好；
2、料带本身的厚度变化不均匀；
3、待加工料卷由于上道工序不正常或储存不善引起的变形；
4、卷取工作过程中的操作存在问题使料带在料卷内折叠或拱起等情况；
上述问题使得料卷在卷取机上旋转一周的过程中，其直径突然发生很大变化的情况。直径的突然变化会导致卷取料带张力的突变，这将直接影响设备的生产速度和料带的加工质量，更有甚者，会造成断带情况的发生，使生产中断并造成了大量的废品废料。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种利用超声波和编码器检测料卷偏心的装置和方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种检测料卷偏心的装置，包括：
超声波换能器，用于向料卷发射超声波信号，并接收反射回来的超声波，将其转化为电信号输出；
编码器，用于测量料卷转动角度α；
控制计算部件，与所述绝对值编码器和所述超声波换能器相连接，用于控制所述超声波换能器发射超声波信号并接收所述超声波换能器输出电信号，根据声波经历的时间间隔t及超声波传导速度，计算超声波换能器至料卷表面的距离d；同时读取所述编码器的测量角度α，根据料卷的中心轴线至超声波换能器的距离d1和d以及α计算料卷的偏心情况。
其中，所述控制计算部件为一可编程控制器。
其中，所述超声波换能器设于垂直于料卷中心轴线处。
其中，所述编码器与料卷同轴。
其中，所述编码器为绝对值编码器。
其中，所述编码器为单圈绝对值编码器。
本发明还提供一种检测料卷偏心的方法，包括以下步骤：
步骤一、对于旋转的料卷，采用超声波换能器测量超声波换能器至料卷表面的距离；同时记录料卷当前角度α；
步骤二、根据料卷的中心轴线至超声波换能器的距离d1和d以及α计算料卷1的偏心情况。
本发明可有效测量料卷在卷取机上旋转一周的过程中的直径变化。可广泛应用于卷取料带的张力控制，有效提高了设备的生产速度和料带的加工质量，避免了断带的情况发生，降低了生产成本。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明检测料卷偏心的装置结构示意图；
图2为料卷不圆的直径曲线；
图3为卷取轴偏心的直径曲线。
具体实施方式
一种检测料卷偏心的装置，包括：
超声波换能器4，用于向料卷1发射超声波信号，并接收反射回来的超声波，将其转化为电信号输出；
编码器8，用于测量料卷1转动角度α；
控制计算部件5，与所述绝对值编码器8和所述超声波换能器4相连接，用于控制所述超声波换能器4发射超声波信号并接收所述超声波换能器4输出电信号，根据声波经历的时间间隔t及超声波传导速度，计算超声波换能器4至料卷1表面的距离d；同时读取所述编码器8的测量角度α，根据料卷1中心轴线2至超声波换能器4的距离d1和d以及α计算料卷1的偏心情况。
其中，所述控制计算部件5为一可编程控制器(PLC)5。
其中，所述超声波换能器4设于垂直于料卷1中心轴线处。这样可以更方便地计算超声波换能器4至料卷1表面切面的距离。
其中，所述编码器8与料卷1同轴。
其中，所述编码器8为绝对值编码器。
其中，所述编码器8为单圈绝对值编码器。这样可以在料卷1转动到不同角度时，单圈绝对值编码器都有与该角度相对应的不同的读数，方便角度α测量和计算。
其工作过程如下：
在可编程控制器5的控制下，超声波换能器4对料卷1发射超声波信号，超声波换能器4再接收反射回来的超声波，并由超声波换能器4转换成电脉冲信号，可编程控制器5获得超声波经历的时间间隔t，再根据超声波传导速度λ计算出超声波传感器4到料卷1表面切面的距离d，即d＝t×λ/2，然后按照超声波能换器4和料卷1的中心轴线2的确定距离d1计算出料卷1的半径r，即r＝d1-d，进行实际张力控制时，可将其代入背景技术中提出的张力计算公式，即T＝Mei/(D/2)，其中：D＝2×r。
在可编程控制器5每次控制超声波换能器4对料卷1发射超声波信号同时，可编程控制器5相应地读取与料卷1同轴安装单圈绝对值编码器8的读值。
通过执行上述工作过程，可记录在料卷1圆周不同角度的直径D，也就检测了料卷1的偏心情况。本实施例中测量的料卷不圆直径的曲线如图2所示，卷取轴偏心的直径曲线如图3所示。
一种检测料卷偏心的方法，包括以下步骤：
步骤1、对于旋转的料卷1，采用超声波换能器4测量超声波换能器4至料卷1表面的距离d；同时记录料卷1当前角度α；
步骤2、根据料卷1的中心轴线2至超声波换能器4的距离d1和d以及α计算料卷1的偏心情况。
其中，步骤1中的角度α采用单卷绝对值编码器记录。
其中，步骤1中的距离d为超声波换能器4至料卷1表面切面的距离。
其中，料卷1的偏心情况采用可编程控制器5计算。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1、一种检测料卷偏心的装置，其特征在于包括：
超声波换能器，用于向料卷发射超声波信号，并接收反射回来的超声波，将其转化为电信号输出；
编码器，用于测量料卷转动角度α；
控制计算部件，与所述绝对值编码器和所述超声波换能器相连接，用于控制所述超声波换能器发射超声波信号并接收所述超声波换能器输出电信号，根据声波经历的时间间隔t及超声波传导速度，计算超声波换能器至料卷表面的距离d；同时读取所述编码器的测量角度α，根据料卷的中心轴线至超声波换能器的距离d1和d以及α计算料卷的偏心情况。
2、根据权利要求1所述的检测料卷偏心的装置，其特征在于：所述控制计算部件为一可编程控制器。
3、根据权利要求1所述的检测料卷偏心的装置，其特征在于：所述超声波换能器设于垂直于料卷中心轴线处。
4、根据权利要求1所述的检测料卷偏心的装置，其特征在于：所述编码器与料卷同轴。
5、根据权利要求1所述的检测料卷偏心的装置，其特征在于：所述编码器为绝对值编码器。
6、根据权利要求1所述的检测料卷偏心的装置，其特征在于：所述编码器为单圈绝对值编码器。
7、一种检测料卷偏心的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、对于旋转的料卷，采用超声波换能器测量超声波换能器至料卷表面的距离；同时记录料卷当前角度α；
步骤二、根据料卷的中心轴线至超声波换能器的距离d1和d以及α计算料卷1的偏心情况。
8、根据权利要求7所述的检测料卷偏心的方法，其特征在于：所述步骤一中的角度α采用单圈绝对值编码器记录。
9、根据权利要求7所述的检测料卷偏心的方法，其特征在于：步骤一中的距离d为超声波换能器4至料卷1表面切面的距离。
10、根据权利要求7所述的检测料卷偏心的方法，其特征在于：料卷的偏心情况采用可编程控制器计算。
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