CN102230781A - 可绕性带材厚度软检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可绕性带材厚度软检测方法。现有的检测方法存在检测传感器价格昂贵、测量精度低等。本发明方法首先根据卷绕轴及其邻轴上光电编码器输出的脉冲频率信号计算卷径，并在卷绕轴每转一圈、其光电编码器输出每转标志信号的时刻建立实时卷径数据列，根据用户对卷径数据平滑性的不同要求，计算当前卷径与前N次获取的卷径间的差值及对N求平均，且依次递推，卷轴每转一圈即可获得可绕性带材的实时厚度信号以供后续系统使用。本发明方法不需要增加传感器与现有系统的硬件配置，无需定期校准，输出数据平滑性好，用户设置灵活，特别适于需检测带材厚度的各类可绕性带材加工、卷绕过程中。

Description

可绕性带材厚度软检测方法
技术领域
本发明属于工业自动化领域，涉及一种用于可绕性带材的卷绕加工生产设备中对带材厚度的软检测方法。
背景技术
带材厚度是诸如软包装材料、金属箔带、纺织物等各类可绕性带材加工、生产中的重要参数，带材厚度不仅是带材产品的主要技术规格参数之一， 而且对带材加工、生产中的其他参数（如带材张力等）具有重要影响。目前，在带材原料的生产中，例如，在吹塑机生产塑料薄膜的过程中，主要采用基于射线型传感器的在线厚度检测装置，并通过厚度控制系统使生产出的塑料薄膜厚度符合产品要求，但此类射线型传感器不仅价格昂贵，且对操作员的人身健康具有负面影响；而在可绕性带材的各类后续加工中，带材厚度对加工过程与成品质量影响很大，在例如，塑料薄膜的复合、彩色印刷、分切等加工设备中，其放卷、收卷工序的张力控制性能受带材厚度影响很大，目前，在此类加工设备中，一般采用人工离线测量厚度的方法，然后由操作员输入到生产设备的控制系统中，该方法的不足在于：每卷带材只在加工前测量一次，人工测量精度低、更无法体现带材在连续式的加工、生产中客观存在的厚度不均问题，以及卷绕张力不同导致的厚度变化（受力变形）等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，设计了一种基于带材加工、生产设备中卷绕轴（该轴上卷绕的带材卷径在生产过程中是变化的）与邻轴（其导辊的轴径是固定的）上已有的光电编码器，利用其输出信号进行特殊处理而获得可绕性带材厚度的软检测方法（也称间接检测方法），即：利用若干个中间变量计算带材厚度的间接检测方法。
本发明方法包括以下步骤：
步骤a根据卷绕轴与邻轴上的光电编码器输出的频率信号，计算卷绕轴上的卷绕直径                                                
Figure 2011101708644100002DEST_PATH_IMAGE001
（单位：mm）；
步骤b根据卷绕轴上的光电编码器输出的每转标志信号，记录卷绕轴每转一圈时的卷径
Figure 487555DEST_PATH_IMAGE002
数据列，其中，为本次获取的卷径，
Figure 708321DEST_PATH_IMAGE004
为前N次获取的卷径；
步骤c根据得到的卷径
Figure 419925DEST_PATH_IMAGE002
数据列，与预设的计数层数N计算带材厚度h（单位：mm）；
步骤d将得到的带材厚度h输出及显示；
步骤e刷新卷径数据列，循环上述步骤，实现对带材厚度h的连续检测。令卷径
Figure 347430DEST_PATH_IMAGE002
数据列中的
Figure 2011101708644100002DEST_PATH_IMAGE005
，并淘汰
Figure 551534DEST_PATH_IMAGE006
数据，进而卷轴每转一圈，测得本次卷径，构成新的
Figure 197279DEST_PATH_IMAGE002
数据列，循环上述步骤，实现对带材厚度h的连续检测。
步骤a中所述的卷径
Figure 774890DEST_PATH_IMAGE001
，与卷绕轴上的光电编码器PG1输出的脉冲频率信号
Figure 494585DEST_PATH_IMAGE008
（单位：Hz）、邻轴上的光电编码器PG2输出的脉冲频率信号
Figure 2011101708644100002DEST_PATH_IMAGE009
（单位：Hz）之间具备函数关系
Figure 928977DEST_PATH_IMAGE010
，由如下公式表示：
Figure 2011101708644100002DEST_PATH_IMAGE011
                                     （1）
其中，
Figure 62018DEST_PATH_IMAGE012
为卷轴上的光电编码器PG1输出的脉冲频率信号
Figure 115425DEST_PATH_IMAGE008
的脉冲当量（单位：R/P，即：转/脉冲），
Figure 2011101708644100002DEST_PATH_IMAGE013
为邻轴上的光电编码器PG2输出的脉冲频率信号
Figure 17522DEST_PATH_IMAGE009
的脉冲当量（单位：mm/P，即：毫米/脉冲），
Figure 560499DEST_PATH_IMAGE012
、均为已知量。
Figure 775284DEST_PATH_IMAGE008
与卷轴的转速成正比，与邻轴的转速（即：带材线速度，因邻轴的轴径是固定的，故带材线速度也与邻轴的转速成正比）成正比；
步骤b中所述的卷径数据列，是根据卷轴上的光电编码器PG1输出的脉冲标志信号z（单位：1R/1P, 即：1转/每个脉冲）时刻，由步骤a中的公式（1）进行计算获取；
步骤c所述的带材厚度h计算,是根据预设的计数层数N，获取的本次卷径、前N次
Figure 686291DEST_PATH_IMAGE004
进行计算，计算公式如下：
Figure 562980DEST_PATH_IMAGE014
                                 （2）
其中，计数层数N由用户设定，N是自然数，N越小、实时性越好，N越大、输出的带材厚度h数据越平滑、平均精度越高，公式（2）中之所以取绝对值，是因为收卷时
Figure 2011101708644100002DEST_PATH_IMAGE015
，放卷时
Figure 447760DEST_PATH_IMAGE016
；
步骤d中所述的将得到的带材厚度h信号输出及显示，是通过D/A器件（CPU中的D/A接口）将用步骤c获得的带材厚度h，及用户设置的将带材厚度范围（0～h max ）与输出电压U OUT 信号范围（如：0～U max ）的对应关系，线性地将带材厚度h转换成电压信号输出，以供后续的带材生产自动控制系统或成品质量自动监控系统使用，同时，经数据显示部件（如：LED数码管或LCD显示器）进行带材厚度的实时显示。带材厚度与输出电压信号关系的计算公式如下：
Figure 2011101708644100002DEST_PATH_IMAGE017
                                        （3）
步骤e所述的刷新卷径数据列，实现对带材厚度h的连续检测，是在完成一次检测与输出后，令卷径
Figure 777110DEST_PATH_IMAGE002
数据列中的
Figure 38327DEST_PATH_IMAGE005
，并淘汰数据，进而卷轴每转一圈，测得本次卷径
Figure 762886DEST_PATH_IMAGE007
，构成新的
Figure 517216DEST_PATH_IMAGE002
数据列，循环上述步骤，实现对带材厚度h的连续检测。
本发明具有的有益效果：
(1)不需要增加传感器与现有控制系统的硬件配置；
(2)不需要进行类似传感器那样的定期校准；
(3)输出数据平滑性好，用户可根据需要，灵活设置用于求带材平均厚度的数据个数；
(4)特别适于对各类可绕性带材进行加工、卷绕过程中需检测带材厚度参数的场合，大大提高了对此类带材厚度检测的可靠性与性价比。
本发明完全解决了现有技术存在的缺陷，并且实现简单容易。
具体实施方式
可绕性带材厚度软检测方法具体步骤为：
步骤a根据卷绕轴与邻轴上的光电编码器输出的频率信号，计算卷轴上的卷绕直径
Figure 319474DEST_PATH_IMAGE001
（单位：mm）；
步骤b根据卷绕轴上的光电编码器输出的每转标志信号，记录卷轴每转一圈时的卷径数据列，其中，
Figure 335020DEST_PATH_IMAGE003
为本次获取的卷径，
Figure 638963DEST_PATH_IMAGE004
为前N次获取的卷径；
步骤c根据得到的卷径
Figure 914086DEST_PATH_IMAGE002
数据列，与预设的计数层数N计算带材厚度h（单位：mm）；
步骤d将得到的带材厚度h输出及显示；
步骤e刷新卷径数据列，循环上述步骤，实现对带材厚度h的连续检测。令卷径数据列中的
Figure 17357DEST_PATH_IMAGE005
，并淘汰数据，进而卷轴每转一圈，测得本次卷径
Figure 887410DEST_PATH_IMAGE007
，构成新的
Figure 385388DEST_PATH_IMAGE002
数据列，循环上述步骤，实现对带材厚度h的连续检测。
步骤a中所述的卷径
Figure 219352DEST_PATH_IMAGE001
，与卷轴上的光电编码器PG1输出的脉冲频率信号
Figure 169990DEST_PATH_IMAGE008
（单位：Hz）、邻轴上的光电编码器PG2输出的脉冲频率信号（单位：Hz）之间具备函数关系
Figure 467296DEST_PATH_IMAGE010
，由如下公式表示：
Figure 463372DEST_PATH_IMAGE011
                                     （1）
其中，
Figure 901307DEST_PATH_IMAGE012
为卷轴上的光电编码器PG1输出的脉冲频率信号
Figure 384241DEST_PATH_IMAGE008
的脉冲当量（单位：R/P，即：转/脉冲），
Figure 856811DEST_PATH_IMAGE013
为邻轴上的光电编码器PG2输出的脉冲频率信号
Figure 32577DEST_PATH_IMAGE009
的脉冲当量（单位：mm/P，即：毫米/脉冲），
Figure 957808DEST_PATH_IMAGE012
、均为已知量。与卷轴的转速成正比，与邻轴的转速（即：带材线速度，因邻轴的轴径是固定的，故带材线速度也与邻轴的转速成正比）成正比；
步骤b中所述的卷径
Figure 127441DEST_PATH_IMAGE002
数据列，是根据卷轴上的光电编码器PG1输出的脉冲标志信号z（单位：1R/1P, 即：1转/每个脉冲）时刻，由步骤a中的公式（1）进行计算获取；
步骤c所述的带材厚度h计算,是根据预设的计数层数N，获取的本次卷径
Figure 155440DEST_PATH_IMAGE003
、前N次
Figure 399339DEST_PATH_IMAGE004
进行计算，计算公式如下：
Figure 589012DEST_PATH_IMAGE014
                                 （2）
其中，计数层数N由用户设定，N是自然数，N越小、实时性越好，N越大、输出的带材厚度h数据越平滑、平均精度越高，公式（2）中之所以取绝对值，是因为收卷时
Figure 551152DEST_PATH_IMAGE015
，放卷时；
步骤d中所述的将得到的带材厚度h信号输出及显示，是通过D/A器件（CPU中的D/A接口）将用步骤c获得的带材厚度h，及用户设置的将带材厚度范围（0～h max ）与输出电压U OUT 信号范围（如：0～U max ）的对应关系，线性地将带材厚度h转换成电压信号输出，以供后续的带材生产自动控制系统或成品质量自动监控系统使用，同时，经数据显示部件（如：LED数码管或LCD显示器）进行带材厚度的实时显示。带材厚度与输出电压信号关系的计算公式如下：
Figure 484177DEST_PATH_IMAGE017
                                        （3）
步骤e所述的刷新卷径数据列，实现对带材厚度h的连续检测，是在完成一次检测与输出后，令卷径
Figure 844751DEST_PATH_IMAGE002
数据列中的
Figure 294187DEST_PATH_IMAGE005
，并淘汰
Figure 726306DEST_PATH_IMAGE006
数据，进而卷轴每转一圈，测得本次卷径，构成新的
Figure 476273DEST_PATH_IMAGE002
数据列，循环上述步骤，实现对带材厚度h的连续检测。
带材加工、生产控制系统中的CPU根据人机操作界面中设置的光电编码器PG1输出脉冲信号的当量
Figure 85109DEST_PATH_IMAGE012
、邻轴上的光电编码器PG2输出脉冲信号的当量
Figure 320918DEST_PATH_IMAGE013
、与计数层数N，及由中断接口接收到的PG2输出的与线速度成正比的脉冲频率脉冲信号
Figure 331599DEST_PATH_IMAGE009
、PG1输出的与转速成正比的脉冲频率脉冲信号
Figure 361872DEST_PATH_IMAGE008
及每转一圈输出的一个标志信号z，CPU根据这三个信号及用户设置的当量参数
Figure 458004DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 231925DEST_PATH_IMAGE013
、计数层数N等，按上述实施步骤a～步骤d获取带材厚度h值，进而根据预设的带材厚度范围（0～h max ）与输出电压信号范围（如：0～5V）的对应关系，线性地将带材厚度h转换成电压信号后由D/A接口输出到后续自动控制系统或成品质量自动监测系统，或直接输出将带材厚度h数据存入系统中的数据缓冲单元并实时刷新，以供后续相关系统读取使用。在完成一次检测与输出后，令卷径
Figure 97113DEST_PATH_IMAGE002
数据列中的
Figure 298287DEST_PATH_IMAGE005
，并淘汰
Figure 881715DEST_PATH_IMAGE006
数据，进而卷轴每转一圈，测得本次卷径
Figure 196678DEST_PATH_IMAGE007
，构成新的
Figure 244268DEST_PATH_IMAGE002
数据列，循环上述的信号检测、计算处理、输出与显示等过程，即可实现对带材厚度h的连续检测。

Claims (1)

1.可绕性带材厚度软检测方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤a.根据卷绕轴上的光电编码器输出的脉冲频率信号                                               
Figure 2011101708644100001DEST_PATH_IMAGE002
、邻轴上的光电编码器输出的脉冲频率信号
Figure 2011101708644100001DEST_PATH_IMAGE004
计算卷径
Figure 2011101708644100001DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 2011101708644100001DEST_PATH_IMAGE008
 ；其中，
Figure 2011101708644100001DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 2011101708644100001DEST_PATH_IMAGE012
分别为卷绕轴及其邻轴上光电编码器输出的脉冲频率信号的脉冲当量；
步骤b.卷绕轴每转一圈，其光电编码器输出每转标志信号的时刻，按步骤a获取并建立实时卷径
Figure 2011101708644100001DEST_PATH_IMAGE014
数据列；
步骤c.根据用户设定的计数层数N，计算带材平均厚度
Figure 2011101708644100001DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 2011101708644100001DEST_PATH_IMAGE018
，其中N是自然数；
步骤d.根据
Figure 2011101708644100001DEST_PATH_IMAGE020
对应关系，将带材厚度h信号转换成电压信号
Figure 2011101708644100001DEST_PATH_IMAGE022
，并通过D/A器件输出，同时经数据显示部件实时显示带材厚度，其中h max 为用户设定的带材厚度最大值，U max 为输出电压信号的最大值；
步骤e.刷新卷径数据列，实现对带材厚度h的连续检测，具体是在完成一次检测与输出后，令卷径数据列中的
Figure 2011101708644100001DEST_PATH_IMAGE024
，并淘汰
Figure 2011101708644100001DEST_PATH_IMAGE026
数据，进而卷轴每转一圈，测得本次卷径
Figure 2011101708644100001DEST_PATH_IMAGE028
，构成新的数据列，循环上述步骤，实现对带材厚度h的连续检测。
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