CN102674089A - 一种卧式鱼竿自动缠带机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卧式鱼竿自动缠带机，包括控制器、卡盘装置、走带装置和放带装置，设有卡盘转速传感器和张力传感器。控制器根据卡盘转速的大小，按设定带距同步控制走带电机的速度，控制器把张力传感器的反馈量和设定张力进行比较，根据误差来调节收带磁粉制动器，使得当带料盘直径逐渐减小时，收带张力也随之减小，保证了恒张力缠带。控制器是一个数字式控制器，内设处理器电路，按键输入电路和显示器电路，带距和张力等参数通过按键输入并记忆，卡盘转速和张力实时显示，控制器集中装入电器盒内并固定在走带装置上，缠带过程中随走带装置一起行走。本发明具有带距精确，张力均匀，操作简便，可靠性高，系统成本低的特点。

Description

一种卧式鱼竿自动缠带机

技术领域：

    本发明涉及一种钓鱼竿及高尔夫球竿生产的专用设备，具体的说是一种卧式鱼竿自动缠带机。

背景技术：

中国是世界上钓鱼竿及高尔夫球杆的生产大国，在目前全球市场上，百分之九十的产品为中国制造。我国鱼竿生产专用设备的研发和制造，是伴随着鱼竿行业的兴起，在引进消化国外技术的基础上逐渐发展起来的。鱼竿制造业是个劳动密集型行业，随着我国劳动力资源日趋紧张，研发更加自动化和智能化的鱼竿生产设备来代替人力，是专用设备行业的紧迫任务。

在钓鱼竿及高尔夫球杆的生产过程中，缠带环节是一个非常重要的生产工序，带料的缠绕过程中，对带距和张力的精确控制，直接影响到产品的质量，完成这个工序的关键设备是卧式缠带机。

据查专利CN2670314Y卧式缠带机，和本发明属于同一领域，但原理不同。

目前国内生产和使用的卧式缠带机，其带距的形成方法是：由卡盘带动芯杆高速旋转产生缠绕动作，由带料放料滑板的水平运动形成一定的缠绕带距，通过手动调节电位器，来设置两个运动系统的速度，从而实现缠绕带距的调节。例如，当要增大缠绕带距时，可以在卡盘旋转速度不变的情况下，把带料放料滑板的速度调快；或者在带料放料滑板速度不变的情况下，把卡盘旋转速度调慢；或者两者一起配合，反复调节。显然，由于机器的缠绕动作和带料放料滑板的水平移动彼此独立，没有同步关联关系，使得缠绕带距不易调整，往往凭借操作工的经验来调整，尤其是在机器的起动阶段，两个运动系统的电动机都处在加速状态，都按照自己的加速曲线运动，带距不均匀，甚至出现缠带疙瘩，或频繁断带现象，影响了缠带质量的提高。随着中国鱼竿行业做大，市场对产品质量和品种要求的不断提高，这种机器由于缠带功能单一，也无法满足对缠带过程中均匀带距、多带距、渐变带距等智能化带距精确控制的要求。

采用这种控制系统的卧室缠带机，由于其放带和收带张力是用电位器手动设定，当放料盘的半径变得越来越小的时候，一般都由操作者凭经验在缠带过程中用手调低，这显然无法实现恒张力控制。采用这种控制系统方案的卧式缠带机还有一个缺陷，由于其控制系统是由一个PLC可编程控制器，两个VVVF交流变频器，一个张力控制器，以及外围继电器电路积木化搭建组成，系统复杂，连线较多，尤其是控制系统主要部件安装在机体基座上的大电器箱内，而操作元件、传感器、显示器及张力控制器安装在带料放料滑板上，滑板的有效行程长度都在两三米以上，近三十根电线要来回穿错，且都处于往复运动状态，经常会使电路导线折断，大大降低了机器的可靠性。

显然，现有的技术存在四大主要问题，一是形成带距的控制方法不合理，缠绕动作和走带距的动作不同步，无法实现带距的精确控制，特别是电动机起动阶段容易出现缠绕疙瘩和断带现象，更无法满足智能化带距控制的需要。二是收带不是真正的恒张力自动控制。三是带距和张力的设定靠手调电位器来实现，需要反复调试，操作烦琐不直观。四是控制系统电路结构复杂，连线较多，容易磨损折断，可靠性不高。

发明内容：

本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种卧式鱼竿自动缠带机，实现了带距和缠带张力的数字化设定和控制，具有带距精确，张力均匀，操作简便，可靠性高，系统成本低的特点。

本发明可以通过以下措施达到：

一种卧式鱼竿自动缠带机，包括机架、卡盘装置、走带装置、放带装置、控制器；卡盘装置用来夹持缠带芯轴并带动其旋转，以形成缠绕动作，由卡盘交流电机、变频器、三爪卡盘、卡盘气动电磁阀、缠带芯轴组成；走带装置拖动放带装置行走，使带料按一定的带距缠绕在芯轴上，由导轨、走带电动机、走带电动机驱动器组成；放带装置按设定的张力来释放带料盘上的带料，由带料盘、放带轮、放带磁粉制动器、收带轮、收带磁粉制动器组成；其特征在于：卡盘组件、走带装置、放带装置连接到控制器；所述的卡盘组件中设有卡盘转速传感器；所述的放带装置中设有张力传感器；所述的控制器实现带距控制的方法是，控制器根据卡盘转速传感器的反馈脉冲信号，按照预先设定的带距来同步控制走带电动机的速度；所述的控制器实现恒张力收带的方法是，控制器把张力传感器的反馈量和预先设定的收带张力进行比较，根据误差结果来调节收带磁粉制动器的力矩，使得当带料盘直径逐渐减小时，带料的收带力矩也随之减小。                 

本发明所述的控制器是一个数字式控制系统，内部设有处理器电路，按键输入电路和显示器电路，其特征在于：带距、缠带长度、放带轮张力以及收带轮张力参数，通过按键输入并保存在处理器电路中；卡盘转速、放带轮张力、收带轮张力实时显示在显示器上。

本发明所述的控制器集中装入电器盒内，其特征在于：显示器、操作按钮、设定按键安装在电器盒的面板上，整个电器盒固定在走带装置上，在缠带过程中，电器盒随着走带装置一起行走。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：（1）由于设置了卡盘转速传感器，使得缠绕和走带动作同步起来，提高了带距精度。（2）由于设置了收带张力传感器，实现了整盘带料放料过程中的恒张力的闭环自动控制。（3）数字化的参数设定和控制，使操作更加简便。（4）操作元件和控制部件的一体化安装，电线互联减少为现有方案的三分之一，提高了系统的可靠性。（5）控制系统结构合理，集成度高，成本低。

附图说明

附图1为本发明的整体结构示意图。

附图2为本发明的带距形成示意图。

附图3为本发明的对一个整盘带料的张力控制曲线图。

附图4为本发明的对一次缠带动作的张力控制曲线图。

附图5为本发明的一种实施方案的主要结构图。

附图标记：机架1、卡盘装置2、走带装置3、放带装置4、控制器5、芯轴6、带料7、导轨8、交流电机9、三爪卡盘10、变频器11、电磁阀12、转速传感器13、走带步进电机14、步进电机驱动器15、带料盘16，放带轮17、收带轮18、张力传感器19、放带磁粉制动器20、收带磁粉制动器21。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如附图1所示的本发明的整体结构示意图，一种卧式鱼竿自动缠带机，包括机架1、卡盘装置2、走带装置3、放带装置4、控制器5，芯轴6。卡盘装置2用来夹持缠带芯轴6并带动其旋转，以形成缠绕动作；走带装置3拖动放带装置4行走，使带料按一定的带距缠绕在芯轴6上；放带装置4按设定的张力来释放带料盘上的带料；控制器5安装在走带装置3上，并随其一起行走。

如附图2所示带距形成原理是：在芯轴6高速旋转、形成缠绕动作的同时，走带装置3沿水平方方向拖动带料7向右移动，从而把带料缠绕在芯轴6上，并形成一定的带距。图中d表示带距，带距d的大小取决于缠绕动作和走带动作的相对速度：若缠绕速度不变，走带速度越快，则带距d越大，反之则带距d越小；若走带速度不变，缠带速度越快，则带距d越小，反之则带距d越大。

如附图3为本发明的对一个整盘带料的张力控制过程曲线图，M1表示放带力矩，M2表示收带力矩。只要机器通电，放带轮就一直保持一个恒定的力矩M1不变，以阻止由于转动启停的惯性等因素，使带料从放料盘上松弛脱落，放带力矩控制是一个开环力矩控制系统。只有启动缠带，收带力矩M2才施加到收带轮上，停止缠带后，M2 立即消失。在一个整盘带料的恒张力缠带过程中，由于带料的半径逐渐减小，收带力矩是变化的，具体地说是逐渐变小的，收带张力控制是一个恒张力闭环控制系统。公式推倒如下：

根据物理公式：M＝r·F

              其中：M代表力矩，r代表半径，F代表力，这里指张力。

可以得出：F＝M／r

    显然，欲使张力F为恒定值，随着半径r的减小，力矩M也应该减小。

如附图4为本发明的对一次缠带动作的张力控制曲线图，M1表示放带力矩，M2表示收带力矩。由于塑料缠带膜很薄，在一次缠带操作中，放带轮半径的变化不大，可以近似看成不变，所以对收带力矩的控制，可以看成恒力矩控制。

如附图5所示为本发明的一种实施方案的主要结构图。 

卡盘装置2用来夹持缠带芯轴6并带动其旋转，以形成缠绕动作，由卡盘交流电机9、变频器11、三爪卡盘10、电磁阀12、卡盘转速传感器13、缠带芯轴6组成。其工作原理是，三爪卡盘10通过电磁阀12与压缩空气源接通后，将芯轴6紧紧地卡住，变频器11带动三爪卡盘10旋转，从而使芯轴7也旋转了起来，形成了缠绕动作，与此同时，卡盘速度传感器13将三爪卡盘10、也就是芯轴6的转速脉冲信号发送给控制器5。

走带装置3拖动放带装置4行走，使带料7按一定的带距缠绕在芯轴6上，由导轨8、走带步进电机14、步进电机驱动器15组成。其走带原理是，步进电机驱动器15按照控制器5给出的走带信号，驱动走带步进电机14转动，走带步进电机14拖动滑板在导轨8上水平移动，形成走带动作。

放带装置4按设定的张力来释放带料盘上的带料7，由带料盘16、放带轮17、放带磁粉制动器20、收带轮18、张力传感器19、收带磁粉制动器21组成。其放带原理是，带料盘16固定安装在放带轮17上，放带轮17与放带磁粉制动器20连接，控制器5按照放带张力的设定值，使放带磁粉制动器20始终保持一个恒定的力矩；带料7从带料盘16拉出后，从收带轮18上绕过，再经过张力传感器19缠绕在芯轴6上，收带轮18与收带磁粉制动器21相连，控制器5通过调节收带磁粉制动器21的力矩，来调节收带张力的大小。

卡盘组件2、走带装置3、放带装置4连接到控制器5。

控制器5包括单片机电路、按键输入电路，LCD显示电路、电磁阀驱动电路、磁粉制动器驱动电路和电源电路，单片机内部具有非易失性FLASH，用于设定参数的记忆存储。

如附图5所示，本发明的带距控制过程是：满足生产工艺和产品质量要求的带距、缠带长度参数，由操作者输入到控制器5中，控制器5具有掉电记忆功能。三爪卡盘10带动芯轴6旋转，卡盘速度传感器13将芯轴6的转速脉冲信号发送给控制器5，控制器5根据这个速度信号和设定的带距值，经过内部计算得到走带速度，并把走带速度信号发送给步进电机驱动器15，使走带步进电机14拖动滑板在导轨8上水平移动，实现了按设定带距来缠带的目的；当由于某种原因使芯轴6的转速波动时，走带速度也跟着同步改变，保证了带距不变；当达到预定的缠带长度时，说明一个缠带过程已经完成，控制器5停止缠带控制。

如附图5所示，本发明的恒张力控制过程是：满足生产工艺和产品质量要求的放带张力、收带张力参数，由操作者输入到控制器5中并记忆存储。根据设定的放带张力，控制器5通过放带磁粉制动器20，给安装在放带轮17上的带料盘16一个恒定力矩。芯轴6作缠绕转动时，给带料7施加一个拉力，当该拉力大于放带轮17的阻力时，带料7被从带料盘16中拉出，从收带轮18上绕过，再经过张力传感器19缠绕在芯轴6上。根据设定的收带张力和张力传感器19的反馈值，控制器5经过计算求得收带张力偏差值，通过收带磁粉制动器21，给收带轮18一个阻力矩，如果这时张力传感器19的反馈值与设定的收带张力相等，控制器5不改变送给收带磁粉制动器21的驱动信号；如果这时由于某种扰动，使张力传感器19的反馈值大于设定的收带张力，控制器5将调节送给收带磁粉制动器21的驱动信号，使收带力矩减小；反之，控制器5将调节送给收带磁粉制动器21的驱动信号，使收带力矩增大；随着缠带的进行，带料盘16上的带料不断放出，带料盘16的半径逐渐减小，收带张力会越来越大，控制器5将调节发送给收带磁粉制动器21的驱动信号，使收带磁粉制动器21的制动力矩减小，以维持收带张力的恒定。

本发明的主要创新点：

一是设置了卡盘转速传感器，采用了同步缠带的方法，控制器根据芯轴的缠绕转速，决定走带的速度，这就使得缠绕和走带两个动作完全同步起来，既能实现带距的精确控制，也能实现已有技术不可能达到的多带距、渐变带距等智能化缠带控制，提高了产品质量，拓展了品种。

二是设置了收带张力传感器，控制器采用恒张力闭环反馈控制，使得在整盘带料的放带过程中，缠带的张力保持均匀一致。

三是采用数字控制技术，操作者通过人机界面直接输入所希望的带距和张力参数，省去了用电位器调节参数的麻烦，使操作更加简单。

    四是摒弃现有技术中控制器分两处安置、拉线较多的缺点，采用操作元件和控制部件的一体化安装，减少了元器件和连接线，提高了系统的可靠性。

Claims (3)

1.一种卧式鱼竿自动缠带机，包括机架、卡盘装置、走带装置、放带装置、控制器；卡盘装置用来夹持缠带芯轴并带动其旋转，以形成缠绕动作，由卡盘交流电机、变频器、三爪卡盘、卡盘气动电磁阀、缠带芯轴组成；走带装置拖动放带装置行走，使带料按一定的带距缠绕在芯轴上，由导轨、走带电动机、走带电动机驱动器组成；放带装置按设定的张力来释放带料盘上的带料，由带料盘、放带轮、放带磁粉制动器、收带轮、收带磁粉制动器组成；其特征在于：卡盘组件、走带装置、放带装置连接到控制器；所述的卡盘组件中设有卡盘转速传感器；所述的放带装置中设有张力传感器；所述的控制器实现带距控制的方法是，控制器根据卡盘转速传感器的反馈脉冲信号，按照预先设定的带距来同步控制走带电机的速度；所述的控制器实现恒张力收带的方法是，控制器把张力传感器的反馈量和预先设定的收带张力进行比较，根据误差结果来调节收带磁粉制动器的力矩，使得当带料盘直径逐渐减小时，带料的收带力矩也随之减小。

2.根据权利要求1所述的一种卧式鱼竿自动缠带机，所述的控制器是一个数字式控制系统，内部设有处理器电路，按键输入电路和显示器电路，其特征在于：带距、缠带长度、放带轮张力以及收带轮张力参数，通过按键输入并保存在处理器电路中；卡盘转速、放带轮张力、收带轮张力实时显示在显示器上。

3.根据权利要求1所述的一种卧式鱼竿自动缠带机，所述的控制器集中装入电器盒内，其特征在于：显示器、操作按钮、设定按键安装在电器盒的面板上，整个电器盒固定在走带装置上，在缠带过程中，电器盒随着走带装置一起行走。

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