CN103086178A - 一种收卷机及控制柔性材料收卷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种收卷机及控制柔性材料收卷的方法，属于材料加工技术领域，所述收卷机包括：卷辊、输送辊、电机、控制器、第一测距单元、第二测距单元和喷气单元，第一测距单元位于的输送辊和卷辊之间的下方，喷气单元位于第一测距单元上方，且相距设定距离，第二测距单元位于卷辊外侧，并对准卷辊的外圆柱面，控制器分别与第一测距单元和第二测距单元连接，并控制电机的设定转速。本发明中的收卷机采用喷气装置来控制柔性材料张力，并通过监控卷轴半径和柔性材料悬垂段位置变化来控制卷辊收卷速度，使得在收卷柔性材料时几乎没有张力波动，能够高质量地完成柔性材料的收卷。

Description

一种收卷机及控制柔性材料收卷的方法

技术领域

本发明涉及材料加工技术领域，特别涉及一种收卷机及控制柔性材料收卷的方法。

背景技术

收卷机是柔性材料收卷加工中一种高效率的设备，目前现有的收卷机的主要包括张力测量辊、卷辊和控制器，张力测量辊是控制柔性材料张力的重要部件，张力测量辊根据其所受的张力大小及变化，向控制器发出信号，由控制器控制电机转速，以调节卷辊收卷柔性材料的速度，使得柔性材料收卷后张力是定值。

实际情况中，当要求“小张力”收卷材料时，卷辊摩擦力远大于柔性材料张力，而且所需测量的张力远小于张力测量辊的重力，因而张力传感器选型困难，测量有很大误差。所以用张力测量辊调节张力大小很不精确，柔性材料张力波动大，现有的收卷机无法完成对材料的“小张力”收卷。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何解决现有收卷机控制“小张力”收卷时张力不精确，柔性材料张力波动大的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种收卷机，所述收卷机包括：卷辊、输送辊、电机及控制器、第一测距单元、第二测距单元和喷气单元，所述卷辊由所述电机驱动，所述第一测距单元位于所述输送辊和所述卷辊之间的下方，所述喷气单元位于第一测距单元上方，且相距设定距离，所述第二测距单元位于所述卷辊外侧，并对准所述卷辊的外圆柱面，所述控制器分别与所述第一测距单元和所述第二测距单元连接，并控制所述电机的设定转速。

其中，所述第二测距单元位于所述卷辊的正下方。

其中，所述控制器为单片机、可编程逻辑控制器和中央处理器中的一种。

其中，所述第一测距单元为超声波测距传感器或者激光测距传感器。

其中，所述第二测距单元为超声波测距传感器或者激光测距传感器。

其中，所述喷气单元的气压可调节。

本发明还公开了一种采用所述的收卷机控制柔性材料收卷的方法，所述方法包括：

S1、输送辊输送柔性材料，所述柔性材料穿过所述喷气单元下端，且其尾端卷绕在卷辊上，所述喷气单元向所述柔性材料喷气；

S2、第一测距单元获取其与所述柔性材料之间的第一距离，并转发至控制器，第二测距单元获取其与所述卷辊最下端之间的第二距离,并转发至所述控制器；

S3、所述控制器根据接收到的所述第一距离和所述第二距离计算并调节电机的设定转速，以使得所述柔性材料在所述输送辊和所述卷辊之间形成一个柔性材料悬垂段，并使所述柔性材料悬垂段与所述第一测距单元保持设定距离。

其中，步骤S1中所述喷气单元向所述柔性材料喷气之前，所述S1中还包括：调节所述喷气单元的气压，使所述柔性材料的收卷张力达到所需张力。

其中，所述控制器采用比例积分法计算所述电机的设定转速。

其中，所述比例积分法计算所述电机的设定转速的计算公式为：

n_电机=n_set×j

其中,n_set=n_D+n_pi(t); $n_D=\frac{V_0}{2\mathrm{\π}\×(L_0-L_x+R)};$ $n_{\mathrm{pi}\left(t\right)}=\mathrm{Kp}[e\left(t\right)+\frac{1}{\mathrm{Ti}}\∫e\left(t\right)\mathrm{dt}];$ e=H-H_x；n_电机为所述电机的设定转速；n_set为所述卷辊的设定转速，j为所述电机和所述卷辊的转速比；Kp为比例放大系数；Ti为积分时间常数；R为所述卷辊为空卷时的半径；L₀为当所述卷辊为空卷时所述第二测距单元的测量值；L_x为当前的第二距离；V₀为所述输送辊输送所述柔性材料的速度；H为所述第一测距单元与所述柔性材料悬垂段的设定距离；H_x为当前的第一距离。

其中，执行步骤S3后，直接返回步骤S2，直至所述卷辊完成收卷。

（三）有益效果

本发明中的收卷机取消了现有技术中张力测量辊，采用喷气装置来控制柔性材料张力，并通过监控卷轴半径和柔性材料悬垂段位置变化来控制卷辊收卷速度，使得在收卷柔性材料时几乎没有张力波动，能够高质量地完成柔性材料的收卷。

附图说明

图1是本发明一种实施例的收卷机的结构示意图。

图2是采用图1中的收卷机控制柔性材料收卷的方法流程图。

其中：1、输送辊；2、卷辊；3、电机；4、控制器；5、第一测距单元；6、第二测距单元；7、柔性材料悬垂段；8、柔性材料；9、喷气单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1是本发明一种实施例的收卷机的结构示意图；参照图1，本实施例的收卷机包括：输送辊1、卷辊2、电机3、控制器4、第一测距单元5、第二测距单元6和喷气单元9，输送辊1用于输送柔性材料，第一测距单元5位于输送辊1和卷辊2之间的下方，且在竖直方向上第一测距单元5与输送辊1和卷辊2的距离可以为20～50cm，喷气单元9位于第一测距单元5正上方，距离可以为30～60cm，第二测距单元6位于卷辊2的正下方,且距离可以为20～50cm。卷辊2由电机3驱动，控制器4分别与第一测距单元5和第二测距单元6连接，并控制电机3的设定转速。

优选的，控制器4为单片机、可编程逻辑控制器和中央处理器等具有数据处理功能的模块中的一种。

优选的，第一测距单元5和第二测距单元6均为超声波测距传感器或者激光测距传感器等可用于测距的传感器。

为了便于调节柔性材料8的张力，优选的，喷气单元9的气压可调节，增大气压会使柔性材料8的受到更大的张力，反之，张力变小。

图2是采用图1中的收卷机控制柔性材料收卷的方法流程图；参照图2，所述方法包括:

S1、输送辊1输送柔性材料8，柔性材料8穿过喷气单元9的下端，且其尾端卷绕在卷辊2上；

S2、第一测距单元5获取其与柔性材料8之间的第一距离，并转发至控制器4，第二测距单元6获取其与卷辊2最下端之间的第二距离,并转发至控制器4；

S3、控制器4根据接收到的第一距离和第二距离计算并调节电机3的设定转速，以使得柔性材料8在输送辊1和卷辊2之间形成一个柔性材料悬垂段7，并使柔性材料悬垂段7与第一测距单元5保持一定距离，该距离可以为20～50cm。电机3的设定转速的计算公式为：

其中,n_set=n_D+n_pi(t);

$n_{\mathrm{pi}\left(t\right)}=\mathrm{Kp}[e\left(t\right)+\frac{1}{\mathrm{Ti}}\∫e\left(t\right)\mathrm{dt}];$ e=H-H_x；n_电机为电机3的设定转速；n_set为卷辊2的设定转速，j为电机3和卷辊2的转速比；Kp为比例放大系数；Ti为积分时间常数；R为卷辊2是空卷时的半径；L₀为卷辊2是空卷时第二测距单元6的测量值；L_x为当前的第二距离；V₀为输送辊1输送柔性材料8的速度；H为第一测距单元5与柔性材料悬垂段7的设定距离；H_x为当前的第一距离。

通过该控制方法，当卷辊2收卷的柔性材料8越来越多，半径变大时，电机3的转速会下降，以保持卷辊2收卷线速度不变。当悬垂段7与第一测距单元5的的距离H变大时，即意味卷辊2的收卷线速度过快了，控制器4在接收到信号后，会调节电机3减速，反之，则加速，直至距离H恢复成设定值。

优选地，步骤S1中喷气单元9向柔性材料8喷气之前，还包括：调节喷气单元9的气压，使柔性材料8的收卷张力达到所需张力。

优选的，执行步骤S3后，返回步骤S2，直至卷辊2完成收卷。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种收卷机，其特征在于，所述收卷机包括：卷辊、输送辊、电机、控制器、第一测距单元、第二测距单元和喷气单元，所述卷辊由所述电机驱动，所述第一测距单元位于所述输送辊和所述卷辊之间的下方，所述喷气单元位于所述第一测距单元上方，且相距设定距离，所述第二测距单元位于所述卷辊外侧，并对准所述卷辊的外圆柱面，所述控制器分别与所述第一测距单元和所述第二测距单元连接，并控制所述电机的转速。

2.如权利要求1所述的收卷机，其特征在于，所述第二测距单元位于所述卷辊的正下方。

3.如权利要求1或2所述的收卷机，其特征在于，所述控制器为单片机、可编程逻辑控制器和中央处理器中的一种。

4.如权利要求1或2所述的收卷机，其特征在于，所述第一测距单元和所述第二测距单元均为超声波测距传感器或者激光测距传感器。

5.如权利要求1或2所述的收卷机，其特征在于，所述喷气单元的气压可调节。

6.一种采用如权利要求2～5中任一项所述的收卷机控制柔性材料收卷的方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、输送辊输送柔性材料，所述柔性材料穿过喷气单元下端，且其尾端卷绕在卷辊上，所述喷气单元向所述柔性材料喷气；

S2、第一测距单元获取其与所述柔性材料之间的第一距离，并转发至控制器，第二测距单元获取其与所述卷辊最下端之间的第二距离,并转发至所述控制器；

S3、所述控制器根据接收到的所述第一距离和所述第二距离计算并调节电机的设定转速，以使得所述柔性材料在所述输送辊和所述卷辊之间形成一个柔性材料悬垂段，并使所述柔性材料悬垂段与所述第一测距单元保持设定距离。

7.如权利要求6所述控制柔性材料收卷的方法，其特征在于，步骤S1中所述喷气单元向所述柔性材料喷气之前，还包括：调节所述喷气单元的气压，使所述柔性材料的收卷张力达到所需张力。

8.如权利要求6所述控制柔性材料收卷的方法，其特征在于，所述控制器采用比例积分法计算所述电机的设定转速。

9.如权利要求8所述控制柔性材料收卷的方法，其特征在于，所述比例积分法计算所述电机的设定转速的计算公式为：

其中,n_set=n_D+n_pi(t);

$n_{\mathrm{pi}\left(t\right)}=\mathrm{Kp}[e\left(t\right)+\frac{1}{\mathrm{Ti}}\∫e\left(t\right)\mathrm{dt}];$ e=H-H_x；n_电机为所述电机的设定转速；n_set为所述卷辊的设定转速，j为所述电机和所述卷辊的转速比；Kp为比例放大系数；Ti为积分时间常数；R为所述卷辊为空卷时的半径；L₀为当所述卷辊为空卷时所述第二测距单元的测量值；L_x为当前的第二距离；V₀为所述输送辊输送所述柔性材料的速度；H为所述第一测距单元与所述柔性材料悬垂段的设定距离；H_x为当前的第一距离。

10.如权利要求6～9中任意一项所述控制柔性材料收卷的方法，其特征在于，执行步骤S3后，直接返回步骤S2，直至所述卷辊完成收卷。

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