CN103359521A - 一种同时具有纠偏和张力控制功能的浮辊系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同时具有纠偏和张力控制功能的浮辊系统，包括机架、输入导向惰辊、输出导向惰辊、浮辊纵向位置调整机构、浮辊以及纠偏和张力精调机构。纠偏和张力精调机构包括纠偏传感器、张力传感器和球形电机。若检测到的薄膜偏移量表明薄膜在进给面上存在偏移，则驱使球形电机动子带动浮辊在薄膜进给面上摆动，此时浮辊与薄膜间的摩擦驱使薄膜逆方向的摆动实现纠偏；依据检测到的薄膜张力与目标张力的比较结果，驱使球形电机动子带动浮辊转动，动子与浮辊的轴线偏心使得浮辊对薄膜进行拉紧或松弛，完成对薄膜张力的控制。本发明通过球形电机实现纠偏和张力的同时控制，结构简单、布局紧凑、控制方便。
Description
技术领域
本发明涉及柔性薄膜基材输送领域，具体涉及一种同时具有纠偏控制和张力控制功能的浮辊系统。
背景技术
纠偏及张力控制系统广泛应用于印刷、纺织、RFID封装、塑料等行业。薄膜输送流水线作业对带料输送横向偏移精度都有要求，否则会影响到产品的收放料效果，对一些有特殊功能的设备，比如RFID电子标签封装设备，如果基材横向偏摆过大，会影响芯片的贴装定位，进而造成次品率升高。同时张力也是基材输送运行精度的一个重要保证。
目前国内有些自主研发纠偏装置、和代理国外纠偏器产品的厂家。但是很少有自主研发并生产浮辊的专业厂家，而具有纠偏和张力控制功能的浮辊更难以找到。
目前在中国国家知识产权局检索到的相关专利中，分切机上的浮辊（专利号：CN200520069329.X）：该专利所述浮辊采用双边导轨支撑和导向，浮辊只有一个上下运动的自由度，采用了四个气缸并联驱动的方式。该专利机械安装精度要求较高，同时四个气缸同步控制的方式不好实现。
流延膜机收卷机构的浮辊装置（专利号：CN200620055077.X）：该专利所述浮辊装置含有两个连杆、两个导辊、一个浮辊，采用两个气缸并联驱动装有浮辊的连杆摆动，实现料带的微动调节和张力补偿。该方案实施时气缸的缸体随时摆动，这种设计对气缸使用寿命不利、同时气缸输出力的方向和浮辊位置及料带与水平方向的夹角呈非线性关系，张力调整比较麻烦。
流延膜机收卷机构的新型浮辊装置（专利号：CN200710031010.1）：该专利所述浮辊装置包含伺服电机、两套同步带机构串联、一个张紧机构、导轨、支板、移动板、气缸、摆动臂、浮辊等零部件。本方案采用了气缸带动摆动臂及浮辊实现小行程调节；伺服电机驱动两级同步带机构进而带动支板在导轨上运行，实现大行程的调节。该方案设计比较繁琐，而且同步带传动的精度不高。
上述所有的浮辊都只有张力调节的功能，而不能产生纠偏的效果。同时其采用的传动机构，如气缸带动的连杆机构、电机带动皮带传动，都存在结构复杂，传动精度不高，响应速度慢等缺点。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明的目的是提供一种同时具有纠偏和张力控制功能的浮辊系统，其传动简单、布局紧凑、控制方便。
为了实现以上技术目的，本发明一种同时具有纠偏和张力控制功能的浮辊系统，包括
机架，用于其它部件的安装和支撑；
输入导向惰辊，安装于机架上，用于引导薄膜向浮辊输入；
输出导向惰辊，安装于机架上且与输入导向惰辊同一高度，用于引导薄膜从浮辊输出；
浮辊纵向位置调整机构，安装于机架上，采用气动方式提供浮辊支撑力，通过浮辊自重与气动支撑力之间的平衡调整浮辊的纵向位置；
浮辊，位于输入导向惰辊与输出导向惰辊之间，通过浮辊的纵向位置调整以拉紧或松弛薄膜，实现对薄膜初始张力的调整；
纠偏和张力精调机构，其包括
纠偏传感器，用于检测薄膜的偏移量；
张力传感器，用于检测薄膜的张力；
球形电机，球形电机的动子通过转接板连接浮辊，球形电机动子与浮辊的轴线存在偏心量；若检测到的薄膜偏移量表明薄膜在进给面上存在偏移，则驱使球形电机动子带动浮辊在薄膜进给面上摆动，此时浮辊与薄膜间的摩擦驱使薄膜逆方向的摆动实现纠偏；依据检测到的薄膜张力与目标张力的比较结果，驱使球形电机动子带动浮辊转动，动子与浮辊的轴线偏心使得浮辊对薄膜进行拉紧或松弛，完成对薄膜张力的控制。
进一步地，所述浮辊纵向位置调整机构包括纵向导向件、低摩擦气缸和限位传感器组；纵向导向件包括纵向导轨和位于其上的导轨滑块，导轨滑块固接所述浮辊，低摩擦气缸的输出轴连接导轨滑块，导轨上设有用于测量浮辊纵向行程限位的限位传感器组。
进一步地，所述低摩擦气缸的进气端设有精密减压阀，低摩擦气缸的进气端和排气端均单独设有调速阀。
进一步地，还包括薄膜夹持机构，分别靠近输入导向惰辊和输出导向惰辊处设置，用于夹紧薄膜。所述薄膜夹持机构包括上夹板、下夹板、传动板、连接板、夹持气缸、上橡胶压条、下橡胶压条和导向轴，下夹板上设有导向轴，上夹板套放于导向轴上，夹持气缸通过传动板连接上夹板，夹持气缸用于驱动上夹板沿导向轴上下移动完成薄膜夹持和释放，上、下夹板间分别装有上、下橡胶压条。
本发明的有益效果体现在：
本发明的技术方案中，根据纠偏传感器测得的薄膜偏移值驱使球形电机带动浮辊中辊筒在一定范围和规律的摆动，可完成对薄膜的纠偏控制；通过所述惰辊上配置的张力传感器测得薄膜张力的变化，控制球形电机驱动浮辊中芯轴的转动，可完成对薄膜张力进行控制。作为优化，浮辊的气动支撑力由低摩擦气缸提供，通过调整通入气缸的气压，可以调整薄膜张力的基准张力，另外还可缓冲浮辊浮动时对薄膜的张力冲击。通过纵向导向件限定浮辊的直线浮动轨迹，且具有一定的行程，可应用于薄膜进给不同步的设备中，起到储料缓冲的作用。
总体而言，与目前所用大多数浮辊都只具备张力调节或缓冲的功能，而不能产生纠偏的效果相比，本发明通过球形电机实现纠偏和张力的同时控制，球形电机作为动力源，具有多自由度的旋转功能，省去了中间传动部件，结构简单、布局紧凑、控制方便。
附图说明
图1为本发明的浮辊系统较佳实施方式的正面结构示意图；
图2为本发明的浮辊系统较佳实施方式的背面结构示意图；
图3为本发明惰辊的结构剖视图；
图4为本发明浮辊及纠偏和张力精调机构的结构剖视图；
图5为本发明浮辊纵向位置调整机构的结构示意图；
图6为本发明纠偏传感器的安装位置示意图；
图7为本发明夹持机构的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同元件或结构，其中：
1-惰辊组 2-浮辊 3-浮辊纵向位置调整机构 4-机架 5-夹持机构6-纠偏和张力精调机构 11-支撑座 12-张力传感器 13-惰辊轴承 14-挡圈15-惰辊芯轴 16-惰辊辊筒 17-惰辊轴承端盖 211-球形电机定子 212-球形电机动子 213-转接板 214-浮辊轴承 215-浮辊辊筒 216-浮辊芯轴217-浮辊轴承端盖 22-纠偏传感器 221-传感器支架 222-Y向调节板 31-限位传感器组 32-纵向导向件 33-张力调节机构 311-上限位传感器312-限位传感器支架 313-下限位传感器 321-上限位支座 322-上限位挡块 323-直线导轨 324-导轨滑块 325-下限位挡块 326-下限位支座 331-传感器遮挡片 332-接头 333-低摩擦气缸 334-连接座 51-上夹板 52-下夹板 53-传动板 54-连接板 55-夹持气缸 56-上橡胶压条 57-下橡胶压条58-导向轴组件
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。此处说明若涉及到具体实例时仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
如图1、2所示，本发明浮辊系统包括惰辊组1、浮辊2、浮辊纵向位置调整机构3、纠偏和张力精调机构6、机架4和夹持机构5。机架4是浮辊系统的承载部分，可通过机架4与薄膜输送系统其他功能模块相连接。惰辊组1由输入导向惰辊和输出导向惰辊组成，分别安装于浮辊系统薄膜出入口，等高安装在机架4立板正面，主要用于对薄膜运行导向。浮辊纵向位置调整机构3安装于机架上，采用气动方式提供浮辊支撑力，通过浮辊自重与气动支撑力之间的平衡调整浮辊的纵向位置。浮辊2位于输入导向惰辊与输出导向惰辊之间，通过浮辊的纵向位置调整以拉紧或松弛薄膜，实现对薄膜初始张力的调整。纠偏和张力精调机构6用于薄膜纠偏和张力精确控制。夹持机构5由两套夹持部件组成，分别安装在出入口惰辊组1的侧边，起到夹紧薄膜的作用。
如图3所示，输入导向惰辊和输出导向惰辊主要用于对薄膜进行导向，保证收料边沿整齐（薄膜水平进给方向定义为X向）。两惰辊结构相同，均由支撑座11、惰辊芯轴15、惰辊辊筒16、两个轴承13、两个挡圈14和惰辊轴承端盖17组成。芯轴15通过支撑座11固定在机架4立板上，惰辊辊筒16通过轴承13安装在惰辊芯轴15外侧。
如图4所示，浮辊2由浮辊轴承214、浮辊辊筒215、浮辊芯轴216和浮辊轴承端盖217组成。浮辊辊筒215通过浮辊轴承214及浮辊轴承端盖217固定在浮辊芯轴216外侧，
如图5所示，浮辊纵向位置调整机构3，主要由限位传感器组31、纵向导向件32、张力调节机构33组成。限位传感器组件31由上传感器311、限位传感器支架312、下传感器313组成。纵向导向件32由上限位支座321、上限位挡块322、直线导轨323、导轨滑块324、下限位挡块325、下限位支座326组成。张力调节机构33采用低摩擦气缸实现，具体由传感器遮挡片331、接头332、低摩擦气缸333、连接座334组成。浮辊2通过连接座334固定在导轨滑块上324，且通过接头332和低摩擦气缸333相连接，从而将纵向导向件32和张力调节机构33结合在一起。
浮辊纵向位置调整机构3通过调整气压改变浮辊2的自重与低摩擦气缸333输出推力的合力，从而设定薄膜在浮辊系统区间内的初始张力，低摩擦气缸333的进气气压由精密减压阀调节，气流速度由调速阀调节。浮辊2升降运动由直线导轨323进行导向，浮辊2浮动可触发上限位传感器311和下限位传感器313，从而可以为薄膜输送系统或设备中其他模块提供薄膜进给的信号。
如图4和图6所示，纠偏和张力精调机构包括纠偏传感器22、张力传感器12和球形电机。球形电机由共球心的定子211和球形动子212构成，该球形电机由同球心且球面副配合的定子和动子组成，动子可在球面内任意摆动，也可以绕着通过定子和动子球心的轴线转动。浮辊芯轴216和球形电机动子212通过转接板213由螺钉安装在一起，浮辊芯轴216和球形电机动子212通过转接板213连接时，浮辊芯轴216的轴线与球形电机动子212存在一偏心量，从而在球形电机动子212带动浮辊芯轴216转动时，可以形成对通过浮辊辊筒215的薄膜的张力的调整。球形电机定子211通过连接座334和导向缓冲机构3相连接。球形电机动子和浮辊轴线偏心量可通过连接板调节。实际工作时纠偏传感器22检测带料垂直于薄膜运行方向上的位置，并计算出实际位置与理想位置的偏移量，程序据此偏移量计算出需要补偿的摆角，由驱动器驱动球形电机动子212在薄膜进给面摆动，进而推动浮辊2逆方向偏摆，完成对薄膜的纠偏。同时，由于浮辊芯轴216的轴线和球形电机动子212的轴线设计为不重合，相当于一个偏心机构，有利于张力控制功能的实现。通过设置在惰辊处的张力传感器12实测数据，可以确定薄膜的张力，进而通过计算其与设定值之间的偏差，通过驱动器驱动球形电机动子212转动，进而推动浮辊2偏心转动，形成对薄膜在Z向的拉紧或松弛，来实现浮辊2输出张力值的变化调节，完成对薄膜张力的控制。
如图7所示，夹持机构5由上夹板51、下夹板52、传动板53、连接板54、气缸55、上橡胶压条56、下橡胶压条57、导向轴组件58组成。下夹板52固定在机架4上，夹持气缸55驱动传动板53和上夹板52沿导向轴组件58上下运动，放松和闭合上夹板51，起到夹紧薄膜的作用。上、下夹板51和52间分别装有上、下橡胶压条56和57，起到缓冲作用，可以保护薄膜不被压坏。
本发明的工作过程如下：首先，松开薄膜夹持机构，将薄膜一次穿过输入导向惰辊、浮辊和输出导向惰辊，然后根据薄膜材料特性和进给工况调整低摩擦气缸输入气压，从而调整其对浮辊的气动支撑力，进而可设定通过浮辊的薄膜的初始张力；然后，浮辊系统进入工作状态，根据纠偏传感器检测的薄膜偏移量，通过球形电机带动浮辊在薄膜进给面上摆动，实现对薄膜的纠偏；根据张力传感器检测薄膜的张力变化，通过球形电机带动浮辊芯轴的偏心转动，带动浮辊对薄膜进行纵向拉紧或松弛，完成薄膜张力精确控制。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种同时具有纠偏和张力控制功能的浮辊系统，包括
机架，用于其它部件的安装和支撑；
输入导向惰辊，安装于机架上，用于引导薄膜向浮辊输入；
输出导向惰辊，安装于机架上且与输入导向惰辊同一高度，用于引导薄膜从浮辊输出；
浮辊纵向位置调整机构，安装于机架上，用于采用气动方式提供浮辊支撑力，通过浮辊自重与气动支撑力之间的平衡调整浮辊的纵向位置；
浮辊，位于输入导向惰辊与输出导向惰辊之间，通过浮辊的纵向位置调整以拉紧或松弛薄膜，实现对薄膜初始张力的调整；
纠偏和张力精调机构，其包括
纠偏传感器，用于检测薄膜的偏移量；
张力传感器，用于检测薄膜的张力；
球形电机，球形电机的动子通过转接板连接浮辊，球形电机动子与浮辊的轴线存在偏心量；若检测到的薄膜偏移量表明薄膜在进给面上存在偏移，则驱使球形电机动子带动浮辊在薄膜进给面上摆动，此时浮辊与薄膜间的摩擦驱使薄膜逆方向的摆动实现纠偏；依据检测到的薄膜张力与目标张力的比较结果，驱使球形电机动子带动浮辊转动，动子与浮辊的轴线偏心使得浮辊对薄膜进行拉紧或松弛，完成对薄膜张力的控制。
2.根据权利要求1所述的同时具有纠偏和张力控制功能的浮辊系统，其特征在于，所述浮辊纵向位置调整机构包括纵向导向件、低摩擦气缸和限位传感器组；纵向导向件包括纵向导轨和位于其上的导轨滑块，导轨滑块固接所述浮辊，低摩擦气缸的输出轴连接导轨滑块，导轨上设有用于测量浮辊纵向行程限位的限位传感器组。
3.根据权利要求2所述的同时具有纠偏和张力控制功能的浮辊系统，其特征在于，所述低摩擦气缸的进气端设有精密减压阀，低摩擦气缸的进气端和排气端均设有调速阀。
4.根据权利要求1或2或3所述的同时具有纠偏和张力控制功能的浮辊系统，其特征在于，还包括薄膜夹持机构，分别靠近输入导向惰辊和输出导向惰辊处设置，用于夹紧薄膜。
5.根据权利要求4所述的同时具有纠偏和张力控制功能的浮辊系统，其特征在于，所述薄膜夹持机构包括上夹板、下夹板、传动板、连接板、夹持气缸、上橡胶压条、下橡胶压条和导向轴，下夹板上设有导向轴，上夹板套放于导向轴上，夹持气缸通过传动板连接上夹板，夹持气缸用于驱动上夹板沿导向轴上下移动完成薄膜夹持和释放，上、下夹板间分别装有上、下橡胶压条。
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