CN108319194A - 一种超声波锥度张力控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的是一种超声波锥度张力控制装置，包括卷径测量单元、锥度数据处理单元和张力控制单元，其特征在于，卷径测量单元由单片机产生频率经驱动电路后到超声波探头发射出超声波信号，超声波探头接收来自被测物反射的信号经滤波放大电路、整形电路再回送到单片机，单片机通过发送和接收信号的时间差实现卷径的差值计算；锥度数据处理单元是由单片机根据实时卷径和用户输入的锥度率进行比较后，输出对应的模拟量信号；张力控制单元的控制器具有模拟量输出和脉宽控制恒电流输出到张力执行单元，利用超声波测量距离技术对卷料实现卷径的测量，实时监视收卷或放卷材料的卷径，从而降低卷径变化对张力产生的影响。

Description

一种超声波锥度张力控制装置
技术领域
本发明涉及一种应用于包装、印刷、纺织等机械上的锥度张力控制器，特别涉及的是一种超声波锥度张力控制装置。
背景技术
在印刷、包装等机械设备中经常用到纸张、薄膜等材料通过卷料的收和放来进行印刷、分割等工艺处理，而卷料的运行会随着时间发生卷径大小的变化，由于卷径大小变化会导致材料的张力也发生变化，如果不及时对张力控制元件（磁粉离合器、制动器、伺服电机等）的电压或电流大小进行调整，则会导致材料张力变化影响到印刷等工艺的质量。当前市场上的采用两种方法来解决这一问题，一种是采用反馈式闭环自动恒张力控制系统，这种方法是在材料传动的过程中间安装浮动滚或者张力检测器来实时监测材料的张力，并把测量到的张力反馈到张力控制器上，让张力控制器去比较测量的张力和设定的张力，然后输出相应的电压或电流信号来调整张力，使其最终达到恒张力的目的，这种方法的优点是恒张力控制精度高，特别适合于印刷等工艺上，但缺点是安装结构复杂、成本高。另一种方法就是采用锥度张力控制器，锥度张力控制是一种开环式张力控制，其工作时并没有去测量材料的张力来做反馈，而是通过获取卷料的卷径大小数据，再与人为设定的锥度率进行计算后输出对应的电压或电流信号来调整张力。锥度张力的控制方法具有成本低、操作和安装简单等特点，被广泛的应用于对张力控制不是很严格的场合。目前市场上锥度张力在控制过程中获取卷料卷径的技术手段大致有两种，一种是采用材料厚度累加法，其控制原理是控制器需要输入卷料的初始卷径，然后材料运行时根据卷绕的圈数和材料的厚度来计算出实时卷径，这种方法的缺点是每次新卷料换上后都要输入准确的卷径到张力控制器，而且存在着积累误差。另一种方法是分别在传动轴上以及收卷或放卷轴上安装霍尔开关或者编码器来动态检测两轴之间的速度差，传动轴直径是固定的所以运行速度不会受到收放卷卷径的影响，而收放卷轴运行速度会随着卷径的变化而变化，这样控制器可以通过两轴的速度差比例和传动轴的直径来计算出收放卷的动态卷径，该方法具有计算精度高但是存在着计算数据滞后性，每次卷径的计算出需要材料运行后才能得到，这样导致每次启动时张力不稳。
发明内容
鉴于背景技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种直接采用超声波探头检测卷径并进行锥度张力控制的超声波锥度张力控制装置。
为了解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案来实现的：一种超声波锥度张力控制装置，包括卷径测量单元、锥度数据处理单元和张力控制单元，其特征在于，所述的卷径测量单元由单片机产生频率经驱动电路后到超声波探头发射出超声波信号，所述超声波探头接收来自被测物反射的信号经滤波放大电路、整形电路再回送到单片机，所述单片机通过发送和接收信号的时间差实现卷径的差值计算；所述的锥度数据处理单元是由单片机根据实时卷径和用户输入的锥度率进行比较后，输出对应的模拟量信号；所述的张力控制单元的控制器具有模拟量输出和脉宽控制恒电流输出到张力执行单元。
所述的张力控制单元的控制器通过一个外接超声波探头实现卷径的测量，并且根据卷径的大小和用户输入的锥度率输出对应的模拟量信号来实现锥度张力的控制。
所述外接超声波探头采用一个收发一体化探头。
所述的控制器具有操作按键和旋钮、RS485 MODBUS通讯接口、外部控制接口和液晶显示器。
本发明的有益效果是：利用超声波测量距离技术对卷料实现卷径的测量，实时监视收卷或放卷材料的卷径，单片机将根据实时的卷径和用户输入的锥度率进行比较后，最终输出对应的电流和电压信号到张力执行单元，从而降低卷径变化对张力产生的影响。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。
附图说明
图1为本发明应用示意图；
图2为本发明锥度数据输入示意图；
图3为本发明工作原理图。
具体实施方式
如图1所示，放卷材料2的张力大小是被张力执行元件磁粉制动器4来控制，张力控制器6输出0-2A不同大小的电流可以改变磁粉制动器4的不同的制动扭矩，从而改变放卷材料2的张力。收卷材料3的张力大小是被伺服电机或力矩电机5控制，张力控制器6输出0-5V不同大小的模拟量信号可以改变该电机的输出转矩，从而实现改变收卷材料3的张力。如图中所示，本张力控制器6采用超声波探头1发送出超声波并接收来自材料的反射声波，控制器获取超声波探头信号后并对发送和接收的信号进行时间差计算，依据超声波在空气中传输的速度和发送接收时间差的值计算出材料和超声波探头之间的距离，再将距离转换成卷料的的实时卷径，然后根据该卷径和用户事先输入的锥度率，输出对应的电压和电流信号到张力执行元件，来改变它们对收卷和放卷的转矩，从而降低卷径变化对张力的影响。
图2为锥度率设置图，用户可以通过该锥度控制器的参数设置功能分别对材料的最小卷径A和最大卷径B进行设置，然后再设置它们所对应的张力输出值，当材料运行时控制器会根据测量到的实时卷径大小，相对应的输出其张力值，来实现锥度张力的控制。为了增加线性精度，如有必要可以修改中间位置C。
图3为控制器内部工作原理图，单片机101定时发送40KHZ超声波脉冲信号群102，经驱动放大电路103后到超声波探头1，待脉冲群发送完毕后，滤波放大电路104将等待接收反射的超声波信号进行信号放大，放大的信号经整形电路105输出为开关量信号到单片机101，单片机101将计算发射和接收到的信号时间差，从而实现距离的测量。液晶显示器106用来显示输出的模拟量信号和测量到的材料卷径等相关数据。操作按键107和张力调节旋钮108供用户设置锥度参数和调节张力。模拟量接口提供了一个DC0-5V的信号和一个PWM脉宽控制0-2A/28V恒电流输出供张力控制元件使用。该控制器带有RS485 MODBUS通讯接口109，该接口可以和PLC控制器连接，实现远程控制。另外还有一个外部控制接口110供用户灵活使用。

Claims (4)

1.一种超声波锥度张力控制装置，包括卷径测量单元、锥度数据处理单元和张力控制单元，其特征在于，所述的卷径测量单元由单片机产生频率经驱动电路后到超声波探头发射出超声波信号，所述超声波探头接收来自被测物反射的信号经滤波放大电路、整形电路再回送到单片机，所述单片机通过发送和接收信号的时间差实现卷径的差值计算；所述的锥度数据处理单元是由单片机根据实时卷径和用户输入的锥度率进行比较后，输出对应的模拟量信号；所述张力控制单元的控制器具有模拟量输出和脉宽控制恒电流输出到张力执行单元。
2.根据权利要求1所述的一种超声波锥度张力控制装置，其特征在于，所述张力控制单元的控制器通过一个外接超声波探头实现卷径的测量，并且根据卷径的大小和用户输入的锥度率输出对应的模拟量信号来实现锥度张力的控制。
3.根据权利要求2所述的一种超声波锥度张力控制装置，其特征在于，所述外接超声波探头采用一个收发一体化探头。
4.根据权利要求2所述的一种超声波锥度张力控制装置，其特征在于，所述的控制器具有操作按键和旋钮、RS485 MODBUS通讯接口、外部控制接口和液晶显示器。
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