CN108975041B - 卷材收卷张力实时检测调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卷材张力检测控制领域，具体涉及一种卷材收卷张力实时检测调节系统，包括张力调节机构、张力检测模块和张力调节模块，张力调节机构包括主动辊、从动辊、第一伺服电机和第二伺服电机，第一伺服电机的输出轴和主动辊固定连接，第二伺服电机的输出轴和从动辊固定连接，张力检测模块包括用于检测主动辊和从动辊转动圈数的霍尔传感器，张力检测模块用于根据霍尔传感器检测到的主动辊和从动辊上卷材绕卷圈数以及单层卷材厚度计算主动辊和从动辊上卷材绕卷厚度，然后将计算得出绕卷厚度值和预先的拟算卷材厚度值进行比较，当两者之间的差距值大于预设差值时便发送对应的调节指令给张力调节模块。

Description

卷材收卷张力实时检测调节系统

技术领域

本发明涉及卷材张力检测控制领域，具体涉及一种卷材收卷张力实时检测调节系统。

背景技术

在工业生产的诸多行业，经常会遇到卷绕控制问题。如在纸张、纺织品、塑料薄膜、电线、印刷品、磁带、金属带线材等的生产过程中，带料或线材的开卷、卷取张力对产品的质量至关重要，为此要求进行恒张力控制，即在卷绕的过程中使产品承受最佳张力，且自始至终保持不变。若张力过大，会造成加工材料的拉伸变形；张力过小，会使卷取的材料的层与层之间的应力变形，造成收卷不整齐，影响加工质量。

现有技术中对于张力的调节是通过张紧辊传动装置实现的，张紧辊传动装置包括：张紧辊、开卷机和卷取机电机、活套电机等。在自动化程度较高的现代板带处理机组上，带钢张力则主要是辊式张紧装置，即通过张紧辊装置来实现控制、调节。

张紧辊传动装置用于将两个不同生产工艺要求的机械通过工件(材料)连接在一起，形成具有连续生产作业功能的自动化生产线。它由两组或更多的张紧辊传动机构组成，通常一组张紧辊传动在机构上具有前、后两个辊子，材料从两个辊子之间穿过，而两个辊子又具有各自独立的传动电机和完整的双闭环速度控制系统。由于辊与辊间材料的存在，因而要求两辊传动的电气系统应该具有电气同步，以维持在控制过程中，两辊间的材料不受前后方向上的拉力，达到入口和出口的线速度一致。而这两台电机在机械上和电气上又没有直接联系，只是两个辊子通过负载发生耦合，因此张紧辊的控制是一个复杂的多点传动控制。

现有的张力检测常常由张力传感器直接检测张力信号，反馈到控制器中构成张力闭环。这是目前常用的张力控制方法，它的张力控制精度较高，在轧机中得到广泛应用。但由于其电气设备复杂，电气调速单元要求响应较快，系统容易振荡，价格高等原因，很少应用在对张力控制精度不太高的场合。

发明内容

本发明目的在于提供一种卷材收卷张力实时检测调节系统，以低成本实现张力自动调节。

本发明提供的基础方案为：卷材收卷张力实时检测调节系统，包括张力调节机构、张力检测模块和张力调节模块，张力调节机构包括主动辊、从动辊、第一伺服电机和第二伺服电机，第一伺服电机的输出轴和主动辊固定连接，第二伺服电机的输出轴和从动辊固定连接，张力检测模块包括用于检测主动辊和从动辊转动圈数的霍尔传感器，张力检测模块用于根据霍尔传感器检测到的主动辊和从动辊上卷材绕卷圈数以及单层卷材厚度计算主动辊和从动辊上卷材绕卷厚度，然后将计算得出绕卷厚度值和预先的拟算绕卷厚度值进行比较，当两者之间的差距值大于预设差值时便发送对应的调节指令给张力调节模块，张力调节模块接收到张力检测模块发送的调节指令后对应控制第一伺服电机或第二伺服电机改变输出转速；

所述拟算绕卷厚度值为正常状态下主动辊和从动辊上张力最佳时主动辊和从动辊上绕卷厚度之间随着时间变化的数值。

本发明的优点在于：通过霍尔传感器检测主动辊上卷材绕卷圈数，然后根据卷材绕卷圈数和单层卷材厚度计算主动辊和从动辊上卷材绕卷厚度，然后将计算得出绕卷厚度值和预先的拟算绕卷厚度值进行比较，当两者之间的差距值大于预设差值时便发送对应的调节指令给张力调节模块，张力调节模块接收到张力检测模块发送的调节指令后对应控制第一伺服电机或第二伺服电机改变输出转速，以此实现主动辊和从动辊之间卷材的张力自动调节，与现有技术相比，霍尔传感器价格比现有用于检测卷材张力的张力计价格低数倍，减小了所需成本，本方案低成本实现了张力的实时检测与调节。

进一步，所述主动辊上设置有第一量板和第二量板，第一量板和第二量板水平设置且主动辊位于第一量板和第二量板之间，第一量板和第二量板之间连接有伸缩杆；主动辊下方设置有安装架，第二量板固定在安装架上；伸缩杆上设置有滑动变阻器，滑动变阻器上连接有电源和电流传感器，所述滑动变阻器随着伸缩杆伸缩而改变流通电流量，电流传感器上连接有微控制器，微控制器设置在张力调节模块内。

使用时，主动辊用于收卷卷材，从动辊用于放卷卷材，主动辊位于第一量板和第二量板之间，即调节伸缩杆使得第一量板和第二量板贴近主动辊上绕卷卷材，则第一量板和第二量板之间伸缩杆的长度便反应了主动辊上卷材绕卷厚度，即主动辊上卷材绕卷厚度增加，第一量板和第二量板之间的间距便增加，进而导致伸缩杆伸长，滑动变阻器上随着伸缩杆的伸缩而改变流通电流量，进而使得电流传感器检测到的电流值发生变化，而电流传感器将检测到的电流值变化信息发送给微控制器，张力调整模块再根据电流传感器发送的信息和张力检测模块发送的调整指令控制张力调节机构进行张力调节。由于主动辊用于收卷卷材，所以主动辊上卷材绕卷时便会受到张力的影响，即张力过小时可能导致主动辊上收卷的卷材蓬松，进而导致张力检测模块计算主动辊上卷材绕卷厚度时计算值和实际值相差较大，而用第一量板和第二量板来检测主动辊上卷材绕卷厚度能使得检测结果更加准确。同时，还可以通过第一量板和第二量板检测到的卷材绕卷厚度与计算的绕卷厚度进行比较，进而判断误差值大小。

进一步，所述第一量板上设置有滑槽，所述滑槽内滑动连接有滑块，滑块和滑槽一端之间连接有复位弹簧，所述滑块和伸缩杆一端固定连接，所述第一量板上固定有挡杆，所述主动辊上固定有用于拨动挡杆的摇杆。

在主动辊上卷材绕卷过程中，主动辊转动将使得摇杆随之转动，摇杆转动到挡杆处时，摇杆将在挡杆的阻挡作用下使得第一量板随着摇杆移动，当摇杆继续转动将和挡杆之间的间距变长，使得摇杆和挡杆脱落，这时第一量板将在复位弹簧的作用下回到初始位置，第一量板移动的过程中卷材将在第一量板摩擦作用下运动，相当于主动辊上卷材每绕卷一圈，第一量板将对卷材拉动一下，使得卷材绕卷更加紧，避免由于卷材绕卷时张力过松导致卷材绕卷过于蓬松。

进一步，所述第一量板一端设置有接地板，所述接地板上连接有接地线，所述接地板能和第一量板接触。

若卷材为薄膜，卷材绕卷过程中将产生静电，在第一量板一端设置接地板，当第一量板移动时将和接地板接触，第一量板上的静电便会被导到接地板上，实现静电的消除。而第二量板上的静电也会被滑动变阻器导通到第一量板上进行消除。

进一步，所述第一量板和第二量板与卷材的接触面为橡胶材质。

第一量板和第二量板为橡胶材质，能避免卷材损坏。

进一步，所述摇杆和挡杆为金属材质。

摇杆和挡杆为金属材质，能够使得薄膜绕卷时产生的静电传递到第一量板上，然后在第一量板和接地板接触时实现静电的清除。

附图说明

图1为本发明实施例一中张力调节机构的结构示意图；

图2为本发明实施例二中卷材绕卷厚度检测机构的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：从动辊1、卷材2、主动辊3、滑槽4、滑块5、伸缩杆6、第一量板7、挡杆8、摇杆9、第二量板10、接地板11。

实施例一

卷材2收卷张力实时检测调节系统，包括：

张力调节机构，如图1所示，张力调节机构包括主动辊3、从动辊1、第一伺服电机和第二伺服电机(第一伺服电机和第二伺服电机在图1中没有画出)，第一伺服电机的输出轴和主动辊3固定连接，第二伺服电机的输出轴和从动辊1的输出轴固定连接。

张力检测模块，用于检测主动辊3和从动辊1之间卷材2的张力大小，张力检测模块包括霍尔传感器，霍尔传感器分别设置在主动辊3和从动辊1旁，霍尔传感器用于分别检测主动辊3和从动辊1的转动圈数，然后张力检测模块根据主动辊3和从动辊1转动的圈数以及单层卷材2厚度计算主动辊3和从动辊1上卷材2绕卷厚度，并将计算得出的绕卷厚度值和预先的拟算绕卷厚度值进行比较，当两者之间的差距值大于预设差值时便发送一个对应的调节指令给张力调节模块。拟算绕卷厚度值是指正常状态下主动辊3和从动辊1上张力最佳时主动辊3和从动辊1上绕卷厚度之间随着时间变化的数值，这个数值的获取可以从反复实验的过程中获取，也可以在绕卷过程中不断调整获得。

张力调节模块，用于接收张力检测模块发送的调节指令，并根据调节指令控制第一伺服电机和第二伺服电机加速或减速转动，以此来实现张力的调节。第一伺服电机和第二伺服电机的加速和减速通过变频器实现控制。比如，张力过大时第二伺服电机加速便可减小张力，张力过小时，加快第一电机的转动速度便可增加张力。

具体实施时，主动辊3和从动辊1转动一圈，对应的霍尔传感器便能检测到其转动的圈数，由于卷材2的厚度是固定的，所以将卷材2的厚度乘以主动辊3(或从动辊1)转动圈数便可以得到主动辊3(或从动辊1)上卷材2绕卷厚度，而主动辊3上卷材2绕卷厚度增加时从动辊1上卷材2绕卷厚度是必然减小，在卷材2张力一定时，主动辊3上卷材2绕卷厚度与从动辊1上卷材2绕卷厚度之间必然存在着随着时间变化的规律，这个规律在本实施例中指的便是拟算绕卷厚度值。若卷材2张力过于小，那么便可能是由于主动辊3转动圈数不够或是从动轮转动圈数过多导致，主动辊3转动圈数直接反映的便是主动辊3或从动辊1上卷材2绕卷厚度，这时，张力调节模块只需要加快主动辊3转动速度或减小从动辊1转动速度便可增加卷材2张力。同理可知，若卷材2的张力过大，则可以通过减缓主动辊3转动速度或增大从动辊1转动速度进行调节。

实施例二

如图2所示，实施例二与实施例一的区别在于，实施例二中主动辊3上设置有卷材2绕卷厚度检测机构，卷材2厚度检测机构包括：安装架，安装架上固定有第一量板7，第一量板7左端固定有伸缩杆6，伸缩杆6顶端设置有第二量板10，第一量板7和第二量板10平行设置，第二量板10上开设有滑槽4，滑槽4内滑动连接有滑块5，滑块5和滑槽4左端之间连接有复位弹簧(复位弹簧在图2中没有画出)，滑块5和伸缩杆6顶端焊接；第一量板7上固定有挡杆8，挡杆8垂直设置在第一量板7上，主动辊3上固定有用于拨动挡板的摇杆9，第一量板7左端设置接地板11，接地板11上设置有接地线，接地板11采用金属材质，金属材质可以选用铜、铁等。

伸缩杆6包括第一伸缩段和第二伸缩段，第一伸缩段和滑块5固定连接，第二伸缩段和第二量板10固定连接；伸缩杆6上设置有滑动变阻器，滑动变阻器包括：滑片、金属棒、接线柱、电阻丝和瓷筒，滑动变阻器固定在第二伸缩段上，滑动变阻器的滑片上固定有连杆，连杆和第一伸缩段固定连接。滑动变阻器的连接柱共有四个，四个连接柱分别设置在金属棒两端和电阻丝两端，设置在金属棒顶端的连接柱和设置在电阻丝底端的连接柱之间连接有电源和电流传感器，电源为电流传感器供电，电流传感器上连接有微控制器，微控制器设置在张力调节模块内，微控制器用于控制第一伺服电机和第二伺服电机以不同的速度转动。

具体实施时，主动辊3用于收卷卷材2，从动辊1用于放卷卷材2，由于主动辊3用于收卷卷材2，在卷材2收卷过程中可能会因为卷材2绕卷时张力的不同导致主动辊3上绕卷卷材2厚度发生变化，而从动辊1便不会存在这个问题，所以将卷材2绕卷厚度检测机构设置在主动辊3上，卷材2绕卷厚度检测机构对主动辊3上卷材2绕卷厚度进行检测时，滑动变阻器安装在第一量板7和第二量板10之间，当第一量板7和第二量板10之间的间距变化后，滑动变阻器上的电阻值便会随之发生变化，而第一量板7和第二量板10之间的间距直接反应了主动辊3上卷材2绕卷厚度的变化，即随着主动辊3上卷材2绕卷厚度的变化，电流传感器将检测到不同大小的电流值，然后电流传感器将这个电流值发送给微控制器，微控制器接收到该电流值后判断该电流值是否属于正常电流值大小，若不属于正常电流值大小，则表示张力大小不属于需求张力大小，这时便调整第一伺服电机或第二伺服电机转动速度，以此来实现卷材2张力的调整。正常电流值大小是随着时间的变化而变化的，正常值电流值大小指的是在需求张力大小的情况下主动辊3上卷材2绕卷圈数变化时随之变化的电流传感器检测到的电流值。

在主动辊3上卷材2绕卷过程中(主动辊3顺时针转动)，主动辊3转动将使得摇杆9随之转动，摇杆9转动到挡杆8处时，摇杆9将在挡杆8的阻挡作用下使得第一量板7随着摇杆9向右移动，当摇杆9继续向右转动将和挡杆8之间的间距变长，使得摇杆9和挡杆8脱落，这时第一量板7将在复位弹簧的作用下向左运动，第一量板7向左运动的过程中卷材2将在第一量板7摩擦作用下向左运动，相当于主动辊3上卷材2每绕卷一圈，第一量板7将对卷材2拉动一下，使得卷材2绕卷更加紧，避免由于卷材2绕卷时张力过松导致卷材2绕卷松动的现象。

另外，若卷材2为薄膜，卷材2绕卷过程中将产生静电，在第一量板7左端设置接地板11，当第一量板7和接地板11接触时，第一量板7上的静电便会被导到接地板11上，实现静电的消除。而第二量板10上的静电也会被滑动变阻器导通到第一量板7上进行消除。

本实施例的又一实施方式为：第一量板7和第二量板10与卷材2接触面为橡胶材质，摇杆9和挡杆8为金属材质。第一量板7和第二量板10为橡胶材质，能避免卷材2损坏；摇杆9和挡杆8为金属材质，能够使得薄膜绕卷时产生的静电传递到第一量板7上，然后在第一量板7和接地板11接触时实现静电的清除。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (3)

1.卷材收卷张力实时检测调节系统，包括张力调节机构、张力检测模块和张力调节模块，张力调节机构包括主动辊、从动辊、第一伺服电机和第二伺服电机，第一伺服电机的输出轴和主动辊固定连接，第二伺服电机的输出轴和从动辊固定连接，其特征在于，张力检测模块包括用于检测主动辊和从动辊转动圈数的霍尔传感器，张力检测模块用于根据霍尔传感器检测到的主动辊和从动辊上卷材绕卷圈数以及单层卷材厚度计算主动辊和从动辊上卷材绕卷厚度，然后将计算得出绕卷厚度值和预先的拟算绕卷厚度值进行比较，当两者之间的差距值大于预设差值时便发送对应的调节指令给张力调节模块，张力调节模块接收到张力检测模块发送的调节指令后对应控制第一伺服电机或第二伺服电机改变输出转速；

所述拟算绕卷厚度值为正常状态下主动辊和从动辊上张力最佳时主动辊和从动辊上绕卷厚度之间随着时间变化的数值；

所述主动辊上设置有第一量板和第二量板，第一量板和第二量板水平设置且主动辊位于第一量板和第二量板之间，第一量板和第二量板之间连接有伸缩杆；主动辊下方设置有安装架，第二量板固定在安装架上；伸缩杆上设置有滑动变阻器，滑动变阻器上连接有电源和电流传感器，所述滑动变阻器随着伸缩杆伸缩而改变流通电流量，电流传感器上连接有微控制器，微控制器设置在张力调节模块内；

所述第一量板上设置有滑槽，所述滑槽内滑动连接有滑块，滑块和滑槽一端之间连接有复位弹簧，所述滑块和伸缩杆一端固定连接，所述第一量板上固定有挡杆，所述主动辊上固定有用于拨动挡杆的摇杆；

所述第一量板一端设置有接地板，所述接地板上连接有接地线，所述接地板能和第一量板接触。

2.根据权利要求1所述的卷材收卷张力实时检测调节系统，其特征在于：所述第一量板和第二量板与卷材的接触面为橡胶材质。

3.根据权利要求1所述的卷材收卷张力实时检测调节系统，其特征在于：所述摇杆和挡杆为金属材质。

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