CN109366768A - 金刚线切割机排线斜拉时的调节装置和调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金刚线切割机排线斜拉时的调节装置和调控方法，该装置包括移动导轮和轮架，轮架包括用于连接移动模组的上架和用于安装移动导轮的下架，上架和下架经转轴铰接；该方法的关键在于：主控制器实时采集Ix并计算出⊿I，并根据⊿I所在区间进行分段控制，选择对应的修正系数K。该装置和方法能使移动导轮始终与缠绕它的金刚线段位于同一个平面内、且能精确判断出斜拉方向和斜拉程度，并针对性进行调节，使得排线方向快速修正并尽可能保持在竖直向。
Description
技术领域
本发明涉及切割机械设备领域，具体讲是一种金刚线切割机出现排线斜拉状况时的调节装置和调控方法。
背景技术
近年来，随着科技的快速发展，对于单晶硅、多晶硅和压电陶瓷等硬脆材料的需求急速上升。而金刚线切割机作为太阳能硅片等硬脆材料的主要切削设备，由于其具备切削效率高、加工稳定性好等优点而得到越来越广泛的应用。
金刚线切割机的机架上设有放线辊、收线辊和各级导轮，金刚线从放线辊引出后，经多个导轮换向及张紧，到达切割工位，然后又经过多个导轮的换向及张紧，最后引入收线辊。其动作原理为：通过一个线辊放线同时另一个线辊收线，使得线网上的金刚线高速运动以实现切割。
本申请的排线是指，一个线辊放线或收线的动作，该线辊可以是放线辊，也可以是收线辊。每个线辊排线，会牵涉到离该线辊最近的一个移动导轮。具体的说，该线辊与排线电动机输出轴连接，线辊只转动不轴向移动，而移动导轮的轴向与线辊的轴向平行且该移动导轮经轮架固定在一个移动模组上，该移动模组驱动移动导轮沿线辊轴向也就是移动导轮自身的轴向平移。
为保证金刚线切割机长时间稳定运行，确保排线平顺，则需要使得线辊与移动导轮之间的金刚线段尽可能保持竖直，也就是金刚线尽量保持竖直向出线或回线。从理论上讲，只要协调好线辊周向的转速和移动导轮轴向横移的速度之间的关系就能实现竖直向排线。但在实际操作过程中，由于线辊的半径、线辊上相邻金刚线的距离也就是螺距均时刻变化，或由于排线电动机正反转等一系列因素的影响，很难实现竖直向排线，经常会由于移动导轮轴向横移速度过快或过慢出现斜拉的状况。而一旦出现斜拉，会导致以下弊端：由于轮架是硬质且无法摆动的，所以导轮会保持在竖直平面，但绕着该导轮换向形成的两段金刚线段已经倾斜不在该平面了，这样，斜拉的金刚线与导轮之间摩擦力骤然增大，导致金刚线张力不均匀，容易跳线或断线；而且，长期斜拉会使得放出的金刚线段与仍然缠绕在线辊上的金刚线段相互摩擦，造成金刚线上颗粒脱落，切割性能下降，同样也可能导致断线。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是，提供一种排线出现斜拉状况时能使移动导轮始终与缠绕它的金刚线段位于同一个平面内，从而避免移动导轮与金刚线摩擦力骤然加大的金刚线切割机排线斜拉时的调节装置。
本发明的一种技术解决方案是，提供一种金刚线切割机排线斜拉时的调节装置，它包括移动导轮和轮架，轮架包括用于连接移动模组的上架和用于安装移动导轮的下架，上架和下架经转轴铰接。
这样，当出现排线斜拉的状况时，由于上架和下架相互铰接，故移动导轮能与缠绕它的金刚线段同步摆动，无论左倾还是右倾，移动导轮始终与缠绕它的金刚线段位于同一个平面上，这就避免了围绕移动导轮的金刚线张力骤然加大而导致跳线或断线的状况。
作为优选，该调节装置还包括一个主控制器，上架设有一个与主控制器连接的距离传感器，下架安装有一个凸轮，当下架单向旋转时，凸轮顶部轮廓线与距离传感器之间的间距递增或递减；如下架逆时针旋转时，凸轮与距离传感器的间距递增，即下架及导轮右倾则间距增大而下架及导轮左倾则间距减小，凸轮与主控制器之间的间距变化越大则说明倾斜幅度越大，这样，可以根据间距变量的正负判断斜拉方向，利用间距变量的绝对值的大小来判断斜拉程度，为后续排线斜拉的调控提供数据支持和依据。
作为进一步优选，下架包括一个与转轴可转动安装的摇臂，凸轮安装在摇臂上；这样，该结构装配方便，且能有效避免下架摆动时与上架发生干涉触碰。
作为又改进，凸轮设偏心轴孔和与偏心轴孔同心的弧形孔，凸轮经穿过偏心轴孔的轮轴与摇臂铰接，摇臂固定有一根穿过弧形孔的螺栓，螺栓上设有一个用于压紧并锁定凸轮的锁紧螺帽；这样，可以调节凸轮在摇臂上的初始相对位置和初始倾斜角度，确保凸轮符合摇臂逆时针转动，凸轮与距离传感器的间距递增的设定。
作为再改进，下架上固定有拨块，拨块上设有定位槽，定位槽上开口为上大下小的喇叭口；上架设有基准定位气缸，基准定位气缸的活塞杆上设有定位插销；当定位插销经喇叭口插入定位槽内时，移动导轮位于竖向平面；这样，在系统开机时，驱动插销下降，无论之前摇臂是左倾还是右倾，插销都会先触碰到喇叭口的一个斜面，且随着插销进一步下降，最终会使得摇臂及移动导轮重新竖直，相当于为调节机构增设了一个自动归零装置。
本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种出现排线斜拉状况时能使移动导轮始终与缠绕它的金刚线段位于同一个平面内、且能精确判断出斜拉方向和斜拉程度，并针对性进行调节，使得排线方向快速修正并尽可能保持在竖直向的利用金刚线切割机排线斜拉时的调节装置的调控方法。
本发明的另一个技术解决方案是，提供一种利用金刚线切割机排线斜拉时的调节装置的调控方法，其步骤包括：
a、系统开机时，基准定位气缸的定位插销伸出，插入拨块的定位槽，使凸轮和下架均位于基准状态，此状态下移动导轮位于竖直平面，线辊竖直向排线；此状态下，距离传感器与凸轮顶部轮廓线的间距为基准间距Dm，而距离传感器产生的信号值为基准信号值I0；再将定位插销上拔复位；
b、前馈计算，将线辊的周向转速Vy视为定值，乘以映射系数γ，获得移动导轮轴向的基准移动速度V0；
c、运行过程中一旦出现斜拉状况，距离传感器与凸轮顶部轮廓线的即时间距Dx与基准间距Dm之间就出现变量⊿D，即Dx-Dm＝⊿D，而距离传感器产生的即时信号值Ix与基准信号值I0之间也会出现变量⊿I，即Ix-I0＝⊿I，且两个变量是相互映射的关系，故运行过程中，主控制器实时采集Ix并计算出⊿I，并根据⊿I所在区间进行分段控制，选择对应的修正系数K；
当I1＜⊿I≤I2时，K＝k1；
当I2＜⊿I≤I3时，K＝k2；
当I3＜⊿I≤I4时，K＝k3；
当I4＜⊿I≤I5时，K＝1；
当I5＜⊿I≤I6时，K＝k4；
当I6＜⊿I≤I7时，K＝k5；
当I7＜⊿I≤I8时，K＝k6；
其中，k1<k2<k3<1，k6>k5>k4>1；I1＜I2＜I3＜I4＜0＜I5＜I6＜I7＜I8；
再将移动导轮的基准移动速度V0和⊿I所在的区间的修正系数K，带入公式KV0＝Vry，以获得移动导轮轴向移动的修正速度Vry；然后以修正移动速度Vry轴向平移移动导轮。
采用以上的调控方法与现有技术相比，具有以下优点。
上述控制方法的原理为：距离传感器的信号值的变量，反应出凸轮与距离传感器间距的变量，如果间距变量为正，则推导间距变大，摇臂和移动导轮右倾，进一步推导出导轮轴向速度相对线辊周向速度偏慢，故选择大于1的修正系数k，使导轮轴向平移获得增益的修正速度，且间距变量的绝对值越大，则说明间距变大的程度也就是移动导轮向右斜拉的程度越大，选择的k值也越大，导轮轴向平移的修正速度的增益幅度也越大；同理，如果间距变量为负，则推导间距变小，摇臂和移动导轮左倾，进一步推导出导轮轴向速度相对线辊周向速度偏快，故选择小于1的修正系数k，使导轮轴向平移获得消减的修正速度，且间距变量的绝对值越大，则说明间距变小的程度越大也就是移动导轮向左斜拉的程度越大，选择的k值也越小，导轮轴向平移的修正速度的消减幅度也越大。
由以上分析可知，上述调控方法的优点如下。下架和移动导轮不固定在竖直平面内，而是可以绕转轴转动，这样，就可以跟随金刚线牵引合理从动，使得导轮和围绕它的金刚线始终位于一个平面内，避免斜拉时导轮太死板导致的张力骤然增大，降低了跳线和断线的概率；摇臂上设置凸轮、上架设置距离传感器，可以精准采集传感器信号值从而确切地判断出斜拉的方向和斜拉的程度，并根据斜拉方向和程度针对性选择最优的K值，为轴向平移速度提供最合理的补偿，快了就减速，快的多就减速猛，慢了就加速，慢的越多加速就越猛，使得斜拉状况得到快速调整，快速回复到竖直排线；且上述控制是实时持续的，能促使排线过程尽量稳定在竖直向状态。
附图说明
图1是本发明金刚线切割机排线斜拉时的调节装置的正视结构示意图。
图2是本发明金刚线切割机排线斜拉时的调节装置的结构示意图。
图3是本发明金刚线切割机排线斜拉时的调节装置向左倾斜排线的侧视结构示意图。
图4是本发明金刚线切割机排线斜拉时的调节装置竖直排线的侧视结构示意图。
图5是本发明金刚线切割机排线斜拉时的调节装置向右倾斜排线的侧视结构示意图。
图6是图3去掉基准定位气缸后的侧视结构示意图。
图7是图4去掉基准定位气缸后的侧视结构示意图。
图8是图5去掉基准定位气缸后的侧视结构示意图。
图中所示1、移动导轮，2、上架，3、下架，4、转轴，5、距离传感器，6、凸轮，7、摇臂，8、偏心轴孔，9、弧形孔，10、螺栓，11、拨块，12、定位槽，13、喇叭口，14、基准定位气缸，15、定位插销，16、线辊。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，本发明金刚线切割机排线斜拉时的调节装置，它包括移动导轮1和轮架，轮架包括用于连接金刚线切割机的移动模组的上架2和用于安装移动导轮1的下架3，上架2和下架3经转轴4铰接。该转轴4水平向布设且转轴4的轴线与线辊16的轴线垂直。
该调节装置还包括一个主控制器，上架2设有一个与主控制器连接的距离传感器5，下架3安装有一个凸轮6，当下架3单向旋转时，凸轮6顶部轮廓线与距离传感器5之间的间距递增或递减。具体的说，下架3包括一个与转轴4可转动安装的摇臂7，移动导轮1的安装板经一根横梁与摇臂7下端连接。凸轮6安装在摇臂7上。
更具体的说，凸轮6设偏心轴孔8和与偏心轴孔8同心的弧形孔9，所述的偏心是指，该轴孔的轴线与转轴4的轴线不重合。凸轮6经穿过偏心轴孔8的轮轴与摇臂7铰接，摇臂7上固定有一根穿过弧形孔9的螺栓10，螺栓10上设有一个用于压紧并锁定凸轮6的锁紧螺帽。换句话说，旋紧锁紧螺帽，将凸轮6抵紧在摇臂7上，实现凸轮6与摇臂7的相对角度的固定。
下架3上固定有拨块11，拨块11上设有定位槽12，定位槽12上开口为上大下小的喇叭口13；上架2设有与主控制器连接的基准定位气缸14，基准定位气缸14的活塞杆上设有底端为锥头的定位插销15；当定位插销15经喇叭口13插入定位槽12内时，移动导轮1位于竖向平面。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，利用本发明的调节装置进行的调控方法，其步骤如下。
a、系统开机时，基准定位气缸14的定位插销15伸出，插入拨块11的定位槽12，使凸轮6和下架3均位于基准状态，此状态下移动导轮1位于竖直平面，线辊16竖直向排线；此状态下，距离传感器5与凸轮6顶部轮廓线的间距为基准间距Dm，而距离传感器5产生的信号值为基准信号值I0；再将定位插销15上拔复位以确保定位插销15不干扰下架3摆动。
b、前馈计算，将线辊16的周向转速Vy视为定值，乘以映射系数γ，获得移动导轮1轴向横移的基准移动速度V0；即γVy＝V0。该步骤中，Vy和V0均为线速度。
c、运行过程中一旦出现斜拉状况，距离传感器5与凸轮6顶部轮廓线的即时间距Dx与基准间距Dm之间就出现变量⊿D，即Dx-Dm＝⊿D，而距离传感器5产生的即时信号值Ix与基准信号值I0之间也会出现变量⊿I，即Ix-I0＝⊿I，且两个变量是相互映射的关系，故运行过程中，主控制器实时采集Ix并计算出信号值变量⊿I，就可以真实准确的反应出间距变量⊿D；并且根据⊿I所在区间进行分段控制，选择对应的修正系数K。
当I1＜⊿I≤I2时，K＝k1；
当I2＜⊿I≤I3时，K＝k2；
当I3＜⊿I≤I4时，K＝k3；
当I4＜⊿I≤I5时，K＝1；
当I5＜⊿I≤I6时，K＝k4；
当I6＜⊿I≤I7时，K＝k5；
当I7＜⊿I≤I8时，K＝k6；
其中，k1<k2<k 3<1，k6>k5>k4>1；I1＜I2＜I3＜I4＜0＜I5＜I6＜I7＜I8；
本实施例中，技术人员经过长期试验，总结归纳出一组数据，即k1＝0.8，k2＝0.86，k3＝0.93，k4＝1.03，k5＝1.08，k6＝1.18，I1＝-20，I2＝-15，I3＝-10，I4＝-5，I5＝5，I6＝10，I7＝15，I8＝20。
再将移动导轮1的基准移动速度V0和⊿I所在的区间的修正系数K，带入公式KV0＝Vry，以获得移动导轮1轴向移动的修正速度Vry；然后以修正移动速度Vry轴向平移移动导轮1。
Claims (6)
1.一种金刚线切割机排线斜拉时的调节装置，它包括移动导轮(1)和轮架，其特征在于：轮架包括用于连接移动模组的上架(2)和用于安装移动导轮(1)的下架(3)，上架(2)和下架(3)经转轴(4)铰接。
2.根据权利要求1所述的金刚线切割机排线斜拉时的调节装置，其特征在于：该调节装置还包括一个主控制器，上架(2)设有一个与主控制器连接的距离传感器(5)，下架(3)安装有一个凸轮(6)，当下架(3)单向旋转时，凸轮(6)顶部轮廓线与距离传感器(5)之间的间距递增或递减。
3.根据权利要求2所述的金刚线切割机排线斜拉时的调节装置，其特征在于：下架(3)包括一个与转轴(4)可转动安装的摇臂(7)，凸轮(6)安装在摇臂(7)上。
4.根据权利要求3所述的金刚线切割机排线斜拉时的调节装置，其特征在于：凸轮(6)设偏心轴孔(8)和与偏心轴孔(8)同心的弧形孔(9)，凸轮(6)经穿过偏心轴孔(8)的轮轴与摇臂(7)铰接，摇臂(7)固定有一根穿过弧形孔(9)的螺栓(10)，螺栓(10)上设有一个用于压紧并锁定凸轮(6)的锁紧螺帽。
5.根据权利要求1所述的金刚线切割机排线斜拉时的调节装置，其特征在于：下架(3)上固定有拨块(11)，拨块(11)上设有定位槽(12)，定位槽(12)上开口为上大下小的喇叭口(13)；上架(2)设有基准定位气缸(14)，基准定位气缸(14)的活塞杆上设有定位插销(15)；当定位插销(15)经喇叭口(13)插入定位槽(12)内时，移动导轮(1)位于竖向平面。
6.利用权利要求1～5中任何一项所述的调节装置进行的调控方法，其特征在于，其步骤包括：
a、系统开机时，基准定位气缸(14)的定位插销(15)伸出，插入拨块(11)的定位槽(12)，使凸轮(6)和下架(3)均位于基准状态，此状态下移动导轮(1)位于竖直平面，线辊(16)竖直向排线；此状态下，距离传感器(5)与凸轮(6)顶部轮廓线的间距为基准间距Dm，而距离传感器(5)产生的信号值为基准信号值I0；再将定位插销(15)上拔复位；
b、前馈计算，将线辊(16)的周向转速Vy视为定值，乘以映射系数γ，获得移动导轮(1)轴向的基准移动速度V0；
c、运行过程中一旦出现斜拉状况，距离传感器(5)与凸轮(6)顶部轮廓线的即时间距Dx与基准间距Dm之间就出现变量⊿D，即Dx-Dm＝⊿D，而距离传感器(5)产生的即时信号值Ix与基准信号值I0之间也会出现变量⊿I，即Ix-I0＝⊿I，且两个变量是相互映射的关系，故运行过程中，主控制器实时采集Ix并计算出⊿I，并根据⊿I所在区间进行分段控制，选择对应的修正系数K；
当I1＜⊿I≤I2时，K＝k1；
当I2＜⊿I≤I3时，K＝k2；
当I3＜⊿I≤I4时，K＝k3；
当I4＜⊿I≤I5时，K＝1；
当I5＜⊿I≤I6时，K＝k4；
当I6＜⊿I≤I7时，K＝k5；
当I7＜⊿I≤I8时，K＝k6；
其中，k1<k2<k3<1，k6>k5>k4>1；I1＜I2＜I3＜I4＜0＜I5＜I6＜I7＜I8；
再将移动导轮(1)的基准移动速度V0和⊿I所在的区间的修正系数K，带入公式KV0＝Vry，以获得移动导轮(1)轴向移动的修正速度Vry；然后以修正移动速度Vry轴向平移移动导轮(1)。
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