CN110498273B - 卷料的卷绕方法、计算机程序产品、控制装置和卷绕机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将卷料(D)从供应装置(4)卷绕到卷绕机的具有非圆形横截面的卷绕体(1)上的方法。该方法步骤如下：由供应辊(4)提供卷料，并且供应装置(4)提供的卷料经由至少一个导向辊(2)被卷绕到卷绕体(1)上，其中，根据在存储单元中存储的与位置相关的补偿信号，将卷料的实际卷绕张力调整到额定卷绕张力，该补偿信号用于补偿卷料在导向辊(2)与卷绕体(1)之间的由于卷料的非圆形横截面而能够改变的自由长度(x)。通过借助在存储单元中于卷绕之前就已经存储的与位置相关的补偿信号将实际卷绕张力调整到额定卷绕张力，能够减少用于调整的计算负荷。此外提出一种计算机程序产品、控制装置以及卷绕机。

Description

卷料的卷绕方法、计算机程序产品、控制装置和卷绕机
技术领域
本发明涉及一种用于将卷料从供应装置卷绕到具有非圆形横截面的卷绕体上的方法以及计算机程序产品。此外，本发明涉及一种用于卷绕机的控制装置和这种卷绕机。
背景技术
在将卷料、特别是金属线或薄膜卷绕到卷绕体上时，为卷料有规律地施加卷绕张力。卷绕张力在此对应于(每横截面积)的力，该力用于将卷料卷绕到卷绕体上。在用于卷绕卷料的现代装置中能够调整卷绕张力。换而言之，卷绕张力是卷料的拉应力。
EP 2 485 227 A1描述了金属线卷绕机和用于这种金属线卷绕机的控制系统。
发明内容
在该背景下，本发明的目的是改善卷料到具有非圆形横截面的卷绕体上的卷绕。
根据第一方面，提出一种用于将卷料从供应装置卷绕到卷绕机的具有非圆形横截面的卷绕体上的方法。该方法包括以下步骤：
由供应辊提供卷料，并且
供应装置所提供的卷料经由至少一个导向辊被卷绕到卷绕体上，其中，根据在存储单元中存储的与位置相关的补偿信号，将卷料的实际卷绕张力调整到额定卷绕张力，其中，补偿信号用于补偿卷料在导向辊与卷绕体之间的由于卷料的非圆形横截面而能够改变的自由长度。
通过借助在存储单元中于卷绕之前就已经存储的与位置相关的补偿信号将实际卷绕张力调整到额定卷绕张力，能够减少用于调整的计算负荷，特别是与在卷绕期间(即在线)计算补偿信号的解决方案相比。由于减少了计算负荷，也能够相应地匹配或选择对实际卷绕张力进行调整的控制装置。特别是与在卷绕期间计算补偿信号的解决方案相比，能够应用计算能力较小的控制装置。这有利地节省了成本。
在应用相同的控制装置时能够有利地减小循环时间。
相应地，与位置相关的补偿信号特别是事先对于整个卷绕过程或部分卷绕过程被计算的并且存放在存储单元中。特别是，所计算的补偿信号存放在表格或者存放在也称为凸轮盘的多项式表格中。
通过本方法能够有利地在卷绕机的现有机械结构中提高过程速度。此外，也能够通过本方法在卷绕机的现有机械结构中提高过程品质。
特别地，作为卷料的自由长度的是在导向辊与卷绕体之间的卷料幅长。在卷绕机中设置有多个导向辊的情况下，特别是指在卷绕体上游紧邻的导向辊。例如，卷料的自由长度是在导向辊上的卷料支撑点与卷绕体上的卷料支撑点之间的幅长。
卷绕张力理解为在卷绕时的卷料张力，特别是机械张力。特别地，卷绕张力限定为垂直于卷料的横截面地作用到卷料上的力除以横截面积。
额定卷绕张力理解为将卷料卷绕到卷绕体上所应使用的卷绕张力。额定卷绕张力也能够被称为预设卷绕张力。额定卷绕张力能够是卷绕体的取向的函数。例如，前述情况在围绕有拐角的卷绕体来卷绕作为卷料的金属线时是重要的，以便实现良好的结果。
非圆形横截面理解为不同于圆形的横截面。这意味着，卷料具有非恒定的直径，即至少两个不同的直径。例如，具有非圆形横截面的这种卷绕体也造型成椭圆形或矩形。
例如，优选地利用本方法生成电池单元或薄膜电容器。特别地，供应装置应理解为用于在卷绕机中提供和/或保管卷料的装置。供应装置优选地包括供应辊和/或传输装置。
例如，供应辊是钢丝辊(Drahtrolle)或卷起薄膜的辊。卷绕体能够被分配有第一旋转速度，反之供应辊能够被分配有第二旋转速度，从而供应辊以与第二旋转速度成比例的速度提供卷料。优选地，导向辊是以下导向辊：卷料从该导向辊起引向卷绕体。
卷绕张力也能称为幅张力或卷料张力。在卷绕到具有非圆形横截面的卷绕体上的过程中，在卷绕体上的卷料支撑点与上游导向辊上的卷料支撑点之间的部段在卷绕体旋转时发生改变。该改变，如在本文中，被称为卷料在导向辊与卷绕体之间的能够改变的自由长度。在支撑点之间的该间距的改变导致实际卷绕张力的改变，也出于该原因，通过本方法将实际卷绕张力调整到额定卷绕张力。在此，调整特别是意为控制或调节。另外，导向辊上变换的支撑点和卷绕器的非恒定周长(相对于圆形的360°)对实际卷绕张力的改变也产生影响。
优选地，实际卷绕张力是恒定的，特别是在由卷绕体的N次旋转构成的卷绕循环期间。实际卷绕张力优选地在电池单元制造和卷绕电容器时保持恒定。“恒定”在此特别是理解为，在(特别是已经卷绕的)卷绕体上的卷绕张力(特别是在卷料的支撑点上的卷绕张力)在卷绕过程期间保持不变。
特别地，卷绕机的控制装置为此目的而控制或调节卷绕体的调整单元和/或驱动器。调整单元例如包括可变的卷料存储器和/或可调整的卷料制动器和/或张力调节辊。在先申请EP 16 203 431.8中披露了这种调整单元的实例，其内容参考结合于此。
根据一个实施方式，根据用于补偿卷料在导向辊与卷绕体之间的能够改变的自由长度的、与位置相关的补偿信号，将卷料的实际卷绕张力调节到额定卷绕张力。
根据另一个实施方式，根据对于由卷绕体的N次旋转构成的模拟卷绕循环所测定的卷绕体的相应位置，计算与位置相关的补偿信号并且在存储单元的表格中存储该补偿信号。
根据另一个实施方式，在将卷料卷绕到卷绕体上之前，根据对于由卷绕体的N次旋转构成的模拟卷绕循环所测定的卷绕体的相应位置，计算与位置相关的补偿信号并且在存储单元的表格中存储该补偿信号。
补偿信号被事先计算并且随后存储在存储单元的表格中，计算例如借助以由卷绕体的N次旋转构成的模拟卷绕循环为基础的模拟来实现。在将卷料实际卷绕到卷绕体上之前，进行补偿信号的计算和在存储单元的表格中的存储。
根据另一个实施方式，使用多项式表格作为用于存储与位置相关的补偿信号的表格。多项式表格也能够被称为凸轮盘(Kurvenscheibe)。
根据另一个实施方式，根据卷料的卷绕长度和卷绕体的旋转速度，对于由卷绕体的N次旋转构成的模拟卷绕循环测定卷绕体的相应位置。
为了在利用模拟卷绕循环进行模拟期间测定卷绕体的相应位置，卷绕长度和旋转速度是用于精确测定的合适的输入参数。
根据另一个实施方式，在存储于表格中之前，所计算的与位置相关的补偿信号借助具有预定滤波器阶数的滤波器被过滤，并且过滤后的与位置相关的补偿信号随后存储在存储单元的表格中。
相应地，所计算的补偿信号能够修正或过滤，从而特定的频谱被消除并且因此不再被激发。对此，具有有限脉冲响应的高阶滤波器是特别适用的。
由此，有利地在卷绕机的现有机械结构的情况下，尤其能够提高过程速度。此外，在卷绕机的现有机械结构的情况下，通过该实施方式也尤其能够提高过程品质。
根据另一个实施方式，使用具有至少为M的特定的滤波器阶数和有限脉冲响应的FIR滤波器(FIR；Finite Impulse Response，有限脉冲响应)作为滤波器。例如滤波器阶数M在1500与2000之间。
根据另一个实施方式，在将过滤后的与位置相关的补偿信号存储到表格中时，考虑滤波器的瞬态响应以及补偿滤波器的滤波器死时间。
通过事先计算补偿信号，在计算补偿信号和/或将其存储在存储单元中时就已经能够考虑滤波器的瞬态响应和造成的滤波器死时间。这在应用高阶滤波器时有特别有利的作用。
根据另一个实施方式，根据卷料的卷绕长度、卷绕体的旋转速度和滤波器的特定的滤波器阶数，以预定的分辨率，对于由卷绕体的N次旋转构成的模拟卷绕循环测定卷绕体的相应位置。
根据另一个实施方式，为了将卷料的实际卷绕张力调整到额定卷绕张力，调节卷绕体的旋转速度。
根据另一个实施方式，通过调整单元将卷料的实际卷绕张力调节到额定卷绕张力。
特别地，调整单元包括具有能调整的制动功率的卷料制动器和/或卷料存储器。拉力的引入也能够经由张力调节系统、卷绕器的驱动器和/或经由所参与的幅轴的驱动器来实现。在此经由导向辊引导卷料。
有利地，卷料制动器能够通过调整卷绕张力的其他可行性方案进行补充。
卷料存储器具有多个导向辊，其中，卷料通过多个导向辊保持在长度可变的幅面上。通过改变其中至少一个导向辊的位置，能够调整幅长。卷料的幅长对应于卷料存储器的容量。相应导向辊的位置改变特别是通过执行器来实现。
为了补偿卷绕张力的轻微波动，卷料存储器能够与张力调节辊组合。
根据另一个实施方式，根据用于将作用于卷料上的实际拉力调整到额定拉力的与位置相关的补偿信号，将卷料的实际卷绕张力调节到额定卷绕张力。
根据另一个实施方式，在将卷料卷绕到卷绕体上期间，将作用于卷料的实际力矩调整、特别是调节到额定力矩。
根据另一个实施方式，根据用于补偿由于卷料的非圆形横截面而能够改变的卷料自由长度的、存储在存储单元中的与位置相关的补偿信号，将作用于卷料上的实际力矩调节到额定力矩。
根据第二方面，提出一种计算机程序产品，其在受程序控制的装置上促使上述用于将卷料从供应装置卷绕到具有非圆形横截面的卷绕体上的方法的实施。
计算机程序产品(例如计算机程序件)，例如能够作为存储器介质、例如存储卡、U盘、CD存储器、DVD或以能从网络中的服务器下载的数据的形式提供或供应。这例如能够在无线通信网络中通过传输具有计算机程序产品或计算机程序件的相应数据来实现。
根据第三方面，提出一种用于卷绕机的控制装置，其中，控制装置具有调节单元，其设置用于，借助驱动器和/或调整单元实施上述用于将卷料从供应装置卷绕到具有非圆形横截面的卷绕体上的方法。
调节单元能够以硬件技术和/或软件技术来实现。在硬件技术的实现方案中，调节单元能够构造为装置或装置的一部分、例如计算机或微处理器或控制计算器。在软件技术的实现方案中，调节单元能够被设计为计算机程序产品、函数、例程、程序代码的一部分或能运行的对象。
根据第四方面，提出一种用于卷绕卷料的卷绕机。卷绕机包括：用于提供卷料的供应装置；具有非圆形横截面的卷绕体；和，控制装置，该控制装置具有调节单元，调节单元设置用于，在供应装置所提供的卷料经由至少一个导向辊卷绕到卷绕体上时，根据在存储单元中存储的与位置相关的补偿信号，将卷料的实际卷绕张力调整到额定卷绕张力，其中补偿信号用于补偿卷料在导向辊与卷绕体之间的由于卷料的非圆形横截面而能够改变的自由长度。
对于所提出的方法描述的实施方式和特征相应地适用于所提出的控制装置以及所提出的卷绕机
本发明的其他可行实现方案也包括之前或下面关于实施例描述的特征或实施方式的未详尽说明的组合。在此，本领域技术人员也将各个方面作为改进方案或补充方案添加给本发明的相应的基本形式。
附图说明
本发明的另外的有利的设计方案和方面是本发明的接下来描述的实施例的内容。此外，根据优选的实施方式参考附图详细阐述本发明。
图1示出卷绕机的实施例的示意图；
图2示出用于将卷料从供应辊卷绕到具有非圆形横截面的卷绕体上的方法的实施例的示意性流程图；
图3示出用于计算和存储与位置相关的补偿信号的方法的实施例的示意性框图；并且
图4示出用于卷绕机的控制装置的实施例的示意性框图。
只要没有其它的说明，附图中相同或功能相同的元件就都配有相同的附图标记。
具体实施方式
图1中示出了卷绕机10的实施例的示意图.
此外，图2示出了用于将卷料D从卷绕机10的供应辊4卷绕到具有非圆形横截面的卷绕体1上的方法的实施例的示意性流程图。下面图1和2相互参考地被阐述：
图1的卷绕机10包括卷绕体1、导向辊2、幅存储器3和供应辊4。在此，幅存储器3用作为调整单元EE。附加地或替代地，调整单元EE能够具有卷料制动器或卷料存储器。
卷绕体1以及供应辊4能经由驱动器M来驱动。驱动器M能够经由控制装置SE控制或调节。对此，控制装置SE具有调节单元RE。特别地，控制装置SE控制或调节卷绕体1和/或供应辊4的驱动器或马达M。在卷绕过程中，卷绕体1以第一旋转速度W1旋转。供应辊4以第二旋转速度W2旋转。卷料D卷绕了卷绕体1。卷料D以一定的速度经过卷绕机10。在卷绕过程中，卷料D具有一定的卷绕张力。该一定的卷绕张力借助卷绕体1的驱动器M并且借助用于供应辊4的驱动器M被调整到额定卷绕张力或预设的卷绕张力。
在此，卷料D从供应辊4经由导向辊2被引导至卷绕体1。在此，卷料D从导向辊2卷绕到卷绕体1上。在图1中，在此，P1标记了卷料D在卷绕体1上的支撑点，P2标记了卷料D在导向辊2上的支撑点并且P3标记了卷料D在供应辊4上的支撑点。卷料D在支撑点P2处离开导向辊2。卷料D在支撑点P1处接触卷绕体1。在支撑点P1与支撑点P2之间延伸有自由长度x。自由长度x对应在导向辊2与卷绕体1之间的卷料D的长度。自由长度x在卷绕过程期间周期性地改变。此外，导向辊2上的支撑点P2同样周期性地改变。
接下来涉及根据图2的具有方法步骤201和202的方法。
在步骤201中由供应辊4提供卷料D(见图1)。
在步骤202中，供应辊4所提供的卷料D经由导向辊2卷绕到卷绕体1上，其中，根据在存储单元40中存储的与位置相关的补偿信号k3(见图3和图4)，将卷料D的实际卷绕张力调整到额定卷绕张力，该补偿信号用于补偿卷料D在导向辊2与卷绕体1之间的由于卷料D的非圆形横截面而能够改变的自由长度x。该调整能够是控制或调节。
优选地，根据对于由卷绕体1的N次旋转构成的模拟卷绕循环所测定的卷绕体1的相应的位置α，计算与位置相关的补偿信号并且随后将其存储在存储单元40的表格中。
图3示出了用于计算和存储与位置相关的补偿信号的方法的实施例的示意性框图。在图3中，k1标记了所计算的补偿信号，k2标记了过滤后的补偿信号，k3标记了所存储的补偿信号。
图3的方法包括下述步骤301至305。
步骤301中，根据卷料D的卷绕长度和卷绕体1的旋转速度W1，对于由卷绕体1的N次旋转构成的模拟卷绕循环测定卷绕体1的相应位置α。
在图3的实施例包括了滤波器之后(见步骤304)，在步骤301中，除了卷料D的卷绕长度和卷绕体1的旋转速度W1以外，还能够根据滤波器的滤波器阶数以预定的分辨率测定卷绕体1的相应位置α。分辨率也能够在没有过滤的情况下被调整。根据调整后的分辨率和滤波器阶数，优选地相应调整模拟卷绕循环。
步骤302中，在将卷料D卷绕到卷绕体1上之前，根据卷绕体1的所测定的相应位置α，计算与位置相关的补偿信号k1。与位置相关的补偿信号k1是α的函数。
步骤303中，所计算的与位置相关的补偿信号k1在存储于表格中之前(见步骤305)借助具有预定滤波器阶数的滤波器被过滤，并且过滤后的与位置相关的补偿信号k2在存储单元的表格中被存储作为所储存的补偿信号k3。特别地，k3和α作为具有特定的分辨率的值对存储在存储单元40中。
特别地，滤波器是具有至少为M的特定的滤波器阶数和有限脉冲响应的FIR滤波器。
步骤304中，对于信号α的时间上的推移来说，考虑在步骤303中所应用的滤波器的滤波器死时间。因此，在步骤305中，过滤后的补偿信号k2和关于卷绕体1的位置的信号α相互同步地施加在输入侧。
步骤305中，过滤后的与位置相关的补偿信号k2(与位置信号α相关地)存储在存储单元40的表格中，其中优选地除了滤波器死时间之外也考虑滤波器的瞬态响应。
因此，在实施步骤305之后，在存储单元40中存在所存储的补偿信号k3，其以预定的分辨率同步到卷绕体1的位置α上。
图4示出了用于卷绕机10的控制装置SE的实施例的示意性框图。控制装置SE设计用于借助驱动器、例如用于卷绕机1的驱动器M(见图1)实施根据图2的方法。
控制装置SE包括用于存储补偿信号k3的存储单元40(参见图3)以及调节单元RE。调节单元RE包括计算单元41、位置调节器42、转速调节器43和电流调节器44。
计算单元41从存储单元40接收当前的补偿信号k3。“当前”在此指的是关于卷绕体位置的信号α的当前值。此外，计算单元41接收用于卷料的额定速度V。用于卷料的额定速度V例如为10m/min。
在输出侧，计算单元41提供位置额定值PS。位置调节器42接收位置额定值PS并且在输出侧提供转速额定值DS。转速调节器43接收转速额定值DS并且在输出侧根据转速额定值DS来提供电流额定值IS(或力矩额定值)。
电流调节器44在输出侧根据电流额定值IS来提供电流I。借助电流I驱控马达M。作为借助电流I驱控马达的结果，得出卷绕体1的当前位置α。该当前位置α(在图4的所示的反馈中)又用作为存储单元40的输入值，以便在输出侧提供最新的补偿信号k3。也能够应用当前的额定位置α，以便得到最新的补偿信号k3。
尽管根据实施例描述了本发明，但本发明能有各种修改方案。

Claims (11)

1.一种用于将卷料(D)从供应装置(4)卷绕到卷绕机(10)的具有非圆形横截面的卷绕体(1)上的方法，具有以下步骤：
由所述供应装置(4)提供(201)所述卷料(D)，并且
所述供应装置(4)所提供的所述卷料(D)经由至少一个导向辊(2)被卷绕(202)到所述卷绕体(1)上，其中，根据在存储单元(40)中存储的与位置相关的补偿信号(k3)，将所述卷料(D)的实际卷绕张力调整到额定卷绕张力，所述补偿信号用于补偿所述卷料(D)在所述导向辊(2)与所述卷绕体(1)之间的由于所述卷料(D)的所述非圆形横截面而能够改变的自由长度(x)，
其中，根据对于由所述卷绕体(1)的多次旋转构成的模拟卷绕循环所测定的所述卷绕体(1)的相应的位置(α)，计算与位置相关的补偿信号(k1)并且在所述存储单元(40)的表格中存储该补偿信号，其中在存储于所述表格中之前，所计算的与位置相关的补偿信号(k1)借助具有预定滤波器阶数的滤波器被过滤，并且过滤后的与位置相关的补偿信号(k2)存储在所述存储单元(40)的所述表格中，其中根据所述卷料(D)的卷绕长度、所述卷绕体(1)的旋转速度(W1)和所述滤波器的特定的所述滤波器阶数，以预定的分辨率，对于由所述卷绕体(1)的多次旋转构成的模拟卷绕循环测定所述卷绕体(1)的相应的所述位置(α)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述卷料(D)卷绕到所述卷绕体(1)上之前，根据对于由所述卷绕体(1)的多次旋转构成的模拟卷绕循环所测定的所述卷绕体(1)的相应的位置(α)，计算与位置相关的补偿信号(k1)并且在所述存储单元(40)的表格中存储该补偿信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用多项式表格作为用于存储与位置相关的补偿信号(k3)的所述表格。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用具有至少为M的特定的滤波器阶数和有限脉冲响应的FIR滤波器作为所述滤波器，其中M在1500与2000之间。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在将过滤后的与位置相关的补偿信号(k2)存储到所述表格中时，考虑所述滤波器的瞬态响应以及补偿所述滤波器的滤波器死时间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据用于将作用于所述卷料(D)上的实际拉力调整到额定拉力的与位置相关的补偿信号(k3)，将所述卷料(D)的所述实际卷绕张力调节到所述额定卷绕张力。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将作用于所述卷料(D)上的实际力矩调节到额定力矩。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于所述卷绕体(1)的所述旋转速度(W1)和/或通过调整单元(EE)，将所述卷料(D)的所述实际卷绕张力调节到所述额定卷绕张力。
9.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品在受程序控制的装置上促使根据权利要求1至8中任一项所述的方法的实施。
10.一种用于卷绕机(10)的控制装置(SE)，具有调节单元(RE)，所述调节单元设置用于，借助驱动器(M)和/或调整单元(EE)实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
11.一种用于卷绕卷料(D)的卷绕机(10)，具有
用于提供所述卷料(D)的供应装置(4)，
具有非圆形横截面的卷绕体(1)，和
控制装置(SE)，所述控制装置具有调节单元(RE)，所述调节单元设置用于，在所述供应装置(4)所提供的所述卷料(D)经由至少一个导向辊(2)卷绕到所述卷绕体(1)上时，根据在存储单元(40)中存储的与位置相关的补偿信号(k3)将所述卷料(D)的实际卷绕张力调整到额定卷绕张力，所述补偿信号用于补偿所述卷料(D)在所述导向辊(2)与所述卷绕体(1)之间的由于所述卷料(D)的所述非圆形横截面而能够改变的自由长度(x)，其中，根据对于由所述卷绕体(1)的多次旋转构成的模拟卷绕循环所测定的所述卷绕体(1)的相应的位置(α)，计算与位置相关的补偿信号(k1)并且在所述存储单元(40)的表格中存储该补偿信号，其中在存储于所述表格中之前，所计算的与位置相关的补偿信号(k1)借助具有预定滤波器阶数的滤波器被过滤，并且过滤后的与位置相关的补偿信号(k2)存储在所述存储单元(40)的所述表格中，其中根据所述卷料(D)的卷绕长度、所述卷绕体(1)的旋转速度(W1)和所述滤波器的特定的所述滤波器阶数，以预定的分辨率，对于由所述卷绕体(1)的多次旋转构成的模拟卷绕循环测定所述卷绕体(1)的相应的所述位置(α)。
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