CN111517139B - 一种基于电机扭矩的恒张力控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电机扭矩的恒张力控制系统，包括底箱，所述底箱的顶部固定连接有传送箱，所述传送箱内表面顶部的左侧转动连接有卷料卷筒，所述卷料卷筒中心轴的后端贯穿传送箱并延伸至传送箱的背面，本发明涉及激光打标设备技术领域。该基于电机扭矩的恒张力控制系统，通过设置编码器测量和计算卷料卷筒上卷料的剩余半径，利用该数据可控制伺服电机的转速，进而时卷料在拉出打印的全过程中，卷料的张紧力可保持恒定，可避免出现撕裂卷料的问题，且两个胶辊通过第一从动带轮、第二从动带轮与第二皮带的配合，可实现同步转动，可避免牵引力矩会成指数变化的问题，省去了后期调节的麻烦，还能及时报警提示更换卷料。
Description
技术领域
本发明涉及激光打标设备技术领域，具体为一种基于电机扭矩的恒张力控制系统。
背景技术
激光打标技术是激光加工最大的应用领域之一，激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标可以打出各种文字、符号和图案等，字符大小可以从毫米到微米量级，这对产品的防伪有特殊的意义。激光打标的特点是非接触加工，可在任何异型表面标刻，工件不会变形和产生内应力，适于金属、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革等材料的标记。激光几乎可对所有零件(如活塞、活塞环、气门、阀座、五金工具、卫生洁具、电子元器件等)进行打标，且标记耐磨，生产工艺易实现自动化，被标记部件变形小。
目前的现状：在激光名牌打标的传统控制系统中，有两种解决方案：1，主动送料轴保持恒定速度送料，被动轴无动力，被动牵引送料；2，主动轴和被动轴采用同一角速度送料。这两种系统均有其不可避免的缺点，第一种在主动轮送料的过程中，由于被动轮的送料阻力恒定，当卷料由大变小的过程中，牵引力矩会成指数变化，从而导致用一段时间就需要手动调整被动轮反向力矩；第二种采用主动轮和被动轮始终相同的角速度旋转送料，这样在卷料直径变化的过程中，线速度就会产生变化，从而导致名牌纸会产生拉紧绷断的情况。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于电机扭矩的恒张力控制系统，解决了采用主动轮送料的过程中，由于被动轮的送料阻力恒定，当卷料由大变小的过程中，牵引力矩会成指数变化，从而导致用一段时间就需要手动调整被动轮反向力矩；采用主动轮和被动轮始终相同的角速度旋转送料，这样在卷料直径变化的过程中，线速度就会产生变化，从而导致名牌纸会产生拉紧绷断的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于电机扭矩的恒张力控制系统，包括底箱，所述底箱的顶部固定连接有传送箱，所述传送箱内表面顶部的左侧转动连接有卷料卷筒，所述卷料卷筒中心轴的后端贯穿传送箱并延伸至传送箱的背面，且卷料卷筒中心轴的后端固定连接有第一带轮，所述传送箱的背面且位于第一带轮的下方固定连接有固定架，所述固定架的正面固定连接有编码器，所述编码器转轴的后端固定连接有小带轮，且第一带轮与小带轮的表面之间通过第一皮带传动连接，所述传送箱内壁的前后两侧之间从左到右依次转动连接有第一胶辊和第二胶辊，所述第一胶辊和第二胶辊的后端均贯穿传送箱并延伸至传送箱的背面，且第一胶辊和第二胶辊的后端分别固定连接有第一从动带轮和第二从动带轮，且第一从动带轮和第二从动带轮的表面之间通过第二皮带传动连接。
优选的，所述传送箱内壁的后侧固定连接有伺服电机，所述伺服电机输出轴的后端贯穿传送箱并延伸至传送箱的背面，且伺服电机输出轴的后端通过扭矩传感器固定连接有驱动带轮。
优选的，所述第二从动带轮为双槽带轮，且第二从动带轮前侧卡槽的表面与驱动带轮的表面之间通过第三皮带传动连接。
优选的，所述传送箱的背面且位于第二皮带的内侧滑动连接有张紧轮机构，且张紧轮机构内张紧轮的表面与第二皮带上半部分的底部滚动连接。
优选的，所述传送箱顶部的中间固定连接有透明罩，所述透明罩与传送箱顶部的右侧之间固定连接有升降管，所述升降管前后两侧之间滑动连接有滑套，所述滑套的右侧贯穿升降管，且升降管的前后两侧均开设有与滑套相适配的滑槽。
优选的，所述升降管内表面的上下两侧之间转动连接有丝杆，所述滑套的右侧且位于升降管的内部固定连接有螺纹套，且螺纹套的内表面与丝杆的表面螺纹连接，所述丝杆的顶端贯穿升降管的顶端并延伸至升降管的上方，且丝杆的顶端固定连接有手轮。
优选的，所述滑套的顶部且位于升降管的左侧固定连接有托架，且托架的内部固定连接有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的前端固定连接有激光打标机，所述透明罩内壁的前后两侧之间且位于激光打标机激光头正下方的左右两侧均转动连接有转向轮，且卷料卷筒上卷料的表面依次与第二胶辊、转向轮和第一胶辊的表面传动连接。
优选的，所述传送箱的右侧开设有卷料出口，所述传送箱的右侧与底箱的顶部之间且位于卷料出口的下方固定连接有出料架，所述底箱顶部的右前侧固定连接有启动按钮，所述传送箱正面的下方铰接有引导箱门。
优选的，该基于电机扭矩的恒张力控制系统应用于激光打标行业。
本发明还公开了一种基于电机扭矩的恒张力控制系统的操作方法，具体包括以下步骤：
步骤一：先摇动手轮使丝杆转动，进而利用螺纹套带动滑套上升，进而通过托架带动电动伸缩杆与激光打标机上升，然后将卷料卷筒表面的打印纸拉出，然后打开引导箱门，手从引导箱门处或从上方伸进传送箱内，引导打印纸依次穿过第二胶辊、转向轮和第一胶辊，直至从卷料出口拉出，然后关上引导箱门，再反向摇动手轮，将电动伸缩杆与激光打标机下降至原来高度。
步骤二：打印时，将编码器、伺服电机、扭矩传感器、电动伸缩杆和激光打标机均连接同一电脑以及启动按钮，并将启动按钮接入主电路，在电脑上设置伺服电机的恒定扭矩值T，通过启动按钮启动设备工作，伺服电机带动驱动带轮转动，利用第三皮带带动第二从动带轮转动，进而使第二胶辊转动，同时利用第二皮带带动第一从动带轮转动，使第一胶辊同步转动，将卷料拉出，同时电动伸缩杆控制激光打标机的前后移动，激光打标机对卷料进行激光打印。
步骤三：打印过程中，卷料被拉出，卷料卷筒带动第一带轮转动，并利用第一皮带带动编码器的轴转动，编码器进行计数，并将数据传输至电脑，通过编码器反馈计算出当前卷料的角速度为：
V＝/t；
其中N1为当前编码器的值，N2上一次编码器的值，t为两次采集的时间间隔，然后计算出当前卷料的剩余半径为：
R＝S/V；
其中S为第一带轮的线速度，为系统给定值，在卷料的剩余半径趋近与0，即卷料将用完时，系统进行警示，且当卷料直径变化时，电脑控制伺服电机的速度根据卷料直径自适应变化，保持整个系统的张力恒定。
(三)有益效果
本发明提供了一种基于电机扭矩的恒张力控制系统。与现有技术相比，具备以下有益效果：
(1)、该基于电机扭矩的恒张力控制系统，通过在第一胶辊和第二胶辊的后端分别固定连接有第一从动带轮和第二从动带轮，且第一从动带轮和第二从动带轮的表面之间通过第二皮带传动连接，步骤三：打印过程中，卷料被拉出，卷料卷筒带动第一带轮转动，并利用第一皮带带动编码器的轴转动，编码器进行计数，并将数据传输至电脑，通过编码器反馈计算出当前卷料的角速度为：V＝/t；其中N1为当前编码器的值，N2上一次编码器的值，t为两次采集的时间间隔，然后计算出当前卷料的剩余半径为：R＝S/V；其中S为第一带轮的线速度，为系统给定值，在卷料的剩余半径趋近与0，即卷料将用完时，系统进行警示，且当卷料直径变化时，电脑控制伺服电机的速度根据卷料直径自适应变化，保持整个系统的张力恒定，通过设置编码器测量和计算卷料卷筒上卷料的剩余半径，利用该数据可控制伺服电机的转速，进而时卷料在拉出打印的全过程中，卷料的张紧力可保持恒定，可避免出现撕裂卷料的问题，且两个胶辊通过第一从动带轮、第二从动带轮与第二皮带的配合，可实现同步转动，可避免牵引力矩会成指数变化的问题，省去了后期调节的麻烦，还能及时报警提示更换卷料。
(2)、该基于电机扭矩的恒张力控制系统，通过在升降管前后两侧之间滑动连接有滑套，滑套的右侧贯穿升降管，且升降管的前后两侧均开设有与滑套相适配的滑槽，升降管内表面的上下两侧之间转动连接有丝杆，滑套的右侧且位于升降管的内部固定连接有螺纹套，且螺纹套的内表面与丝杆的表面螺纹连接，丝杆的顶端贯穿升降管的顶端并延伸至升降管的上方，且丝杆的顶端固定连接有手轮，滑套的顶部且位于升降管的左侧固定连接有托架，且托架的内部固定连接有电动伸缩杆，电动伸缩杆的前端固定连接有激光打标机，传送箱正面的下方铰接有引导箱门，通过设置丝杆配合螺纹套、滑套与托架，使电动伸缩杆与激光打标机可轻松的手动升起，进而使传送箱的上方空间打开，配合引导箱门，可更方便的引导穿插卷料，使用方便。
附图说明
图1为本发明结构的主视图；
图2为本发明局部结构的后视图；
图3为本发明传送箱内部结构的后视图；
图4为本发明升降管内部结构的俯视图。
图中，1-底箱、2-传送箱、3-卷料卷筒、4-第一带轮、5-固定架、6-编码器、7-第一皮带、8-第一胶辊、9-第二胶辊、10-第一从动带轮、11-第二从动带轮、12-第二皮带、13-伺服电机、14-驱动带轮、15-第三皮带、16-张紧轮机构、17-透明罩、18-升降管、19-滑套、20-滑槽、21-丝杆、22-螺纹套、23-手轮、24-托架、25-电动伸缩杆、26-激光打标机、27-转向轮、28-出料架、29-启动按钮、30-引导箱门。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明实施例提供一种技术方案：一种基于电机扭矩的恒张力控制系统，包括底箱1，底箱1的顶部固定连接有传送箱2，传送箱2内壁的后侧固定连接有伺服电机13，伺服电机13输出轴的后端贯穿传送箱2并延伸至传送箱2的背面，且伺服电机13输出轴的后端通过扭矩传感器固定连接有驱动带轮14，传送箱2的背面且位于第二皮带12的内侧滑动连接有张紧轮机构16，且张紧轮机构16内张紧轮的表面与第二皮带12上半部分的底部滚动连接，传送箱2顶部的中间固定连接有透明罩17，透明罩17与传送箱2顶部的右侧之间固定连接有升降管18，升降管18前后两侧之间滑动连接有滑套19，滑套19的右侧贯穿升降管18，且升降管18的前后两侧均开设有与滑套19相适配的滑槽20，升降管18内表面的上下两侧之间转动连接有丝杆21，滑套19的右侧且位于升降管18的内部固定连接有螺纹套22，且螺纹套22的内表面与丝杆21的表面螺纹连接，丝杆21的顶端贯穿升降管18的顶端并延伸至升降管18的上方，且丝杆21的顶端固定连接有手轮23，滑套19的顶部且位于升降管18的左侧固定连接有托架24，且托架24的内部固定连接有电动伸缩杆25，电动伸缩杆25的前端固定连接有激光打标机26，透明罩17内壁的前后两侧之间且位于激光打标机26激光头正下方的左右两侧均转动连接有转向轮27，且卷料卷筒3上卷料的表面依次与第二胶辊9、转向轮27和第一胶辊8的表面传动连接，传送箱2的右侧开设有卷料出口，传送箱2的右侧与底箱1的顶部之间且位于卷料出口的下方固定连接有出料架28，底箱1顶部的右前侧固定连接有启动按钮29，传送箱2正面的下方铰接有引导箱门30，通过设置丝杆21配合螺纹套22、滑套19与托架24，使电动伸缩杆25与激光打标机26可轻松的手动升起，进而使传送箱2的上方空间打开，配合引导箱门30，可更方便的引导穿插卷料，使用方便，传送箱2内表面顶部的左侧转动连接有卷料卷筒3，卷料卷筒3中心轴的后端贯穿传送箱2并延伸至传送箱2的背面，且卷料卷筒3中心轴的后端固定连接有第一带轮4，传送箱2的背面且位于第一带轮4的下方固定连接有固定架5，固定架5的正面固定连接有编码器6，编码器6转轴的后端固定连接有小带轮，且第一带轮4与小带轮的表面之间通过第一皮带7传动连接，传送箱2内壁的前后两侧之间从左到右依次转动连接有第一胶辊8和第二胶辊9，传送箱2内壁的前后两侧之间且位于第一胶辊8的下方还设有硅胶压紧轴，将卷料压紧在第一胶辊8表面，第一胶辊8和第二胶辊9的后端均贯穿传送箱2并延伸至传送箱2的背面，且第一胶辊8和第二胶辊9的后端分别固定连接有第一从动带轮10和第二从动带轮11，且第一从动带轮10和第二从动带轮11的表面之间通过第二皮带12传动连接，第二从动带轮11为双槽带轮，且第二从动带轮11前侧卡槽的表面与驱动带轮14的表面之间通过第三皮带15传动连接。
该基于电机扭矩的恒张力控制系统应用于激光打标行业。
本发明还公开了一种基于电机扭矩的恒张力控制系统的操作方法，具体包括以下步骤：
步骤一：先摇动手轮23使丝杆21转动，进而利用螺纹套22带动滑套19上升，进而通过托架24带动电动伸缩杆25与激光打标机26上升，然后将卷料卷筒3表面的打印纸拉出，然后打开引导箱门30，手从引导箱门30处或从上方伸进传送箱2内，引导打印纸依次穿过第二胶辊9、转向轮27和第一胶辊8，直至从卷料出口拉出，然后关上引导箱门30，再反向摇动手轮23，将电动伸缩杆25与激光打标机26下降至原来高度。
步骤二：打印时，将编码器6、伺服电机13、扭矩传感器、电动伸缩杆25和激光打标机26均连接同一电脑以及启动按钮29，并将启动按钮29接入主电路，在电脑上设置伺服电机13的恒定扭矩值T，通过启动按钮29启动设备工作，伺服电机13带动驱动带轮14转动，利用第三皮带15带动第二从动带轮11转动，进而使第二胶辊9转动，同时利用第二皮带12带动第一从动带轮10转动，使第一胶辊8同步转动，将卷料拉出，同时电动伸缩杆25控制激光打标机26的前后移动，激光打标机26对卷料进行激光打印。
步骤三：打印过程中，卷料被拉出，卷料卷筒3带动第一带轮4转动，并利用第一皮带7带动编码器6的轴转动，编码器6进行计数，并将数据传输至电脑，通过编码器6反馈计算出当前卷料的角速度为：
V＝N1–N2/t；
其中N1为当前编码器6的值，N2上一次编码器6的值，t为两次采集的时间间隔，然后计算出当前卷料的剩余半径为：
R＝S/V；
其中S为第一带轮4的线速度，为系统给定值，在卷料的剩余半径趋近与0，即卷料将用完时，系统进行警示，且当卷料直径变化时，电脑控制伺服电机13的速度根据卷料直径自适应变化，保持整个系统的张力恒定，通过设置编码器6测量和计算卷料卷筒3上卷料的剩余半径，利用该数据可控制伺服电机13的转速，进而时卷料在拉出打印的全过程中，卷料的张紧力可保持恒定，可避免出现撕裂卷料的问题，且两个胶辊通过第一从动带轮10、第二从动带轮11与第二皮带12的配合，可实现同步转动，可避免牵引力矩会成指数变化的问题，省去了后期调节的麻烦，还能及时报警提示更换卷料。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种基于电机扭矩的恒张力控制系统，包括底箱(1)，所述底箱(1)的顶部固定连接有传送箱(2)，其特征在于：所述传送箱(2)内表面顶部的左侧转动连接有卷料卷筒(3)，所述卷料卷筒(3)中心轴的后端贯穿传送箱(2)并延伸至传送箱(2)的背面，且卷料卷筒(3)中心轴的后端固定连接有第一带轮(4)，所述传送箱(2)的背面且位于第一带轮(4)的下方固定连接有固定架(5)，所述固定架(5)的正面固定连接有编码器(6)，所述编码器(6)转轴的后端固定连接有小带轮，且第一带轮(4)与小带轮的表面之间通过第一皮带(7)传动连接，所述传送箱(2)内壁的前后两侧之间从左到右依次转动连接有第一胶辊(8)和第二胶辊(9)，所述第一胶辊(8)和第二胶辊(9)的后端均贯穿传送箱(2)并延伸至传送箱(2)的背面，且第一胶辊(8)和第二胶辊(9)的后端分别固定连接有第一从动带轮(10)和第二从动带轮(11)，且第一从动带轮(10)和第二从动带轮(11)的表面之间通过第二皮带(12)传动连接；
所述传送箱(2)内壁的后侧固定连接有伺服电机(13)，所述伺服电机(13)输出轴的后端贯穿传送箱(2)并延伸至传送箱(2)的背面，且伺服电机(13)输出轴的后端通过扭矩传感器固定连接有驱动带轮(14)，所述第二从动带轮(11)为双槽带轮，且第二从动带轮(11)前侧卡槽的表面与驱动带轮(14)的表面之间通过第三皮带(15)传动连接，所述传送箱(2)的背面且位于第二皮带(12)的内侧滑动连接有张紧轮机构(16)，且张紧轮机构(16)内张紧轮的表面与第二皮带(12)上半部分的底部滚动连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于电机扭矩的恒张力控制系统，其特征在于：所述传送箱(2)顶部的中间固定连接有透明罩(17)，所述透明罩(17)与传送箱(2)顶部的右侧之间固定连接有升降管(18)，所述升降管(18)前后两侧之间滑动连接有滑套(19)，所述滑套(19)的右侧贯穿升降管(18)，且升降管(18)的前后两侧均开设有与滑套(19)相适配的滑槽(20)。
3.根据权利要求2所述的一种基于电机扭矩的恒张力控制系统，其特征在于：所述升降管(18)内表面的上下两侧之间转动连接有丝杆(21)，所述滑套(19)的右侧且位于升降管(18)的内部固定连接有螺纹套(22)，且螺纹套(22)的内表面与丝杆(21)的表面螺纹连接，所述丝杆(21)的顶端贯穿升降管(18)的顶端并延伸至升降管(18)的上方，且丝杆(21)的顶端固定连接有手轮(23)。
4.根据权利要求2所述的一种基于电机扭矩的恒张力控制系统，其特征在于：所述滑套(19)的顶部且位于升降管(18)的左侧固定连接有托架(24)，且托架(24)的内部固定连接有电动伸缩杆(25)，所述电动伸缩杆(25)的前端固定连接有激光打标机(26)，所述透明罩(17)内壁的前后两侧之间且位于激光打标机(26)激光头正下方的左右两侧均转动连接有转向轮(27)，且卷料卷筒(3)上卷料的表面依次与第二胶辊(9)、转向轮(27)和第一胶辊(8)的表面传动连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于电机扭矩的恒张力控制系统，其特征在于：所述传送箱(2)的右侧开设有卷料出口，所述传送箱(2)的右侧与底箱(1)的顶部之间且位于卷料出口的下方固定连接有出料架(28)，所述底箱(1)顶部的右前侧固定连接有启动按钮(29)，所述传送箱(2)正面的下方铰接有引导箱门(30)。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种基于电机扭矩的恒张力控制系统，其特征在于：该基于电机扭矩的恒张力控制系统应用于激光打标行业。
7.一种基于电机扭矩的恒张力控制系统的操作方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤一：先摇动手轮(23)使丝杆(21)转动，进而利用螺纹套(22)带动滑套(19)上升，进而通过托架(24)带动电动伸缩杆(25)与激光打标机(26)上升，然后将卷料卷筒(3)表面的打印纸拉出，然后打开引导箱门(30)，手从引导箱门(30)处或从上方伸进传送箱(2)内，引导打印纸依次穿过第二胶辊(9)、转向轮(27)和第一胶辊(8)，直至从卷料出口拉出，然后关上引导箱门(30)，再反向摇动手轮(23)，将电动伸缩杆(25)与激光打标机(26)下降至原来高度；
步骤二：打印时，将编码器(6)、伺服电机(13)、扭矩传感器、电动伸缩杆(25)和激光打标机(26)均连接同一电脑以及启动按钮(29)，并将启动按钮(29)接入主电路，在电脑上设置伺服电机(13)的恒定扭矩值T，通过启动按钮(29)启动设备工作，伺服电机(13)带动驱动带轮(14)转动，利用第三皮带(15)带动第二从动带轮(11)转动，进而使第二胶辊(9)转动，同时利用第二皮带(12)带动第一从动带轮(10)转动，使第一胶辊(8)同步转动，将卷料拉出，同时电动伸缩杆(25)控制激光打标机(26)的前后移动，激光打标机(26)对卷料进行激光打印；
步骤三：打印过程中，卷料被拉出，卷料卷筒(3)带动第一带轮(4)转动，并利用第一皮带(7)带动编码器(6)的轴转动，编码器(6)进行计数，并将数据传输至电脑，通过编码器(6)反馈计算出当前卷料的角速度为：
V＝(N1–N2)/t；
其中N1为当前编码器(6)的值，N2上一次编码器(6)的值，t为两次采集的时间间隔，然后计算出当前卷料的剩余半径为：
R＝S/V；
其中S为第一带轮(4)的线速度，为系统给定值，在卷料的剩余半径趋近与0，即卷料将用完时，系统进行警示，且当卷料直径变化时，电脑控制伺服电机(13)的速度根据卷料直径自适应变化，保持整个系统的张力恒定。
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Denomination of invention: A Constant Tension Control System Based on Motor Torque Effective date of registration: 20231222 Granted publication date: 20220520 Pledgee: Guanggu Branch of Wuhan Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: Wuhan Brilliant Tech Co.,Ltd. Registration number: Y2023980073622 |
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