CN112157830A - 一种具有补偿功能的金刚线切割设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有补偿功能的金刚线切割设备，包括控制器，所述控制器包括输入模块，用于输入预先设定的回线率，基于回线率计算金刚线在每个跑线周期内的理论线耗长度；获取模块，用于周期性获取金刚线的实际线耗长度；处理模块，基于获取的实际线耗长度与理论线耗长度计算补偿值，利用计算得到的补偿值在金刚线下一跑线周期内进行跑线补偿。通过一种具有补偿功能的金刚线切割设备，引入补偿值，对线耗进行补偿，使其按照预先设计的损耗速率不断回收已磨损的金刚线，并且仅需通过软件编程，就能方便实现线耗量的监控和校准，提高生产效率。

Description

一种具有补偿功能的金刚线切割设备

技术领域

本发明属于金刚线切割设备技术领域，具体地说涉及一种具有补偿功能的金刚线切割设备。

背景技术

现有金刚线切割设备通过在切割区两侧设置收放卷使得金刚线在切割区之间往复运动完成切割过程。由于金刚线切割后会产生一定的损耗，因此通常在切割一段时间后需要重新换线才能保证切割质量，但换线过程较为繁琐，而且会导致整个切割生产线的停工，极大的影响生产切割效率，目前已有在金刚线切割设备上初始安装一个缠绕厚度较大的金刚线卷，每个跑线周期向收卷装置回收一小段端部已完成切割任务的金刚线，而剩余的金刚线继续参与下一跑线周期的切割任务，跑线周期包括跑线过程和回线过程，金刚线在跑线过程经历的长度为跑线长度，在回线过程经历的长度为回线长度，设计每次回线长度小于跑线长度，跑线长度与回线长度的差值即为线耗，随着跑线周期不断的重复，线耗也逐渐增加，最终将金刚线卷不断损耗，如此实现金刚线在卷径上不断循环切割，从而使较大的金刚线卷不断切割并回收，避免了多次换线过程，提高生产效率，但对于实际运行过程中由于金刚线打滑等因素的影响，无法控制金刚线每次都按照预定回线长度回收，从而无法精确按照预定要求回收金刚线。

因此，现有技术还有待于进一步发展和改进。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种具有补偿功能的金刚线切割设备。本发明提供如下技术方案：

一种具有补偿功能的金刚线切割设备，包括控制器，所述控制器包括：

输入模块，用于输入预先设定的回线率，基于回线率计算金刚线在每个跑线周期内的理论线耗长度；

获取模块，用于周期性获取金刚线的实际线耗长度；

处理模块，基于获取的实际线耗长度与理论线耗长度计算补偿值，利用计算得到的补偿值在金刚线下一跑线周期内进行跑线补偿。

进一步的，基于回线率得到理论线耗长度＝跑线长度*(1-回线率)，所述理论线耗长度为按照回线率设计要求的金刚线回收损耗长度的累计值。

进一步的，所述实际线耗长度为金刚线在收放卷上偏差长度的累计值，所述偏差长度＝位置偏差*收放卷直径*3.14/360。

进一步的，所述位置偏差获取方法为：控制器周期性获取收放卷电机的角度位置，并基于所述角度位置确定收放卷的位置。

进一步的，控制器获取当前时刻收放卷电机的位置数据，并基于上一周期获取的位置数据得到位置偏差。

进一步的，所述收放卷直径获取方法为：控制器获取并基于排线电机的换向信号和收放卷速度判断收放卷直径的增减情况，基于收放卷直径的增减情况计算收放卷直径。

进一步的，所述排线电机的换向信号判断方法为：控制器周期性获取排线电机的位置，所述排线电机预设有正向限位和负向限位，用于控制金刚线在收放卷上正向缠绕和负向缠绕，当排线电机恰好位于正向限位和负向限位的切换位置时，判断排线电机换向。

进一步的，所述收放卷直径获取方法为：基于排线电机的换向信号和当前收放卷直径，计算换向后收放卷直径大小。

进一步的，还包括：

用于切割工件的金刚线、用于支撑金刚线切割的切割刀头组件、用于收放金刚线的收放卷以及用于控制收放卷收放线长的收放系统，所述收放卷设置于所述切割刀头组件的两侧，依次缠绕在切割刀头组件上的金刚线两端分别固定于两侧收放卷上，通过收放系统控制收放卷的收放实现往复切割，所述收放系统包括所述控制器。

进一步的，所述切割刀头组件为单刀切割刀头组件或多刀切割刀头组件。

有益效果：

本申请通过在一种具有补偿功能的金刚线切割设备上加装控制器，并通过控制器控制引入补偿值，对线耗进行补偿，使其按照预先设计的损耗速率不断回收已磨损的金刚线，并且仅需通过软件编程，就能方便实现线耗量的监控和校准，提高生产效率。

附图说明

图1是本发明具体实施例中一种具有补偿功能的金刚线切割设备控制器结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。

如图1所示，一种具有补偿功能的金刚线切割设备，包括控制器，所述控制器包括：

100、输入模块，用于输入预先设定的回线率，基于回线率计算金刚线在每个跑线周期内的理论线耗长度；

200、获取模块，用于周期性获取金刚线的实际线耗长度；

300、处理模块，基于获取的实际线耗长度与理论线耗长度计算补偿值，利用计算得到的补偿值在金刚线下一跑线周期内进行跑线补偿。

通过设置控制器，在金刚线切割设备上初始安装一个缠绕厚度较大的金刚线卷，预先通过输入模块根据经验值设定一个回线率，使放卷放线长度大于收卷的收线长度，通过回线率计算出每个跑线周期的线耗，每个跑线周期从一端的收放卷向另一端的收放卷多回收一部分已完成切割任务的金刚线，该回收部分称之为线耗，而剩余的金刚线继续参与下一跑线周期的切割任务，如此实现金刚线在两个收放卷上不断循环切割，并且总体呈现从一端向另一端迁移的趋势，从而使较大的金刚线卷不断切割并回收，保证了金刚线往复切割的切割质量，避免了多次换线过程，提高生产效率。由于金刚线在一个跑线周期内实际跑线长度并不稳定，金刚线在收放卷上只能通过调整收放卷的转速来控制收放线长，而随着收放卷直径的变化，其收放线长也是变化的，同时，金刚线在收放卷之间运动过程中经常会出现打滑等不确定因素干扰最终回收的线耗长度，因此引入线耗补偿的概念，将金刚线的耗损通过经验值推算出一个理论线耗长度，从而方便根据理论线耗长度设定金刚线切割时收放卷所需要的各项参数，而金刚线被回收的实际线耗长度可通过回收卷角度偏转差值进行换算，因此，计算实际线耗长度与理论线耗长度的差值即为补偿值，将计算得到的补偿值在下一跑线周期时对线耗进行补偿，进而保证线耗都是按照预先设计的理论线耗完成金刚线回收任务，从而有效管理金刚线的损耗，并且方便提醒用户对金刚线卷的更换时间。

进一步的，跑线周期包括跑线过程和回线过程，金刚线在跑线过程经历的长度为跑线长度，在回线过程经历的长度为回线长度，基于回线率得到理论回线长度＝跑线长度*回线率，理论线耗长度＝跑线长度*(1-回线率)，计算出实际回线长度＝理论回线长度+补偿值。一个跑线周期通常以一个跑线长度为度量单位，金刚线在一个跑线周期内首先移动一个跑线长度，并且按照理论线耗长度进行回线，但是由于实际情况中会存在打滑等情况，使得实际回线长度小于理论回线长度，使得金刚线不能按照预定的回收进度进行回收，因而引入补偿值，将已完成的当前跑线周期进行补偿，使金刚线按照预定的回收进度进行回收。

进一步的，理论线耗长度为按照回线率设计要求的金刚线回收损耗长度的累计值，实际线耗长度为金刚线在收放卷上偏差长度的累计值，偏差长度＝位置偏差*收放卷直径*3.14/360。由于金刚线在收放卷上为缠绕状态，而收放卷直径在排线换向周期内维持不变且直径大小可计算，收放卷的旋转角度可获取，进而可以获取位置偏差值，因此金刚线在收放卷上偏差长度通过弧长计算公式推导。

进一步的，位置偏差获取方法为：控制器周期性获取收放卷电机的角度位置，并基于角度位置确定收放卷的位置。

进一步的，控制器获取当前时刻收放卷电机的位置数据，并基于上一周期获取的位置数据得到位置偏差。

进一步的，收放卷直径获取方法为：控制器获取并基于排线电机的换向信号和收放卷速度判断收放卷直径的增减情况，基于收放卷直径的增减情况计算收放卷直径。排线电机将金刚线在收放卷上并排紧密缠绕，当一层缠绕结束后会在原有缠绕直径基础上再缠绕一层，因而收放卷的直径会随着排线的缠绕而改变，并且改变量即为金刚线直径大小，当排线电机开始换向时，即为收放卷直径开始增加或减少的时间节点，该节点直接影响收放卷直径的变化。

进一步的，排线电机的换向信号判断方法为：控制器周期性获取排线电机的位置，排线电机预设有正向限位和负向限位，用于控制金刚线在收放卷上正向缠绕和负向缠绕，当排线电机恰好位于正向限位和负向限位的切换位置时，判断排线电机换向。

进一步的，收放卷直径获取方法为：基于排线电机的换向信号和当前收放卷直径，计算换向后收放卷直径大小。

具体方法为：设定收放卷电机正转速度为正值，反转速度为负值，基于收放卷电机的转速及转向计算出收放卷速度；

当收放卷速度为正值，此时判断收放卷直径增加状态，当前收放卷直径＝换向前直径+金刚线直径；

当收放卷速度为负值，此时判断收放卷直径减小状态，当前收放卷直径＝换向前直径-金刚线直径。

进一步的，还包括：

用于切割工件的金刚线、用于支撑金刚线切割的切割刀头组件、用于收放金刚线的收放卷以及用于控制收放卷收放线长的收放系统，收放卷设置于切割刀头组件的两侧，依次缠绕在切割刀头组件上的金刚线两端分别固定于两侧收放卷上，通过收放系统控制收放卷的收放实现往复切割，收放系统包括控制器。切割设备通过在切割刀头组件上缠绕金刚线形成切割位，金刚线在切割位处往复运动，完成切割过程。在切割刀头组件两侧设置收放卷，使得金刚线在两侧收放卷来回收放，从而实现金刚线的往复切割，而单独的收放卷通常只能根据收放时长、速度执行固定长度的收放，通过加设收放系统，使金刚线按照一定使用寿命不断从一个收放卷迁移到另一个收放卷，从而完成长期使用不换线的目的，同时，加装控制器，补偿迁移过程中的跑线误差，确保跑线按照预定消耗速度不断迁移，有利于在收放系统中加设报警系统，报警系统通过余线位置传感器实时监测收放卷的金刚线余量，在切割前及时提醒用户金刚线的用量，避免切割过程中缺线的情况发生。控制器设有用于获取收卷偏转角度的角度位移测量装置，通过收卷的偏转角度，计算出收卷实际收回金刚线的长度。

进一步的，切割刀头组件为单刀切割刀头组件或多刀切割刀头组件。单刀切割刀头组件包括两个切割轮以及缠绕在两个切割轮之间的金刚线形成一个切割位，主要用于硅棒等材质的单刀截断。多刀切割刀头组件包括多个成对的切割轮以及缠绕在两个切割轮之间的金刚线形成多个切割位，多个切割位可以是间隔并排设置，用于一次性将材料截成多段，也可以是交叉网状排布，用于一次性将材料截成网状，方便后期将网状进一步切割成小片状。

周期补偿计算实施例

设定第一个跑线周期结束时的理论线耗长度为S₁，第N个跑线周期的理论线耗长度为S_N，第一跑线周期结束时的实际线耗长度为T₁，第一跑线周期结束时的实际线耗长度为T_N，第一个跑线周期结束时的补偿值为E₁，第N个跑线周期结束时的补偿值为E_N，第一个跑线周期结束时计算第二个跑线周期的实际回线长度为C₁，第N个跑线周期结束时计算第N+1个跑线周期的实际回线长度为C_N，设备的回线率为K，跑线周期等于每周期理论跑线长度为B，则：

第一个跑线周期结束时的理论线耗长度为：S₁＝(1-K)*B；

第N个跑线周期结束时的理论线耗长度为：S_N＝(1-K)*B*N；

第一个跑线周期结束时的补偿值为：E₁＝T₁-S₁＝T₁-(1-K)*B；

第N个跑线周期结束时的补偿值为：E_N＝T_N-S_N＝T_N-(1-K)*B*N；

第二个跑线周期的实际回线长度应该为：C₁＝B*K+E₁＝B*K+T₁-(1-K)*B；

第N+1个跑线周期的实际回线长度应该为：C_N＝B*K+E_N＝B*K+T_N-(1-K)*B*N；

当跑线周期为300米，回线率为99％，第一个周期结束后的测得的实际线耗长度为5米时：

理论线耗长度S₁＝S₁＝(1-K)*B＝300*(1-99％)＝3米；

补偿值E₁＝T₁-S₁＝T₁-(1-K)*B＝5-3＝2米；

第二跑线周期实际回线长度为C₁＝B*K+E₁＝B*K+T₁-(1-K)*B＝300*99％+2＝299米。

也就是说，跑线周期是300米，回线率是99％，假设刚开始的时候是0米，那么理论上应该是放线300米，收线297米，这样每次就会消耗3米线，则一个跑线周期结束，也就是回线结束，金刚线应该停在线长3米的位置，如果没有打滑等实际情况引起的长度偏差，那么回线就是300*99％＝297米，但是由于打滑等实际情况引起偏差，因此会在下一跑线周期回线的时候进行多回一点线或者少回一点线来弥补偏差，因此通过计算补偿值来对实际回线长度进行补偿，最终第二跑线周期的跑线长度300米，回线长度299米。

实际线耗长度计算实施例

设定周期抓取时间为1毫秒，第一个周期收放卷直径为D₁米，第N个周期收放卷直径为D_N米，第一个周期收放卷走过的角度为Δ1，第N个周期的为ΔN，第一个周期走过的距离为L₁，第N个周期走过的距离为L_N，总共走过的线长为L。

第一个周期走过的线长L₁＝Δ1*D₁*3.1415/360；

第N个周期走过的线长L_N＝ΔN*D_N*3.1415/360；

则总共走过的实际线耗长度为L＝L₁+L₂+……+L_N；

实际中抓取10个周期的数据，长度单位均为米：

直径D₁-D₁₀分别为(0.180，0.180，0.180，0.180，0.183，0.183，0.183，0.183，0.186，0.186)；

偏差角度Δ1-Δ10分别为(110.2，120.2，130.5，110.5，112.2，113.6，123.5，145.3，126.4，129.8)；

计算每个周期走过的长度，结果保留四位小数：

L₁＝0.18*110.2*3.1415/360＝0.1731；

L₂＝0.18*120.2*3.1415/360＝0.1888；

L₃＝0.18*130.5*3.1415/360＝0.2050；

L₄＝0.18*110.5*3.1415/360＝0.1736；

L₅＝0.183*112.2*3.1415/360＝0.1792；

L₆＝0.183*113.6*3.1415/360＝0.1814；

L₇＝0.183*123.5*3.1415/360＝0.1972；

L₈＝0.183*145.3*3.1415/360＝0.2320；

L₉＝0.186*126.4*3.1415/360＝0.2051；

L₁₀＝0.186*129.8*3.1415/360＝0.2106；

计算总长度：

L＝L₁+L₂+L₃+L₄+L₅+L₆+L₇+L₈+L₉+L₁₀

＝0.1731+0.1888+0.2050+0.1736+0.1792+0.1814+0.1972+0.2320+0.2051+0.2106＝1.9460米。

整卷线测试结果：整卷线长为10000米，由于意外原因在线量剩余800米的时候进行了换线，根据放线卷的直径计算后，大约还剩400米线以上，由于切割过程中会出现断线，计算线量会小于实际线量。整卷线的实际线量与计算线量差值在500米以内。

线耗测试结果：现场测试机台实际使用了3400米线，共切了92根棒子，异常情况出现了七次(异常情况为断线或周期重置)，现场工艺理论线耗为29.1米，整体的理论线耗与实际线耗相差800米左右，据现场统计，每次异常都会浪费100米线以上，总体来说，理论线耗与实际线耗相差不大。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种具有补偿功能的金刚线切割设备，其特征在于，包括控制器，所述控制器包括：

输入模块，用于输入预先设定的回线率，基于回线率计算金刚线在每个跑线周期内的理论线耗长度；

获取模块，用于周期性获取金刚线的实际线耗长度；

处理模块，基于获取的实际线耗长度与理论线耗长度计算补偿值，利用计算得到的补偿值在金刚线下一跑线周期内进行跑线补偿。

2.根据权利要求1所述的一种具有补偿功能的金刚线切割设备，其特征在于，基于回线率得到理论线耗长度＝跑线长度*(1-回线率)，所述理论线耗长度为按照回线率设计要求的金刚线回收损耗长度的累计值。

3.根据权利要求2所述的一种具有补偿功能的金刚线切割设备，其特征在于，所述实际线耗长度为金刚线在收放卷上偏差长度的累计值，所述偏差长度＝位置偏差*收放卷直径*3.14/360。

4.根据权利要求3所述的一种具有补偿功能的金刚线切割设备，其特征在于，所述位置偏差获取方法为：控制器周期性获取收放卷电机的角度位置，并基于所述角度位置确定收放卷的位置。

5.根据权利要求4所述的一种具有补偿功能的金刚线切割设备，其特征在于，控制器获取当前时刻收放卷电机的位置数据，并基于上一周期获取的位置数据得到位置偏差。

6.根据权利要求3所述的一种具有补偿功能的金刚线切割设备，其特征在于，所述收放卷直径获取方法为：控制器获取并基于排线电机的换向信号和收放卷速度判断收放卷直径的增减情况，基于收放卷直径的增减情况计算收放卷直径。

7.根据权利要求6所述的一种具有补偿功能的金刚线切割设备，其特征在于，所述排线电机的换向信号判断方法为：控制器周期性获取排线电机的位置，所述排线电机预设有正向限位和负向限位，用于控制金刚线在收放卷上正向缠绕和负向缠绕，当排线电机恰好位于正向限位和负向限位的切换位置时，判断排线电机换向。

8.根据权利要求6所述的一种具有补偿功能的金刚线切割设备，其特征在于，所述收放卷直径获取方法为：基于排线电机的换向信号和当前收放卷直径，计算换向后收放卷直径大小。

9.根据权利要求1所述的一种具有补偿功能的金刚线切割设备，其特征在于，还包括：用于切割工件的金刚线、用于支撑金刚线切割的切割刀头组件、用于收放金刚线的收放卷以及用于控制收放卷收放线长的收放系统，所述收放卷设置于所述切割刀头组件的两侧，依次缠绕在切割刀头组件上的金刚线两端分别固定于两侧收放卷上，通过收放系统控制收放卷的收放实现往复切割，所述收放系统包括所述控制器。

10.根据权利要求9所述的一种具有补偿功能的金刚线切割设备，其特征在于，所述切割刀头组件为单刀切割刀头组件或多刀切割刀头组件。

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