CN1132773C - 用于保持侧向位置的带材导向装置及相关的方法 - Google Patents

Abstract

带材导向装置和方法包括一个辊(2)，该辊(2)可绕其纵向轴线旋转，当在张力作用下时，带材(10)将在辊(2)上运行。传感装置(70)测定带材(10)相对于所希望位置的侧向位置，并将信号发送到控制装置(80)上，控制装置将产生相应支承装置(40)的旋转，以便产生辊(2)绕第二旋转轴旋转，该第二轴线与辊的纵向轴线线间隔开，并且通常是垂直于该辊的纵向轴线线取向，该辊的纵向轴线线对带材相对于所希望的位置的侧向运动很敏感。驱动装置(50)产生支承装置(40)的旋转，以便使带材(10)朝所希望的位置方向运动，该支承装置(40)对接收来自控制装置的信号很敏感。还设置装置(72)，用于测量带材(10)的张力，并将信号发送到张力控制装置上，以便调节不在所希望范围内的张力。驱动装置(50)适合于完成辊(2)在任一可旋转方向上绕第二轴线旋转，并且在每个方向上旋转直到约为15°。

Description

用于保持侧向位置的带材导向 装置及相关的方法

相关专利申请的横向引用

本申请是1995年10月18日提交的美国专利申请No.08/544,803的接续申请。

                      发明背景

1. 发明领域

本发明涉及一种用于快速而有效地在旋转辊上保持一细长带材所希望的侧向位置的装置和相关的方法，并且还提供用于监测和控制上述带材上张力的装置。

2. 现有技术说明

长期以来，已知将带材存储在卷筒中，并且在各种场合，已知将来自第一卷筒的带材转移到一个或多个第二卷筒上，同时带材在这些卷筒之间以很快速度移动。当带材从一第一卷筒移动到一个或多个第二卷筒时，例如，在给带材镀锌的钢带材情况下，可以提供许多种带材加工方法。还已知如此在纵向上切开带材，以便一单卷带材从第一卷筒移动到许多个较小的卷筒上，这些卷筒具有与原始带材相比宽度减小的带材。已知一些附加的加工方法，其中包括带材的涂覆、带材的热处理、及带材的叠层。这类精整工艺线的另一些例子是轧机及纸和塑料精整工艺线。

在这类操作中，通常具有一个或多个中间从动辊或空转辊，这些辊用来支承带材，并保持带材在所希望的方向上运动。重要的是，使这种带材沿着所希望的运动路线移动，以便通过与设备的其它部件实际接触，来阻止在加工或处理带材边缘时不希望有的偏差。

美国专利2,722,415公开了一种用于给薄板导向的装置，其中该装置包括一个轴向活动的辊，安装该辊用于通过与一垂直枢轴互连进行轴向运动。枢轴为绕一轴线旋转而设置，该轴线垂直于薄板运行的通用平面，并且，此外，枢轴只为单个导向薄板的平面设置，亦即薄板在两个间隔开的元件之间运行，这两个间隔开的元件在一公共平面中以一般的平行度设置。

德国专利2,407,842公开了一种带材导向装置，该装置具有一个旋转辊和一个用于旋转该辊的可旋转支承装置。尽管带材可以偏移，以便提供一个用于带材的包角，来产生带材在辊上所要求的摩擦力，但支承轴不论什么时候都保持垂直。

还已知应用一些装置，如张紧辊或张拉辊、或其它防逆行或牵引装置，以便于保持所希望的带材张力。

尽管有上述已知装置，但对改进的、快速动作的自动化系统仍有很实际和很具体的需要，该自动化系统将有效地使带材在辊上移动，该辊在不产生不希望有的边缘应力或张力的情况下运动期间，旋转式支承带材，上述边缘应力或张力导致带材边缘伸延或其它不良结果。

                       发明概述

本发明通过提供一种装置及相关的方法满足了上述要求，该装置及相关的方法将自动而快速地产生补偿带材支承辊的旋转运动，以便侧向移动带材，将它定位在所希望的移动位置。

该装置的一种优选形式具有一可轴向地旋转的空转辊，当在张力作用下时，带材将在该空转辊上运行。传感装置测定带材相对于所希望位置的侧向位置，并将相应的信号发送到控制装置。设置可旋转的支承装置，用于使辊绕一第二轴线旋转，该第二轴线与通常垂直于辊轴线取向间隔开，以便产生相应的带材侧向运动。驱动装置用来旋转支承装置，以便使带材朝所希望的位置方向移动，该支承装置能够响应于接收来自控制装置的信号，此信号显示带材正离开所希望的侧向位置。

可旋转的支承装置相对于接近带材的平面成约45°-80°的角度定位，并且最好是包括一个轴向上可旋转的支承轴，将该支承轴直接或间接地牢固固定在轴颈装置上，该轴颈装置可旋转地固定上述辊。将辊牢固地固定到一轴向辊轴上，该轴向辊轴这样牢固地固定在轴颈装置内，从而支承装置绕第二轴线的旋转将产生该辊绕第二轴线的旋转。

设置压力传感装置，以便测量带材中的张力。在一优选实施例中，应用这种测量来调节在辊的上游或下游的带材张力产生装置。

导向带材的方法包括：在张力作用下使带材移动越过一可轴向地旋转的辊；检测带材相对于辊的侧向位置；及当带材位置偏离一预定位置时，使辊绕一第二轴线旋转，来产生校正的带材侧向运动，该第二轴线通常是垂直于辊的轴线取向。辊的旋转方向相应于需要校正的方向。

在一优选实施例中，设置用于测量带材的张力的装置，并应用那些测量结果来调节带材张力装置，该带材张力装置设置在辊的上游或下游。

本发明的一个目的是，提供一种装置和相关的方法，来控制正在移动并处于张力作用下的带材。

本发明的另一个目的是，提供这样一种系统，该系统将使由于带材不合适的移动而造成的对带材的损害减至最小。

本发明的又一个目的是，提供这样一种系统，该系统将产生自动化的快速调节，以便在不造成损害带材上的边缘应力或张力情况下，保持所希望的带材移动。

本发明的再一个目的是，提供这样一种系统，该系统适合于在带材上形成并保持所希望的张力。

本发明的还有一个目的是，提供这样一种系统，该系统将快速动作，并且还没有由于在运行路线中进行快速调节而损害带材的危险。

本发明的进一步目的是，提供这样一种系统，该系统可以造成原先设备的部件，或是改型装配在一现有系统中。

从本发明的下面说明，将更充分地理解本发明的这些和另一些目的。

                  对附图的简要说明

图1是本发明装置其中一种形式的局部示意侧视图。

图2是所示图1装置其中一部分在没有带材情况下的局部示意正视图。

图3是示出协同操作的相邻装置的本发明装置局部示意侧视图。

图4是用于旋转辊的一种优选装置详图。

图5是一示意图，它示出本发明的传感和控制装置的其中一部分。

图6图解示出本发明张力监测装置的其中一部分。

                   优选实施例的说明

如此处所用的术语“带材”，意指一细长的整件材料，该细长的整件材料具有足够挠性，以便绕一卷筒卷取形成带材卷。带材可以用各种各样的材料、合金、及复合材料和层压材料制造，这些材料包括但不限于黑色金属、有色金属、纸和合成树脂类塑料。

如此处所用的术语“导向”或“导引”，意指在所希望的运行路线内引导带材。

参看图1和2，图1和2中示出一圆柱形空转辊2，该空转辊2具有一带材接触面4，并牢固地固定在一轴向定位的旋转轴6上，因而空转辊2可以在被轴6支承时，绕其纵向轴线经受自由绕轴线旋转。以图示形式的带材10，具有一通常是水平移动的部分12，该部分12朝箭头A所指的方向移动，该带材10在字母B和C之间有一部分与辊表面4成面对面式接触、并具有一通常是垂直向下的伸出部分16，该部分16朝箭头B所指的方向移动。因此，在本实施例中，在张力作用下的带材10将从一通常是水平的取向接近辊2，并通过通常是垂直向下移动脱离与辊2的接触。辊轴6旋转式支承在一对轴承或衬套20之内，该轴承或衬套20容纳轴6相对的端部。轴承或衬套20被通常是U形的支承结构件24支承并牢固地固定在该支承结构件24上，支承结构件24在下面与轴承或衬套20面对面式接触。

支承结构件24被一永久固定的支承结构40支承。

用任何所希望的方法，例如，象成对接关系的焊接法牢固地固定到支承结构件24后面部分的，是一个可旋转的支承轴30，该轴30轴颈式安装在轴承或衬套装置32、34中，将该轴承或衬套装置32、34固定到支承结构40上。轴30在下端处由轴承座36支承。很显然，可旋转的支承件30的纵向轴线偏离辊2的纵向轴线，并且通常是相对于该辊2的纵向轴线垂直取向，辊2的纵向轴线穿过轴6。因此，支承轴30在两个旋转方向上的绕轴线旋转都将引起相应的辊2绕轴30纵向轴线旋转。

固定支承件40支承驱动装置50，该驱动装置50以下面更详细说明的方式产生支承轴30的绕轴线旋转，以便当希望进行带材移动补偿时，产生辊2绕支承轴30旋转。驱动装置50可以采取电动机形式，或者在优选形式中，采取液压缸形式，该液压缸具有一输出轴52，该输出轴52以下面详细说明的方式在操作上与轴30有关。此外，液压缸的输出轴具有一第二元件54，该第二元件54操作上固定到位置传感器56上，该位置传感器56支承在轴架58上。以下面所述的方式，输出轴52旋转支承轴30的运动产生相应输出轴54的运动，并因而使传感器56能发送相应的电信号，该电信号相应于轴30的旋转位置，并因此相应于辊2相对于支承轴30纵向轴线的旋转位置。

如图1所示，在带材10的下游部分16中，设置传感装置70，该传感装置70用来检测带材相对于所希望路线的位置，并将信号发送到控制装置(此图中未示出)，这些将在下面讨论。当辊2上带材的侧向位置不是所希望的位置时，控制装置将发出信号到驱动装置50，因而使支承轴朝所希望的方向上作旋转运动并达到所希望的程度，以便使带材2沿着辊2作侧向运动，直到达到所希望的相对于辊2的侧向位置。利用托架装置51将驱动装置50固定到固定式支承件40上。传感器56将一电信号提供给控制装置，以便在已达到了所希望的校正时告知控制装置，并因而使驱动装置停止工作。在一个优选实施例中，传感器56有一移动元件，随着该元件运动，而改变了模拟信号输出，以便提供轴30和辊2位置的读数。

图1所示的本发明另一特点是采用压力传感装置72，该压力传感装置72处于与轴承座8下面接触，并且，由于支承轴30的轴向载荷的结果，它将一改变的力加到压力传感装置72上，以便因而指示带材的张力。在此优选实施例中，该压力传感装置72可以是一种测力计，它发出一个可以用下面所述方式应用的信号，以便提供张力读数，并且如果带材张力不处于所希望的水平时，调整带材的张力。

参看图1，带材的水平取向部分朝箭头A所指的方向移动，而通常是带材的垂直段16朝箭头B所指的方向运动。很显然，为了使任何边缘形变或伸延减至最小，在带材10每一侧边上从点A到D的总距离必须相同。在本发明情况下，这个距离可以在每一侧边上改变，并且它是辊绕支承轴30的轴线旋转与支承轴30相对于进出带材的角度一起，该角度对这种偏差进行校正。例如，当轴旋转时，图1中从点A到点B的距离在一个侧边上将减少，而从点C到点D的距离将增加同样的距离。在带材的另一侧边上，从点A到点B的距离增加，而从点C到点D的距离减少同样的距离，因而保持带材的两个侧边或边缘上从点A到D的距离相同。

很显然，支承轴30以图1所示的形式，与接近带材10的平面成角度Y定位。一般，角度Y将相对于接近带材10的平面约为45°-80°。支承轴30的角度定位有利地助长和增强本发明的带材导向装置在带材10于张力作用下移动时，导向和保持所希望的带材10侧向位置的能力。另外，支承轴30的角度安装，能在没有使带材10的各边缘形变情况下，及在压力传感器72有效工作所要求的较低张力下，产生所希望的带材导向作用，如此处所述。

尽管在图1所述的实施例中，已将带材10示出并描述为具有一接近辊2上接触点B的通常是水平移动部分12和一离开接触点C的通常是垂直向下伸出的部分16，但本发明不限于这样。例如，如果希望的话，带材10可以：(a)水平式接近并向上、向下或倾斜式引出，或者(b)可以垂直式向上或向下接近，并水平或倾斜式引出。因为无论什么方向上带材10都可以接近带材导向装置，所以支承轴30与接近带材的平面成约45°-80°的角度定位仍然理想而准确。

参看图3，应当看到，带材10具有在通常是水平方向上接近辊2的一部分12、与辊2的表面4接触的一部分，并具有一向下延伸的部分74，该部分74与垂直方向成一角度。控制装置80可以呈一种微处理机形式，它可以经过导线82接收来自传感装置70的输出信号，该输出信号提供带材10的侧向位置与所希望位置偏离的指示。当侧向位置已移动偏离所希望位置时，控制装置80经过导线81将信号发送到伺服阀154，以便使驱动装置50开始动作，来产生支承轴30的绕轴线旋转，因而使辊2绕轴30旋转。阀154接受管道162中来自泵160的液压流体，并根据所希望的运动方向，在管道166或168中将该液压流体引向驱动装置50。当传感器56经过导线86将信号发送到微处理机80显示已达到校正度时，控制装置经过导线81用一合适的信号使驱动装置50停止工作。在一个实施例中，控制装置80可以是个放大器，它将传感器输出信号的电压或电流值放大到为操纵伺服阀154所必需的正确电流和电压值。

参看图3的左部，卷筒100具有带材10的一部分102，这部分102从卷筒100中引出并穿过一对张紧辊104，106，以便于在带材10中形成所希望的张力。在压力传感装置72中读出的张力经过导线110将输出馈送到数字显示控制器120上，该数字显示控制器120将一合适信号传送到张力张紧驱动电机控制器114上。从数字显示控制器120发送到张紧驱动电机控制器114的信号与带材的张力成正比，并且在所希望张力上的任何偏差都造成信号改变，因而造成通过轴118与张紧辊组件104、106机械式连接的张紧辊驱动电机116增加或减少电机转矩，并因此，相应地增加或减少带材的张力。带材部分16再绕在卷筒120上，以便再形成卷材。

很显然，在卷材100和卷材120之间，由于带材已经达到目的，所以无论用什么加工方法都是理想的，并且，本发明的装置有助于带材直接、准确而及时地相对于所希望的侧向位置移动。如果希望的话，在精整工艺线中可以应用一个以上本发明的装置。

很显然，在不用该系统监测张力的地方，可以省去该部件，其中包括压力传感装置72和有关的控制装置。

现在参看图4，图4将考察关于旋转支承轴30的装置的另一些细节。驱动装置以液压缸50形式示出，利用托架装置51将它固定到支承件40上。从液压缸50的一侧出来的轴52与带孔的连接件122接触，利用合适的机械紧固件，例如用具有板状件128的销件130将该连接件122枢轴式固定到板状件128上，该板状件128牢固地固定到轴130上。很显然，当轴52往复式进出液压缸50的壳体时，相应的支承轴30的旋转将在双头箭头C所示的方向上产生。同样，传感件59将经受其活动部件的平移运动，该活动部件通过轴54的运动朝液压缸50的壳体方向及离开该壳体运动，轴54的运动将经过导线86提供一个电信号，该电信号根据活动传感器部件的位置改变，以便提供已经达到所希望的辊2绕第二轴线旋转时的信号。

应该仔细考虑，在支承轴30及因此辊2的任一方向上的旋转度将最高约为15°，优选情况是最高约为5°。

参看图5，图5示出传感器装置70，它以所示的形式示出，是一对非接触的电导率传感器140、142，它们测量金属带材16不是边缘的各个部分，并经过相应导线144、146将信号发送到控制装置80上，该控制装置80可以是一种以该技术专业人员所熟悉的方式编程序的微处理机。用于金属带材的合适形式传感器140、142是在NorthAmericon H3119商标F销售。当传感器装置70这样经过导线144、146发送信号，以致在控制装置80将它们与所希望的带材16位置比较时表明，带材不是象所希望的那样将输出信号从控制装置80经过导线156移动到伺服阀154时，该伺服阀154允许流体从流体泵162经管线160流动。在本实施例中，控制装置80可以是一个控制伺服阀154的放大器。当显示支承轴30应该旋转的信号从控制装置80经电导线156输送到阀154时，泵160使流体通过管道162在管道166、或168中输送到液压缸50内，在管道166或168中输送取决于支承轴30旋转的方向。

对非导电性的带材，传感器可以是该技术中已知类型的边缘传感器，如与电光传感器协同工作的光源，或一种空气型传感器，该空气型传感器检测空气流中的反压变化。

参看图6，它示出一种装置，供应用承压垫或载荷传感器72来控制带材中的张力。从测压计72发出的信号相应于带材10上的张力，如图1所示，并通过支承轴30经过轴承座82传送到承压垫72。测压计输出以电信号形式经过导线170进入控制装置150，并希望在那里以带材的张力变换，控制装置150经过导线174发送一个激励电动机116的信号，电动机116通过输出轴118，产生所希望的张紧力方面的改变，这种张紧力改变是由于张紧辊104、106实际运动的结果造成的。

因此，很显然，本发明提供一种快速而有效的装置，用于以一种自动化而有效的方式，保持所希望的带材在张力作用下快速移动的路线。另外，在所希望的范围内，张力可以监测并且还可以控制。所有这一切都以可靠有效的方式产生。

尽管此处为了便于参考起见，已经涉及了空转辊2，但如果希望的话，本发明可以应用一种例如由电动机、液压马达或空气发动机驱动的辊。

鉴于上面已经说明了本发明的特定实施例用于举例说明的目的，但对该技术的专业人员来说，很显然，在不脱离如所附权利要求中所述的本发明情况下，可以作许多细节上的改变。

Claims (24)

1.用于将带材保持在侧向位置上的带材导向装置，包括：

一个可轴向地旋转的辊，当上述带材处于张力作用下时，带材将越过该可轴向地旋转的辊运行，

传感装置，用于测定上述带材相对于所希望侧向位置的侧向位置，

控制装置，用于接受上述涉及带材侧向位置的、来自传感装置的信号，

可旋转的支承装置，用于使上述辊绕一第二轴线旋转，以便产生相应的上述带材在辊上的侧向运动，该第二轴线通常是垂直于辊的轴线延伸，支承装置与带材接近带材导向装置的平面成约45°-80°角定位，和

驱动装置，用于旋转上述支承装置，以便使上述带材朝所希望的位置方向移动，该支承装置对接受来自控制装置的信号很敏感，该信号表明上述带材在辊上偏离所希望的侧向位置。

2.如权利要求1所述的带材导向装置，包括：

上述可旋转的支承装置，该支承装置包括一个绕轴线旋转的支承轴，

上述辊，它牢固地固定在一个轴向上定位的支承轴上，该支承轴可旋转地固定在轴颈装置内，和

上述旋转轴，它这样连接到轴颈装置上，从而上述支承轴的旋转将引起相应的辊轴绕第二轴线旋转。

3.如权利要求2所述的带材导向装置，包括：

上述驱动装置，该驱动装置具有用于使上述可旋转支承轴在任一方向上旋转的装置。

4.如权利要求3所述的带材导向装置，包括：

上述驱动装置，该驱动装置具有用于在每个方向上旋转上述可旋转支承轴最高约15°的装置。

5.如权利要求2所述的带材导向装置，包括：

压力传感装置，该压力传感装置可操作地与上述可旋转支承轴连接，以便于测定上述带材中的张力。

6.如权利要求5所述的带材导向装置，包括：

上述压力传感装置，该压力传感装置是一种测压计。

7.如权利要求1所述的带材导向装置，包括：

上述传感装置，该传感装置具有一对非接触的电导率检测装置，当带材不处于所希望的侧向位置时，该检测装置将信号发送到上述控制装置。

8.如权利要求7所述的带材导向装置，包括：

上述传感装置，它监测上述带材除其纵向边缘外的其余各部分。

9.如权利要求1所述的带材导向装置，包括：

上述驱动装置，该驱动装置是液压缸装置。

10.如权利要求1所述的带材导向装置，包括：

上述传感装置，该传感装置具有用于检测金属带材位置的装置。

11.如权利要求10所述的带材导向装置，包括：

上述传感装置，该传感装置设置在相对于带材从辊运行的方向的下游处。

12.如权利要求5所述的带材导向装置，包括：

用于输送信号的装置，该装置用于将含有有关上述带材张力信息的信号输送到位于相对于带材从辊运行的方向的上游处的装置，以便在带材中保持所希望的张力。

13.如权利要求1所述的带材导向装置，包括：

传感器装置，该传感器装置用于监测辊绕上述第二轴线旋转的程度。

14.一种导向带材在辊上移动的方法，该辊可绕其纵向轴线旋转，辊上的带材处于张力作用下，该方法包括：

检测上述带材相对于所希望的侧向位置的侧向位置，

应用可旋转的支承装置，用于使上述辊绕一第二轴线旋转，以便当上述带材位置偏离所希望的侧向位置时，产生上述带材校正的侧向运动，该第二轴线通常是垂直于辊轴线延伸，上述支承装置相对于接近导向装置的带材平面，成约45°-80°的角度定位。

15.如权利要求14所述的方法，包括：

根据所希望的校正方向，在任一方向上使上述辊绕第二轴线旋转。

16.如权利要求15所述的方法，包括：

进行上述辊绕第二轴线的旋转直到约15°。

17.如权利要求16所述的方法，包括：

通过旋转所述支承装置的一个轴进行所述绕第二轴线的旋转，该轴可操作地与支承上述辊的装置连接。

18.如权利要求17所述的方法，包括：

响应于由控制装置接受的来自传感装置的信号，应用该控制装置来产生上述轴绕第二轴线的旋转。

19.如权利要求18所述的方法，包括：

在相对于带材运行方向的所述辊的下游处进行所述检测。

20.如权利要求19所述的方法，包括：

这样定位上述辊，从而上述带材自一通常为水平的方向进入，并以通常向下的方向离开。

21.如权利要求20所述的方法，包括：

当所述带材在辊上移动时，同时用检测上述带材的装置，测量该带材的张力。

22.如权利要求14所述的方法，包括：

将张力测量信号输送到张力调节装置上，以便根据需要完成张力的调节。

23.如权利要求15所述的方法，包括：

将上述方法与金属带材一起应用。

24.如权利要求14所述的方法，包括：

应用传感器装置，以检测上述辊绕第二轴线旋转的程度。

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