CN113790840B - 一种自动保持设定型张力器张力数据稳定的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了自动保持设定型张力器张力数据稳定的方法，涉及张力校验技术领域，该方法步骤包括对张力器进行初始化设置；采集N次实时张力值和张力控制目标值相等情况下的编码器输出信号值V；建立D＝T时V值的数据列表并记录V的平均值和张力传感器输出信号值A；设定循环次数S；将张力传感器实时输出信号值An与张力传感器输出信号值A进行比较，根据纠偏条件判断是否需要纠偏，若不需要纠偏，则将结果输出；若需要纠偏，则进行纠偏判断步骤。本发明采用多个条件判断实际的张力数据是否达到稳定状态，提高了判断精准度。

Description

一种自动保持设定型张力器张力数据稳定的方法

技术领域

本发明涉及张力器的张力校验的技术领域，尤其是涉及一种自动保持设定型张力器张力数据稳定的方法。

背景技术

设定型伺服张力器张力测量的准确性和稳定性决定了张力器张力控制精度和稳定度。目前影响张力测量稳定性的主要是因为传感器的蠕变、温漂或其他因素引起的输出数据波动。通常情况下消除这些波动引起的偏差的方法为定期清零，但在实际应用中，清零操作不能很好地执行，现场设备过密操作不便，现场员工的工作疏忽都会对最终的张力数据的稳定性造成一定的影响。通过长期实验数据积累，在传感器性能基本保证的情况下，通过清零或标定操作后的传感器在较长一段时间内的输出信息是稳定的。

中国专利CN110567624B提供了一种自动保持张力测量数据稳定的方法，包括以下步骤：通过手动或控制器向伺服张力器发送起始位指令；利用传感器采集测量周期内测量信息并传输到处理器中，处理器筛选并计算出定标值并保存下来；处理器将随后由传感器采集的与定标值测量周期相同的实时张力测量信息发送给处理器，经由处理器采集与定标值一样的筛选计算方法得出质控值，并将质控值与定标值进行比较，根据比较结果和设定的纠偏条件自动进行校正后输出张力测量值；通过手动或控制器向伺服张力器发送终止位指令；本发明通过自动校正方法能够有效的消除因传感器产生的蠕变以及生产设备造成电磁干扰、环境温度等因素引起的测量数据偏差。本发明受到电机周期性启停次数、绕线周期性和规律性等的因素影响，会导致最后张力数据的实际测量不太精确，且本发明选用绕线过程中的某个点的线速度为参照标准点，而此线速度受绕线机绕线系统的影响，线速度可能会有波动，另外，在绕线速度很快时，对MCU的算力要求较高。

中国专利CN111115367A公开了一种设定型张力控制系统及方法，涉及绕线系统中的张力控制技术领域。包括张力器，张力器包括张力调节组件；还包括绕线系统控制器，绕线系统控制器包括输入端，输入端用于输入设定的张力值；张力器还包括通讯模组和张力调节电路，绕线系统控制器与通讯模组通讯连接，张力调节电路用于控制张力调节组件；张力器还包括力传感器，力传感器用于测量实际的张力值；张力调节电路还包括张力判断模块，张力判断模块用于判断实际的张力值是否与设定的张力值相等。本发明可以设定张力值，并根据设定的张力值调节线的张力；设置有张力判断模块，确保实际张力值与设定的张力值相等。虽然本发明公开了是具有设定型的张力器，但是在方法的技术方案中并未公开具体的判定条件，且并未解决因传感器的蠕变、温漂或其他因素引起的输出数据波动的技术问题。

发明内容

为了解决由于传感器的蠕变、温漂或其他因素引起的输出数据波动的技术问题，本发明提供了一种自动保持设定型张力器张力数据稳定的方法。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案如下：

一种自动保持设定型张力器张力数据稳定的方法，包括：

步骤S1：对张力器进行初始化设置，将张力器中设置的张力控制器进行校准，且将张力器中设置的一编码器进行零位校准，并保存编码器的校准数据；

步骤S2：将安装好的张力器处于空载状态，并将张力器进行清零操作；

步骤S3：根据工况在处理器程序中设定张力控制目标值T和数据采集次数阈值N；

步骤S4：采集N次实时张力值D和采集N次在D＝T情况下的编码器输出信号值V，并记录编码器输出信号值V；

步骤S5：根据步骤S4中记录的编码器输出信号值V，建立D＝T时V值的数据列表，并记录保存所有在D＝T时编码器输出信号值V的平均值，记录保存所有在D＝T时张力传感器输出信号值A；

步骤S6：根据实际工况设定循环次数S；

步骤S7：采集编码器输出信号值V＝时的张力传感器实时输出信号值An；将张力传感器实时输出信号值An与张力传感器输出信号值A进行比较，根据纠偏条件判断是否需要纠偏，若不需要纠偏，则将结果输出至显示和控制单元电路；若需要纠偏，则执行步骤S8；

步骤S8：将实际循环次数记录为Sn，将Sn与设定的循环次数S进行比较,若Sn＝S，则剔除张力传感器输出值A1至As中的最大值和最小值，计算张力传感器输出信号平均数，执行步骤S9；若Sn≠S，则记录每一次循环张力传感器的输出值As，返回步骤S7；

步骤S9：设定差值设定返还值F＝An-Δ2，将F值输出至显示和控制单元电路。

进一步地，所述步骤S7中的纠偏条件判断步骤包括：

步骤S71：判断An和A的差值，设差值Δ1＝An-A；

步骤S72：若Δ1＝0，则将An值输出至显示和控制单元电路，结束操作；若Δ1≠0，则执行步骤S8。

进一步地，所述设定的循环次数S≥3，所述As为张力传感器输出信号值A循环S次所记录的数值。

进一步地，所述张力传感器输出信号值A是在张力传感器尚未发生偏差时，通过D＝T的手段找到并定义的张力传感器输出信号的标准值。

进一步地，张力传感器输出信号值A是一个标准值，是在张力传感器尚未发生偏差时，通过D＝T的手段找到并定义的张力传感器输出信号的真值；An为实时测量值，实时测量值可能是在发生偏差时测得，An和A是标准值和被校准值的关系。

与现有技术相比，本发明的有益效果具体体现在：

(1)本发明可以实现自动校准实际张力数据与设定的张力值相等，能够有效减少因传感器的蠕变、温漂或其他因素引起的输出数据波动；

(2)本发明采用多个条件判断实际的张力数据是否达到稳定状态；

(3)本发明选用了高精度的绝对位置编码器器件，可以保证参照标准点的精度；

(4)本发明中的拉簧杆带动绝对位置编码器旋转到达参照标准点后，不是一闪而过，而是要停留等待设定的张力指标工作段结束工作。因此对数据采集来讲更容易捕获数据，可靠性也越高，对MCU在这方面的算力要求很低；

(5)本发明为了剔除偶发性波动对真实数据的影响，特别设定了循环次数S，通过实际工况设定多次的数据次数，起到消噪的作用。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为张力器的外部结构示意图；

图3为张力器的内部结构示意图；

附图说明：1.张力器；2.拉簧杆；3.张力杆；4.弹簧；5.编码器；6.张力传感器；7.张力控制器。

具体实施方式

为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

如图1所示的一种自动保持设定型伺服张力器1张力数据稳定的方法流程图，为了便于理解，提供图2和图3中的张力器1的装置图为适用于本方法的其中一种情况的张力器装置，只要包括弹簧4、拉簧杆2等部件的张力器均适用于本方法，具体包括如下步骤：

步骤S1：对张力器1进行初始化设置，将张力器1中设置的张力控制器7进行校准，且将张力器1中设置的一编码器5进行零位校准，并保存编码器5的校准数据；

其中，编码器5可选择绝对位置编码器5或者能起到和绝对位置编码器5相同功能的部件；而编码器5的零位校准是通过设定伺服张力器1拉簧杆2摆动的起始位置确定的，特殊要求下也可以将编码器5的零位不设置在拉簧杆2摆动的起始位置；

步骤S2：将安装好的张力器1处于空载状态，并将张力器1进行清零操作；也即是将张力器1系统进行初始化，其中启动张力器1的电源和传感器测量端同样也处于空载状态；

步骤S3：设定张力控制目标值T和数据采集次数阈值N；具体的采集的数据为实时张力值D和编码器5输出信号值的平均值；

其中，为了建立校准参照标准所用和减小由于张力弹簧4拉力和机构装配之间存在的误差，比如机构装配中的齿轮齿条、轴孔配合安装之间等等都会存在一定的间隙，且还存在拉簧杆2被拉伸到相同长度，使得整个张力器1测量系统示值的重复性等因素造成的误差，因此设定了采集次数阈值N，提高了测量精度；例如：设置采集次数10次，也就是当D＝T时，记录绝对位置编码器5的输出值V，然后，经历了10次D＝T，也就记录了10个V值(V1、V2.......V10)，将10个V值进行平均，将获得的平均值作为D＝T时，绝对位置编码器5输出的基准值。这样可以尽量消除，与绝对位置编码器5相关联的其他器件在张力调节过程中产生的误差。

然后，再采集当绝对位置编码器5输出值等于平均值时，张力传感器6输出的信号值，将此刻的张力传感器6输出信号值记录下来，作为下一步校准的参照标准。

具体的，步骤S3的操作可以通过编写程序将T和N进行设定，在张力器1符合运行条件时自动执行后续步骤，其中，T值是张力器1与用户交换的值，可以是在张力器1上设置，也可以通过远程设备设置；

步骤S4：采集N次实时张力值D和采集N次D＝T时的编码器5输出信号值V，并记录编码器5输出信号值V；

步骤S5：根据步骤S4中记录的编码器5输出信号值V，建立D＝T时V值的数据列表，并记录保存所有在D＝T时编码器5输出信号值V的平均值其中/>定义为校准目标值，此时/>所代表的绝对位置定义为校准位；且还要记录保存所有在D＝T时张力传感器6输出信号值A；

具体的，张力器1进入张力控制工作阶段后，张力杆3会被线材拉动并摆动到工作位，并通过张力控制程序使张力杆3基本保持在工作位，张力器1中的拉簧杆2会拉动张力弹簧4并摆动到实际测量张力值等于控制目标值T的位置，保存并设定此时的控制目标值为校准目标值，而拉簧杆2在工作过程中拉动张力弹簧4，若实际测量的张力值达到设定的张力值，则停止，否则继续执行工作拉动动作，而拉簧杆2的摆动幅度决定了控制张力的大小；此时张力器1校准程序会自动将拉簧杆2转轴后端安装的绝对位置编码器5此刻输出的位置信息保存起来；具体的，绝对位置编码器5的位置信息指测量到的拉簧杆2所在的具体的位置，也即是弹簧4被拉伸的长度。在此应用中可以将绝对位置编码器5和与其起到相同作用的器件进行替换。

步骤S6：根据实际工况设定循环次数S；

具体的，在后续校准过程中，为了剔除偶发性波动对真实数据的影响，特别设定了循环次数S，通过实际工况设定多次的数据次数，起到一个消噪的作用。

步骤S7：采集编码器5输出信号值时的张力传感器6实时输出信号值An；判断An和A的差值，设差值Δ1＝An-A，若Δ1＝0，则将An值输出给至显示和控制单元电路，结束操作；若Δ1≠0，则进入步骤S8；

步骤S8：判断实际循环次数Sn与设定的循环次数S大小，若Sn＝S，则减去最大值和最小值，其余数值进行平均，计算张力传感器6输出信号值的平均数执行步骤S9；若Sn≠S，则记录每一次循环张力传感器输出信号值As，返回步骤S7；

步骤S9：设定差值设定返还值F＝An-Δ2，将F值输出至显示和控制单元电路。

具体的，步骤S6至步骤S9实际是具体的校准方案，具体是：当拉簧杆2到达校准位时，在实际运行的张力值D等于设定张力控制目标值T的情况下的张力传感器输出信号值A与编码器输出信号值时的张力传感器实时输出信号值An相等，则表明此时的张力器张力数据是稳定；若两者不相等，则可判定测量张力数据是不稳定的，也即是发生了一定的偏差，也即是An值为实时测量的张力值，第一个An-A＝0后就直接被引用了，后面出现偏差，通过循环计算出Δ2后，直接用实时测量值An减去偏差Δ2。具体的，当发生偏差时，拉簧杆2拉动张力弹簧4，判断判断实际循环次数Sn与设定的循环次数S是否相等，若相等，则同时减去最大值和最小值，进而得到张力传感器输出信号平均数/>其中，减去的最大值和最小值的数量是相等的，且该数量根据实际的情况进行调整，如可以同时减去一个最大值和一个最小值，也可以根据情况同时减去相应的两个或两个以上的最大值和最小值；然后再设定一差值/>和一返还值F＝An-Δ2，将F值输出至显示和控制单元电路。

其中，自动校准的条件是使用同一套张力杆3和张力弹簧4组合。切换张力杆3和弹簧4组合后需要从上述步骤S2开始重新执行流程。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种自动保持设定型张力器张力数据稳定的方法，其特征在于，包括：

步骤S1：对张力器进行初始化设置，将张力器中设置的张力控制器进行校准，且将张力器中设置的一编码器进行零位校准，并保存编码器的校准数据；

步骤S2：将安装好的张力器处于空载状态，并将张力器进行清零操作；

步骤S3：设定张力控制目标值T和数据采集次数阈值N；

步骤S4：采集N次实时张力值D和采集N次在D＝T情况下的编码器输出信号值V，并记录编码器输出信号值V；

步骤S5：根据步骤S4中记录的编码器输出信号值V，建立D＝T时V值的数据列表，并记录保存所有在D＝T时编码器输出信号值V的平均值记录保存所有在D＝T时张力传感器输出信号值A；

步骤S6：设定循环次数S；

步骤S7：采集编码器输出信号值时的张力传感器实时输出信号值An；将张力传感器实时输出信号值An与张力传感器输出信号值A进行比较，根据纠偏条件判断是否需要纠偏，若不需要纠偏，则将结果输出至显示和控制单元电路；若需要纠偏，则执行步骤S8；

其中，步骤S7中的纠偏条件判断步骤包括：

步骤S71：判断An和A的差值，设差值Δ1＝An-A；

步骤S72：若Δ1＝0，则将An值输出至显示和控制单元电路，结束操作；若Δ1≠0，则执行步骤S8；

步骤S8：将实际循环次数记录为Sn，将Sn与设定的循环次数S进行比较,若Sn＝S，则剔除张力传感器输出信号值A1至As中的最大值和最小值，计算张力传感器输出信号值的平均数执行步骤S9；若Sn≠S，则记录每一次循环张力传感器输出信号值As，返回步骤S7；

步骤S9：设定差值设定返还值F＝An-Δ2，将F值输出至显示和控制单元电路。

2.根据权利要求1所述的保持设定型张力器张力数据稳定的方法，其特征在于，所述设定循环次数S≥3，且所述张力传感器输出信号值As为张力传感器输出信号值A循环S次所记录的数值。

3.根据权利要求1所述的保持设定型张力器张力数据稳定的方法，其特征在于，所述张力传感器输出信号值A是在张力传感器未发生偏差时，在D＝T时找到并定义的张力传感器输出信号的标准值。

4.根据权利要求3所述的保持设定型张力器张力数据稳定的方法，其特征在于，所述张力传感器实时输出信号值An是在发生偏差时测得的被标准值，且所述张力传感器实时输出信号值An与张力传感器输出信号值A之间是标准值与被标准值的关系。