CN114014069B - 一种薄膜张力控制系统及方法 - Google Patents
一种薄膜张力控制系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请一种薄膜张力控制系统，包括：放卷模块、收卷模块，检测模块和控制模块；所述收卷模块，用于提供收卷线速度，所述收卷线速度大于所述薄膜的传输速度，根据所述收卷线速度和薄膜传输速度的差值生产打滑力矩以提供薄膜张力；所述检测模块，用于检测所述薄膜的张力信息；所述放卷模块，用于接收所述检测模块传输的薄膜张力信息，并根据所述薄膜的张力信息进行制动以调节薄膜的张力大小；所述控制模块，用于根据预设的所述薄膜张力，计算所述收卷模块的打滑力矩和所述放卷模块的制动参数。通过打滑控制和制动控制，稳定所述薄膜的张力大小，提高设备安全性和成品良率。
Description
技术领域
本申请属于薄膜压印设备控制领域，尤其涉及一种薄膜张力控制系统。本申请还涉及一种薄膜张力控制方法。
背景技术
三维纳米薄膜制造属微纳制造技术领域，而微纳制造是现代制造工业的基础技术之一，也是当前备受瞩目的重要前沿技术领域。
三维纳米生物薄膜连续压印成型过程中各辊轴之间薄膜的张力对运行稳定性和压印质量都有很大影响,压印时薄膜张力是通过第二卷轴及成品卷对薄膜施加反向力矩实现的。
现有技术中，采用伺服电机调速方式，张力大小一直在设定值上下变动，其精度取决于电机的响应速度和调整精度，导致张力控制不稳定，结构复杂，并有微小震动产生，影响压印设备安全运行以及成品质量。
发明内容
为了解决当前技术方案中薄膜压印设备张力控制不稳定的问题，本申请提出一种薄膜张力控制系统以及一种薄膜张力控制方法。
本申请提供的一种薄膜张力控制系统，包括：放卷模块、收卷模块，检测模块和控制模块；
所述收卷模块，用于提供收卷线速度，所述收卷线速度大于所述薄膜的传输速度，根据所述收卷线速度和薄膜传输速度的差值生产打滑力矩以提供薄膜张力；
所述检测模块，用于检测所述薄膜的张力信息；
所述放卷模块，用于接收所述检测模块传输的薄膜张力信息，并根据所述薄膜的张力信息进行制动以调节薄膜的张力大小；
所述控制模块，用于根据预设的所述薄膜张力，计算所述收卷模块的打滑力矩和所述放卷模块的制动参数。
可选的，所述放卷模块包括：
基材单元，用于缠绕薄膜基材到放卷轴上生产第二卷轴；
制动单元，用于根据所述第二卷轴在放卷过程中直径的变化，调整放卷轴力矩，使得所示薄膜张力保持平稳。
可选的，所述制动单元是磁粉制动器。
可选的，所述收卷模块和所述放卷模块根据电流大小调节力矩的大小。
可选的，还包括：轴平行度调节模块，用于调节各个辊轴之间的平行度到预设误差内。
本申请还提供一种薄膜张力控制方法，包括：
将收卷线速度设置为大于所述薄膜的传输速度，根据所述收卷线速度和薄膜传输速度的差值生产打滑力矩以提供薄膜张力；
检测所述薄膜的张力信息；
根据所述薄膜的张力信息进行放卷制动以调节薄膜的张力大小。
可选的，所述制动包括：
根据所述第二卷轴在放卷过程中直径的变化，调整放卷轴力矩，使得所示薄膜张力保持平稳。
可选的，所述制动采用磁粉制动器执行。
可选的，还包括：根据电流大小调节力矩的大小。
可选的，还包括，调节各个辊轴之间的平行度到预设误差内。
本申请相较于现有技术的优点是：
本申请一种薄膜张力控制系统，包括：放卷模块、收卷模块，检测模块和控制模块；所述收卷模块，用于提供收卷线速度，所述收卷线速度大于所述薄膜的传输速度，根据所述收卷线速度和薄膜传输速度的差值生产打滑力矩以提供薄膜张力；所述检测模块，用于检测所述薄膜的张力信息；所述放卷模块，用于接收所述检测模块传输的薄膜张力信息，并根据所述薄膜的张力信息进行制动以调节薄膜的张力大小；所述控制模块，用于根据预设的所述薄膜张力，计算所述收卷模块的打滑力矩和所述放卷模块的制动参数。通过打滑控制和制动控制，稳定所述薄膜的张力大小，提高设备安全性和成品良率。
附图说明
图1是本申请中薄膜张力控制系统的示意图。
图2是本申请中薄膜张力控制逻辑的示意图。
图3是本申请中放卷模块和收卷模块的速度示意图。
图4是本申请中薄膜张力控制方法的流程图。
具体实施方式
以下内容均是为了详细说明本申请要保护的技术方案所提供的具体实施过程的示例，但是本申请还可以采用不同于此的描述的其他方式实施，本领域技术人员可以在本申请构思的指引下，采用不同的技术手段实现本申请，因此本申请不受下面具体实施例的限制。
本申请一种薄膜张力控制系统，包括：放卷模块、收卷模块，检测模块和控制模块；所述收卷模块，用于提供收卷线速度，所述收卷线速度大于所述薄膜的传输速度，根据所述收卷线速度和薄膜传输速度的差值生产打滑力矩以提供薄膜张力；所述检测模块，用于检测所述薄膜的张力信息；所述放卷模块，用于接收所述检测模块传输的薄膜张力信息，并根据所述薄膜的张力信息进行制动以调节薄膜的张力大小；所述控制模块，用于根据预设的所述薄膜张力，计算所述收卷模块的打滑力矩和所述放卷模块的制动参数。通过打滑控制和制动控制，稳定所述薄膜的张力大小，提高设备安全性和成品良率。
图1是本申请中薄膜张力控制系统的示意图。
请参照图1所示，所述放卷模块101和收卷模块102分别连接控制模块103，所述检测模块104连接到控制模块103上。优选的，所述控制模块103采用TC920V型号处理器。
所述控制模块103接收制动参数，并根据所述制动参数对所述放卷模块101和收卷模块102进行控制。具体的，所述制动参数包括：所述放卷模块101和所述收卷模块102的卷轴力矩，以及薄膜的张力大小。本申请所述检测模块104就是用于检测薄膜张力的张力信息的。
所述收卷模块102是本申请所述张力控制系统的张力提供端，该收卷模块102启动后，逐渐收卷所述薄膜，并逐渐增加所述薄膜的张力。优选的，该收卷模块102至少包括，磁粉离合器和第一卷轴。所述磁粉离合器的速度输入端用于提供收卷线速度，速度输出端用于带动卷轴转动，收卷薄膜。具体的，所述收卷线速度应当大于所述第一卷轴转动线速度，即所述收卷线速度大于所述薄膜的传输速度，根据所述收卷线速度和薄膜传输速度的差值生产打滑力矩以提供薄膜张力。其中所述张力的大小由所述打滑的力矩确定。
所述第一卷轴的直径包括有薄膜在所述第一卷轴上缠绕叠加的尺寸，因此当所述收卷模块102进行收卷时，该第一卷轴直径是一直增大的，线速度随之增大。因此设置所述收卷线速度保持恒定，则需要设置所述第一卷轴直径越小，所述输入速度越大。
所述放卷模块101用于接收所述检测模块104传输的薄膜张力信息，并根据所述薄膜的张力信息进行制动以调节薄膜的张力大小。优选的，本申请所述放卷模块101包括：
基材单元，用于缠绕薄膜基材到放卷轴上生产第二卷轴，优选的，该基材单元包括第二卷轴和缠绕在所述第二卷轴上的薄膜；
制动单元，用于根据所述第二卷轴在放卷过程中直径的变化，调整第二卷轴力矩，使得所示薄膜张力保持平稳，优选的，该制动单元是磁粉制动器。
所述检测模块104检测所述薄膜的张力信息，并将所述张力信息提交给控制模块103，该控制模块103根据所述张力信息计算制动参数，所述制动参数发送到所述放卷模块101口，进行制动控制。本申请中，所述磁粉制动器和所述磁粉离合器采用PC-10型号处理器
本申请所述制动是指保证薄膜张力的稳定，具体的，张力的计算公式如下：
其中，所述F是薄膜的张力，所述T是卷轴的力矩，所述D是卷轴的直径，该直径是包括薄膜缠绕而则增加的数值的。
优选的，所述收卷模块102和所述放卷模块101是通过电流大小控制力矩大小的。以电流大小控制力矩的有点是，不会向电压一样容易收到温度大小的影响，避免设备运行带来的高温导致误差增加。
优选的，本申请所述薄膜张力控制系统还包括轴平行度调节模块，用于调节各个辊轴之间的平行度到预设误差内。该平行度调节模块设置在每一个辊轴上，用于调节每个所述棍子的平行度。
图2是本申请中薄膜张力控制逻辑的示意图，图3是本申请中放卷模块101和收卷模块102的速度示意图。
请参照图2以及图3所示，所述放卷模块101和收卷模块102的速度在开始时并不是突然保持到恒定状态。
在启动流程后，首先设置恒定张力值，以及为所述收卷模块102的速度输入端提供初始速度。
所述初始速度在0s～0.3s内是薄膜张力逐渐增加的过程，这个过程中所述薄膜的张力是小于所述预设的恒定张力值得。当时间到达0.3秒，所述薄膜的张力达到所述恒定张力值，并在此时，放卷模块101开始放卷，速度逐渐增加。
在所述放卷模块101放卷的速度逐渐增加的过程中，所述张力是向着恒定张力增长的，在到达0.4秒的时候，所述放卷速度达到稳定，此时该放卷速度小于所述收卷速度。
判断张力是否恒定，可以通过收卷速度和放卷速度的差值进行，例如：检测所述收卷速度和放卷速度，将收卷速度减去放卷速度的到速度差值，当所述速度差值稳定，则表明张力是恒定的，当所述速度差值变化，则表明所述张力是变化的。
在张力调节阶段，首先获取所述收卷速度和放卷速度，然后分别根据所述收卷速度和放卷速度进行张力调节。
具体的，根据所述收卷模块102中第一卷轴的直径增加，通过调节角速度保持线速度的稳定；根据所述检测到的张力信息，调节所述放卷模块101中的所述第二卷轴的角速度，并调整所述第二卷轴的位置，从而调整所述张力大小。
接下来继续检测所述张力信息，根据所述张力信息重新执行上述调节步骤继续调节。
本申请还提供一种薄膜张力控制方法，包括：将收卷线速度设置为大于所述薄膜的传输速度，根据所述收卷线速度和薄膜传输速度的差值生产打滑力矩以提供薄膜张力；检测所述薄膜的张力信息；根据所述薄膜的张力信息进行放卷制动以调节薄膜的张力大小。
图4是本申请中薄膜张力控制方法的流程图。
请参照图4所示，S401将收卷线速度设置为大于所述薄膜的传输速度，根据所述收卷线速度和薄膜传输速度的差值生产打滑力矩以提供薄膜张力。
本申请中薄膜收卷端是张力的提供端，该收卷收卷端启动后，逐渐收卷所述薄膜，并逐渐增加所述薄膜的张力。优选的，该收卷端至少包括，磁粉离合器和第一卷轴。所述磁粉离合器的速度输入端用于提供收卷线速度，速度输出端用于带动卷轴转动，收卷薄膜。具体的，所述收卷线速度应当大于所述卷轴转动线速度，即所述收卷线速度大于所述薄膜的传输速度，根据所述收卷线速度和薄膜传输速度的差值生产打滑力矩以提供薄膜张力。其中所述张力的大小由所述打滑的力矩确定。
所述卷轴的直径包括有薄膜在所述卷轴上缠绕叠加的尺寸，因当所述收卷端进行收卷时，该卷轴直径当一直增大，线速度随之增大。因此设置所述收卷线速度保持恒定，则需要设置所述卷轴直径越小，所述输入速度越大。
请参照图4所示，S402检测所述薄膜的张力信息。
请参照图4所示，S403根据所述薄膜的张力信息进行放卷制动以调节薄膜的张力大小。
首先接收检测获得的所述薄膜的张力信息，并根据所述薄膜的张力信息进行制动以调节薄膜的张力大小。优选的，本申请所述放卷端包括：
缠绕薄膜基材到放卷轴上生成第二卷轴，优选的，该基材单元包括卷轴和缠绕在所述卷上的薄膜。
根据所述第二卷轴在放卷过程中直径的变化，调整放卷轴力矩，使得所示薄膜张力保持平稳，优选的，该制动单元是磁粉制动器。
将所述张力信息提交给控制端，该控制端根据所述张力信息计算制动参数，所述制动参数发送到所述放卷端，进行制动控制。
本申请所述制动是值保证薄膜张力的稳定，具体的，张力的计算公式如下：
其中，所述F是薄膜的张力，所述T是卷轴的力矩，所述D是卷轴的直径，该直径是包括薄膜缠绕而则增加的数值的。
优选的，所述收卷端和所述放卷端是通过电流大小控制力矩大小的。以电流大小控制力矩的有点是，不会向电压一样容易收到温度大小的影响，避免设备运行带来的高温导致误差增加。
优选的，本申请所述薄膜张力控制系统还包括轴平行度调节模块，用于调节各个辊轴之间的平行度到预设误差内。该平行度调节模块设置在每一个辊轴上，用于调节每个所述棍子的平行度。
Claims (10)
1.一种薄膜张力控制系统，其特征在于，包括：放卷模块、收卷模块，检测模块和控制模块；
所述收卷模块包括磁粉离合器和第一卷轴，所述磁粉离合器的速度输入端用于提供收卷线速度，所述磁粉离合器的速度输出端用于带动所述第一卷轴转动以收卷薄膜，所述收卷线速度大于所述薄膜的传输速度，根据所述收卷线速度和所述薄膜传输速度的差值生产打滑力矩以提供薄膜的张力；
所述检测模块，用于检测所述薄膜的张力信息；
所述放卷模块，用于接收所述检测模块传输的薄膜张力信息，并根据所述薄膜的张力信息进行制动以调节薄膜的张力大小；
所述控制模块，用于根据预设的所述薄膜的张力，计算所述收卷模块的打滑力矩和所述放卷模块的制动参数；
在启动流程后，首先设置恒定张力值，以及为所述收卷模块的速度输入端提供初始速度；
所述初始速度在0s～0.3s内是薄膜的张力逐渐增加的过程，这个过程中所述薄膜的张力是小于预设的所述恒定张力值的；
当时间到达0.3秒，所述薄膜的张力达到所述恒定张力值，并在此时，放卷模块开始放卷，放卷模块的放卷线速度逐渐增加；
在到达0.4秒的时候，所述放卷线速度达到稳定，此时该放卷线速度小于所述收卷线速度；
计算收卷线速度减去放卷线速度的速度差值，当所述速度差值稳定，则表明薄膜的张力是恒定的，当所述速度差值变化，则表明所述薄膜的张力是变化的；
在张力调节阶段，首先获取所述收卷线速度和放卷线速度，然后分别根据所述收卷线速度和放卷线速度进行张力调节。
2.根据权利要求1所述薄膜张力控制系统，其特征在于，所述放卷模块包括：
基材单元，用于缠绕薄膜基材到放卷轴上生产第二卷轴；
制动单元，用于根据所述第二卷轴在放卷过程中直径的变化，调整放卷轴力矩，使得所述薄膜的张力保持平稳。
3.根据权利要求2所述薄膜张力控制系统，其特征在于，所述制动单元是磁粉制动器。
4.根据权利要求1～3任一项所述薄膜张力控制系统，其特征在于，所述收卷模块和所述放卷模块根据电流大小调节力矩的大小。
5.根据权利要求1所述薄膜张力控制系统，其特征在于，还包括：轴平行度调节模块，用于调节各个辊轴之间的平行度到预设误差内。
6.一种薄膜张力控制方法，其特征在于，包括：
收卷模块，包括磁粉离合器和第一卷轴，所述磁粉离合器的速度输入端用于提供收卷线速度，所述磁粉离合器的速度输出端用于带动所述第一卷轴转动以收卷薄膜，所述收卷线速度大于所述薄膜的传输速度，根据所述收卷线速度和所述薄膜传输速度的差值生产打滑力矩以提供薄膜的张力；
检测模块，用于检测所述薄膜的张力信息；
放卷模块，用于接收所述检测模块传输的薄膜张力信息，并根据所述薄膜的张力信息进行制动以调节薄膜的张力大小；
控制模块，用于根据预设的所述薄膜的张力，计算所述收卷模块的打滑力矩和所述放卷模块的制动参数；
在启动流程后，首先设置恒定张力值，以及为所述收卷模块的速度输入端提供初始速度；
所述初始速度在0s～0.3s内是薄膜的张力逐渐增加的过程，这个过程中所述薄膜的张力是小于预设的所述恒定张力值的；
当时间到达0.3秒，所述薄膜的张力达到所述恒定张力值，并在此时，放卷模块开始放卷，放卷模块的放卷线速度逐渐增加；
在到达0.4秒的时候，所述放卷线速度达到稳定，此时该放卷线速度小于所述收卷线速度；
计算收卷线速度减去放卷线速度的速度差值，当所述速度差值稳定，则表明薄膜的张力是恒定的，当所述速度差值变化，则表明所述薄膜的张力是变化的；
在张力调节阶段，首先获取所述收卷线速度和放卷线速度，然后分别根据所述收卷线速度和放卷线速度进行张力调节。
7.根据权利要求6所述薄膜张力控制方法，其特征在于，所述放卷模块包括：
基材单元，用于缠绕薄膜基材到放卷轴上生产第二卷轴；
制动单元，用于根据所述第二卷轴在放卷过程中直径的变化，调整放卷轴力矩，使得所述薄膜的张力保持平稳。
8.根据权利要求7所述薄膜张力控制方法，其特征在于，所述制动单元是磁粉制动器。
9.根据权利要求6～8任一项所述薄膜张力控制方法，其特征在于，所述收卷模块和所述放卷模块根据电流大小调节力矩的大小。
10.根据权利要求6所述薄膜张力控制方法，其特征在于，还包括：轴平行度调节模块，用于调节各个辊轴之间的平行度到预设误差内。
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