CN115258823B - 一种光纤绕线机张力调节结构及方法 - Google Patents

一种光纤绕线机张力调节结构及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光纤绕线机张力调节结构及方法，包括安装在安装块上的第一调节电机，安装块与安装板相连接，所述第一调节电机通过轴承连接调节轮，安装板与支撑板相连接，支撑板与绕线机相连接；所述安装板左侧开口安装孔孔上通过张力传感器连接张力轮；所述安装板下侧安装孔上通过轴承连接第一导向轮；所述安装板下侧连接安装块，安装块通过轴承连接第二导向轮；所述安装板上侧安装孔设置轴承，轴承用于连接连杆和第二调节电机，连杆通过轴承连接舞蹈轮。本发明有效减少了因角度造成的张力分量损耗，使得张力测量数值更为精确，保证了光纤绕制的质量。

Description

一种光纤绕线机张力调节结构及方法
技术领域
本发明涉及光纤绕线机张力调节技术领域，具体涉及一种光纤绕线机张力调节结构及方法。
背景技术
目前，国内光线绕线机张力控制系统一般利用张力传感器或其它张力检测装置直接检测光纤线中的张力值，转变为电信号反馈到张力控制器，再通过一定的张力控制算法实现对执行机构的控制，最终完成一个闭环的张力控制系统。而该方案具体实施过程又可以分为两种方法，一种方法引入缓冲环节，利用弹簧的形变储能特性，来克服绕制过程中的张力变换冲击，然后通过张力检测变化调节收放线速度，从而达到控制张力的目的；另一种引入电磁机构直接对张力进行干预，从而达到快速响应的目的。
第一种方法较为常用，结构和控制方法都比较简单，而且弹簧能够吸收一定的冲击作用，但是该方法对弹簧特性要求较高，随着弹簧性能的衰减，加减速时需要进行控制补偿，受材料影响较大。
第二种方法，将调节环节前置，可以根据张力变化快速响应，但是该方式扭矩常数较大，在低速控制时，可以获得稳定的滑差扭矩，不适合快速加减速的机械，而且长时间使用，扭矩会下降，需要交换磁粉。
发明内容
为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种光纤绕线机张力调节结构及方法，有效减少了因角度造成的张力分量损耗，使得张力测量数值更为精确，保证了光纤绕制的质量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种光纤绕线机张力调节结构，包括安装在安装块18上的第一调节电机01，安装块18上通过四颗螺钉与安装板16相连接，所述第一调节电机01通过轴承17连接调节轮02，安装板16与支撑板15相连接，支撑板15与绕线机相连接；
所述安装板16左侧开口安装孔孔上通过张力传感器03连接张力轮04；
所述安装板16下侧安装孔上通过轴承06连接第一导向轮05；
所述安装板16下侧通过两颗螺钉相连接安装块09，安装块09通过轴承08连接第二导向轮07；
所述安装板16上侧安装孔设置轴承13，轴承13用于连接连杆12和第二调节电机14，连杆12通过轴承11连接舞蹈轮10。
所述安装板16上设置五个导轮，调节轮02与张力轮04在Y1/Z1平面相互垂直安装，在X1/Y1方向相切，光纤从调节轮02到张力轮04均在其垂直切线方向，减少了摩擦力对张力的影响，第一导向轮05和第二导向轮07原理相同，所述张力轮04与第二导向轮07圆心连接为X轴，舞蹈轮10圆心垂直X轴为Y轴，构成XY坐标系，各导向轮直径为d，张力轮04与第二导向轮07圆心距离为2d，在正常工作状态下，舞蹈轮10与X轴平行，与X1轴成45°夹角，三个导向轮构成一个等腰三角形，通过舞蹈轮10两侧的光纤在张力轮04和第二导向轮07上的张力在X1和Y1方向产生的摩擦力相互抵消，减少了对张力的影响，提高了张力测量精度。
所述安装板16通过螺钉垂直安装支撑板15，通过腰型槽与绕线机相连接绕线机。
一种光纤绕线机张力调节结构的使用方法，包括以下步骤；
第一调节电机01、调节轮构02成第一调节机构；张力传感器03、张力轮04构成张力采集机构；第一导向轮05、轴承06构成第一导向机构；第二导向轮07、轴承08、安装块09构成第二导向机构；舞蹈轮10、轴承11、连杆12、轴承13、第二调节电机14构成第二调节机构；
绕线机工作过程中，张力调节控制采用双闭环控制模式，第二调节机构通过采集电流对角度进行控制，构成控制内环，而第一调节机构通过采集张力对放线速度进行控制，构成控制外环；
其中第二调节机构通过采集电机内部实时电流数值，与设定张力模型的电流标准值进行比较，采用PID算法，通过摆动舞蹈轮10角度达到快速调节光纤张力的目的，且第二调节电机14带有角度编码器，能够实时采集舞蹈轮角度信息，当舞蹈轮10偏差较大时，启动第一调节机构进行调节；
第一调节机构与绕线机光纤放线盘电机做同步控制，其中第一调节电机01为主动轮，绕线机光纤放线盘电机为从动轮，当张力变化过大，第二调节机构角度偏差较大时，第一调节电机01根据张力大小，通过PID算法对放线速度进行调节；
控制系统实时采集张力传感器03数据，并与设定张力进行比较形成张力偏差，当张力偏差在0.5g内，张力合格；当张力偏差在0.5g到1g之间，启动第二调节电机14进行调节，系统采集第二调节电机14电流，并于设定电流进行比较，相关数据送入控制器内电流PID模块输入端，输出端对第二调节电机14进行控制，旋转一定角度后再次对张力进行检测；当张力偏差大于1g，启动第一调节机构，张力偏差数据送入控制器内速度PID模块输入端，输出端对第一调节电机01速度进行调节，而放线盘电机通过参数设定与第一调节电机01进行同步控制，因此将跟随第一调节电机01速度变化，调整完成后再次采集张力数据。
本发明的有益效果：
相比传统单闭环系统，本发明的方法引入双闭环控制模式，可以更加精确和快速完成调节，当张力发生较小变化时，通过内环控制对光纤张力直接进行干预，快速进行调节，避免了传统控制从张力超差到放线盘速度调节滞后带来的误差。当张力变化较大时，通过第一调节机构快速调节放线速度，使张力超差快速达到较小的范围内，这时通过启动第二调节机构对小偏差张力进行快速调节，相互配合使张力调节时间和效率更高。
在使用本发明内容后，速度加减速过程中，相较于未使用该机构绕线机，其张力超调量明显减小。绕制过程中对光纤施加外力，系统调整时间明显缩短。
本发明优化了绕线轮的位置，且所有绕线轮均可进行小幅度位置调整，这样保证了光纤在两个轮子间角度接近零度，有效减少了因角度造成的张力分量损耗，使得张力测量数值更为精确，保证了光纤绕制的质量。
采用两个伺服电机双闭环控制，其中一个电机前置舞蹈轮，可以快速响应张力变化，另一个电机与主轴电机做同步控制，可以快速调节放线速度。而且采用伺服电机，其扭矩性能良好，控制范围大，免于维修。
附图说明
图1为张力调节机构示意图。
图2为正视图示意图。
图3为后视图示意图。
图4为侧视图示意图。
图5为控制流程示意图。
图6为安装块示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-图4所示：一种光纤绕线机张力调节机构，包括第一调节电机01、调节轮02、张力传感器03、张力轮04、第一导向轮05、轴承06、第二导向轮07、轴承二08、安装块09、舞蹈轮10、轴承三11、连杆12、轴承四13、第二调节电机14、支撑板15、安装板16、轴承五17、安装块18(附图1)。在功能上，本发明张力调节机构主要包括第一调节机构、第二调节机构、张力采集机构、第一导向机构、第二导向机构。各部分的具体组成如下：
第一调节机构，由第一调节电机01、调节轮02、轴承17、安装块18组成，其中第一调节电机01安装在安装块18上，安装块18与安装板16相连，安装块18形状如图6所示，功能是安装第一调节电机01并与安装板16连接。调节轮02通过轴承17与第一调节电机01相连接。该部分功能为调节放线盘电机速度，其中第一调节电机01与绕线机放线盘电机做同步控制。第一调节电机01为伺服电机，可以根据控制器指令调节电机转速。
张力采集机构，由张力传感器03、张力轮04组成，其中张力轮04组成通过张力传感器03与安装板16连接。该部分功能是实时采集光纤上的张力数值。光纤通过张力轮04，光纤上张力通过张力轮04传递给张力传感器03，张力传感器实时采集改力值。
第一导向机构由第一导向轮05、轴承06组成，其中第一导向轮05通过轴承06与安装板16连接，该部分功能是对光纤进行换向。
第二导向机构由第二导向轮07、轴承08、安装块09组成，其中第二导向轮07通过轴承08与安装块09连接，安装块09与安装板16连接，该部分功能是对光纤进行换向。光纤从第二导向轮07通过时，方向垂直与安装板16，通过第一导向轮05后方向改变为平行与安装板16。
第二调节机构，由舞蹈轮10、轴承11、连杆12、轴承13、第二调节电机14组成，其中舞蹈轮10通过轴承11与连杆12一侧相连接，连杆12另一侧通过轴承13与第二调节电机14连接，其中轴承13与安装板16连接。该部分功能是通过电机电流变化调节舞蹈轮角度，从而达到调节张力的目的。安装板16与支撑板15相连接，支撑板15与绕线机相连接。
如图2所示，坐标轴设置与各个轮子位置有关，目的是尽量减少光纤在绕轮过程中的张力分量，减少绕制过程中张力分量对实际光纤张力的影响。所述安装板16上设置五个导轮，调节轮02与张力轮04在Y1/Z1平面相互垂直安装，在X1/Y1方向相切，光纤从调节轮02到张力轮04均在其垂直切线方向，减少了摩擦力对张力的影响，同理第一导向轮05和第二导向轮07亦是如此，所述张力轮04与第二导向轮07圆心连接为X轴，舞蹈轮10圆心垂直X轴为Y轴，构成XY坐标系，各导向轮直径为d，张力轮04与第二导向轮07圆心距离为2d，在正常工作状态下，舞蹈轮10与X轴平行，与X1轴成45°夹角，三个导向轮构成一个等腰三角形，通过舞蹈轮10两侧的光纤在张力轮04和第二导向轮07上的张力在X1和Y1方向产生的摩擦力相互抵消，减少了对张力的影响，提高了张力测量精度。
所述舞蹈轮10用于起到缓冲张力冲击和超前调节的作用，当张力突然变化时，由于调节机构有滞后效应，通过舞蹈轮10调整光纤长度可以缓冲张力冲击，保护光纤，因此，对舞蹈轮10直接进行控制可以更快速的调整光纤上的张力。
如图5所示：一种光纤绕线机张力调节结构的使用方法，包括以下步骤；
所述第一调节电机01、调节轮构02成第一调节机构；所述张力传感器03、张力轮04构成张力采集机构；所述第一导向轮05、轴承06构成第一导向机构；第二导向轮07、轴承08、安装块09构成第二导向机构；所述舞蹈轮10、轴承11、连杆12、轴承13、第二调节电机14构成第二调节机构；
绕线机工作过程中，张力调节控制采用双闭环控制模式，第二调节机构通过采集电流对角度进行控制，构成控制内环，而第一调节机构通过采集张力对放线速度进行控制，构成控制外环；
其中第二调节机构通过采集电机内部实时电流数值，与设定张力模型的电流标准值进行比较，采用PID算法，通过摆动舞蹈轮10角度达到快速调节光纤张力的目的，且第二调节电机14带有角度编码器，能够实时采集舞蹈轮角度信息，当舞蹈轮10偏差较大时，启动第一调节机构进行调节；
第一调节机构与绕线机光纤放线盘电机做同步控制，其中第一调节电机01为主动轮，绕线机光纤放线盘电机为从动轮，当张力变化过大，第二调节机构角度偏差较大时，第一调节电机01根据张力大小，通过PID算法对放线速度进行调节；
控制系统实时采集张力传感器03数据，并与设定张力进行比较形成张力偏差，当张力偏差在0.5g内，张力合格；当张力偏差在0.5g到1g之间，启动第二调节电机14进行调节，系统采集第二调节电机14电流，并于设定电流进行比较，相关数据送入控制器内电流PID模块输入端，输出端对第二调节电机14进行控制，旋转一定角度后再次对张力进行检测；当张力偏差大于1g，启动第一调节机构，张力偏差数据送入控制器内速度PID模块输入端，输出端对第一调节电机01速度进行调节，而放线盘电机通过参数设定与第一调节电机01进行同步控制，因此将跟随第一调节电机01速度变化，调整完成后再次采集张力数据。

Claims (1)

1.一种光纤绕线机张力调节结构的使用方法，其特征在于，包括以下步骤；
第一调节电机（01）、调节轮（02）构成第一调节机构；张力传感器（03）、张力轮（04）构成张力采集机构；第一导向轮（05）、轴承一（06）构成第一导向机构；第二导向轮（07）、轴承二（08）、安装块（09）构成第二导向机构；舞蹈轮（10）、轴承三（11）、连杆（12）、轴承四（13）、第二调节电机（14）构成第二调节机构；
绕线机工作过程中，张力调节控制采用双闭环控制模式，第二调节机构通过采集电流对角度进行控制，构成控制内环，而第一调节机构通过采集张力对放线速度进行控制，构成控制外环；
其中第二调节机构通过采集第二调节电机（14）内部实时电流数值，与设定张力模型的电流标准值进行比较，采用PID算法，通过摆动舞蹈轮（10）角度达到快速调节光纤张力的目的，且第二调节电机（14）带有角度编码器，能够实时采集舞蹈轮角度信息，当舞蹈轮（10）偏差较大时，启动第一调节机构进行调节；
第一调节机构与绕线机光纤放线盘电机做同步控制，其中第一调节电机（01）为主动轮，绕线机光纤放线盘电机为从动轮，当张力变化过大，第二调节机构角度偏差较大时，第一调节电机（01）根据张力大小，通过PID算法对放线速度进行调节；
控制系统实时采集张力传感器（03）数据，并与设定张力进行比较形成张力偏差，当张力偏差在0.5g内，张力合格；当张力偏差在0.5g到1g之间，启动第二调节电机（14）进行调节，系统采集第二调节电机（14）电流，并与设定电流进行比较，相关数据送入控制器内电流PID模块输入端，输出端对第二调节电机（14）进行控制，旋转一定角度后再次对张力进行检测；当张力偏差大于1g，启动第一调节机构，张力偏差数据送入控制器内速度PID模块输入端，输出端对第一调节电机（01）速度进行调节，而放线盘电机通过参数设定与第一调节电机（01）进行同步控制，因此将跟随第一调节电机（01）速度变化，调整完成后再次采集张力数据；
该方法通过以下结构实现：
一种光纤绕线机张力调节结构，包括安装在安装块（18）上的第一调节电机（01），安装块（18）与安装板（16）相连接，所述第一调节电机（01）通过轴承五（17）连接调节轮（02），安装板（16）与支撑板（15）相连接，支撑板（15）与绕线机相连接；
所述安装板（16）左侧开口安装孔上通过张力传感器（03）连接张力轮（04）；
所述安装板（16）下侧安装孔上通过轴承一（06）连接第一导向轮（05）；
所述安装板（16）下侧连接安装块（09），安装块（09）通过轴承二（08）连接第二导向轮（07）；
所述安装板（16）上侧安装孔设置轴承四（13），轴承四（13）用于连接连杆（12）和第二调节电机（14），连杆（12）通过轴承三（11）连接舞蹈轮（10）；
调节轮（02）的安装轴垂直于X1Z1限定的平面，张力轮（04）的安装轴垂直于X1 Y1限定的平面，第一导向轮（05）的安装轴垂直于X1 Y1限定的平面，第二导向轮（07）的安装轴垂直于Z1 Y1限定的平面，调节轮（02）与张力轮（04）在X1方向上相切，第一导向轮（05）与第二导向轮（07）在Y1方向上相切；光纤从调节轮（02）到张力轮（04）均在其垂直切线方向，减少了摩擦力对张力的影响，所述张力轮（04）与第一导向轮（05）圆心连接为X轴，舞蹈轮（10）圆心垂直X轴为Y轴，构成XY坐标系，各导向轮直径为d，张力轮（04）与第一导向轮（05）圆心距离为2d，在正常工作状态下，连杆（12）与X轴平行，与X1轴成45°夹角，舞蹈轮（10）、第一导向轮（05）和张力轮（04）构成一个等腰三角形，通过舞蹈轮（10）两侧的光纤在张力轮（04）和第一导向轮（05）上的张力在X1和Y1方向产生的摩擦力相互抵消；
所述安装板（16）通过螺钉垂直安装支撑板（15），通过腰型槽与绕线机相连接。
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