CN116207323B - 一种高速卷绕纠偏装置及纠偏方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速卷绕纠偏装置及纠偏方法，高速卷绕纠偏装置包括卷绕结构、移动结构、控制器，卷绕结构包括支架、导杆、套筒，支架两侧分别设置有第一连接孔、第二连接孔，导杆的第一端处于第一连接孔内，导杆的第二端处于第二连接孔内，套筒套设在导杆上，套筒具有柔性；移动结构包括丝杆、螺母、导轨。本发明中，将带料张紧，带料绕过套筒送往卷针进行卷绕，套筒具有柔性，套筒在带料侧边缘处形成台阶，在带料正常卷绕时，台阶对带料的继续卷绕形成导向作用，便于保持带料的正常卷绕，在带料偏移时，台阶对带料的继续偏移产生阻碍，同时，柔性套筒便于提升带料与套筒间的摩擦，提升纠偏效率，并且控制器将带料位置偏移量分两阶段纠正，有效降低了高速卷绕纠偏时的位置波动。

Description

一种高速卷绕纠偏装置及纠偏方法

技术领域

本发明涉及带料纠偏领域，特别涉及一种高速卷绕纠偏装置及纠偏方法。

背景技术

当前的电池卷绕纠偏机构都是针对卷绕速度相对较低的情况，基本上是采用伺服电机驱动一对同步移动的纠偏辊，带料由气缸力作用的一对纠偏辊夹持来实现位置纠偏，纠偏控制往往直接以偏移量为0来驱动控制电机，但对于高速卷绕来说，将会产生较大的超调量，影响电极对齐度。而且现有的纠偏装置因为纠偏辊到伺服驱动机构之间的距离较远，结构刚性较差，导致纠偏辊的响应速率较低。另外，带料在纠偏辊上的相对滑动阻力较小，限制了带料纠偏动作过程中的阻尼，从而进一步降低了纠偏响应速率。

发明内容

为解决上述技术问题中的至少之一，本发明提供一种高速卷绕纠偏装置及纠偏方法，所采用的技术方案如下：

本发明提供一种高速卷绕纠偏装置，高速卷绕纠偏装置包括卷绕结构、移动结构、控制器，所述卷绕结构包括支架、导杆、套筒，所述支架两侧分别设置有第一连接孔、第二连接孔，所述第一连接孔与所述第二连接孔同轴设置，所述导杆的第一端处于所述第一连接孔内，所述导杆的第二端处于所述第二连接孔内，所述导杆能够在所述支架上转动，所述套筒套设在所述导杆上，所述套筒与所述导杆过盈配合，所述套筒具有柔性；所述移动结构包括丝杆、螺母、导轨，所述丝杆与所述第一连接孔、所述第二连接孔同轴设置，所述丝杆的端部处于所述第二连接孔内，所述螺母连接于所述支架上，所述螺母与所述丝杆啮合，所述丝杆能够与电机连接，所述导轨设置于所述支架底部，所述支架与所述导轨通过滚珠滑块连接；所述控制器能够与电机连接，所述控制器用于调节所述电机的转速和转角。

本发明的实施例至少具有以下有益效果：本发明中，将带料张紧，带料通过套筒在导杆上进行卷绕，套筒具有柔性，在卷绕过程中，套筒在带料侧边缘处形成台阶，在带料正常卷绕时，台阶对带料的继续卷绕形成导向作用，便于保持带料的正常卷绕，在带料偏移时，台阶对带料的继续偏移产生阻碍，同时，柔性套筒便于提升带料与套筒间的摩擦，提升纠偏效率；支架辅助提升导杆的刚性，降低高速纠偏时的位移波动，提高纠偏响应速率。

本发明的某些实施例中，所述第一连接孔内设置有第一轴承，所述第二连接孔内设置有第二轴承，所述导杆的第一端与所述第一轴承连接，所述导杆的第二端与所述第二轴承连接。

本发明的某些实施例中，所述丝杆上设置有联轴器，所述联轴器用于连接电机。

本发明的某些实施例中，所述高速卷绕纠偏装置还包括基座，所述导轨设置于所述基座上。

本发明的某些实施例中，当带料绕过所述套筒时，带料在所述套筒产生的包角为60°至100°。

本发明的某些实施例中，当带料绕过所述套筒时，所述套筒的压缩变形量为带料厚度的2倍至3倍。

本发明的某些实施例中，套筒的长度为带料宽度的1.2倍至1.3倍。

本发明的某些实施例中，所述套筒由橡胶材料制成。

本发明的某些实施例中，所述套筒实心或所述套筒内部中空。

本发明提供一种纠偏方法，应用上述的高速卷绕纠偏装置，包括：

将带料绕过套筒连接到卷针上，对带料卷绕过程进行有限元分析，得到纠偏误差率随时间变化的曲线；

根据纠偏误差率随时间变化的曲线得到第一次超调误差率与第一次超调误差率返零的时间；

根据第一次超调误差率和带料位置偏差值得到第一阶段纠偏量与第二阶段纠偏量；

采用电机正常速度进行第一阶段纠偏，第二阶段纠偏在第一次超调误差率返零的时间内完成。

本发明的实施例至少具有以下有益效果：本发明中，通过有限元分析，测算当前设备在高速纠偏时产生的超调量，将纠偏动作分两步完成，第一阶段正常速度纠偏，第二阶段在较长的时间内完成较小的纠偏量，从而抑制后续可能产生较大的位置波动，提高了纠偏效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一种高速卷绕纠偏装置的结构示意图；

图2是本发明一种纠偏方法的流程图。

附图标记：

101.支架；102.导杆；103.套筒；104.第一轴承；105.第二轴承；

201.丝杆；202.螺母；203.导轨；204.联轴器；

301.基座。

具体实施方式

本部分将结合图1至图2详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“中部”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。限定有“第一”、“第二”的特征是用于区分特征名称，而非具有特殊含义，此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供一种高速卷绕纠偏装置，高速卷绕纠偏装置包括卷绕结构、移动结构、控制器。

如图1所示，卷绕结构包括支架101、导杆102、套筒103，导杆102设置于支架101上，导杆102能够在支架101上进行转动，支架101的强度较高，支架101在导杆102的两端支撑导杆102，且保证支架101与导杆102的接触面积足够大，从而提升导杆102的刚度，避免导杆102在带料的作用下发生变形，提升纠偏的准确性。

进一步地，支架101两侧分别设置有第一连接孔、第二连接孔，导杆102的第一端处于第一连接孔内，导杆102的第二端处于第二连接孔内，由于导杆102平直，第一连接孔与第二连接孔近似同轴设置。套筒103套设在导杆102上，套筒103与导杆102过盈配合，且套筒103处于导杆102的中部，带料绕过套筒103送往卷针卷绕。具体地，套筒103具有柔性，带料在绕过套筒103时，在张紧力的作用下会在柔性表面形成一定压缩量的台阶。台阶在带料不存在偏差时具有导向作用，此时，当带料有发生偏移的趋势时，带料需要越过当前的台阶，还需要在偏移后的带料边缘形成新的台阶，这一过程中需要克服套筒103的弹性力。因此，带料趋向于在当前台阶内继续进行卷绕，有助于阻止带料偏移。在带料已经发生偏移时，带料侧边缘处的台阶会施加给带料向原始卷绕位置偏置的力，有助于提高纠偏效率。

在一些示例中，为降低导杆102在支架101上转动时受到的阻力，第一连接孔内设置有第一轴承104，第二连接孔内设置有第二轴承105，第一轴承104、第二轴承105分别与导杆102的第一端与第二端连接，以滚动摩擦代替滑动摩擦。进一步地，为避免第一轴承104在第一连接孔内发生轴向窜动，同时，避免第二轴承105在第二连接孔内发生轴向窜动，第一连接孔的内壁上设置有阶梯结构，第二连接孔的内壁上也设置有阶梯结构，第一轴承104的端面与第二轴承105的端面抵接在阶梯结构上。

在一些示例中，为保证套筒103具有柔性，套筒103由橡胶材料制成，当套筒103外部受到带料的张紧力时，套筒103表面容易产生凹陷，以保证台阶的形成。

具体地，当套筒103选用弹性较好的橡胶材料时，套筒103为实心结构；当套筒103选用弹性较差的橡胶材料时，套筒103为空心结构，降低套筒103对带料的支撑作用，便于在套筒103表面形成台阶。

在一些示例中，卷绕电池时，设置4条带料，各条带料送进路线为：从原始卷筒到达张紧装置，再从张紧装置到达高速卷绕纠偏装置，最后，从高速卷绕纠偏装置绕过后即到达卷针。再此过程中，高速卷绕纠偏装置通过移动结构改变带料的位置，从而使各条带料能够在卷针上对齐。

具体地，移动结构包括丝杆201、螺母202、导轨203，由于纠偏的过程需要改变带料在套筒103上的位置，因此，需要改变带料的位置或改变导杆102的位置。

在一些示例中，通过改变支架101的位置使导杆102的位置发生变化，支架101上设置有螺母202，螺母202内设置有丝杆201，丝杆201与螺母202啮合，当丝杆201进行转动时，螺母202将转动运动转化为直线运动，从而驱使支架101进行移动。可以理解的是，当螺母202相对于丝杆201进行移动时，丝杆201端部至螺母202的距离也发生变化，从而使丝杆201相对于支架101的位置发生变化，即支架101上需要存在能够容纳丝杆201端部的空间。为简化结构的复杂程度，丝杆201与第一连接孔、第二连接孔近似同轴设置，螺母202与第一连接孔、第二连接孔近似同轴设置，丝杆201的端部能够进入第二连接孔内部，以保证丝杆201和螺母202正常工作，简化支架101的结构。

丝杆201与电机连接，电机驱动丝杆201进行转动，以使支架101的位置发生变化，具体地，丝杆201上设置有联轴器204，联轴器204一端连接丝杆201，另一端连接电机。进一步地，支架101底部设置有导轨203，导轨203固定设置，支架101与导轨203通过滚珠滑块连接，保证支架101移动距离的准确性，同时，导轨203也具有导向的作用，保证支架101按预设方向进行移动。

在一些示例中，高速卷绕纠偏装置还包括基座301，基座301水平设置，导轨203固定在基座301上，可以理解的是，高速卷绕纠偏装置采用的电机也固定在基座301上。

在一些示例中，高速卷绕纠偏装置设置有张力结构，张力结构对带料施加张紧力，张紧力的提升初步提升了带料与套筒103表面之间的摩擦力，避免带料在套筒103表面打滑。导杆102的纠偏动作是沿轴线进行轴向移动，由于采用单个导杆102，欲使导杆102连同套筒103轴向移动时能有足够的摩擦力带动带料同步进行移动，带料不仅需要具有足够的张力，还需要在绕过套筒103时具有一定的包角。进一步地，当包角小于60°时，带料与套筒103之间的接触面积过小，当导杆102轴向移动时，不足以使带料迅速响应，影响纠偏的准确性；当包角大于100°时，带料与套筒103之间的接触面积过大，影响带料克服摩擦力进行偏置时的灵活性，加重电机的负担。因此，套筒103处产生的包角为60°至100°。具体地，包角设置为90°。

在一些示例中，当带料绕过套筒103时，套筒103处受张紧力的作用产生一定量的凹陷，即套筒103表面具有压缩变形量。由于压缩变形量的存在，套筒103表面产生台阶，台阶在带料没有出现位置偏移时，会对带料的正确位置起到保持作用；在出现位置偏移时，台阶对偏移行为有阻碍作用，另一方面台阶在位置纠偏时，具有防止带料相对套筒103产生轴向打滑的作用，从而提高纠偏可靠性。当压缩变形量小于带料厚度的2倍时，台阶过小，产生的纠偏以及保持作用对带料的影响较小；当压缩变形量大于带料厚度的3倍时，台阶过大，需要很大的张紧力，使高速卷绕纠偏装置的负担过大，从而影响产品的卷绕效果。因此，套筒103的压缩变形量为带料厚度的2倍至3倍。

在一些示例中，带料的宽度小于套筒103的长度，当套筒103的长度小于带料宽度的1.2倍时，如果带料偏移量过多，会使台阶达到套筒103端部从而使台阶消失；当套筒103的长度大于带料宽度的1.3倍时，套筒103过长，以至于导杆102过长，从而导致带料至电机的距离较远，导杆102的刚度更加难以保证，从而影响纠偏准确性。因此，套筒103的长度为带料宽度的1.2倍至1.3倍。

控制器与电机电连接，控制器调节电机的转速和转角，从而使电机准确驱动丝杆201进行相应的转动，驱动支架101进行移动。

如图2所示，本发明实施例提供一种纠偏方法，包括：

将带料绕过套筒连接到卷针上，对带料卷绕过程进行有限元分析，得到纠偏误差率随时间变化的曲线。

采用仿真软件进行有限元分析，在纠偏误差率随时间变化的曲线中，纠偏误差率为需要纠正的带料偏移量与实时纠偏量的差值除以需要纠正的带料偏移量，且纠偏误差率为曲线的纵坐标，根据模拟数据可以针对所检测到的带料位置偏移量来对位置纠偏动作进行控制。

根据纠偏误差率随时间变化的曲线得到第一次超调误差率与第一次超调误差率返零的时间。

第一次超调误差率通过曲线的极值点纵坐标读出，第一次超调误差率返零的时间根据两次纠偏误差率到达零时所对应的横坐标值相减得出。

根据第一次超调误差率和带料位置偏差值得到第一阶段纠偏量与第二阶段纠偏量。

纠偏过程分为两个阶段完成，第一阶段的纠偏量为带料位置偏差减带料位置偏差与第一次超调误差率的乘积；第二阶段的纠偏量为第一次超调误差率与带料位置偏差的乘积。

采用电机正常速度进行第一阶段纠偏，第二阶段纠偏在第一次超调误差率返零的时间内完成。

第二阶段在较长的时间内完成较小的纠偏量，从而抑制后续可能产生的较大的位置波动，提高了纠偏效率。

在本说明书的描述中，若出现参考术语“一个实施例”、“一些实例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种高速卷绕纠偏装置，其特征在于，包括：

卷绕结构，所述卷绕结构包括支架、导杆、套筒，所述支架两侧分别设置有第一连接孔、第二连接孔，所述第一连接孔与所述第二连接孔同轴设置，所述导杆的第一端处于所述第一连接孔内，所述导杆的第二端处于所述第二连接孔内，所述导杆能够在所述支架上转动，所述套筒套设在所述导杆上，所述套筒与所述导杆过盈配合，所述套筒具有柔性，当带料绕过所述套筒时，带料在所述套筒产生的包角为60°至100°；

移动结构，所述移动结构包括丝杆、螺母、导轨，所述丝杆与所述第一连接孔、所述第二连接孔同轴设置，所述丝杆的端部处于所述第二连接孔内，所述螺母连接于所述支架上，所述螺母与所述丝杆啮合，所述丝杆能够与电机连接，所述导轨设置于所述支架底部，所述支架与所述导轨通过滚珠滑块连接；

控制器，所述控制器能够与电机连接，所述控制器用于调节所述电机的转速和转角；

其中，根据所述高速卷绕纠偏装置的纠偏过程得到纠偏误差率随时间变化的曲线，所述纠偏误差率为需要纠正的带料偏移量与实时纠偏量的差值除以需要纠正的带料偏移量，所述纠偏误差率为所述曲线的纵坐标；所述曲线的极值点纵坐标能够读出第一次超调误差率，所述第一次超调误差率返零的时间根据两次所述纠偏误差率到达零时所对应的横坐标值相减得出；所述高速卷绕纠偏装置的纠偏过程分为两个阶段完成，第一阶段的纠偏量为带料位置偏差减带料位置偏差与所述第一次超调误差率的乘积；第二阶段的纠偏量为所述第一次超调误差率与带料位置偏差的乘积；所述电机以正常速度进行所述第一阶段的纠偏，所述第二阶段纠偏在所述第一次超调误差率返零的时间内完成。

2.根据权利要求1所述的高速卷绕纠偏装置，其特征在于，所述第一连接孔内设置有第一轴承，所述第二连接孔内设置有第二轴承，所述导杆的第一端与所述第一轴承连接，所述导杆的第二端与所述第二轴承连接。

3.根据权利要求1或2所述的高速卷绕纠偏装置，其特征在于，所述丝杆上设置有联轴器，所述联轴器用于连接电机。

4.根据权利要求1或2所述的高速卷绕纠偏装置，其特征在于，所述高速卷绕纠偏装置还包括基座，所述导轨设置于所述基座上。

5.根据权利要求1所述的高速卷绕纠偏装置，其特征在于，当带料绕过所述套筒时，所述套筒的压缩变形量为带料厚度的2倍至3倍。

6.根据权利要求1所述的高速卷绕纠偏装置，其特征在于，套筒的长度为带料宽度的1.2倍至1.3倍。

7.根据权利要求1所述的高速卷绕纠偏装置，其特征在于，所述套筒由橡胶材料制成。

8.根据权利要求7所述的高速卷绕纠偏装置，其特征在于，所述套筒实心或所述套筒内部中空。

9.一种纠偏方法，应用权利要求1至8任意一项所述的高速卷绕纠偏装置，其特征在于：

将带料绕过套筒连接到卷针上，对带料卷绕过程进行有限元分析，得到纠偏误差率随时间变化的曲线，纠偏误差率为需要纠正的带料偏移量与实时纠偏量的差值除以需要纠正的带料偏移量，且纠偏误差率为曲线的纵坐标；

根据纠偏误差率随时间变化的曲线得到第一次超调误差率与第一次超调误差率返零的时间，第一次超调误差率通过曲线的极值点纵坐标读出，第一次超调误差率返零的时间根据两次纠偏误差率到达零时所对应的横坐标值相减得出；

根据第一次超调误差率和带料位置偏差值得到第一阶段纠偏量与第二阶段纠偏量，第一阶段的纠偏量为带料位置偏差减带料位置偏差与第一次超调误差率的乘积；第二阶段的纠偏量为第一次超调误差率与带料位置偏差的乘积；

采用电机正常速度进行第一阶段纠偏，第二阶段纠偏在第一次超调误差率返零的时间内完成。