CN1285886A - 电缆工业所使用机械的带有实时数据采样的监视控制装置 - Google Patents

Abstract

带有实时数据采样的监视和控制装置,包括一个光学测量装置,一个带有微处理器的处理电路和一个外部控制装置。该微处理器接收从该光学测量装置来的数据,并对该数据采样,以实时地了解,在将导线元件卷绕在主电缆上之前,该导线元件的位置及其机械振动情况。如果该导线元件的位置和振动数据发生偏移,则EPROM存储器的程序可以产生一个自行校正函数。可以控制该第一电机,第二电机和机械张紧装置,以重新建立该装配机械的最优工作状态。

Description

电缆工业所使用机械的带有实时 数据采样的监视控制装置

本发明涉及一种用于将至少一个导线元件卷绕在一根主电缆上，形成一根卷绕的电缆的装配机械的监视和控制装置，所述装配机械装有包括下列部件的作动器：

为卷绕在至少一个送料器卷筒上的所述导线元件导向的一个卷绕头；

用于驱动该卷绕头转动的第一头电机；

用于驱动卷绕着所述卷绕电缆的一个接收器卷筒转动的第二电机；

和当进行卷绕时，用于机械张紧该导线元件的装置；

所述监视和控制装置包括：

一个装有至少一个将光束投射至该导线元件上的光发射器，和用于接收反射的光束的接收器；并输出测量信号的光学测量装置；

一个用于接收所述测量信号和将控制和/或调整信号送至所述作动器的，带有微处理器的处理电路；

和一个包括用于根据该处理电路的预先确定的程序，输入该装配机械的自动工作参数的微型计算机的外部控制装置。

一般来说，本发明涉及用于进行至少一个导线元件的卷绕工作的一种装配机械。

更具体地说，本发明涉及用于这样一种装配机械的、带有实时数据采样的监视和控制装置。

本发明可用于，例如，旨在将多个导线元件一个绕在另一个上，或互相缠绕的一种装配机械上；并且也可用于将一个或多个外围的导线元件卷绕在一根中心电缆上的一种装配机械上。这些导线元件可以是金属的，或由其他材料制成。

以后在本文中，术语“导线元件”是指横截面可为任何形状的电缆或电线形式的物品(导线元件，例如，可以是一个薄带)，但在大多数情况下，一般的横截面为在其全长上都是固定不变的圆形。这种导线元件可以构成一个基本上完成机械功能的简单的导线(例如，增强导线或绝缘带或保护带)；或者可以构成一根包括一股或多股导线的，用于传输电、磁、光或任何其他形式的能量或信号的电缆。

以后在本文中，术语“中心电缆”是指上述的任何导线元件，但其刚度或拉伸强度一般较高，可使另一个导线元件卷绕在这个中心导线元件周围。

以后在本文中，术语“外围的导线元件”是指其刚度一般低于中心导线元件的刚度的上述任何导线元件，因此，外围导线元件可以卷绕在中心电缆周围。

然而，中心电缆的刚度也可比外围导线元件的刚度低，这也不偏离本发明的范围；而中心电缆的抗拉强度很高，可允许将外围导线元件卷绕在该中心电缆周围。

以后在本文中，术语“卷绕工序”是指利用根据本发明的，可使至少一个导线元件卷绕在一根中心电缆上，或至少还有另一个导线元件卷绕在一根中心电缆上的装置进行的工序。

在这些卷绕工序中，可以举出下列一些例子：

搭接，即将可以与一根中心电缆连接，或一般不连接的一个导线元件绕成许多圈；

绞合，即按照预先决定的卷绕节距(在开始线圈和末端线圈之间，在中心电缆上测量的距离，在开始卷绕和结束卷绕时，在电缆圆周上标记相同)，卷绕几个导线元件；

缠绕，用一根或多根带子包覆中心电缆；

由在中心电缆周围形成编织层组成的工序，这种编织层可由几个扁的带子形成，一个扁带又由几个或单个的彼此交替地卷绕在中心电缆周围的导线元件构成，从而在该中心电缆周围形成一个或多个编织层，制成同轴电缆。该编织层可是由几个导线元件制成的几个扁带织成的网。这种编织层可以用来，例如，形成中心电缆的屏蔽，或中心电缆的任何其他保护装置。

一自身进行的编织，即不是卷绕在中心电缆周围，而形成一个实心的编织层或空心的编织层；

以后在本文中，术语“装配机械”是指可进行这种卷绕工序的任何机械，这种机械尽管进行的不见得是装配工作，而是编织，缠绕，搭接，绞合或与其相似的工序。

文件WO 93/07330和文件FR-A 2739701说明了用于卷绕至少一个导线元件的装置，该装置包括可以在卷绕工序过程中，进行下列测量的一个光学装置：

在卷绕头和卷绕地点之间张紧的导线元件上，测量入射光束的反光强度；

在卷绕头和卷绕地点之间张紧的导线元件上，测量入射光束的镜面反射角的振动振幅，这种振动振幅可代表卷绕过程中，导线元件的张力；

在卷绕头和卷绕地点之间的张紧的导线元件上，在由该卷绕头的角度位置的连续控制装置确定的一个时间窗口内，实现上述测量中的一种测量，以便选择进行这种测量的一个单一的导线元件；

在卷绕头和卷绕地点之间的张紧的导线元件上，测量有/无入射光束的反光强度，以便连续测量该卷绕头的角度位置。

在这个先前的技术中，使用了一个光学组件，将光束送至导线元件上，对反射光进行相应的光学测量；并且还使用了一个接收从该光学组件发出的信号和从其他测量元件发出的辅助信号，以输出装配机械工作所需要的数据，或自动调整该机械工作参数的电子装置。

在自动工作情况下，这种形式的先前技术的装配机械产生的问题，是需要进行下列工作：

选择和使用其特性与所用的导线元件形式兼容的该装配机械上的特定形式的光学测量装置；

选择和使用元件特性与用于自动控制的功能装置形式兼容的，该装配机械上的特定的电力通讯元件形式；和

选择和使用可使该电力通讯元件作下列工作的，该装配机械上的一个特殊装置，即：当要自动控制该电力通讯元件时，断开该装配机械的功能装置的起始手动控制；而当在装配机械工作过程中，当使用者希望手动控制功能装置，而不是自动控制功能装置时，则断开该进行起始手动控制的这个元件。

由于下列原因，加工条件变化相当大：

现有的装配机械很多，而且包括各种各样形式的机械(例如，立轴式或卧轴式机械，卷绕单股导线的机械或卷绕许多股导线的机械，自动控制机械或手动控制机械)；

某一特定形式的机械可以进行不同形式的卷绕工作(例如，绞合，搭接，缠绕或编织)；

某一个特定的卷绕工序中，可以处理性质非常不同的元件(例如，某些导线反光性很好，另一些导线反光性很低，某些导线很粗，另一些导线很细-例如几个微米粗)。

在一天中，机械的环境照明条件变化很大(例如，可从夜间的正常的工作照明，转换至白天的通过窗户的直接阳光照明)，并且瞬时可以有很大变化(例如，车间的人工照明开或关)。

由于这些原因，因此需要有一种具有实时数据采样功能的监视和控制装置，与具有任何工作循环的装配机械配合工作。

本发明的一个目的是要提供一种可用于几种工作方式和不同卷绕模式的，万能装配机械的一个实时监视和控制装置。

根据本发明的监视和控制装置的特征为：

该处理电路的微处理器，接收从该光学测量装置来的数据，并对数据进行采样，以实时了解在该导线元件卷绕在该主电缆上之前，该导线元件的位置和其在机械振动中的情况；

存储装置，即EPROM存储器，其程序可在该导线元件的位置和振动数据出现偏移时，产生一个自行校正函数；

和由第一电机，第二电机和机械张紧装置组成的电气控制装置，可以重新建立该装配机械的最优工作条件。

根据本发明的优选实施例，利用微处理器实时控制该电子控制装置，以调整卷绕头的第一电机和拉动主电缆的接收器卷筒的第二电机之间的同步，并利用至少一个电磁制动器，建立预先设定的对导线元件的机械张力。该处理电路存储采样后的该导线元件的最大、最小和平均振动的值，以便实时地在微机屏幕上观察所述导线元件的振动情况和定位情况；EPROM存储器中的驻留管理程序可使得该装配机械，能将该导线元件相对于主电缆的振动和位置闭环锁定。

根据本发明的一个特点，辅助的环境温度和/或湿度传感器与该处理电路连接，可以了解在环境条件波动时，该导线元件的工作情况是否有偏移。

根据本发明的另一个特点，该光学测量装置的发射器和接收器，带有倾斜调整装置，以调整投射至导线元件上的光束发射场和该光束的接收情况。

本发明的其他优点和特点，通过下面结合附图对非限制性例子的实施例的说明，将会更加清楚。

图1为装有根据本发明的带实时数据采样的监视和控制装置的一种装配机械的示意性平面图；

图2为构成图1所示装置的元件之一的光学测量传感器的横截面图；

图3表示卷绕过程监视区的放大图；

图4表示该监视和控制装置的电子处理电路的方框图；

图5和图6分别表示不同机械张力值时的导线元件的最大和最小振动的测量图形；

图7表示根据加在导线元件上的机械张力的，最大和最小振动的平均值二条代表性曲线1和2。

图1中，装配机械15包括一个装有偏心皮带轮51的卷绕头50，该偏心皮带轮为绕在分别由电磁制动器53F和53A减速的第一个供料器卷筒52或第二个供料器卷筒52A上的导线元件4或4A导向。第三个供料器卷筒54支承着卷绕的主电缆6，该主电缆的自由端股线6A，从供料器卷筒54延伸至由电机56M驱动的接收器卷筒55，并张紧着，同轴地通过该卷绕头50。导线元件4或4A的自由端股线4B，从偏心皮带轮51，延伸至位于该卷绕头50和接收器卷筒55之间的电缆股线6A的区域8中。卷绕头的电机57M，通过适当的传动装置58，驱动该卷绕头50转动。这种机械在文件FR-A-2739701中作了详细说明。

速度和角度位置编码器59可测量该卷绕头50的速度和角度位置。工作时，该导线元件或多个导线元件4或4A，卷绕在该中心电缆6上，形成一根卷绕的、组装好的、绞合电缆6B。然后，该绞合电缆6B再卷绕在上述接收器卷筒55上。带实时数据采样的监视和控制装置15(虚线包围部分)包括：

面向该端股线4B放置，用于输出光学测量信号的一个光学测量装置16；

一个通过电缆18，接收从该光学测量装置16来的测量信号的数据处理电路17；和

一个外部控制装置20，例如微型计算机，它可让使用者通过经由电缆21，控制该数据处理电路17的程序工作，来控制该装配机械的至少一个自动工作参数。

电路17的一个输出，通过分支电缆64A与电机56M的变速器56V连接；而电路17的一个输入，则通过分支电缆64B，与相应的控制装置63连接。

电路17的另一个输出，通过分支电缆66A与电磁制动器53F的电源53C连接；而电路17的一个输入，则通过电缆66B与控制装置65连接，以控制上述第一个供料器卷筒52的电机53G的扭矩。

电路17的再一个输出，通过分支电缆62A，与电机57M的变速器57V连接；而电路17的一个输入，则通过分支电缆62B，与相应的控制装置61连接。

电路17的输入，还通过分支电缆68A，与上述编码器59连接；而电路17的输出，则通过分支电缆68B，与相应的显示装置67连接。

计算机20可以起一个总的控制装置的作用，它可以：

通过变速器56V和57V，控制电机56M和57M；

控制电磁制动器53A，53F，或电机53G的扭矩；

通过编码器59，检查该卷绕头50的速度和角度位置；

显示上述光学测量装置16的测量值；和/或

计算或显示处理任何其他的数据。

在图2中，该光学测量装置16包括一个光学壳体25，壳体中装着红外线光束的投射装置26A和37A，一个环境光线传感器28和一个光接收器35。

该投射装置包括投射二束具有精确的原始离开角度α和α1的光束36和38，并在一定距离处形成交点41的第一个红外线发射器26A和第二个红外线发射器37A。

红外光接收器35放在管子35A内，可以测量由导线元件4B反射出来的光。该红外光接收器35可测量以非镜面反射方式反射的光，并可起下列作用：

检测有/无导线的检测器；

导线反光特性的连续模拟测量(例如，导线亮度的变化，或导线颜色的变化)，以便连续地检查导线质量；

作为在导线非常细或非常暗的情况下，为了精确地随时检测在红外线光束36和38的区域内的该导线元件4B的一种响应非常快的高灵敏度传感器。

在上述壳体25内，与上述发射器26A，37A连接的导线32，40；与上述光接收器35连接的导线39和与环境光线传感器28连接的导线34，都一起装在电缆18的外壳中。

光学测量装置16的光线10的发射器26A，37A可以具有不同的发射波长和不同的发射功率。为了增加或减小与相交区域41的距离，可以调整发射器26A，37A的倾斜角度α，α1。为了改变接收区域，也可调整光线接收器35的倾斜角度α2。

发射器26A，37A和光线接收器35形式的选择，取决于导线元件4的反光特性和要进行的测量形式。

图3表示缠绕过程的实时监视区的放大图。光学测量装置16可在导线元件4B卷绕在主电缆6的股线6A上之前，检查的该导线元件4B的缠绕带的振动程度73。数据处理电路17对振动的分析，可以用来调节电磁制动器53F作用在该缠绕带的机械张力。该光学测量装置16还可以监视在上述区域8中的卷绕点，以便该缠绕带的搭接和各圈之间的节距精度最优，并可检测该缠绕带的折叠或旋转情况。

在图4中，数据处理电路17包括一个用于实时接收从光学测量装置16来的数据，和与上述外部控制装置20的微机一起工作，根据所要求的工作条件，输入数据和参数的微处理器75。微处理器75，还与一个ROM存储器77，一个RAM存储器78和一个EPROM存储器80连接。该EPROM存储器80具有通过作用在作动元件(导线元件4A的制动器53A，电机56M，57M的同步机构等)上，对观察到的偏移(导线元件的位置和振动)，产生自我校正函数的驻留管理程序。

由上述光学测量装置16进行的实时数据采样，可以知道导线元件4的位置和它相对于其最大振动的工作情况。

在图5和图6的图形中，根据由电磁制动器53F确定的机械张力值，显示了导线元件4的工作情况。

图形A的标记SV-22G相应于加在导线元件4上的张力为22克。图5表示被数据处理电路17采样后的最大振动值，而图6表示其最小振动值。

其他图形B，C，D，E和F相应于较大的机械张力，即：对于标记SV-52G，张力为52克；对于标记SV-111G张力为111克；对于标记SV-148G张力为148克；对于标记SV-157G，张力为157克；对于标记SV-209G，张力为209克。

在图7中，受到22克(SV-22G)张力作用的导线元件4上观察到的振动平均值为260点。在张力增加后，在张力为148克至209克之间，最大振动值和最小振动值之差几乎为常数。

实时观察导线元件4的工作情况，可以非常迅速地校正装配机械的工作。另外，随时都可知道该导线元件4相对于主电缆6的股线的位置。

装配机械可按照二种不同的模式工作：

(1)手动模式

这种模式可调整该装配机械，将导线元件4放置在主电缆6的支承上的精确位置处。这种调整可通过下述方法达到：

使导线元件4的卷绕头50与拉动主电缆6的接收器卷筒55的回转之间实现同步；

利用电磁制动器53A，在导线元件4上加张力。

在对装配机械的监视和控制装置15进行这种手动调整以后，可以在微机20的屏幕上，看到该导线元件的工作情况。即：

导线元件的振动(图7的平均值，图5的最大值，和图6的最小值)；

导线元件的位置(图7的振动平均值)。

使用者可在任何时间调整上述设定值和装配机械的设定值。

例如，在使用脆性材料(例如PTFE)的情况下，环境温度或环境湿度直接影响导线元件4的特性。该导线元件经过的路径(导向滚子，导轨等)可能突然或逐渐地产生一些故障(导向滚子卡住，导轨肮脏等)，结果会增加该导线元件4的张力和干扰该导线元件4在预先调整好的主电缆6上的定位。

其他参数也可影响该导线元件4的定位，特别是尺寸偏差(导线元件的宽度或直径)。

(2)自动模式

当从手动模式切换至自动模式时，作为导线元件4定位的平均值的导线4的振动值，在采样后存储起来。这些值可作为装配机械自动模式工作的参考值。

EPROM存储器80的驻留管理程序，可用于使该装配机械将该导线元件4相对于主电缆自由端股线6A的位置闭环锁定，并锁定该导线元件4相对于主电缆自由端股线6A的振动。该驻留管理程序还可控制该监视和控制装置15中的作动元件，根据预先在EPROM存储器80中编程的优先次序，去补偿所观察到的偏移(导线元件的位置和其振动)。

如果导线元件4的位置相对于其开始存储的位置有偏移，则该程序可以调整卷绕头50的回转设定点，使该卷绕头50转速增加或降低；或者调整该接收器卷筒55的拉动设定点，增加或降低对电缆6B的拉动速度；或者调整也影响导线元件位置的加在导线元件上的机械张力设定点。

装配机械使用者可在任何时间改变上述作动元件的干预优先次序，以便使该导线元件4相对于主电缆6的位置最优，和/或最大限度地减小或增加该导线元件4的振动。

如果观察到的偏移太大，不能自行校正，EPROM存储器80的该驻留管理程序可使该装配机械停止。

实时监视导线元件4的位置及其振动关联到跟踪能力，可让使用者知道所观察到的偏移。以便让使用者知道通过规定的制造过程所得出的产量质量水平，和了解在与其相关的制造时间，制造速度(卷绕头回转速度等)和可能出现的停机(例如，改变导线元件)条件下，制造这种产品的制造过程。监视导线元件还应了解该装配机器外面的参数的偏移(环境温度、湿度等)。为此，辅助传感器82将环境温度和湿度的测量结果传送至微处理器75中。

Claims (7)

1．一种用于将至少一个导线元件卷绕在一根主电缆上，形成一根卷绕的电缆的装配机械的监视和控制装置，所述装配机械装有包括下列部件的作动器：

为卷绕在至少一个送料器卷筒上的所述导线元件导向的一个卷绕头；

用于驱动该卷绕头转动的第一头电机；

用于驱动卷绕着所述卷绕电缆的一个接收器卷筒转动的第二电机；和

当进行卷绕时，用于机械张紧该导线元件的装置；

所述监视和控制装置包括：

一个装有将光束投射至该导线元件上的至少一个光发射器，和用于接收反射的光束的接收器；并输出测量信号的光学测量装置；

一个用于接收所述测量信号和将控制和/或调整信号送至所述作动器的，带有微处理器的处理电路；和

一个包括用于根据该处理电路的预先确定的程序，输入该装配机械的自动工作参数的微型计算机的外部控制装置；

其中；

该处理电路的微处理器，接收从该光学测量装置来的数据，并对数据进行采样，以实时了解在该导线元件卷绕在该主电缆上之前，该导线元件的位置和其在机械振动中的情况；

存储装置，即EPROM存储器，其程序可在该导线元件的位置和振动数据出现偏移时，产生一个自行校正函数；和

由第一电机，第二电机和机械张紧装置组成的电气控制装置，可以重新建立该装配机械的最优工作条件。

2．如权利要求1所述的监视和控制装置，其中，利用微处理器实时控制该电子控制装置，以调整卷绕头的第一电机和拉动主电缆的接收器卷筒的第二电机之间的同步，并利用至少一个电磁制动器，建立预先设定的对导线元件的机械张力。

3．如权利要求1所述的监视和控制装置，其中，该处理电路存储采样后的该导线元件的最大、最小和平均振动的值，以便实时地在微机屏幕上观察所述导线元件的振动情况和定位情况；EPROM存储器的驻留管理程序可使得该装配机械，能将该导线元件相对于主电缆的振动和位置闭环锁定。

4．如权利要求3所述的监视和控制装置，其中，辅助的环境温度和/或湿度传感器与该处理电路连接，可以了解在环境条件波动时，该导线元件的工作情况是否有偏移。

5．如权利要求1所述的监视和控制装置，其中，该光学测量装置的发射器和接收器，带有倾斜调整装置，以调整投射至导线元件上的光束发射场和该光束的接收情况。

6．如权利要求1所述的监视和控制装置，其中，该第一电机装有一个与该处理电路连接的速度和角度位置编码器，以便检查该卷绕头的速度和角度位置数据，将所述数据显示在显示装置上。

7．如权利要求5所述的监视和控制装置，其中，该光学测量装置带有一个环境光线传感器和二个包围中心接收器的红外光发射器，这些部件放在靠近该导线元件的一个壳体内。

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