CN1403360A - 细长物体卷取装置 - Google Patents

Abstract

一种细长物体卷取装置，过去，以简单的结构难以对线材进行稳定的卷取。为了解决这一问题，本发明利用绞盘以规定的速度送出线材1，用电机9使卷线筒8旋转，将线材1卷绕在卷线筒8上。设置储线器兼张力检测器7。使用卷取开始速度为Fs、卷取结束速度Fe、卷取目标所要时间Te、经过时间t、张力校正速度指令C和卷取常数D来决定电机9的卷取速度。

Description

细长物体卷取装置

技术领域

本发明涉及线材等细长物体的卷取装置。

背景技术

用逆变器驱动与线材供给侧的绞盘结合在一起电机，用逆变器驱动与卷取侧的卷线筒结合在一起的电机，线材从绞盘等供给侧旋转体送出，由卷取侧的旋转体、即卷线筒卷取，在这样的装置中，由于卷取侧的绞盘的直径、幅宽和在绞盘中的卷取位置以及卷取时间等的变化，供给侧的速度和卷起侧的速度很难一致。为了解决这一问题，有时，设计储线器作为机械式补偿线材的张力变动或转矩变动的装置。但是，当张力变化大时，储线器也必然大。还有时，控制卷取侧电机使张力一定。但是，以这种方式难以得到稳定的卷取特性。为了解决这一问题，特公平7-12884号公报公开了根据供给侧电机的状态控制卷取侧电机的方法。

但是，上述根据供给侧电机的状态控制卷取侧电机的方式必需有用来联系供给侧和卷取侧的装置，所以存在装置复杂且成本高的缺点。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种卷取装置，不仅简单而且能够进行稳定的卷取。

为了解决上述问题，达到上述目的，本发明具有使用供给侧旋转体以规定的速度供给线状或带状的细长物体的细长物体供给装置、卷取上述细长物体的卷取旋转体、使上述卷取旋转体旋转的卷取的电机和控制上述卷取电机的旋转的控制装置，上述控制装置包括：产生表示上述细长物体相对上述卷取旋转体的卷取开始时的目标卷取速度的信号的装置；产生表示上述细长物体相对上述卷取旋转体的卷取结束时的目标卷取速度的信号的装置；产生表示从上述细长物体相对上述卷取旋转体的卷取开始到卷取结束的目标所要时间的信号的装置；产生表示从上述细长物体相对上述卷取旋转体的卷取开始到卷取结束的经过时间的信号的装置；与上述卷取开始时的目标卷取速度、上述卷取结束时的目标卷取速度、上述目标所要时间和上述经过时间对应形成适合于上述经过时间的卷取速度指令的卷取速度指令信号形成装置；和驱动上述卷取电机使其得到与上述卷取速度指令对应的卷取速度的装置。

再有，如技术方案2所示那样，若设上述卷取开始时的目标卷取速度为Fs，上述卷取结束时的目标卷取速度为Fe，上述目标所要时间为Te，上述经过时间为t，设B＝1/Fs²，A＝{(1/Fe²)-B}/Te，并设卷取速度指令为F，则上述控制装置的上述卷取速度指令信号形成装置最好是形成表示

F＝{1/(A×t+B)}^1/2即， $F=\sqrt{\{1/(A\×t+B)\}}$

的信号的装置。

此外，如技术方案3和5所示那样，最好在卷取速度指令信号上增加张力校正速度指令C。

此外，如技术方案4和5所示那样，最好在卷取速度指令信号上增加卷取常数D的校正。

若按照各技术方案的发明，利用卷取开始时的目标、即基准卷取速度Fs、卷取结束时的目标、即基准卷取速度Fe、卷取的目标所要时间Te和卷取经过时间t的少量的设定或发生项目来控制卷取过程，根据卷取旋转体的细长物体的卷取直径的增大、即粗细调整张力的变化，可以进行稳定的卷取。即，可以防止卷绕不均和断线从而可以降低成本。

附图说明：

图1是表示第1实施形态的卷取装置的方框图。

图2是表示图1的位置传感器和控制装置的概略框图。

图3是表示经过时间与速度指令的关系的图。

图4是表示位置传感器的LPF输入和输出的波形图。

图5是表示第2实施形态的捻线装置的方框图。

图6是表示阶梯速度指令的图。

发明的具体实施方式

下面，参照图1～图4说明本发明的第1实施形态。

按照本发明的第1实施形态制造的拉线机中的卷取装置如图1所示，具有金属线1、供给该线材1的供给侧的卷线筒2、作为供给侧旋转体的绞盘3、与绞盘3结合在一起的电机4、作为电机4的驱动装置的逆变器5、拉伸模部、即拉线部6、储线器兼张力检测器7、作为卷取侧旋转体的卷线筒8、与卷取侧卷线筒8结合在一起的卷取侧电机9、作为电机9的驱动装置的逆变器10、配置在线材1的通路上的多个滚子11、11’、13、14、15、16、17、18、控制装置12和横臂19。

线材1是在相对拉线部6是供给侧的直径例如为1cm的粗钢丝1a，而在相对拉线部6是卷取侧的直径例如为1mm的细钢丝1b。使线材1成卷的供给侧卷线筒2支起来可自由转动，必要时通过供给侧电机(未图示)进行转动来送出线材1。绞盘3由电机4驱动，送出线材1。为了利用绞盘3使线材1从供给侧卷线筒2引出来并送出去，使线材1在绞盘3上卷成α形状，或者使线材1通过虚线所示的夹送轮3a对绞盘进行转接。电机4例如是感应电动机等交流电机。

与电机4连接的逆变器5将直流变换成交流，向电机4供给例如50Hz的正弦波交流电压。若使绞盘3定速转动，可以以一定的线速度将线材1送出。

拉线部6是一般称之为拉伸模的大家所熟知的部件，将大直径线材1a加工成小直径线材1b。该拉线部6配置在供给侧卷线筒2和绞盘3之间。

储线器兼张力检测器7由与从滚筒16、17呈U字形下垂的线材1b接触的圆柱状坠子7a和将该坠子7a在铅垂方向上的位置变换成电信号的位置传感器7b构成，配置在绞盘3和卷取侧卷线筒8之间。因坠子7a的轴插入向支持板7c的铅垂方向延伸的狭缝7d中，故坠子7a可在狭缝7d的范围内上下移动。在该实施例中，因利用控制装置12可以很好地控制线材1的卷取，故不必利用坠子7a来进行很大的张力改正。因此，储线器兼张力检测器7比过去的储线器小。位置传感器7b如图2所示，例如由可变电阻器VR和低通滤波器LPF构成，把与坠子7a的位置成比例的电压Vt作为张力检测电压输出。位置传感器7b的可变电阻器VR的滑触头的位置与坠子7a的位置成比例变化，输出伴随有图4所示的短周期振动的位置检测信号Vp。低通滤波器LPF对位置检测信号Vp进行积分，输出已除去短周期振动的张力信号Vt。再有，低通滤波器LPF最好至少能将逆变器8的输出信号频率f的3倍频率3f以上信号滤除。

卷取侧卷线筒8具有半径R的圆柱状的卷绕部分，支起来可自由转动。与卷线筒8结合在一起的电机9是感应电动机等交流电机，与逆变器10连接。作为电机驱动装置的逆变器10将直流电源10a的直流电压变换成交流电压，可以改变供给电机9的交流电压的频率。在卷取侧卷线筒8的附近配置大家熟知的横臂19。横臂19为了使线材1b卷绕均匀而使线材从卷线筒8的轴向的一端到另一端移动或使其反向移动。

与逆变器10连接的控制装置12控制逆变器10的输出电压的频率，从而控制电机9和卷线筒8的转速，由卷绕开始速度信号发生器13、卷绕结束速度信号发生器14、卷取目标时间信号发生器15、卷取经过时间信号发生器16和速度指令形成装置17构成。

卷绕开始速度信号发生器13例如由可改写的存储器构成，保持并发生表示在卷取侧卷线筒8上开始卷取时的目标速度Fs的信号。该卷取开始速度Fs是卷线筒8和电机9的转速，可由理论值决定，使由卷取开始时卷线筒8的卷绕部分的半径R1和卷线筒8的转速决定的卷绕部分的圆周速度和绞盘3送出的线材1的线速度相等，例如，相对于逆变器10的输出频率50Hz。再有，卷取开始速度Fs也可以不由理论值决定而根据实验决定。

卷绕结束速度信号发生器14例如由可改写的存储器构成，保持并发生表示线材1对卷取侧卷线筒8结束卷取时的目标速度Fe的信号。该卷取开始速度Fe是卷线筒8和电机9的转速，可由理论值决定，使由卷取结束时卷线筒8的卷绕部分的平均半径R2和卷线筒8的转速决定的卷绕部分的圆周速度和绞盘3送出的线材1的线速度相等，例如，相对于逆变器10的输出频率30Hz。再有，卷取开始速度Fe也可以不由理论值决定而根据实验决定。

卷取目标时间信号发生器15例如由可改写的存储器构成，保持并发生为了将规定量的线材1卷绕在卷线筒8上所必需要的卷取目标所要时间Te。目标所要时间Te或者根据线材1的卷取量、卷起开始速度Fs和卷取结束速度Fe从理论上求出，或者通过用绞盘3送出线材1的速度去除线材1的目标卷取量、即长度求出，或由实验决定。再有，在图3中，t0～t1所示的期间是目标所要时间Te，例如7小时。此外，图3的t0时刻的速度Fs是卷取开始速度，t1时刻的速度Fe是卷取结束速度。

经过时间信号发生器16由定时器和计数器构成，产生表示从卷取开始时刻到卷取结束时刻的经过时间t的信号，例如，每时每刻产生图3的横轴的t0～t1间的经过时间。

速度指令形成装置17与卷绕开始速度信号发生器13、卷绕结束速度信号发生器14、卷取目标时间信号发生器15、卷取经过时间信号发生器16和位置传感器7b连接，利用从它们那儿送来的输入信号形成速度指令信号再送往逆变器10。

速度指令形成装置17由包含运算程序的微机、即微处理器等数字电路构成，或由模拟运算电路构成。在图2中，速度指令形成装置17由等效的数字电路示出。该速度指令形成装置17为了执行 $F=\sqrt{\{1/(A\×t+B)\}}+C+D----\left(1\right)$

的运算，由B运算电路21、A运算电路22、F1运算电路23、张力校正速度指令形成电路24、卷取常数D发生器25和加法器26构成。再有，上式(1)是实测经过时间t和电机9的转速的最佳关系并进行拟合而形成的。

B运算电路21将从图1的卷取开始速度信号发生器13产生的卷取开始速度Fs作为输入，进行B＝1/Fs²的运算。

A运算电路22将B运算电路21的输出B、图1的卷取结束速度信号发生器14的卷取结束速度Fe、卷取目标时间信号发生器15的目标所要时间Te作为输入，进行

A＝{(1-Fe²)-B}/Te

的运算并输出A。

F1运算电路23将B运算电路21的输出B和A运算电路22的输出A及图1的经过时间信号发生器16的经过时间t作为输入，作为基本速度指令F1，进行 $F1=\sqrt{\{1/(A\×t+B)\}}\·\·\·\left(2\right)$

即F1＝{1/(A×t+B)}^1/2的运算。

张力校正速度指令形成电路24由基准电压27和误差放大器28形成。基准电压源27产生表示张力检测信号Vt的基准值Vr、即储线器兼张力检测器7的坠子7a的偏置位置(中间位置)的信号。误差放大器28输出由低通滤波器LPF的输出Vt和基准电压源27的基准值Vr的差形成的张力校正速度指令C。再有，当用数字电路构成控制装置12时，对张力检测信号Vt或误差放大器28的输出进行A/D变换。此外，还对速度指令信号形成装置17的输出进行A/D变换。

卷取常数D发生器25例如输出利用微调旋钮的调整由校正值形成的常数D。即，该卷取常数D发生器25产生在储线器兼张力检测器7中用来微调坠子7a的位置和位置传感器7b的输出的偏差的信号。因此，当不需要进行微调时也就不需要卷取常数D发生器25。此外，也可以不产生卷取常数D，而通过使基准电压源27可变来微调基准电压Vr。

加法器26使基本速度指令F1与张力校正速度指令C和卷取常数D相加，并输出上述式(1)所示的速度指令F。

在该实施形态中，速度指令信号形成电路17产生作为速度指令信号F的与速度成比例的电压。因此，逆变器10包含电压频率变换器、即VCO，由此将速度指令信号F变换成具有与速度成比例的频率的信号。逆变器10的输出频率与速度指令信号成比例变化。再有，可以将电压-频率变换器放在速度指令信号形成电路17内，以频率的形式输出速度指令。

在本实施形态中，若设张力校正速度指令C和卷取常数D为0，则速度指令F伴随时间t的经过而象图3所示那样慢慢降低。因随着线材1b对卷线筒8的卷取，线材1b的卷绕部分的半径变大，故为了使该半径下的圆周速度保持不变，必须降低卷线筒8的转速。图3的速度指令F符合上述转速降低的条件。可以只根据上述式(2)的基本速度指令F1去控制电机9的转速，从而进行基本稳定的卷取。但是，因卷取装置各部分的尺寸及磨擦等的不一致和线材1b相对卷线筒8的卷绕位置的变化等原因，线材1的张力会发生变化，为了使该张力保持一定，最好加上张力校正速度指令C或卷取常数D，或者两者都加上。若加上张力校正速度指令C，则可以校正较长周期变化的张力变化，并使坠子7a大致保持在基准位置上，从而实现更稳定的卷取。

由上述可知，在本实施形态中，因除经过时间t和位置传感器7b的输出Vt之外，都是预先设定的值，故送往逆变器10的最佳速度指令F可以容易而廉价地形成。

此外，通过加上速度指令F可以使坠子7a的变化范围变窄，从而使储线器兼张力检测器7小型化。

【第2实施形态】

其次，参照图5说明使用了本发明捻线装置。在图5中，对和图1实质上相同的部分添加同一符号并省略其说明。

在图5中，在绞盘3的前面配置第1、第2和第3供给侧线卷31、32、33，从这里供给第1、第2和第3线材41、42、43。第1、第2和第3线材41、42、43通过绞盘3和第1储线器兼张力检测器7送往捻线部34，在此，形成线捻44。捻线部34由电机35驱动。控制电机35的逆变器36由响应位置传感器7b的输出的第1控制装置12a控制。第1控制装置12a和图1的控制装置实质上是一样的，但在这里，卷取开始速度Fs和卷取速度Fe设定为同一值。因此，控制装置12a不由式(2)的基本速度指令F1进行控制，而只进行基于式(1)的张力校正速度指令C和常数D的控制。在捻线部34和卷取侧卷线筒8之间，和图1的情况一样，配置张力检测器7’和横臂19。第2张力检测器7’和第1张力检测器7的结构相同，其输出送往和图1同一构成的控制装置12a。

在图5的捻线控制装置中，因控制装置12a和图1有相同的构成故能得到相同3的效果。

【变形例】

本发明不限于上述实施形态，例如，也可以有下面的变形例。

(1)可以省略表示速度指令F的式(1)中的卷取常数D。

(2)在实施形态中，如图3所示，使用10ms左右的短周期速度指令，但也可以使用例如1分钟到几分钟间隔的更长周期的速度指令。这时，如图6所示，变成阶梯状的速度指令。

(3)实施形态所示的供给侧和卷取侧的卷取驱动系统中的电机4、9不限于感应电机，也可以是直流电机等各种各样的电动机。当电机4、9是直流电机时，不需要逆变器5、10。

(4)可以使用V/f一定控制、无速度传感器矢量控制、矢量控制等各种各样的控制方法去驱动实施形态所示的供给侧和卷取侧的卷取驱动系统中的逆变器。

(5)实施形态所示的卷取速度控制装置12也可以在逆变器10的外部电路中用硬件构成。

(6)可以将张力校正速度指令C变形为具有负值的指令“-C”。

(7)位置传感器7b可以是光学位置传感器。

Claims (5)

1.一种卷取装置，其特征在于：具有

使用供给侧旋转体以规定的速度供给线状或带状的细长物体的细长物体供给装置、

卷取上述细长物体的卷取旋转体、

使上述卷取旋转体旋转的卷取电机、

和控制上述卷取电机的旋转的控制装置，

上述控制装置包括：

产生表示上述细长物体相对上述卷取旋转体的卷取开始时的目标卷取速度的信号的装置；

产生表示上述细长物体相对上述卷取旋转体的卷取结束时的目标卷取速度的信号的装置；

产生表示从上述细长物体相对上述卷取旋转体的卷取开始到卷取结束的目标所要时间的信号的装置；

产生表示从上述细长物体相对上述卷取旋转体的卷取开始到卷取结束的经过时间的信号的装置；

与上述卷取开始时的目标卷取速度、上述卷取结束时的目标卷取速度、上述目标所要时间和上述经过时间对应形成适合于上述经过时间的卷取速度指令的卷取速度指令信号形成装置；

驱动上述卷取电机使其得到与上述卷取速度指令对应的卷取速度的装置。

2.权利要求1记载的卷取装置，其特征在于：若设

上述卷取开始时的目标卷取速度为Fs，

上述卷取结束时的目标卷取速度为Fe，

上述目标所要时间为Te，

上述经过时间为t，

B＝1/Fs²，

A＝{(1/Fe²)-B}/Te，

并设卷取速度指令为F，

则上述控制装置的上述卷取速度指令信号形成装置是形成表示

F＝{1/(A×t+B)}^1/2

的信号的装置。

3.权利要求1记载的卷取装置，其特征在于：进而在上述供给装置和上述卷取旋转体之间具有检测上述细长物体的张力的张力检测装置，若设

上述卷取开始时的目标卷取速度为Fs，

上述卷取结束时的目标卷取速度为Fe，

上述目标所要时间为Te，

上述经过时间为t，

B＝1/Fs²，

A＝{(1/Fe²)-B}/Te，

并设使上述张力一定那样来进行校正的张力校正速度为C，

卷取速度指令为F，

则上述控制装置的上述卷取速度指令信号形成装置是形成表示

F＝{1/(A×t+B)}^1/2+C

的信号的装置。

4.权利要求1记载的卷取装置，其特征在于：若设

上述卷取开始时的目标卷取速度为Fs，

上述卷取结束时的目标卷取速度为Fe，

上述目标所要时间为Te，

上述经过时间为t，

B＝1/Fs²，

A＝{(1/Fe²)-B}/Te，

并设卷取常数为D，

卷取速度指令为F，

则上述控制装置的上述卷取速度指令信号形成装置是形成表示

F＝{1/(A×t+B)}^1/2+D

的信号的装置。

5.权利要求1记载的卷取装置，其特征在于：进而在上述供给装置和上述卷取旋转体之间具有检测上述细长物体的张力的张力检测装置，若设

上述卷取开始时的目标卷取速度为Fs，

上述卷取结束时的目标卷取速度为Fe，

上述目标所要时间为Te，上述经过时间为t，B＝1/Fs²，A＝{(1/Fe²)-B}/Te，并设使上述张力一定那样来进行校正的张力校正速度为C，卷取常数为D，卷取速度指令为F，则上述控制装置的上述卷取速度指令信号形成装置是形成表示F＝{1/(A×t+B)}^1/2+C+D的信号的装置。

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