專利名稱：定張力卷繞裝置及其調控模組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種定張力卷繞裝置，特別是一種根據(jù)張力擺動輪的速度變化動態(tài)調整放料的定張力卷繞裝置
背景技術：
一般而言，卷繞裝置已廣泛應用于紡織、印染、造紙、冶金及軟性電子行業(yè)，且為避免進行加工的薄型材料遭過度拉張、擠壓或產(chǎn)生皺折，必須在加工過程中保持該薄型材料的張力處于預定的狀態(tài)。然而，在放料及卷收的過程中，由于放料輪的卷徑持續(xù)變小而收料輪的卷徑是持續(xù)變大，因此如何控制放料輪的轉矩，以維持在該放料輪及收料輪之間的薄型材料呈現(xiàn)預定張力，進而避免該卷繞裝置中的薄型材料發(fā)生放料或卷收異常的現(xiàn)象，已成為此類卷繞裝置的重要發(fā)展課題。如中國臺灣專利第IC67182號《全自動張力遞減裝置》專利案所述的一種現(xiàn)有的卷繞裝置，其是需先取得欲進行加工的薄型材料的長度、厚度及初卷的張力值，始能據(jù)以通過一卷徑演算器及一自動張力控制器控制放料輪及收料輪的轉速，進而使該放料輪及收料輪之間的薄型材料具有預設的張力。此外，該卷繞裝置另于該放料輪及收料輪之間設有一張力檢出器，以便將該薄型材料的實際張力值反饋至該卷徑演算器，借以供該自動張力控制器微調該放料輪及收料輪的轉速。然而，由于一般的薄型材料均具有彈性，而該薄型材料本身也可能存在制造誤差， 因此在實際情況下難以精確測得該薄型材料的長度及厚度等參數(shù)。其中，若各參數(shù)的量測誤差過大，也將導致該自動張力控制器的輸出誤差隨著運作時間的增加而遞增。此外，當更換它種的薄型材料進行加工作業(yè)時，也必須重新量測此種薄型材料的各參數(shù)，導致在使用上述的現(xiàn)有卷繞裝置時極為不便?；谏鲜鲈颍斜匾M一步改良上述現(xiàn)有的卷繞裝置，以期能簡化使用程序并提高薄型材料的張力的控制精確度。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種定張力卷繞裝置，其是根據(jù)一張力擺動輪的速度變化動態(tài)調整放料，以簡化人力作業(yè)程序及避免運算誤差量遞增，且進行線上即時監(jiān)控，為其主要發(fā)明目的。本發(fā)明提供一種定張力卷繞裝置，其控制一放料單元以超前補償扭矩量，使該放料單元所輸出的薄型材料具有穩(wěn)定的張力，以提高放卷及收卷穩(wěn)定性，并抑制薄型材料的振動量，為其另一發(fā)明目的。本發(fā)明提供一種定張力卷繞裝置的調控模組，其是便于直接使用于任何已預先設置完成的現(xiàn)有卷繞系統(tǒng)，控制此現(xiàn)有卷繞系統(tǒng)進行動態(tài)調整放料且提高放卷及收卷穩(wěn)定性，為其另一發(fā)明目的。本發(fā)明的一種定張力卷繞裝置，包含一放料單元、一卷收單元、一張力擺動輪、一張力檢測單元及一控制單元。該放料單元具有一輥輪及一調控致動器，該輥輪是可轉動并供固定及輸出呈筒狀卷繞的薄型材料，且該輥輪對應于本身的旋轉角度輸出一角度檢測信號，該調控致動器連接至該輥輪并能夠產(chǎn)生一輸出扭矩施加于該輥輪，且該調控致動器對應于該輸出扭矩輸出一扭矩檢測信號；該卷收單元是供卷收該薄型材料；該張力擺動輪設置于該放料單元及卷收單元之間，且對應本身的位移量輸出一位移檢測信號；該張力檢測單元設置于該放料單元及卷收單元之間，并對應于所測得的張力輸出一張力檢測信號；該扭矩差值計算單元電連接該輥輪、調控致動器、張力擺動輪及張力檢測單元以接收各該檢測信號，并計算獲得一扭矩命令信號；該控制單元電連接該扭矩差值計算單元及該調控致動器，以接收該扭矩命令信號，并根據(jù)一速度信號或該扭矩命令信號產(chǎn)生一控制信號送至該調控致動器。本發(fā)明的一種定張力卷繞裝置的調控模組，包含一扭矩差值計算單元及一控制單元。該扭矩差值計算單元接收一角度檢測信號、一扭矩檢測信號、一位移檢測信號及一張力檢測信號，并據(jù)以計算獲得一扭矩命令信號；該控制單元電連接該扭矩差值計算單元以接收該扭矩命令信號，并根據(jù)一速度信號或該扭矩命令信號產(chǎn)生一控制信號。本發(fā)明的一種定張力卷繞裝置及其調控模組，另包含該扭矩差值計算單元設有一單向濾波器、一第一微分器、一第二微分器、一除法器、一扭矩計算器及一減法器，該單向濾波器連接至該張力擺動輪以截取該位移檢測信號中在單一方向上的數(shù)據(jù)；該第一微分器連接該單向濾波器并對該單向濾波器的輸出進行微分以獲得該速度信號；該第二微分器連接該輥輪并對該角度檢測信號微分以取得一角速度信號；該除法器連接該第一及第二微分器并將該速度信號除以該角速度信號；該扭矩計算器連接該除法器及張力檢測單元，并將該除法器的輸出乘以該張力檢測信號；該減法器連接該扭矩計算器及調控致動器，并將該扭矩計算器的輸出減去該扭矩檢測信號而產(chǎn)生該扭矩命令信號。本發(fā)明的一種定張力卷繞裝置及其調控模組，更包含該控制單元具有一補償控制器連接至該扭矩差值計算單元的微分器及減法器，并分別接收該速度信號及扭矩命令信號，該補償控制器于判斷該速度信號與一預定速度之間的誤差大于一預設范圍時以該速度信號產(chǎn)生該控制信號，否則以該扭矩命令信號產(chǎn)生該控制信號。本發(fā)明的一種定張力卷繞裝置及其調控模組，更包含該控制單元具有一單向濾波器、一微分器及一補償控制器，該單向濾波器連接至該張力擺動輪以濾除該位移檢測信號中在水平方向上的分量，該微分器連接該單向濾波器并對該單向濾波器的輸出進行微分以獲得該速度信號，該補償控制器連接至該微分器及該扭矩差值計算單元的減法器，并分別接收該速度信號及扭矩命令信號，該補償控制器于判斷該速度信號與一預定速度之間的誤差大于一預設范圍時以該速度信號產(chǎn)生該控制信號，否則以該扭矩命令信號產(chǎn)生該控制信號。


圖1 本發(fā)明較佳實施例的定張力卷繞裝置的系統(tǒng)架構圖。圖2 本發(fā)明較佳實施例的定張力卷繞裝置的扭矩差值計算單元的系統(tǒng)架構圖。圖3 本發(fā)明較佳實施例的定張力卷繞裝置的控制單元的系統(tǒng)架構圖。主要元件符號說明
1 放料單元12 調控致動器3 張力擺動輪
2卷收單元
4張力檢測單元
51單向濾波器
53第二微分器
55扭矩計算器
6控制單元
62微分器
11 輥輪 5 扭矩差值計算單元52 第一微分器54 除法器 56 減法器61單向濾波器63補償控制器S0角度檢測信號Ss位移檢測信號Smc扭矩命令信號Sco角速度信號
Sme扭矩檢測信號 Stl張力檢測信號 Sv速度信號 Sc控制信號
具體實施例方式為讓本發(fā)明上述及其他目的、特征及優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉本發(fā)明的較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下請參照圖1所示，其為本發(fā)明較佳實施例的定張力卷繞裝置的系統(tǒng)架構圖，該定張力卷繞裝置包含一放料單元1、一卷收單元2、一張力擺動輪3、一張力檢測單元4、一扭矩差值計算單元5及一控制單元6，其中該扭矩差值計算單元5及控制單元6共同構成一調控模組，該調控模組借助該放料單元1、張力擺動輪3及張力檢測單元4所產(chǎn)生的數(shù)個檢測信號以反饋控制的方式控制該放料單元1，進而保持該放料單元1及卷收單元2之間的薄型材料具有固定的張力。請再參照圖1所示，本發(fā)明較佳實施例的定張力卷繞裝置的放料單元1供呈筒狀卷繞的薄型材料可轉動的設置，以便輸出該薄型材料。該放料單元1包含一輥輪11及一調控致動器12，該輥輪11是可轉動并供該筒狀的薄型材料套設固定，且該輥輪11是對應于其本身的旋轉角度θ輸出一角度檢測信號S0 ；該調控致動器12連接至該輥輪11，以便產(chǎn)生一輸出扭矩MR并施加于該輥輪11，且該調控致動器12對應于該輸出扭矩MR輸出一扭矩檢測信號S,其中，該調控致動器12為可輸出旋轉動力的裝置，例如可由一馬達構成。該卷收單元2則供卷收該薄型材料，以將該薄型材料恢復為呈筒狀卷繞，借此使該薄型材料在該放料單元1及卷收單元2之間展開以便進行加工。該張力擺動輪3是設置于該放料單元 1及卷收單元2之間，且可轉動的懸吊于該放料單元1及卷收單元2之間的薄型材料上，該張力擺動輪3是對應其本身的位移量S輸出一位移檢測信號^。該張力檢測單元4也設置于該放料單元1及卷收單元2之間，以檢測該放料單元1及卷收單元2之間的薄型材料的張力TL，并對應該張力孔輸出一張力檢測信號&l。請同時參照圖1及2所示，本發(fā)明較佳實施例的定張力卷繞裝置的扭矩差值計算單元5是電連接該輥輪11、調控致動器12、張力擺動輪3及張力檢測單元4，以供接收各該檢測信號S0、Sko Ss、 ^，并據(jù)以輸出一扭矩命令信號SK。詳言之，該薄型材料相對于該輥輪11的軸芯的卷徑D、該張力擺動輪3在單一方向上的速度Vt及該輥輪11的轉動角速度ω具有如下列公式(1)的關系
權利要求
1.一種定張力卷繞裝置，其特征在于，包含一個放料單元，具有一個輥輪及一個調控致動器，該輥輪系可轉動并供固定及輸出呈筒狀卷繞的薄型材料，且該輥輪對應于本身的旋轉角度輸出角度檢測信號，該調控致動器連接至該輥輪并能夠產(chǎn)生輸出扭矩施加于該輥輪，且該調控致動器對應于該輸出扭矩輸出扭矩檢測信號；一個卷收單元，供卷收上述薄型材料；一個張力擺動輪，設置于該放料單元及卷收單元之間，并對應本身的位移量輸出位移檢測信號；一個張力檢測單元，設置于該放料單元及卷收單元之間，并對應于所測得的張力輸出張力檢測信號；一個扭矩差值計算單元，電連接該輥輪、調控致動器、張力擺動輪及張力檢測單元以接收各該檢測信號，并計算獲得扭矩命令信號；及一個控制單元，電連接該扭矩差值計算單元及該調控致動器，以接收該扭矩命令信號， 并根據(jù)速度信號或該扭矩命令信號產(chǎn)生控制信號送至該調控致動器。
2.根據(jù)權利要求1所述的定張力卷繞裝置，其特征在于，該扭矩差值計算單元設有一個單向濾波器、一個第一微分器、一個第二微分器、一個除法器、一個扭矩計算器及一個減法器，該單向濾波器連接至該張力擺動輪以截取該位移檢測信號中在單一方向上的數(shù)據(jù)； 該第一微分器連接該單向濾波器并對該單向濾波器的輸出進行微分以獲得該速度信號；該第二微分器連接該輥輪并對該角度檢測信號微分以取得一角速度信號；該除法器連接該第一及第二微分器并將該速度信號除以該角速度信號；該扭矩計算器連接該除法器及張力檢測單元，并將該除法器的輸出乘以該張力檢測信號；該減法器連接該扭矩計算器及調控致動器，并將該扭矩計算器的輸出減去該扭矩檢測信號而產(chǎn)生該扭矩命令信號。
3.根據(jù)權利要求2所述的定張力卷繞裝置，其特征在于，該控制單元具有一個補償控制器連接至該扭矩差值計算單元的微分器及減法器，并分別接收該速度信號及扭矩命令信號，該補償控制器于判斷該速度信號所對應的垂直速度與預定速度之間的誤差大于預設范圍時以該速度信號產(chǎn)生該控制信號，否則以該扭矩命令信號產(chǎn)生該控制信號。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的定張力卷繞裝置，其特征在于，該控制單元具有一個單向濾波器、一個微分器及一個補償控制器，該單向濾波器連接至該張力擺動輪以截取該位移檢測信號中在單一方向上的數(shù)據(jù)，該微分器連接該單向濾波器并對該單向濾波器的輸出進行微分以獲得該速度信號，該補償控制器連接至該微分器及該扭矩差值計算單元的減法器，并分別接收該速度信號及扭矩命令信號，該補償控制器于判斷該速度信號與預定速度之間的誤差大于預設范圍時以該速度信號產(chǎn)生該控制信號，否則以該扭矩命令信號產(chǎn)生該控制信號。
5.一種定張力卷繞裝置的調控模組，其特征在于，包含一個扭矩差值計算單元，接收角度檢測信號、扭矩檢測信號、位移檢測信號及張力檢測信號，并據(jù)以計算獲得扭矩命令信號；及一個控制單元，電連接該扭矩差值計算單元以接收該扭矩命令信號，并根據(jù)速度信號或該扭矩命令信號產(chǎn)生控制信號。
6.根據(jù)權利要求5所述的定張力卷繞裝置的調控模組，其特征在于，該扭矩差值計算單元設有一個單向濾波器、一個第一微分器、一個第二微分器、一個除法器、一個扭矩計算器及一個減法器，該單向濾波器截取該位移檢測信號中在單一方向上的數(shù)據(jù)；該第一微分器連接該單向濾波器，并對該單向濾波器的輸出進行微分以獲得該速度信號；該第二微分器對該角度檢測信號微分以取得角速度信號；該除法器連接該第一及第二微分器并將該速度信號除以該角速度信號；該扭矩計算器連接該除法器，并將該除法器的輸出乘以該張力檢測信號；該減法器連接該扭矩計算器，并將該扭矩計算器的輸出減去該扭矩檢測信號而產(chǎn)生該扭矩命令信號。
7.根據(jù)權利要求6所述的定張力卷繞裝置的調控模組，其特征在于，該控制單元具有一個補償控制器連接至該扭矩差值計算單元的微分器及減法器，并分別接收該速度信號及扭矩命令信號，該補償控制器于判斷該速度信號與預定速度之間的誤差大于預設范圍時以該速度信號產(chǎn)生該控制信號，否則以該扭矩命令信號產(chǎn)生該控制信號。
8.根據(jù)權利要求5或6所述的定張力卷繞裝置的調控模組，其特征在于，該控制單元具有一個單向濾波器、一個微分器及一個補償控制器，該單向濾波器截取該位移檢測信號中在單一方向上的數(shù)據(jù)，該微分器連接該單向濾波器并對該單向濾波器的輸出進行微分以獲得該速度信號，該補償控制器連接至該微分器及該扭矩差值計算單元的減法器，并分別接收該速度信號及扭矩命令信號，該補償控制器于判斷該速度信號與預定速度之間的誤差大于預設范圍時以該速度信號產(chǎn)生該控制信號，否則以該扭矩命令信號產(chǎn)生該控制信號。
全文摘要
一種定張力卷繞裝置，包含一放料單元，可轉動的固定并輸出呈筒狀卷繞的薄型材料，且產(chǎn)生一角度檢測信號及一扭矩檢測信號；一卷收單元供卷收該薄型材料；一張力擺動輪及一張力檢測單元均設置于該放料單元及卷收單元之間，且分別產(chǎn)生一位移檢測信號及一張力檢測信號；一調控模組具有一扭矩差值計算單元及一控制單元，該扭矩差值計算單元電連接該放料單元、張力擺動輪及張力檢測單元，以接收各該檢測信號并計算獲得一扭矩命令信號，該控制單元電連接該扭矩差值計算單元及該放料單元以接收該扭矩命令信號，并根據(jù)一速度信號或該扭矩命令信號產(chǎn)生一控制信號送至該放料單元。
文檔編號B65H23/182GK102485625SQ201010582539
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權日2010年12月1日
發(fā)明者劉冠志, 林崇田 申請人:財團法人金屬工業(yè)研究發(fā)展中心