一种片材卷料机及收卷换卷系统

技术领域

本发明涉及收卷技术领域，具体为一种片材卷料机及收卷换卷系统。

背景技术

收卷机是卷料加工生产线的收料部分，通过机械方式把原材料收卷成卷料，是一种用于处理片状材料(如薄片、板材等)的设备，广泛运用在纸卷、布卷、化尘箔、腐蚀箔、塑料卷及金属卷材，加工生产线上，将片状材料从一个平面卷取到卷筒状，便于储存和运输。

在收卷机的实际实用中，需要在卷料头部与尾部截取任意长度样品并存放；在将新卷料头在收卷到一个新料管上重新收卷，在收卷的过程中需要对片材的张力和偏移量进行检测，以使收卷后的片材端面平齐且不会出现断裂或是过于松弛；收好料后需要捆扎。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种片材卷料机及收卷换卷系统，解决了稳定的片材输送、偏移纠正、张力控制，以确保卷取质量、安全性和生产效率的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种片材卷料机，包括刹箔机构、断箔机构、片材输送机构、收卷机构、纠偏机构、张力检测机构、换轴机构、取样机构以及控制单元，其中：所述刹箔机构和断箔机构均设置在片材输送机构上，并且所述刹箔机构用于收卷机构使收卷轴收卷结束后由控制单元控制将片材输送机构输送的片材进行减速制动，所述断箔机构用于在收卷机构使收卷轴收卷到设定的片材后由控制单元控制对片材进行切断；所述收卷机构设置在片材输送机机构末端的上方，并且所述片材输送机构用于在收卷机构收卷的过程中由控制单元控制对片材进行稳定输送，所述收卷机构用于在控制单元控制下对收卷轴进行限位转动，并根据偏移量检测机构的检测结果由控制单元控制进行转速调节；所述偏移量检测机构设置在收卷机构的上方，且所述偏移量检测机构用于在收卷机构收卷的过程中对片材的边缘进行检测，获得片材偏移量并发送给控制单元，由控制单元根据偏移量使收卷机构对收卷轴的转速和轴向位置进行调节；所述张力检测机构设置在片材输送机构上方，且所述张力检测机构用于在片材输送机构对片材进行输送的过程中检测片材的张力值并将其发送给控制单元，由控制单元根据张力值对收卷机构的收卷速度进行调节；所述换轴机构设置在片材输送机机构末端，且用于在收卷机构使收卷轴收卷到设定的片材后由控制单元控制对收卷轴进行更换；所述取样机构设置在片材输送机构与断箔机构之间，用于片材输送机构将片材输送至收卷机构的收卷工位前通过断箔机构截取设定长度的片材并将其运输至取样片材储存工位。

一种收卷换卷系统，用于上述的一种片材卷料机，包括刹箔模块、断箔模块、片材输送模块、收卷模块、偏移量检测模块、张力检测模块、换轴模块以及控制模块，其中：所述刹箔模块用于收卷模块使收卷轴收卷结束后由控制模块控制将片材输送模块输送的片材进行减速制动；所述断箔模块用于在收卷模块使收卷轴收卷到设定的片材后由控制模块控制对片材进行切断；所述片材输送模块用于在收卷模块收卷的过程中由控制模块控制对片材进行稳定输送；所述收卷模块用于在控制模块控制下对收卷轴进行限位转动，并根据偏移量检测模块的检测结果由控制模块控制进行转速调节；所述偏移量检测模块用于在收卷模块收卷的过程中对片材的边缘进行检测，获得片材偏移量并发送给控制模块，由控制模块根据偏移量使收卷模块对收卷轴的转速和轴向位置进行调节；所述张力检测模块用于在片材输送模块对片材进行输送的过程中检测片材的张力值Z

进一步地，所述张力检测模块包括张力检测单元，收卷速度检测单元和张力计算单元，其中：所述张力检测单元用于通过张力传感器周期性检测片材的张力数据并输送给张力计算单元；所述收卷速度检测单元用于周期性检测收卷模块的收卷转速数据并输送给张力计算单元；所述张力计算单元用于接收张力检测单元发送的张力数据和收卷速度检测单元发送的收卷电机转速数据对片材的张力值Z

进一步地，所述张力计算单元对片材的张力值进行计算的计算公式如下：

进一步地，所述控制模块根据偏移量使收卷模块对收卷轴的转速和轴向位置进行调节的过程如下：所述偏移量检测模块在收卷模块的每级转速下周期性检测片材边沿的坐标值并以此计算偏移量并发送给控制模块；所述控制模块接收偏移量后与设定的偏移阈值对比，若偏移量大于设定的偏移阈值则判断当前收卷模块的收卷速度是否为第一级转速，若是则直接对收卷轴的轴向位置进行调节，若不是第一级转速，则收卷模块的收卷速度先降低至第一级转速，之后对收卷轴的轴向位置进行调节；对收卷轴的轴向位置进行调节后，偏移量检测模块在每级转速持续时间内进行偏移量计算，若偏移量低于设定的偏移阈值，收卷模块的收卷速度提升至高一级转速直至最高转速。

进一步地，所述偏移量检测模块在收卷模块第一级转速持续时间内的偏移量计算公式为：

进一步地，所述偏移量检测模块在收卷模块高于第一级转速持续时间内的偏移量计算公式为：

进一步地，还包括取样模块，所述取样模块用于片材输送模块将片材输送至收卷模块的收卷工位前通过断箔模块截取设定长度的片材并将其运输至取样片材储存工位。

进一步地，所述换轴模块包括收卷轴定位单元和收卷轴角度确定单元，其中：所述收卷轴定位单元用于确定收卷轴是否到位；所述收卷轴角度确定单元用于检测收卷轴上双面胶位置并根据双面胶位置调节收卷轴角度。

进一步地，所述片材输送模块用于将片材输送至收卷轴上双面胶的底部，并在到位后使片材向上运动粘结在双面胶上。

本发明具有以下有益效果：

(1)、在收卷机的实际实用中，需要在卷料头部与尾部截取任意长度样品并存放；在将新卷料头在收卷到一个新料管上重新收卷，该收卷换卷系统，取样模块能够对片材质量进行抽样检查，并记录相关数据，有助于实现产品的追溯，为质量分析和过程优化提供数据支持，通过持续收集质量数据，可以不断改进生产过程，提高产品一致性和质量

(2)该收卷换卷系统，通过张力检测、偏移量纠正以及取样模块的引入，系统能够实时监测并调整片材的张力、位置和质量，确保了卷取过程中的片材质量稳定，并能够自动纠正任何偏移，最终提供高质量的卷取产品，减少了人为干预，从而降低了操作风险，并提高了操作的稳定性，通过自动纠偏和张力调节，系统能够在不同转速情况下实现精确的控制，减少了操作员的负担，同时提高了生产效率。

(3)、该收卷换卷系统，可能对收好的料卷进行捆扎，便于后段工艺及后期运输。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明收卷机整体结构图。

图2为本发明收卷机片材输送机构处结构图。

图3为本发明收卷机换轴机构处结构图。

图4为本发明收卷换卷系统框图。

图5为本发明收卷换卷系统张力检测模块框图。

图6为本发明收卷换卷系统控制模块根据偏移量使收卷模块对收卷轴的转速和轴向位置进行调节的过程流程图。

图中，1、刹箔机构；2、断箔机构；3、片材输送机构；4、收卷机构；5、纠偏机构；6、张力检测机构；7、换轴机构；8、采样机构；9、封装机构；10、控制单元。

具体实施方式

本申请实施例通过片材卷料机及收卷换卷系统，实现了稳定的片材输送、偏移纠正、张力控制功能，样片或接驳料采集及换轴收卷，以确保卷取质量、安全性和生产效率的提高。

本申请实施例中的问题，总体思路如下：

片材从初始位置开始经过片材输送模块被输送到收卷模块，控制模块监测传送速度，以保证稳定的输送过程，收卷模块将片材收卷到一定长度后，刹箔模块被触发，减缓收卷速度并施加制动，确保卷取的安全性，同时，断箔模块根据设定，对片材进行切断，以准备进行换卷，在片材收卷过程中，纠偏模块监测片材的边缘位置。控制模块根据检测结果，调整收卷轴的轴向位移量，以实现片材偏移的纠正，片材在输送过程中，张力检测模块测量张力值，控制模块根据张力值，调整收卷模块的收卷速度，以保证适当的张力，在片材收卷完成后，换轴模块被触发，控制模块指导对收卷轴进行更换，为新一轮卷取做准备，整个系统的核心是控制模块，它根据来自各个传感器和模块的数据，进行实时的调节和控制，以实现稳定、精确、安全的片材收卷和换卷过程。

请参阅图1-图3，本发明实施例提供一种技术方案：一种片材卷料机，包括刹箔机构1、断箔机构2、片材输送机构3、收卷机构4、纠偏机构5、张力检测机构6、换轴机构7、采样机构8以及控制单元10，其中：刹箔机构1和断箔机构2均设置在片材输送机构3上，并且刹箔机构1用于收卷机构4使收卷轴收卷结束后由控制单元10控制将片材输送机构3输送的片材进行减速制动，断箔机构2用于在收卷机构4使收卷轴收卷到设定的片材后由控制单元10控制对片材进行切断；收卷机构4设置在片材输送机机构末端的上方，并且片材输送机构3用于在收卷机构4收卷的过程中由控制单元10控制对片材进行稳定输送，收卷机构4用于在控制单元10控制下对收卷轴进行限位转动，并根据偏移量检测机构的检测结果由控制单元10控制进行转速调节；偏移量检测机构设置在收卷机构4的上方，且偏移量检测机构用于在收卷机构4收卷的过程中对片材的边缘进行检测，获得片材偏移量并发送给控制单元10，由控制单元10根据偏移量使收卷机构4对收卷轴的转速和轴向位置进行调节；张力检测机构6设置在片材输送机构3上方，且张力检测机构6用于在片材输送机构3对片材进行输送的过程中检测片材的张力值并将其发送给控制单元10，由控制单元10根据张力值对收卷机构4的收卷速度进行调节；换轴机构7设置在片材输送机机构末端，且用于在收卷机构4使收卷轴收卷到设定的片材后由控制单元10控制对收卷轴进行更换；取样机构设置在片材输送机构3与断箔机构2之间，用于片材输送机构3将片材输送至收卷机构4的收卷工位前通过断箔机构2截取设定长度的片材并将其运输至取样片材储存工位。

一种收卷换卷系统，用于上述的一种片材卷料机，如图4所示，包括刹箔模块、断箔模块、片材输送模块、收卷模块、偏移量检测模块、张力检测模块、换轴模块以及控制模块，其中：刹箔模块用于收卷模块使收卷轴收卷结束后由控制模块控制将片材输送模块输送的片材进行减速制动；断箔模块用于在收卷模块使收卷轴收卷到设定的片材后由控制模块控制对片材进行切断；片材输送模块用于在收卷模块收卷的过程中由控制模块控制对片材进行稳定输送；收卷模块用于在控制模块控制下对收卷轴进行限位转动，并根据偏移量检测模块的检测结果由控制模块控制进行转速调节；偏移量检测模块用于在收卷模块收卷的过程中对片材的边缘进行检测，获得片材偏移量并发送给控制模块，由控制模块根据偏移量使收卷模块对收卷轴的转速和轴向位置进行调节；张力检测模块用于在片材输送模块对片材进行输送的过程中检测片材的张力值并将其发送给控制模块，由控制模块根据张力值Z

具体地，如图5所示，张力检测模块包括张力检测单元，收卷速度检测单元和张力计算单元，其中：张力检测单元用于通过张力传感器周期性检测片材的张力数据并输送给张力计算单元；收卷速度检测单元用于周期性检测收卷模块的收卷转速数据并输送给张力计算单元；张力计算单元用于接收张力检测单元发送的张力数据和收卷速度检测单元发送的收卷电机转速数据对片材的张力值Z

本实施方案中，张力检测模块通过张力传感器周期性地监测片材的张力数据，这能够提供精确的张力信息，确保卷取过程中张力的准确控制，通过周期性检测收卷模块的收卷转速，张力检测模块能够实时获取张力和速度的数据，从而提供实时的反馈信息，张力计算单元将张力数据和收卷转速数据结合，计算出张力值，这使得控制模块能够根据张力的变化，实时地对收卷速度进行调节，从而保持恰当的张力水平。

张力检测模块的存在确保了张力的实时监测和调节，意味着无论片材的特性如何变化，系统都能够自动地适应并保持稳定的张力控制，通过实时监测张力，系统可以避免过大或过小的张力对片材造成损坏，如破裂、变形等问题，自动调节张力和收卷速度能够提高生产效率，因为系统可以快速适应不同的工艺需求，减少了手动调整的需要。

具体地，张力计算单元对片材的张力值进行计算的计算公式如下：

其中，Z

本实施方案中，张力计算公式考虑了多个周期性检测的张力数据和收卷转速数据，结合了张力传感器的校准系数，这使得计算出的张力值更精确，能够更好地反映片材实际的张力情况，基于实时检测和计算，系统可以快速地对张力变化做出反应，避免了不稳定的张力可能导致的问题。

具体地，如图6所示，控制模块根据偏移量使收卷模块对收卷轴的转速和轴向位置进行调节的过程如下：偏移量检测模块在收卷模块的每级转速下周期性检测片材边沿的坐标值并以此计算偏移量并发送给控制模块；控制模块接收偏移量后与设定的偏移阈值对比，若偏移量大于设定的偏移阈值则判断当前收卷模块的收卷速度是否为第一级转速，若是则直接对收卷轴的轴向位置进行调节，若不是第一级转速，则收卷模块的收卷速度先降低至第一级转速，之后对收卷轴的轴向位置进行调节；对收卷轴的轴向位置进行调节后，偏移量检测模块在每级转速持续时间内进行偏移量计算，若偏移量低于设定的偏移阈值，收卷模块的收卷速度提升至高一级转速直至最高转速。

本实施方案中，偏移量检测模块周期性地监测片材的偏移情况，控制模块根据偏移量进行实时的调节，确保了偏移的及时纠正，避免了偏移问题在累积中可能带来的负面影响。控制模块对偏移量的处理考虑了不同的收卷模块转速级别，当偏移量超过设定的阈值时，根据转速级别的不同，系统进行适当的调整，从而降低偏移的影响，若偏移量大于阈值，控制模块对轴向位置进行调节，使纠偏更加精确，控制模块在纠正过程中根据转速级别的不同采取不同策略，在非第一级转速时，先降低收卷速度再进行轴向位置调节，以确保操作的高效性和平稳性。

具体地，偏移量检测模块在收卷模块第一级转速持续时间内的偏移量计算公式为：

本实施方案中，计算公式考虑了每级转速持续时间内的偏移量，这意味着不仅仅关注瞬时偏移，还考虑了在一段时间内的平均偏移情况，每次偏移值与设定的片材边沿坐标值进行比较，计算的是相对于设定值的偏移情况，使得计算更具有实际意义，能够更好地判断片材的偏移情况。公式中的γ为设定的片材宽度基准值，这考虑到了片材宽度对偏移量的影响，因为宽度不同，同样的偏移量可能在不同宽度的片材上表现不同，而该公式通过γ进行了校正，自然常数e，这有助于计算和表示偏移量的分布情况。

具体地，偏移量检测模块在收卷模块高于第一级转速持续时间内的偏移量计算公式为：

本实施方案中，引入了转速矫正系数，该系数用于调整偏移量计算，以适应不同转速情况下的偏移，有助于更准确地计算不同转速下的偏移情况，为偏移量的监测提供了数学模型，使得系统能够对高于第一级转速持续时间内的偏移进行准确的检测和跟踪，通过计算出的偏移量，控制模块可以根据阈值来判断是否需要进行纠偏操作，有助于实现实时的调整，保持片材的正确位置。

具体地，还包括取样模块，取样模块用于片材输送模块将片材输送至收卷模块的收卷工位前通过断箔模块截取设定长度的片材并将其运输至取样片材储存工位。

本实施方案中，取样模块能够从片材输送到收卷模块的过程中，周期性地截取设定长度的片材进行取样，有助于对片材质量进行抽样检查，确保卷取的片材质量符合要求。

具体地，换轴模块包括收卷轴定位单元和收卷轴角度确定单元，其中：收卷轴定位单元用于确定收卷轴是否到位；收卷轴角度确定单元用于检测收卷轴上双面胶位置并根据双面胶位置调节收卷轴角度。

片材输送模块用于将片材输送至收卷轴上双面胶的底部，并在到位后使片材向上运动粘结在双面胶上。

本实施方案中，收卷轴定位单元用于确定收卷轴是否到位，确保了收卷轴在更换时能够精确定位，避免了不准确的轴位对卷取过程造成的问题，收卷轴角度确定单元用于检测收卷轴上双面胶的位置，有助于确保双面胶的位置准确，以便在更换轴时保持正确的粘附位置。

综上，本申请至少具有以下效果：

刹箔模块用于片材压紧处于制动状态，分离进入收卷系统的片材与未进入收卷系统的各自保持不同的张；断箔模块用于将连续的卷材或片材在需要的位置切断；片材输送模块用于夹紧将切断口的料头拉取到预定位置；采样模块通过片材输送模块将材料拉取一定长度，采样模块抓取，在通过断箔模块切断，采样模块将截取的一段样品送到指定位；收卷模块通过一对夹子将箔头从切箔位拉到收箔轴位下方，通过压轮压紧箔头，松开夹子，收料轴转动，按设定速度进行收卷；纠纠偏模块根据卷材的边沿，适时改变收料轴的轴向位，确保收卷后端面平整。张力检测模块用于在收料过程中的张力大小检测，通过收卷电机的速度控制实时速度来实现材料的张力控制。封装模块将收好的卷材外部绕一周纸带，并加热将纸带邻层粘合，不会造成对卷材的伤害，便于后期的运输；卷料送出：将收料轴上的卷料送到下工位后，可以用叉车或AGV小车取出。换轴模块将预存的套管轴放入收料轴工位，自动检测收料轴是否放到位，套管上是否有双面胶及其位置判断，并将双面胶转到设定角度，有利于箔头粘结统一长度。

通过张力检测、偏移量纠正以及取样模块的引入，系统能够实时监测并调整片材的张力、位置和质量，确保了卷取过程中的片材质量稳定，并能够自动纠正任何偏移，最终提供高质量的卷取产品。

系统中的自动化模块和实时控制使得整个卷取换卷过程减少了人为干预，从而降低了操作风险，并提高了操作的稳定性，通过自动纠偏和张力调节，系统能够在不同转速情况下实现精确的控制，减少了操作员的负担，同时提高了生产效率。

取样模块能够对片材质量进行抽样检查，并记录相关数据，有助于实现产品的追溯，为质量分析和过程优化提供数据支持，通过持续收集质量数据，可以不断改进生产过程，提高产品一致性和质量。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的系统、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。