金属微细线拉拔柔性张力缓控制装置

技术领域

本发明涉及金属线材加工领域，具体的是一种金属微细线拉拔柔性张力控制装置。

背景技术

线材的生产和包装过程中通常会涉及排线程序，即将生产好的线材缠绕在工字型的排线轮上，完成产品的包装。排线过程中需要对线材的张力进行控制，以防止在排线过程中出现松散或断裂的情况。

金属微细线是指将不锈钢、金、银、铜、钨、钼等金属材料，加工成直径在微米级的微细线，由于金属微细线具有良好的导热、导电和可焊接性能，在集成电路、LED显示、5G滤波器和高频大功率半导体器件领域具有重要的应用，金属微细线做的越细，使用它的电路芯片的集成度就能越高。

金属微细线的线径极细，可达到10μm以下，因此，金属微细线的张力控制要求非常严格，现有技术的线材张力控制通常是用发麻或弹簧等改变张力的大小，张力控制精度为1-5g，其张力控制的精度低，可调范围小，不适于控制微小张力及其波动控制，很难适应金属微细线的张力控制需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、操作便捷、张力控制精度高的拉拔柔性张力控制装置，尤其适合金属微细线生产过程中的张力控制。

本发明的技术方案是：

一种金属微细线拉拔柔性张力控制装置，包括固定侧板、张力调节轮、转动盘、支点轴、转动盘轴和液压管，所述支点轴和转动盘轴垂直固定于固定侧板上，所述转动盘通过轴承与转动盘轴转动相连，所述张力调节轮和转动盘之间设有第一连杆，第一连杆的一端与张力调节轮的轮轴铰接，另一端与转动盘的边缘铰接，第一连杆的中部设有与支点轴相配合的条形铰接滑孔，铰接滑孔的长度大于支点轴的直径，铰接滑孔的宽度与支点轴的直径相配合，所述液压管由相连通的水平段和竖直段组成，竖直段的上端开放，水平段内设有活塞，所述转动盘和液压管之间设有第二连杆，第二连杆的一端与转动盘的边缘铰接，第二连杆的另一端与活塞铰接。

具体的，支点轴和转动盘轴位于同一水平高度，液压管水平段的轴线到转动盘圆心的间距与第二连杆和转动盘铰接点到转动盘圆心的间距相配合。第一连杆与转动盘的铰接点到转动盘圆心的距离和第二连杆与转动盘的铰接点到转动盘圆心的距离相等。

使用时，金属微细线由放线轮或拉线装置以固定的线速度输出，经过张力调节轮后，在排线轮上缠绕。排线轮上金属微细线的排线线速度与金属微细线的出线速度相配合，使放线轮和排线轮之间的线的张力为f

张力调节轮、转动轮和第一连杆形成杠杆结构，张力调节轮的上下动作可由第一连杆远离张力调节轮的一端驱动，同时，张力调节轮的上下动作也可以驱动第一连杆远离张力调节轮的一端上下运动。第一连杆远离张力调节轮的一端铰接于转动盘的边缘，第一连杆远离张力调节轮一端的上下运动可驱动转动盘的转动，同理，转动盘的转动，也可以驱动第一连杆远离张力调节轮的一端上下运动。转动盘的边缘又与第二连杆的端部铰接，第二连杆与转动盘的铰接点在水平方向上的位移可以驱动转动盘转动，同理，转动盘的转动也可以驱动第二连杆在水平方向上动作，第二连杆远离转动盘的端部与活塞相连，第二连杆在水平方向上的位移可以转化为活塞在液压管水平段内的位移，同理，活塞在液压管水平段内的位移也可以驱动第二连杆在水平方向上的位移。液压管内设有液体，活塞在液压管水平段的位移是受活塞两侧的压力差决定的，活塞的一侧受到来自第二连杆的推力，活塞的另一侧受到来自竖直段内液体的压力，液体压力的大小与竖直段内液面的高低相关。

本发明通过在张力调节轮和液压管之间设置第一连杆、转动盘和第二连杆形成传动结构，传动结构将张力调节轮的上下运动和活塞在水平段的左右运动进行传动，同时，传动结构也能将第一连杆与张力调节轮相连的端部所受到的力和活塞与第二连杆相连的端部所受到的力进行传递。

具体的，在开始排线时，通过向液压管内注入特定高度的液体，来得到特定的液压，液压经活塞后变成压力，压力经传动结构传递至张力调节轮的轮轴处，与张力调节轮受到金属微细线的拉力平衡，从而使金属微细线保持特定的张力，此为本发明金属微细线拉拔柔性张力控制装置的初始状态。

优选的，在初始状态下，通过调节液压管内液面高度，使第一连杆和第二连杆均处于水平状态，第一连杆与转动盘的铰接点位于转动盘轴水平方向的左侧，第二连杆和转动盘的铰接点位于转动盘轴竖直方向的下方，在此初始状态下，便于装置内各受力点的受力分析，便于通过液压管内液面高度来反馈金属微细线的张力。

当张力调节轮处金属微细线的张力陡然上升，张力调节轮上移，通过传动机构，使液压管内液体的液面上升；反之，当金属微细线的张力陡然下降，液压管给张力调节轮的压力大于张力给张力调节轮的压力，张力调节轮下降，液压管内的液面也随之下降。液压管内的液面升降是柔性的，可以很好的缓冲金属微细线的张力变化。

优选的，所述液压管为透明材质，液压管的竖直段的管壁上设有刻度线。刻度线使液压管内液面高度更直观，通过各处受力点的计算，可以大致得出金属微细线的张力。

所述第一连杆与转动盘的铰接点到转动盘圆心的连线为L

90°的夹角设置使在初始状态时，第一连杆和转动盘铰接点处，受到来自转盘的力的方向是竖直方向上的，受到来自第一连杆的作用力的方向也是在竖直方向上的；第二连杆和转动盘的铰接点处，受到来自转盘的力的方向和受到来自第二连杆的力的方向都是水平方向上的，该设置不涉及角度变化，有利于在初始状态时，金属微细线的张力计算。

所述液压管的水平段或竖直段的下部设有泄压阀。可通过泄压阀，来降低液压管内的液面，以达到降低金属微细线张力的目的，其在设定初始状态的过程中具有重要意义。

所述转动盘的圆周上设有限位凸起，所述基板上设有与限位凸起相配合的限位柱。具体的，转动盘上设有2个限位凸起，限位凸起和限位柱的配合可限制转动盘的转动角度，防止转动盘相对于初始状态转动到达90°，转动盘无法传动。具体的，两个限位凸起对应的圆心角为90°，转动盘只能在初始状态下，顺时针或逆时针转动45°。

本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，可以通过液压管内液面的高低来调节金属微细线的张力，通过选取特定密度的液体装填液压管，可扩大液压管内液面的位移量与张力的变化量之间的比值，实现张力的精确调节，液压管可以对张力波动进行缓冲。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图

图2是张力调节轮上移的示意图

图3是张力调节轮下移的示意图

图中：

1、固定侧板 2、张力调节轮 3、转动盘

4、支点轴 5、液压管 6、第一连杆

7、第二连杆 8、活塞 11、限位柱

31、转动盘轴 32、第一铰接点 33、第二铰接点

34、限位凸起 51、水平段 52、竖直段

53、泄压阀 61、铰接滑孔

具体实施方式

如图1所示的金属微细线拉拔柔性张力控制装置，包括固定侧板1、张力调节轮2、转动盘3、支点轴4、转动盘轴31和液压管5，所述支点轴4和转动盘轴31垂直固定于固定侧板1上，所述转动盘3通过轴承与转动盘轴31转动相连，所述张力调节轮2和转动盘3之间设有第一连杆6，第一连杆6的一端与张力调节轮2的轮轴铰接，另一端与转动盘3的近张力调节轮一侧的边缘铰接，第一连杆6的中部设有与支点轴4相配合的长条形铰接滑孔61，铰接滑孔61的长度大于支点轴4的直径，铰接滑孔61的宽度与支点轴4的直径相配合，第一连杆6经铰接滑孔可在铰接滑孔长度方向相对滑动的铰接在支点轴4上。所述液压管5由相连通的水平段51和竖直段52组成，竖直段52的上端开放，水平段51内设有活塞8，所述转动盘3和液压管5之间设有第二连杆7，第二连杆7的一端与转动盘3下侧的边缘铰接，第二连杆7的另一端与活塞8铰接。

第一连杆6与转动盘3的铰接点为第一铰接点32，第二连杆7与转动盘3的铰接点为第二铰接点33。

具体的，支点轴4和转动盘轴31位于同一水平高度，液压管水平段51的轴线到转动盘3圆心的间距与第二铰接点33到转动盘3圆心的间距相等。第一铰接点32到转动盘3圆心的距离和第二铰接点33到转动盘3圆心的距离相等。

所述液压管5为透明材质，液压管的竖直段52的管壁上设有刻度线。

所述第一铰接点32到转动盘3圆心的连线为L

所述液压管的水平段51或竖直段52的下部设有泄压阀53。

所述转动盘3的圆周上设有限位凸起34，所述基板1上设有与限位凸起34相配合的限位柱11。

转动盘上设有2个限位凸起34，2个限位凸起34在转动盘3上对应的圆心角为90°。

本实例的工作过程：

本发明在使用时，金属微细线由放线轮或拉线装置以固定的线速度输出，经过张力调节轮2后，在排线轮上缠绕。排线轮上金属微细线的排线线速度与金属微细线的出线速度相配合，使放线轮和排线轮之间的线的张力为f

张力不需要调整时，液压管5内未注入液体，放线轮和排线轮之间的金属微细线的张力f

通过计算和实验，可以得到向液压管5内注入特定密度的液体时，液体高度h和金属微细线的张力增量△f的标准曲线，从而可以确定为得到特定的金属微细线的张力f，在初次向液压管5内注入液体的高度h，该高度使金属微细线拉拔柔性张力控制装置达到初始状态。液体的加入高度可适当大于h，通过泄压阀53精确调准至h。

在初始状态时△f和h的具体对应关系如下：

通过系统设定，可使在初始状态时第一连杆6的为等力臂杠杆。

活塞8右侧，活塞8受到来自液体的压力为F，F＝PS，S为活塞8的表面积，P＝ρgh，ρ为液体的密度，F经由第一连杆6、转动盘3和第二连杆7组成的传动结构传递至张力调节轮2的轮轴处。

在张力调节轮2的轮轴处，F的力的方向为竖直向下，金属微细线的张力增量△f的力的方向为竖直向上，f

通过上述定量关系，可计算出达到特定张力f时，所需要的液体高度h，进而实现金属微细线张力的精确控制。

如图2所示，

当张力调节轮2处金属微细线的张力增量△f陡然上升，2f＞F+mg，张力调节轮2上移，张力调节轮2带动第一连杆6，通过支点轴4，使第一铰接点32下移，第一铰接点32带动转动盘3逆时针转动，进而带动第二铰接点33右移，第二铰接点33通过第二连杆7带动活塞8右移，活塞8右移使液压管水平段51内的液体被压入竖直段52，从而使活塞8处的压强增大，F增大，通过传动机构对力的传导，在张力调节轮2处，最终2f＝F+mg。

如图3所示，

当张力调节轮2处金属微细线的增量△f陡然下降，2f＜F+mg，活塞8左移，活塞8通过第二连杆7带动转动盘3顺时针转动，转动盘3带动第一铰接点32上移，第一铰接点32驱动第一连杆6，第一连杆6通过支点轴4带动张力调节轮2下移，f增大，最终2f＝F+mg。

液压管5内液体液面的柔性升降可以对f的变化起到缓冲，从而保障排线的顺利进行。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。