专利名称：金属带切割系统中限制在金属条上产生过度张力的方法
技术领域：
本发明涉及一种在将金属带切成若干个金属条的切割系统中当金属带突然停止时限制在窄金属条上产生过度的张力的方法，并且特别涉及一种以低成本在该切割系统中当金属带突然停止时限制在窄金属条上产生过度的张力的方法，其中金属带从展开卷筒展开，并且通过切条机切割成若干个窄金属条；各窄金属条缠绕在若干个未设置制动机构的缠绕卷筒上。
图11表示一种传统的用于切割金属带51的切割系统50。切割系统50用来在张力状态下高速地切割金属带51，如铜，铜合金，SUS(包括镀锡的)等金属，横向缠绕被这样切开的带51，即以与在一线轴上绕线相同的方法缠绕切开的带51。通常，系统50包括一个具有预定宽度的金属带51的展开卷筒52；一个切条机54，用来在张力状态下将从展开卷筒52上展开的金属带51切割成若干个窄金属条53；以及若干个没有制动机构的缠绕卷筒56，各用来在其上横向缠绕金属条53。
在切条机54前面设有一个检测单元58，用来检测金属带51表面的缺陷，如划痕，锈斑等，发出检测信号61，在金属带51的缺陷到达切条机54之前，使金属带51突然停止。有些缺陷可以由系统50的操作人员很容易地排除。在此情况下，操作人员使金属带51停止，排除这样的缺陷，使金属带51成为合格品。
金属带51表面的缺陷在检测单元58进行检测，随后检测单元58向控制面板60发出检测信号61。接收到这样的检测信号61后，控制面板60向展开卷筒52和切条机54发出停止信号62，当金属带51的表面的缺陷到达切条机54之前使金属带51突然停止，使得金属带51的缺陷在操作人员的位置64停止。
由切条机54这样切开的金属条53由一个分离器66导入它们相应的缠绕卷筒56，并且在1至5号位置上横向缠绕在卷筒上面。
图13是一表示从控制面板60向展开卷筒52和切条机54发出停止信号62以后经过的时间(以秒为单位)与在操作中的金属带51的速度(m/min)之间的关系的曲线图。如图13所示，突然停止的操作沿着曲线经过若干个点A、B、C和D。在点A，检测单元58检测到金属带51的缺陷以后，突然停止的操作开始。在曲线上点A和B之间的部分，金属带51显著减速，使得金属51的速度在仅2秒钟内从150m/min降低到0min。另一方面，在曲线上的点B和C之间的部分，金属带51以5m/min的低速移动。在点C，金属带51发生一个与在曲线上点A和B之间的部分大小相同的减速，使得金属带51在点D处停止。
在点B和C之间的曲线上的部分，金属带51以低速移动的原因是如果金属带51在如图13所示的点B完全停止，则金属带51因其惯性而产生的反向移动约20mm。换言之，当这种金属带51的反向移动发生在切条机54(见图14)处时，金属带51的同一部分被切两次，产生毛刺。为了避免这样产生的毛刺，在点B和C之间的曲线上的部分，金属带51以低速移动，抵消金属带51因其惯性引起的反向移动。
在传统的具有上述结构的切割系统50中，检测金属带51的缺陷的检测单元58与操作人员的位置64之间的距离设定为约4m。在这种情况下，控制面板60发出的控制信号有可能使金属带51可靠地停止在恰好在切条机前的操作人员的位置64。
上面描述的金属带51和金属条53下面也称工件。当工件在如上面描述的传统的切割系统50中突然停止时，加在工件上的张力变化情况如图15的曲线所示，该曲线表示图12所示的1号位置的缠绕卷筒56上得到的曲线，其中，工件51在其缠绕操作中的张力设定为5Kg；并且工件51的速度设定为150m/min。
如图15所示，当工件的突然停止在点a开始时，加在工件上的张力立即增大，并且在点b达到约60Kg，成为过度的张力。在这样的过度张力下，如图15的曲线中点b和点c之间的部分所示，工件波动或振荡。然后在点d工件的张力解除。之后，在点f，在工件完全停止以前，加在工件上的张力又增大到过度的水平。然后，在图15的曲线中点f和点g之间的部分，工件又发生振荡。这样的振荡以后，工件停止，其张力稳定。在其余的2号至5号位置的各缠绕卷筒56的工件可以得到与上面描述的图15中的曲线基本相同的曲线。
另一方面，在上面描述的传统的切割系统50中，如图12所示，工件在展开卷筒52和分离器66之间沿一条直线移动。但是，从分离器66通过以后，由于缠绕卷筒56的参考位置基本上设置在同一直线上，这一点从图12可以清楚看出，在分离器66与各缠绕卷筒56之间移动的工件的边部与分离器66的法兰(未图示)和张力检测辊68的法兰68a接触，如图16所示。如上面所描述的，当工件(即各金属条53)的移动方向与相应的缠绕卷筒56的卷绕线对正时，如图17(a)所示，工件与分离器66的法兰(未图示)和张力检测辊68的法兰68a接触。因此，当厚度薄并且相对于张力检测辊68的转动轴线横向倾斜很大的工件突然停止时，工件的边部有可能横向弯曲或折断，如图17(b)所示。通过实验可知，当工件厚度为0.15mm，产生的张力为约60Kg时，工件弯曲或折断。
因此，很明显，需要一种在切割系统中限制在金属条或工件上产生过度张力的方法，甚至当工件突然停止时，工件承受的过度的张力不超过60Kg。
鉴于现有技术中的上述需要，本发明的目的是提供一种以低成本在该切割系统中限制在窄金属条上产生过度的张力的方法，其中，金属带被切成若干个金属条；并且各窄金属条随后缠绕在若干个未设置制动机构的缠绕卷筒上。
根据本发明的第一方面，本发明提供一种在通过切条机将金属带切成若干个窄金属条的切割系统中限制在具有一预定宽度的窄金属条或工件上产生过度的张力的方法，其中，金属带从一个展开卷筒上展开；各窄金属条缠绕在若干个未设置制动机构的缠绕卷筒上；以及一个检测单元设置在切条机的前面，用来检测金属带的缺陷，使得在缺陷到达切条机之前，金属带突然停止，以便从金属带上消除缺陷，其改进包括采用机械损耗将突然停止时在各金属条上产生的过度的张力降低到一个适度的值，当出现突然停止信号后，驱动电机断电时，在缠绕卷筒的驱动电机中发生该机械损耗。
这种发生在驱动电机中的机械损耗用作驱动电机的制动力，以使缠绕卷筒停止，其降低了在金属条或工件上产生的张力的值，从而解除在工件上产生的过度的张力。
根据本发明的第二方面，本发明提供一种在通过切条机将金属带切成若干个窄金属条的切割系统中限制在具有一预定宽度的窄金属条或工件上产生过度的张力的方法，其中，金属带从一个展开卷筒上展开；各窄金属条缠绕在若干个未设置制动机构的缠绕卷筒上；以及一个检测单元设置在切条机的前面，用来检测金属带的缺陷，使得在缺陷到达切条机之前，金属带突然停止，以便从金属带上消除缺陷，其改进包括通过增加检测单元与金属带的缺陷的停止位置之间这段金属带停止距离，来降低金属带的减速度值，从而将突然停止时在各金属条上产生的过度的张力降低到一个适度的值。
当在各次停止中，工件的初始速度和最终速度(停止)都相同时，通过增加工件的缺陷被检测的位置与沿工件生产线的缺陷的停止位置之间的距离可以降低工件的减速度值。当工件的减速度值用上述方法降低时，可消除突然停止时在各金属条上产生的过度的张力。
根据本发明的第三方面，本发明提供一种如本发明第一或第二方面所述的在切割系统中限制在金属条上产生过度的张力的方法，其中当金属带突然停止时，为了补偿工件因其惯性而反向移动，在工件停止之前，工件以低速移动一段预定时间；并且当驱动电机减速以后，并且当工件低速移动之前以25-35m/min的速度移动时，驱动电机又通电。
当工件低速移动之前，驱动电机又通电，缠绕卷筒能够稍稍缠绕金属条，防止金属条在没有任何张力的情况下发生松驰。因此，可以防止已经松驰的金属条承受被动驱动时产生过度的张力。
根据本发明的第四方面，提供一种如本发明第三方面所述的在切割系统中限制在金属条上产生过度的张力的方法，其中金属带的突然停止信号和/或低速操作信号得到时序控制，从而工件的速度曲线形成一个平滑的弯曲。
由于在金属带上产生的张力依赖于该带的加速度或减速度，因此可以通过时序控制突然停止信号和/或低速操作信号，降低工件的加速度或减速度值，使得工件的速度曲线形成一个平滑的弯曲。
根据本发明的第五方面，本发明提供一种如本发明第三或第四方面所述的在切割系统中限制在金属条上产生过度的张力的方法，其中低速的范围是从10-30m/min。
在附图中图1是金属带切割系统的示意图，其中本发明的限制过度的张力的方法按照本发明的第一方面进行；图2(a)，(b)和(c)是表示加在缠绕卷筒的驱动电机(未图示)的电流与加在缠绕卷筒上的力矩之间的关系的曲线，其中(a)表示操作中无机械损耗的理想电机特性，(b)表示在其起动操作中带有机械损耗的现有电机的特性，(c)表示在其缠绕操作中带有机械损耗的现有电机的特性；图3是表示缠绕卷筒在突然停止信号发出时，缠绕卷筒的电机断电时金属条上产生的张力(Kg)和金属带的速度(m/min)与经过时间(秒)之间的关系的曲线；图4是表示当时序控制金属带的突然停止信号和/或低速操作信号，以实现0.5秒的平滑曲线时，张力的变化的曲线；图5是表示当时序控制金属带的突然停止信号和/或低速操作信号以实现1秒的平滑曲线时，张力的变化的曲线；图6是表示当低速设定在15m/min时张力的变化的曲线；图7是表示当低速设定在20m/min时张力的变化的曲线；图8是表示当点C和D之间的减速度设定在20m/min/sec时张力的变化的曲线；图9是表示当点C和D之间的减速度设定在10m/min/sec时张力的变化的曲线；图10是执行本发明的限制过度张力的方法的第二实施例的检测单元的横剖图；图11是传统的金属带切割系统的示意图；图12是图11所示的切割系统的平面图；图13是表示当金属带突然停止时，金属带的速度(m/min)和经过时间(秒)之间的关系的曲线；图14(a)和(b)是切条机的示意图，说明工件因其惯性反向移动约20mm；图15是表示在传统的切割系统中，当金属带突然停止时，加在缠绕卷筒的驱动电机(未图示)上的电流，金属带的速度(m/min)和工件的张力，与时间(秒)之间的关系的曲线；图16(a)和(b)分别是沿图12线X-X的剖视图和缠绕卷筒的一个区域中的金属带的纵向剖视图；图17(a)和(b)是工件与张力检测辊接触的示意图，表示在张力检测辊上工件损坏的原理。
下面参见附图中示出的优选实施例，详细描述本发明的在将金属带11切成若干个金属条21的切割系统10中限制在窄金属条21上产生过度的张力的方法。
图1是金属带11的切割系统10的示意图，其中执行的是本发明的限制在金属条21上产生过度的张力的方法。
通常，图1中示出的切割系统10包括一个带卷仓14，用于装设具有预定宽度的金属带11的展开卷筒12；一个检测单元16；一个干燥机18；一个焊机20；一个切断台24，用于装设将金属带11切成若干个窄金属条21的切条机22；一个分离器26；以及一个绕线车30，用于装设缠绕各金属条21的缠绕卷筒28。
带卷仓14附近设有一个纸缠绕器13a，一个返回工件缠绕器13b，和一个缓冲卷筒13c。另一方面，切断台24上设有一个在其上缠绕废料的废料缠绕机24a；和若干个引导辊24b，用于将若干个金属条21引导到分离器26。产生在各金属条21上的张力由张力检测辊27进行检测，张力检测辊27设置在分离器26和缠绕卷筒28之间。当检测单元16检测到金属带11表面的缺陷时，检测单元16向控制面板34发出检测信号33。控制面板34接收到检测信号33时，向展开卷筒12和切条机22发出一个时序控制信号36，并且还向缠绕卷筒28发出控制信号40，从而金属带11受到控制，使其缺陷停止在操作人员位置32，在此操作人员检查金属带11的缺陷，并且对缺陷采取必要的补救。
本发明的限制过度张力在工件(11，21)上产生的方法的特点是通过采用机械损耗将金属带11突然停止时产生在金属条21上的过度的张力减少到正常值，当出现突然停止信号时，驱动电机断电以后，该机械损耗发生在缠绕卷筒28的驱动电机(未图示)中。图2表示缠绕操作时加在缠绕卷筒28的驱动电机(未图示)的电流与缠绕卷筒28加在缠绕卷筒28上的力矩之间的关系。在图2中(a)是表示操作中无机械损耗的理想的电机的特性曲线，(b)是表示在其起动操作中带有机械损耗的现有电机的特性的曲线，(c)是表示在其缠绕操作中带有机械损耗的现有电机的特性的曲线。由于任何一种现有的电机都存在操作中在其内部产生的机械损耗，因此图2(a)所示的理想的电机特性是不可能实现的。在本发明中，在图2(b)和图2(c)中所示的现有电机发生的机械损耗被认为是本发明方法的启示。即，本发明的方法的特点是在金属带切割系统中(该系统设有一个低成本的无制动功能的缠绕卷筒)，当出现突然停止信号时，缠绕卷筒28的驱动电机(未图示)断电，这样断电的驱动电机中产生的机械损耗在操作中被用作制动力。
图3表示在突然停止信号出现，缠绕卷筒28的驱动电机(未图示)断电时，工件上产生的张力(Kg)和工件的速度(m/min)随经过时间(秒)的变化。与图15所示的关于传统的切割系统的曲线相比，很明显在本发明的方法中，在紧临金属带11开始减速的点之后的点A处金属条21上产生的过度的张力的初始值从60Kg降到50Kg，该值对金属条21来说是安全张力。另外，在图15的传统的切割系统中的点f处第二次出现的过度张力在按照本发明的方法获得的图2的曲线中消失了。
如上所述，按照本发明的方法的第二方面，通过增加金属带11的停止距离(该距离为检测单元与金属带11的缺陷的停止位置之间的距离)来降低金属带11的减速度值，将突然停止操作时在各金属条21上产生的过度的张力降低到一个适度的值。更具体地说，如图10所示，一个迂回导辊16a设在检测单元16中，位于金属带11的经过路径下面，形成一个长约1500mm的旁路，这样实现了上面描述的增加金属带11的停止距离。其结果是，金属带11的减速度值降低，使得金属带11(即工件)中产生的张力也成比例地降低。
如上所述的按照本发明的方法的第一方面，由于金属条21在其低速操作期间消除了任何张力，金属条21在操作中时常松驰。当这种松驰的金属条21再承受张力时，可知一个脉冲的或过度的张力加在这样的金属条21(见图15的点f)上。在本发明的限制过度的张力的方法的优选实施例中，为了避免这种脉冲张力，当缠绕卷筒28的驱动电机(未图示)在操作中减速时，并且在工件(11，21)以低速移动前，当工件(11，21)以25-35m/min速度移动时，缠绕卷筒28的驱动电机(未图示)重新通电。通过在工件以低速移动前，使缠绕卷筒28的驱动电机(未图示)重新通电，使得缠绕卷筒28能够稍稍地在其上缠绕金属条21，这样，甚至当金属条21产生的张力消失时也可以防止金属条21松驰。
另外，在本发明的限制过度张力的又一个优选实施例中，突然停止信号和/或低速操作信号得到时序控制，从而工件的速度曲线形成一个平滑的弯曲线。由于在金属带11上产生的张力大小依赖于金属带11上的速度的变化，因此可以通过时序控制突然停止操作信号36，降低金属带11的减速度值，使得工件的速度曲线形成一个平滑的曲线。这基本上消除了在紧挨金属带11减速点A之后的点b处的初始过度张力。图4和图5表示当时序控制突然停止信号和/或低速操作信号36时，金属带11的张力的变化，使得工件的速度曲线为平滑曲线，其中图4的曲线是0.5秒的平滑曲线；图5的曲线是1.0秒的平滑曲线。在图4和图5的任一曲线中，金属条21产生的张力的值限制在约最大40Kg，这对金属条21是安全张力，因此不必担心金属条21的损坏。
另外，在低速操作完成以后，由于金属条对突然消除过度张力的反应，在金属条21上产生松驰，通过时序控制低速信号36使得工件的速度曲线平滑弯曲，从而工件的张力可以逐渐减小，可以防止工件的张力完全消失。从图4和图5可以清楚地看到，在采用时序控制使工件的速度曲线形成一个0.5秒的平滑的曲线的情况下，很明显，存在着工件对这种突然消失过度张力的反应。然而，在采用时序控制使工件的速度曲线形成一个1.0秒的平滑的曲线的情况下，很明显，不存在工件对这种突然消失过度张力的反应。换言之，在采用时序控制使工件的速度曲线形成一个至少1.0秒的平滑的曲线的情况下，很明显，在低速操作完成以后，由于突然消除张力而产生的金属条21的松驰问题得到了解决。因此，在本发明的方法中，不必担心当金属条21在其松驰状态下重新被驱动时，金属条21承受加在其上的脉冲或过度的张力。在此方面，本发明是有利的。
另外，本发明限制过度的张力的方法的另一个优选实施例的特点是工件低速移动的速度范围是从10-30m/min。在图4所示的实施例中，工件的低速是约5m/min。在此情况下，第二次出现过度张力是在低速操作的最后阶段，该最后阶段对应于图15中的点f。现在参见图6和图7所示的曲线图，在15m/min的低速下工件上产生的张力是约45Kg，在20m/min的低速下工件上产生的张力是最大约30Kg。在任何一种情况下，张力都在安全范围内，金属条21不会弯曲或损坏。在图7所示的曲线中，使缠绕卷筒28的驱动电机(未图示)断电的控制信号40与突然停止信号36同时发出。另外，金属带11的突然停止信号和/或低速操作信号36经时序控制，使工件的速度曲线形成一个0.5秒的平滑的曲线。另外，当工件以30m/min的速度被驱动时，缠绕卷筒28的驱动电机(未图示)再次通电。
另外，本发明限制过度的张力的方法的另一个优选实施例的特点是工件低速移动设定在20m/min；然后在点C和D之间的部分工件的减速度设定在20m/min/sec和10m/min/sec。在任何情况下，在低速操作的最后阶段不会出现过度的张力，该阶段对应于图15中的点f。在这种情况下，工件产生的张力最大为30KG。
在本发明的在切割金属带11的切割系统10中限制金属条21的过度张力的方法中，当缠绕卷筒28的驱动电机(未图示)断电时，通过采用在这样断电的驱动电机中产生的机械损耗，使金属带11突然停止时在金属条21上产生的过度张力的值降到正常值。因此，可以低成本地以简单的方式实现本发明的方法，只需通过一个合适的控制系统改变缠绕卷筒28的操作方式。在这方面，本发明是有利的。
在本发明的在切割金属带11的切割系统10中限制金属条21的过度张力的方法中，通过增加检测单元与金属带的缺陷的停止位置之间的停止距离，来降低工件的减速度值，使金属带11突然停止时在金属条21上产生的过度张力的值降到正常值。因此，可以低成本地以简单的方式实现本发明的方法，只需采用例如迂回导辊16a形成具有预定长度的旁路线。该迂回导辊16a设在传统的工件经过的路径下面，用来增加如上所述的停止距离。在此方面，本发明是有利的。
权利要求
1.一种在通过切条机将金属带切成若干个金属条的切割系统中限制在具有一预定宽度的窄金属条或工件上产生过度张力的方法，其中所述金属带从一个展开卷筒上展开；各所述窄金属条缠绕在相应的若干个未设置制动机构的缠绕卷筒上；一个检测单元设置在所述切条机的前面，用来检测所述金属带中的缺陷，使得当所述缺陷到达所述切条机之前，所述金属带突然停止，从而从所述金属带上消除所述缺陷，其特征在于通过采用机械损耗将在所述突然停止时在所述各金属条上产生的过度的张力降低到一个适度的值；当出现突然停止信号后，驱动电机断电时，该机械损耗发生在所述缠绕卷筒的驱动电机中。
2.一种在通过切条机将金属带切成若干个金属条的切割系统中限制在具有一预定宽度的窄金属条或工件上产生过度张力的方法，其中所述金属带从一个展开卷筒上展开；各所述窄金属条缠绕在相应的若干个未设置制动机构的缠绕卷筒上；一个检测单元设置在所述切条机的前面，用来检测所述金属带中的缺陷，使得当所述缺陷到达所述切条机之前，所述金属带突然停止，从而从所述金属带上消除所述缺陷，其特征在于通过增加所述检测单元与所述金属带的所述缺陷的停止位置之间的所述金属带的停止距离，来降低所述金属带的减速度值，将在所述突然停止时在各所述金属条上产生的过度的张力降低到一个适度的值。
3.如权利要求1或2所述的在切割系统中限制在金属条上产生过度张力的方法，其特征在于当所述金属带突然停止时，为了补偿所述工件因其惯性而产生的反向移动，在所述工件停止之前，所述工件以低速移动一段预定时间；以及当驱动电机减速以后，并且当所述工件低速移动之前，以25-35m/min的速度移动的一段时间里，所述驱动电机又被通电。
4.如权利要求3所述的在切割系统中限制在金属条上产生过度张力的方法，其特征在于所述突然停止信号和/或所述金属带的低速运转信号被时序控制，以便所述工件的速度曲线形成一个平滑曲线。
5.如权利要求3或4所述的在切割系统中限制在金属条上产生过度张力的方法，其特征在于所述低速的范围是10-30m/min。
全文摘要
一种在一切割系统中限制工件上产生过度张力的方法,其中金属带从一个展开卷筒上展开;然后由切条机切成若干个各窄金属条;金属条缠绕在若干个缠绕卷筒上;一个检测单元设置在切条机的前面,检测金属带表面的缺陷,使得在缺陷到达切条机之前,金属带突然停止,从而从金属带上消除缺陷。在出现突然停止信号后,使缠绕卷筒的驱动电机断电,采用在缠绕卷筒的驱动电机中的机械损耗作为制动力,可使上述张力降低到一安全值。
文档编号B21B37/48GK1200969SQ9712621
公开日1998年12月9日 申请日期1997年11月25日 优先权日1997年5月29日
发明者村冈庆一, 和田敏郎, 佐藤裕彦 申请人:日矿金属株式会社