张力控制系统的制作方法

本发明涉及运动伺服控制领域，具体而言，涉及张力控制系统。

背景技术

在张力控制的各行各业中，传统的张力控制系统已经无法应对市场的残酷竞争，随之孕育而生的便是各种较为先进的控制系统。

传统的绞线机采用单电机驱动，加装电位器，根据电位器位置的变化转换成电压的变化达到模拟量控制驱动器，驱动器控制收放卷电机的转速，达到单电机的绞线驱控。这种张力控制采用浮动辊轮加电位器共同作用控制，浮动辊轮通过弹簧来牵拉，在牵拉时对于初始张力由弹簧调节，张力调节不精准且单一，电位器的位置反馈精准度不高，造成张力控制不精准。

技术实现要素：

针对现有技术中的不足，本发明提供张力控制系统以解决现有技术中由于采用浮动辊轮夹电位器控制而造成的张力调节不精准且单一、电位器的位置反馈精准度低的问题。

为此，本发明提供如下技术方案：

张力控制系统，包括收放卷电机以及控制所述收放卷电机转动的收放卷驱动器，所述张力控制系统还包括张力电机、张力驱动器、浮动辊和转换机构；所述收放卷电机用于收卷或放卷绕材，绕材绕在所述浮动辊上后反向传送，所述浮动辊通过转换机构连接在所述张力电机上，所述转换机构能够变所述浮动辊的往复直线运动为所述张力电机的往复转动；所述张力电机对所述浮动辊存在一与绕材输出方向相反的牵拉力，绕材上的张力与该牵拉力不平衡时，所述张力电机转动，所述张力电机的转动信号通过所述张力驱动器输入给所述收放卷驱动器，所述收放卷驱动器控制所述收放卷电机变速。

作为对上述的张力控制系统的进一步可选的方案，所述浮动辊向所述绕材的传动方向移动时，所述收放卷驱动器控制所述收放卷电机加速，所述浮动辊向所述绕材的传动方向的反向移动时，所述收放卷驱动器控制所述收放卷电机减速。浮动辊向绕材的传送方向移动时，绕材上的张力大，通过增大收放卷电机的速度，从而减小绕材上的张力，浮动辊向染才的传送方向的反向移动时，绕材上的张力小，通过减小收放卷电机的速度，从而增大绕材上的张力。

作为对上述的张力控制系统的进一步可选的方案，所述转换机构包括执行部和转动部，所述转动部在转动时能够驱动所述执行部做直线运动；所述转动部与所述张力电机同轴相连，所述浮动辊与所述执行部相连。

作为对上述的张力控制系统的进一步可选的方案，所述执行部为皮带，所述转动部为皮带轮。皮带和所述皮带轮形成皮带传动副，所述张力电机可驱动一个所述皮带轮转动，所述浮动辊可牵拉所述皮带移动，采用皮带传动副作为转换机构，皮带上所受的力即为绕材的张力，运动转换方向直接，几乎无损耗，能够实现对绕材上的张力的准确控制。

作为对上述的张力控制系统的进一步可选的方案，所述皮带轮与所述皮带之间的摩擦力大于所述张力电机对所述浮动辊的牵拉力。保证皮带与皮带轮之间不打滑，能够将线材上张力的变化准确的转换为张力电机的转动。

作为对上述的张力控制系统的进一步可选的方案，所述张力驱动器获取到所述张力电机转动超过一预设角度时，所述收放卷驱动器控制所述收放卷电机停机。张力电机受力不平衡会持续的转动，若电机的转动角度超过该预设的角度，即认定为绕材发生崩断，控制收放卷电机停机，尽快排查故障。

作为对上述的张力控制系统的进一步可选的方案，所述张力电机转动时向所述张力驱动器输入脉冲信号，所述收放卷驱动器根据该脉冲信号控制所述收放卷电机变速。采用脉冲信号控制收放卷电机，具有可靠性高，不易发生飞车事故，信号抗干扰性好，控制精度高的优点。

作为对上述的张力控制系统的进一步可选的方案，所述张力电机上设有用于感测所述张力电机的转角的绝对值编码器，所述绝对值编码器与所述张力驱动器电性连接。绝对值编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来计算其位置，抗干扰性、数据的可靠性大大的提高了。

作为对上述的张力控制系统的进一步可选的方案，所述张力驱动器或所述收放卷驱动器上设有通信接口，通过该通信接口能够读取所述张力电机、所述收放卷电机的工作参数，且通过该通信接口能够向所述张力电机、所述收放卷电机写入工作参数。通过通信接口实现张力控制系统与外界的信息交互，通过读取张力电机、收放卷电机的工作参数，能够直观的获取张力控制系统的工作状态，通过向张力电机写入工作参数，通常为改变张力电机的初始力矩，从而调节绕材的张力，通过向收放卷电机写入工作参数，从而调节收放卷电机的初始速度，使得张力控制系统能够更好的进入工作状态。

作为对上述的张力控制系统的进一步可选的方案，所述通信接口为rs485、can或以太网接口。rs485是一种联网通信接口，通过rs485与电脑调试端通信连接，能够实现对张力控制系统的可视化操作。

本发明的实施例至少具有如下优点：

本发明的张力控制系统通过张力电机、张力驱动器、收放卷电机、收放卷驱动器构成了张力的闭环控制系统。张力驱动器向张力电机上输入一初始扭力，该扭力即为平衡状态下的绕材的张力，当张力电机受力不平衡时发生转动，张力驱动器将该转动，即该张力不平衡反馈到收放卷驱动器上，收放卷驱动器控制收放卷电机变速，通过改变绕材的收放卷速度改变绕材上的张力。同时张力控制系统采用张力电机，无需采用电位器来感测不平衡的位置，结构更为简单、紧凑和可靠，是一种集成驱动收放卷绕材和控制绕材的张力于一体的张力控制系统。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的张力控制系统的结构示意图。

图标：1-张力控制系统；11-收放卷电机；12-收放卷驱动器；13-张力电机；14-张力驱动器；15-浮动辊；16-皮带；17-皮带轮；18-支架；19-导辊。

具体实施方式

在下文中，将结合附图更全面地描述本发明的各种实施例。本发明可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。因此，将参照在附图中示出的特定实施例更详细地描述本发明。然而，应理解：不存在将本发明的各种实施例限于在此发明的特定实施例的意图，而是应将本发明理解为涵盖落入本发明的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。结合附图的描述，同样的附图标号标示同样的元件。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“a或/和b中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“a或b”或“a或/和b中的至少一个”可包括a、可包括b或可包括a和b二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

实施例

如图1所示，张力控制系统1，应用于对绕材传送的张力控制，绕材可以为线缆、带材、纸、膜、纺织品等具有卷绕特性的产品，张力控制系统1可以应用于绞线机、切膜机、包装机、分条机、纺织机等设备上，本实施例以应用于绞线机上的，用于绞线的张力控制系统1为例进行说明，绕材以线材为例进行说明。

张力控制系统1包括收放卷电机11、收放卷驱动器12、张力电机13、张力驱动器14、浮动辊15和转换机构。

其中，收放卷电机11用于收卷或放卷线材，收放卷驱动器12用于控制收放卷电机11动作，通过控制收放卷电机11的转速从而达到对收卷张力的控制。本实施例中，收放卷电机11用于放卷线材。

浮动辊15上线材的传动机构，用于对现在进行导向，并可以通过浮动辊15位置的变化来反馈线材上张力的变化情况。浮动辊15是一种能够绕着自身轴线转动的辊体，变线材与浮动辊15之间的滑动摩擦为滚动摩擦，尽可能地减小浮动辊15与线材之间的摩擦力。线材绕过浮动辊15传送后传送方向相反，线材和浮动辊15组成了类似动滑轮结构，线材上的张力与浮动辊15受到的线材的拉力相等。线材自收放卷电机11传送至浮动辊15，自浮动辊15传送而出的线材被一收绕线材机构收卷，从而完成绞线。

转换机构是一种直线转圆周运动机构，变浮动辊15直线往复运动为圆周往复运动。浮动辊15通过转换机构连接在张力电机13上，转换机构能够变浮动辊15的往复直线运动为张力电机13的往复转动。

张力电机13对浮动辊15存在一与绕材输出方向相反的牵拉力，绕材上的张力与该牵拉力不平衡时，张力电机13转动，张力电机13的转动信号通过张力驱动器14输入给收放卷驱动器12，收放卷驱动器12控制收放卷电机11变速。

自浮动辊15上传送而出的线缆被一收绕机构收卷，收绕机构的收绕速度一定，收绕机构到防卷电机的距离一定，线材张力的大小与收放卷电机11的放卷速度有关，收放卷电机11的放卷速度越大，传送机构上的线材越松弛，线材上的张力越小，收放卷电机11的放卷速度越小，传送机构上的线材越紧致，线材上的张力越大。

在另一实施例中，收放卷电机11作为线材的收卷端，线材自放卷端，传送至浮动辊15后传送到收放卷电机11上。收放卷电机11的收卷速度越大，传送机构上的线材越紧致，线材上的张力越大，收放卷电机11的收卷速度越小，传送机构上的线材越松弛，线材上的张力越小。

通过张力电机13控制线材上的张力，当线材上的张力与张力电机13上预设的扭力不匹配时，说明线材上的张力没有达到要求，浮动辊15做直线运动，张力电机13转动，从而反馈给张力驱动器14，而后收放卷驱动器12控制收放卷电机11改变转动速度，收放卷电机11通过改变转速，来调控浮动辊15上的线材的松紧，从而调节线材的张力。经过线材的张力的调节，使得线材上的张力与张力电机13上的扭力达到平衡，从而使得张力电机13停止转动，收放卷电机11保持该放卷速度不变，从而达到对线材上的张力的精准控制。

需要说明的时，此处所言的匹配不一定为相等，可通过计算确定自张力电机13经过转换机构传送到浮动辊15的力的损失后，祛除力的损失后的张力电机13的扭力为线材上的拉力。

浮动辊15向线材的传动方向移动时，当收放卷电机11放卷线材时，说明线材的张力大，通过收放卷驱动器12控制收放卷电机11加速，从而减小线材上的张力；当收放卷电机11收卷线材时，说明线材的张力小，通过收卷驱动其控制收放卷电机11加速，从而增大线材上的张力。同理，浮动辊15向线材的传动方向的反向移动时，当收放卷电机11放卷线材时，说明线材的张力小，通过收放卷驱动器12控制收放卷电机11减速，从而增大线材上的张力；当收放卷电机11收卷线材时，说明线材的张力大，通过收卷驱动其控制收放卷电机11减速，从而减小线材上的张力。

可以理解，张力驱动器14和收放卷驱动器12可以为两个独立的驱动器，也可以将张力驱动和收放卷驱动集成在一个驱动器上，可以依据需求选用或集成或独立的驱动器。

本实施例中，转换机构包括执行部和转动部，转动部在转动时能够驱动执行部做直线运动；转动部与张力电机13同轴相连，浮动辊15与执行部相连。转换机构可以看作一种直线运动机构，在转动部转动时，执行部能够做直线运动，从而将线材上张力的变化体现在张力电机13上。

本实施例中，执行部为皮带16，转动部为皮带轮17。皮带16和皮带轮17形成皮带16传动副，张力电机13可驱动一个皮带轮17转动，张力电机13同轴设置在一个皮带轮17上，具体可以为，张力电机13设于线材传送方向的反方向上，张力电机13的预设转矩方向为逆时针方向，从而对浮动辊15形成牵拉。

浮动辊15通过支架18连接在皮带16上，浮动辊15可以相对支架18转动，支架18固定在皮带16的一点上。电机的转动可以通过皮带16实现与浮动辊15的相互牵拉。采用皮带16传动副作为转换机构，皮带16上所受的力即为绕材的张力，运动转换方向直接，几乎无损耗，能够实现对绕材上的张力的准确控制。

皮带轮17与皮带16之间的摩擦力大于张力电机13对浮动辊15的牵拉力。皮带轮17与皮带16之间的摩擦力应大于张力电机13上设置的扭力，从而保证皮带16与皮带轮17之间不打滑，能够将线材上张力的变化准确的转换为张力电机13的转动。通过改变皮带轮17之间的距离可以调节皮带16的张紧力，从而调节皮带16与皮带轮17之间的摩擦力。

本实施例中，张力控制系统1还包括导辊19，线材自收放卷电机11上传送而出，导辊19传递到浮动辊15上输出，线材在浮动辊15上的输出方向与收放卷电机11的输出方向相同，加设导辊19一方面是改变了线材的传送方向，另一方对线材的输送形成支撑，防止线材在长距离输送时发生挠性变形，使得线材的传输更加稳定。

在另一实施例中，转换机构还可以是齿轮齿条机构，齿轮作为转动部，齿条作为执行部，张力电机13带动齿轮转动，浮动辊15通过支架18转动地连接在齿条上。

在又一实施例中，转换机构还可以是滚珠丝杠机构，丝杠作为转动部，螺母滑块作为执行部，张力电机13带动丝杠转动，浮动辊15通过支架18转动地连接在螺母滑块上。

张力驱动器14获取到张力电机13转动超过一预设角度时，收放卷驱动器12控制收放卷电机11停机。张力电机13受力不平衡会持续的转动，当张力电机13转动时，皮带16发生移动，同时带动皮带16上的浮动辊15移动。收放卷电机11在张力电机13转动的预设角度范围内能够将张力电机13受力不平衡的问题通过调节收放卷速度解决，若张力电机13的转动角度超出了该预设范围，则认定在该张力下，线材发生了崩断，对张力电机13没有牵拉，从而使得张力电机13的转动超范围。通过控制收放卷电机11停机，不再绕线，及时对放生的故障进行排查和整修，张力电机13的转动角度恢复到预设角度范围内，收放卷电机11正常工作。

张力电机13转动时向张力驱动器14输入脉冲信号，收放卷驱动器12根据该脉冲信号控制收放卷电机11变速。采用脉冲信号控制收放卷电机11，具有可靠性高，不易发生飞车事故，信号抗干扰性好，控制精度高的优点。

具体的，张力电机13上设有用于感测张力电机13的转角的绝对值编码器，绝对值编码器与所述张力驱动器14电性连接。绝对值编码器在转动时输出脉冲，通过计数设备来计算其位置，抗干扰性、数据的可靠性大大的提高了。

上述，张力电机13采用了绝对值编码器来代替了传统的电位器，进行位置反馈，同时采调制脉冲作为调速口，控制精度、可靠度大大提高，同时变电位器的机械式位置感测为绝对值编码器的电性式位置感测，使用寿命也大大的提高了。

上述，张力电机13可以集成张力控制器功能，收放卷电机11可以集成收卷控制器功能，采用伺服一体电机，可以很好的减小机构体积，从而使得张力控制系统1的机构更加精简和紧凑。

张力驱动器14或收放卷驱动器12上设有通信接口，通过该通信接口能够读取张力电机13、收放卷电机11的工作参数，且通过该通信接口能够向张力电机13、收放卷电机11写入工作参数。

本实施例中，张力驱动器14上设有通信接口，通过通信接口实现张力控制系统1与外界的信息交互，通过读取张力电机13、收放卷电机11的工作参数，能够直观的获取张力控制系统1的工作状态，通过向张力电机13写入工作参数，通常为改变张力电机13的初始力矩，从而调节绕材的张力，通过向收放卷电机11写入工作参数，从而调节收放卷电机11的初始速度，使得张力控制系统1能够更好的进入工作状态。

本实施例中，通信接口为rs485。rs485是一种联网通信接口，通过rs485与电脑调试端通信连接，能够实现对张力控制系统1的可视化操作，能够更加直观的读取到张力控制系统1的工作状态，且能够更为方便和精准的向张力电机13、收放卷电机11写入工作参数。

在其他的实施例中，通信接口还可以为can或以太网接口。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。