一种带材收卷跑偏的补救纠偏系统及其控制方法与流程

本发明属于带材传送放卷收卷技术领域，更具体地，涉及一种带材收卷跑偏的补救纠偏系统及其控制方法。

背景技术：
在锂电池极片涂布、带钢连续生产线等工业生产中，需要大量用到收卷放卷装置，收卷放卷的稳定和精确与否对产品质量有着重大影响。由于传送设备、带材表面质量等原因，带材传送收卷过程中容易出现跑偏，导致收卷困难，甚至损坏带材表面质量。现有技术中存在对传动带材进行纠偏的装置，如文献号为CN104724528A的中国专利文献中的铝箔纠偏装置、文献号为CN103010704A的中国专利文献中的钢带纠偏系统、文献号为CN102814346A的中国专利文献中的带钢纠偏方法都是通过检测收卷部位之前的带材部分是否跑偏，然后将跑偏量反馈给控制系统，控制系统控制执行机构进行纠偏动作。这些纠偏方法都是在检测收卷之前一定区域的带材是否跑偏，但是当收卷处已经跑偏(即收卷不整齐)时，这些方法就来不及纠偏从而无法应对收卷带材的跑偏了。为此，我们决定在收卷部位对带材进行检测，当检测到跑偏时，使用补救措施让跑偏的这部分带材重新收卷，以此达到整齐收卷的目的。

技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种带材传送收卷跑偏的补救纠偏方案，在检测到刚刚进入收卷辊的带材跑偏时，收卷辊暂停收卷，由预收卷装置完成预收卷，同时纠偏装置将纠偏辊抬起，拉回已跑偏的部分带材并进行纠偏，然后收卷辊恢复运作、重新收卷，从而实现已跑偏带材的补救纠偏。本发明是一种全新的纠偏方式，能够对已经收卷跑偏的带材进行补救纠偏，从而在根源上确保带材收卷的整齐一致，使得通过一次收卷可以得到直径更大的卷带，克服了需要经常更换收卷辊的弊端，从而可提高收卷效率。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：一种带材收卷跑偏的补救纠偏系统，其特征在于，包括收卷装置6、监测装置4、纠偏装置1、预收卷装置2和控制模块10，其中：所述收卷装置6包括收卷辊5、轴承座8和电动机9，所述收卷辊5设置在轴承座8上，由电动机9驱使其转动；收卷装置6用于实现带材收卷；所述监测装置4包括两个图像采集器7，分别设置在所述收卷辊5两侧，其对准进入收卷辊5处的带材设置，用于采集带材两侧边缘与收卷辊交会处图像；所述纠偏装置1在带材两侧各设一套，其包括伺服电机101、电机法兰102、丝杆升降机103、轴承座105和纠偏辊106，所述丝杆升降机103的丝杆通过电机法兰102与所述伺服电机101的轴啮合，所述纠偏辊106通过轴承安装在丝杆升降机103顶部的轴承座105上；所述纠偏辊106平时与带材相贴，张紧并辅助卷送带材；出现跑偏时，可以在伺服电机驱动下，向上抬起，拉回已卷送的跑偏带材，并对带材进行纠偏；所述预收卷装置2包括第一、二预收卷辊(205、208)、正反转电机201、联轴器202、第一、二连接杆(204、209)；第一、二预收卷辊(205、208)两端分通过轴承与第一、二连接杆(204，209)相连；第一连接杆204和第二连接杆209中部外侧设有转轴，第二连接杆通过轴承架设在轴承座(207)上；第一连接杆204通过轴承架设在轴承座207上，其轴通过联轴器202与正反转电机201转轴连接；预收卷装置2用于控制带材的张力，使带材始终处于微张紧状态，在收卷辊5暂停收卷时提供预收卷的功能；以上装置均与控制模块相连，并按预收卷装置、纠偏装置、监测装置和收卷装置的顺序安装在带材收放卷系统；所述控制模块10用于对监测装置4传来的图像分析处理，根据处理结果发出纠偏指令或者回复正常态指令；工作中，监测装置4实时采集收卷辊5两侧边缘的收卷图像，将采集到的图像传输给控制模块10；控制模块10对图像进行分析处理，判断是否跑偏。正常收卷即无跑偏态时：预收卷装置2和纠偏装置1的电机处于停转状态，纠偏辊106、第一预收卷辊205、第二预收卷辊208均与带材相贴，略张紧并辅助卷送带材；收卷装置6的电动机9匀速转动，带动收卷辊5匀速收卷；发生带材跑偏时，控制模块10给收卷装置6、纠偏装置1、预收卷装置2发送纠偏指令：收卷装置6的电动机9停止转动，收卷辊5停止收卷；预收卷装置2的正反转电机201相对收卷辊5同向运动，带动第一、二预收卷辊(205、208)以同样的方向转动，完成带材的预收卷；纠偏装置1两侧的伺服电机101开始转动，带动两侧的丝杆升降机103向上运动，拉回收卷辊5收卷处已经跑偏的这一段带材；并借助于两侧的丝杆升降机103上升的高度的差异使带材侧向滑动完成纠偏。当跑偏纠正后，控制模块10发送回复正常态指令给收卷装置6、纠偏装置1、预收卷装置2：收卷装置6重新启动，且转速高于正常收卷时的转速，使得收卷辊5恢复收卷；预收卷装置2的电动机201相对收卷辊5反向转动，放开之前预收卷的部分带材；纠偏装置1的电机101相对收卷辊5反向转动，带动丝杆升降机103下降，恢复正常收卷时的位置；当预收卷装置2和纠偏装置1都回到正常收卷时的位置时，预收卷装置和纠偏装置停止运作，收卷装置的转速调至正常收卷时的转速，系统恢复正常收卷。相应地，本发明提出一种带材收卷跑偏的补救纠偏系统的控制方法，包括以下步骤：(1)正常收卷过程中，实时采集收卷辊两侧边缘的收卷图像，传输给控制模块；(2)控制模块分析处理图像，判断是否跑偏，是则转(3)，否则转(1)；(3)控制模块向收卷装置、预收卷装置、纠偏装置发出纠偏指令：收卷装置暂停收卷；预收卷装置启动预收卷；纠偏装置抬起带材，拉回收卷辊处已跑偏的带材，借助于两侧的丝杆升降机上升的高度的差异使带材侧向滑动完成纠偏；(4)监测装置继续采集收卷辊两侧边缘的收卷图像，图像传输给控制模块处理；控制模块分析处理图像，判断是否恢复正常，是则转(5)，否则继续监测；(5)控制模块向收卷装置、预收卷装置、纠偏装置发出回复正常态指令：收卷装置重新启动，且转速高于正常收卷时的转速，使得收卷辊恢复收卷；预收卷装置反向转动，放开之前预收卷的部分带材；纠偏装置的电机反向转动，带动丝杆升降机下降，直至恢复正常收卷时的位置；(6)预收卷装置和纠偏装置停止运作，收卷装置的转速调至正常收卷时的转速，整个系统恢复正常收卷。进一步的，所述控制模块10包括输入输出接口、CPU、存储单元和通信单元；控制模块10分别与所述收卷装置6、监测装置4、纠偏装置1和预收卷装置2相连；接收监测装置4传送过来的图像，对图像分析处理，判别是否跑偏，并输出纠偏指令或者回复正常态指令给收卷装置6、纠偏装置1和预收卷装置2。进一步的，所述监测装置4判断方法为：控制模块10接收监测装置4传送过来的图像，提取图像中带材的边缘特征信息，若检测出两侧带材的边缘与收卷辊所成角度都在(90-θ，90+θ)内，判定为无跑偏，否则判定为带材向角度大于90+θ度的那一侧跑偏；所述θ为容许偏差角。进一步的，所述监测装置4中的边缘提取算法为Canny算子法。进一步的，所述监测装置4判断方法中，容许偏差角θ为2-4度。进一步的，所述的补救纠偏系统中，所述纠偏装置1的纠偏动作为：控制模块10判断出带材跑偏时，首先控制纠偏装置1两侧的伺服电机101带动两侧的丝杆升降机103上升相同的高度，拉回收卷辊5收卷处已经跑偏的这一段带材；然后控制模块10根据带材跑偏的方向判断纠偏装置1哪一侧的丝杆升降机103还需要继续升高，原则是继续升高带材偏向的一侧，继续升高的高度与跑偏的偏差角成正比，若偏差角为α，则跑偏一侧的丝杆升降机103需要继续升高kα的高度，控制模块发送指令控制跑偏一侧的伺服电机101转动能使丝杆升降机103上升kα高度的转数。总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明通过收卷辊的暂时停转以及纠偏装置和预收卷装置的动作，能够从收卷根源处对已经收卷跑偏的带材进行补救纠偏，从而确保带材收卷的整齐一致，使得通过一次收卷可以得到直径更大的卷带，克服了需要经常更换收卷辊的弊端，从而可提高收卷效率和收卷质量。附图说明图1是带材跑偏的补救纠偏系统结构示意图；图2是带材跑偏的补救纠偏系统中纠偏装置的结构示意图；图3是带材跑偏的补救纠偏系统中预收卷装置的结构示意图；图4是控制模块的组成示意图；图5是带材跑偏的补救纠偏系统的控制流程图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-纠偏装置、2-预收卷装置、3-带材、4-监测装置、5-收卷辊、6-收卷装置、7-图像采集器、8-轴承座、9-电动机、10-控制模块、101-伺服电机、102-电机法兰、103-丝杆升降机、104-轴承、105-轴承座、106-纠偏辊、201-正反转电机、202-联轴器、203-第一轴承、204-第一连接杆、205-第一预收卷辊、206-第二轴承、207-轴承座、208-第二预收卷辊、209-第二连接杆。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。参阅图1，一种带材收卷跑偏的补救纠偏系统，包括收卷装置6、监测装置4、纠偏装置1、预收卷装置2和控制模块10。所述收卷装置6包括收卷辊5、轴承座8、电动机9，所述收卷辊5设置在轴承座8上，由电动机9控制；收卷装置6用于完成带材的收卷工作，与现有收卷装置保持匀速收卷状态不同的是，所述收卷装置的电动机9在正常收卷时是匀速转动的，而在纠偏状态下，电动机9停止转动，纠偏完成后，电动机9先以大于正常收卷状态时的转速转动，当预收卷装置2和纠偏装置1都回到初始位置即正常收卷时的位置时，电动机9的转速降低到正常收卷时的转速。所述监测装置4包括两个图像采集器7，分别设置在所述收卷辊5收卷位置的两侧，用于采集两侧边缘的收卷图像，并将图像传送给控制模块10，两个采集器的距离设置为与带材3的宽度相等，采集器的摄像头对准带材两侧边缘与收卷辊交会处。参阅图2，所述纠偏装置1包括左右两侧的伺服电机101、电机法兰102、丝杆升降机103、轴承座105、轴承104和纠偏辊106，所述电机法兰102与伺服电机101直接通过螺纹连接，所述丝杆升降机103的丝杆通过电机法兰102与所述伺服电机101的轴啮合，所述轴承座105通过螺钉安装在所述丝杆升降机103的升降台上，所述纠偏辊106通过所述轴承104安装在所述轴承座105上；在正常收卷状态时，所述伺服电机101不转动，丝杆升降机103处于设定的正常收卷时的高度；在纠偏状态时，所述伺服电机101转动带动所述丝杆升降机103上升，使得纠偏辊106上升抬起带材3，拉回已经跑偏的带材，并通过两侧的丝杆升降机103上升的高度的差异完成纠偏，具体的，带材往哪边偏，哪边的丝杆升降机103就上升的高一些，使得所述纠偏辊106上的带材向高度较低的一侧滑动，完成带材3的纠偏调整；参阅图3，所述预收卷装置2包括第一、二预收卷辊(205、208)、正反转电机201、联轴器202、第一、二连接杆(204、209)；第一、二预收卷辊(205、208)两端分通过轴承与第一、二连接杆(204，209)相连，第一连接杆204和第二连接杆209中部外侧设有转轴，第二连接杆通过轴承架设在轴承座207上；第一连接杆204通过轴承架设在轴承座207上，其轴通过联轴器202与正反转电机201转轴连接；在正常收卷状态时，所述正反转电机201不转动，两预收卷辊(205、208)对带材3只有较小的张紧力；在纠偏状态时，所述正反转电机201相对收卷辊5同向转动，带动所述预收卷辊(205、208)以同样的方向转动，从而使带材始终处于张紧状态并完成带材的预收卷；设置预收卷装置2的目的是，在纠偏时，收卷辊停止收卷了，但放卷机那边还在不停的放卷，放卷后的其他工序如涂布、烘干等还在继续，所以还需要带材处于张紧状态且需要带材不断前进，因此需要预收卷装置来进行临时收卷并张紧带材。参阅图4，所述控制模块10包括输入输出接口、CPU、存储单元、通信单元；控制模块10分别与所述收卷装置6、监测装置4、纠偏装置1、预收卷装置2相连；接收监测装置4传送过来的图像，对图像进行分析处理，采用边缘提取算法例如Canny算子提取图像中带材的边缘特征信息，若检测出两侧带材的边缘与收卷辊所成角度都在(90-θ，90+θ)内，判定为无跑偏，否则判定为带材向角度大于90+θ度的那一侧跑偏；所述θ为容许偏差角。若发现跑偏现象，则控制模块10发送纠偏指令给收卷装置6、纠偏装置1和预收卷装置2完成纠偏动作，在本实施例中，所述控制模块10优选为一台计算机，容许偏差角θ优选为3度。参阅图1，整套装置的安装过程为：所述收卷装置6安装在收卷系统的末端，其底座安装在地面，电动机9和轴承座8都安装在底座上，纠偏辊5两端的轴都装在轴承上，轴承装在轴承座上，其中一个轴通过联轴器与电动机9的轴连接，待收卷的带材绕在收卷辊5上；所述监测装置4左右两边的图像采集器分别安装在左右两边的支架上，左右两边的装置通过连接杆连接起来，两个支架放置在收卷装置的底座上，调整位置使得采集器的摄像头对准带材两侧边缘与收卷辊交会处；所述纠偏装置1安装在收卷装置6前，其底座固定在地面上，左右两侧的伺服电机101安装在底座上，电机法兰102与伺服电机101直接用螺纹连接，丝杆升降机103的丝杆通过电机法兰102与伺服电机101的轴啮合，轴承座105安装在丝杆升降机103的升降平台上，轴承104安装在轴承座105上，纠偏辊106两端的轴分别与左右两边的轴承104配合，纠偏辊106自下而上撑起带材；所述预收卷装置2安装在纠偏装置1前面，其底座固定在地面上，正反转电机201、左右两侧的轴承座207都安装在底座上，轴承座207内装有轴承206，第一、二预收卷辊(205、208)两端分通过轴承与第一、二连接杆(204，209)相连，第一连接杆204和第二连接杆209中部外侧设有转轴，第二连接杆通过轴承架设在轴承座207上；第一连接杆204通过轴承架设在轴承座207上，其轴通过联轴器202与正反转电机201转轴连接，第一预收卷辊205位于带材的下面，第二预收卷辊208位于带材的上面，且都贴紧带材；本实施例中控制模块10选为一台计算机，该计算机放置在收卷装置旁边，计算机通过驱动软件与驱动装置与收卷装置6、监测装置4、纠偏装置1、预收卷装置2连接和通讯。参阅图5，以下结合一种具体的控制方法对本发明的带材收卷跑偏的补救纠偏系统做进一步的说明，包括如下步骤：(1)正常收卷过程中，监测装置4两侧的图像采集器7实时采集收卷辊5两侧边缘的收卷图像，将采集到的图像传输给控制模块10；(2)控制模块10对采集到的图像进行分析处理，本实施例采用Canny算子提取图像中带材的边缘特征信息，该算法具有信噪比高、定位精确的优点，若检测出两侧带材的边缘与收卷辊所成角度都在(90-θ，90+θ)内，判定为无跑偏，否则判定为带材向角度大于90+θ度的那一侧跑偏；所述θ为容许偏差角，在本实施例中设置为3度。判断处于跑偏状态则转(3)，否则转(1)；(3)控制模块10向收卷装置6、预收卷装置2、纠偏装置1发出纠偏指令，收卷装置6暂停收卷，预收卷装置2的电机启动进行预收卷，控制模块10控制纠偏装置1两侧的伺服电机101带动两侧的丝杆升降机103上升相同的高度，拉回收卷辊5收卷处已经跑偏的这一段带材；然后控制模块10根据带材跑偏的方向判断纠偏装置1哪一侧的丝杆升降机103还需要继续升高，原则是继续升高带材偏向的一侧，继续升高的高度与跑偏的偏差角成正比，若偏差角为α，则跑偏一侧的丝杆升降机103需要继续升高kα的高度，控制模块发送指令控制跑偏一侧的伺服电机101转动能使丝杆升降机103上升kα高度的转数。这样就使得纠偏左右倾斜一定角度，使带材向低的一侧滑动一段距离完成纠偏。本实施例中k的取值需要事先通过试验确定，具体的，试验出角度偏差为β时需要将跑偏侧的丝杆升降机升高h的高度以完成纠偏，则k＝h/β；(4)监测装置4继续采集收卷辊5两侧边缘的收卷图像，将采集到的图像传输给控制模块10进行处理；控制模块10分析处理图像，判断是否纠正，是则转(5)，否则继续监测；(5)控制模块10向收卷装置6、预收卷装置2、纠偏装置1发出回复正常态指令，收卷装置6重新启动，且转速高于正常收卷时的转速的30％，使得收卷辊5恢复收卷，预收卷装置2的电动机201反向转动，放开之前预收卷的部分带材，纠偏装置1的电机101反向转动，带动丝杆升降机103下降，直至恢复正常收卷时的位置；(6)当预收卷装置2和纠偏装置1都回到正常收卷时的位置时，预收卷装置2和纠偏装置1停止运作，收卷装置的转速调低至正常收卷时的转速，整个系统恢复正常收卷。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。