一种柔性膜张力检测辊的制作方法
【专利摘要】本发明属于柔性膜卷绕输送相关设备领域，并公开了一种柔性膜张力检测辊，它包括水平联接成一体的总张力检测组件和张力分布检测组件；所述总张力检测组件呈底座的形式，并且它的底座芯轴沿着周向方向设置有多个应变式传感器，用于对柔性膜输送过程中总张力的实时检测；所述张力分布检测组件呈辊筒的形式，由模块化的多个辊单元首尾连接而成，其中各个辊单元之间通过结构设计来实现磁性相连和依次供电，并且它的辊筒的轴向和周向分布有柔性传感器，由此执行各个辊单元独立对应区域的张力分布检测。通过本发明，能够以结构紧凑、便于操控的方式同时实现对柔性膜卷绕输送过程中总张力和张力分布的同步高精度测量，并具备适应性和可靠性强等优点。
【专利说明】
一种柔性膜张力检测辊
技术领域
[0001 ]本发明属于柔性膜卷绕输送相关设备领域，更具体地，涉及一种柔性膜张力检测辊。
【背景技术】
[0002]柔性膜卷绕输送系统广泛应用于造纸、印刷、食品加工、柔性电子封装等工业领域，主要包括放卷模块、张力检测模块、进给模块、收卷模块组成，其中张力检测与控制是柔性膜卷绕输送系统的关键环节之一，在柔性膜卷绕输送系统的各个模块均需要精密的张力检测与控制来提高产品质量。随着新技术和新材料的发展，张力检测作为工业控制领域的共性基础技术之一，在半导体制造、真空镀膜、精密纤维卷绕等方面越来越受到人们的重视，张力检测与控制的效果直接影响着产品加工的质量。例如，张力过大会导致薄膜变形甚至断裂，张力过小则会导致薄膜皱褶、横向漂移等，均会降低产品质量;然而上述柔性电子薄膜的制备过程中的张力检测问题，在目前工业生产中并没有得到很好的解决。
[0003]现有技术中所提出的一些柔性膜张力检测方案中，大多是针对柔性膜平均张力的检测。例如，CN 201320664096.2中公开了一种悬臂式低张力传感器，该传感器包括张力辊和安装座，张力辊的一端安置在安装座上，其包括芯轴、辊筒体以及张力检测器，辊筒体套设在芯轴上，两端分别通过张力检测器与芯轴相接，安装座上设置有信号输出端口，并与张力辊内的张力检测器连接。该检测方案只能完成柔性膜平均张力或总张力的检测，而无法完成对柔性膜截面的张力分布的检测，相应存在纠偏控制精度不足、生产效率不高等问题，有必要对其作出进一步的继续研究和改进。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种柔性膜张力检测辊，其中通过结合柔性膜卷绕加工和输送的工艺特点，对张力检测单元的结构组成、相互连接关系及供电方式等多个方面重新进行设计，相应能够同时实现对柔性膜卷绕输送过程中总张力和张力分布的同步高精度测量，并具备结构紧凑、集成度高、便于操控和拓展、信号采集准确、适应性和可靠性强等优点，因而尤其适用于各类卷到卷的柔性膜料卷张力检测应用场合。
[0005]为实现上述目的，按照本发明，提供了一种柔性膜张力检测辊，其特征在于，该柔性膜张力检测辊由水平联接成一体的总张力检测组件和张力分布检测组件共同组成，其中:
[0006]所述总张力检测组件呈底座的形式，并包括法兰、套筒和底座芯轴，其中该法兰由两个半圆环组合而成，并在其内圈设置有环形台阶；该套筒水平固定于所述法兰内圈的环形台阶，由此实现轴向定位;该底座芯轴同轴安装于所述套筒的内部，然后经由锁紧套与所述张力分布检测组件水平联接;此外，所述底座芯轴的中段外圈沿着周向方向设置有多个应变式传感器，用于执行对柔性膜输送过程中总张力的实时检测；该底座芯轴上还安装有第一信号采集模块，由此执行所述总张力的实时检测结果的信号采集及处理，并执行张力分布检测结果的信号接收及处理；
[0007]所述张力分布检测组件呈辊筒的形式，由模块化的多个辊单元首尾连接而成，可根据柔性膜的工作段宽度来进行数量调整，并且相邻的辊单元之间通过磁性方式彼此相连;各个辊单元各自包括辊筒和同轴设置于该辊筒内部的辊芯轴，其中该辊筒与该辊芯轴的左右两端均通过轴承实现连接安装，并使得所述辊筒可绕其轴线发生旋转;对于所述辊筒而言，它进一步包括内筒、传感器基座和多个柔性传感器，其中该内筒内圈的左右两端与所述轴承的外圈连接，该内筒的外圈与所述传感器基座的内圈连接，该传感器基座的外圈表面设置有用于安装所述柔性传感器的多个槽，所述多个柔性传感器则同时沿着所述辊筒的轴向和周向分布，并用于执行该辊单元所对应区域的张力及其分布检测;此外，各个辊单元的端部还设置有第二信号采集模块，由此执行各个辊单元所对应区域的柔性膜张力分布检测结果的信号采集及发射，同时执行所述轴承的密封。
[0008]作为进一步优选地，所述辊芯轴整体呈水平布置的空心轴的形式，在该空心轴的左端面，沿其周向方向设置有两个环形槽，其中处于内侧的第一环形槽用于安装电磁铁，而处于外侧的第二环形槽用于安装直径相对较大的大铜环;沿着该空心轴左端的径向方向还贯穿安装有弹簧式插头，并用于电流的导入;在该空心轴的右端面，同样沿其周向方向设置有第三环形槽，该第三环形槽用于安装直径相对较小的小铜环，并用于电流的导出；此外，沿着该空心轴右端的径向方向还对称安装有两个铜柱，并且该铜柱与所述小铜环、弹簧式插头之间通过导线连接;相应地，当相邻的两个棍单元首尾相连时，所述铜柱与所述电磁铁连接，由此实现对电磁铁的供电；该铜柱的端部同时还与所述大铜环的内圈连接，而该大铜环的外圈则与所述第二信号采集模块中的电刷相接触，由此实现对第二信号采集模块的供电。
[0009]作为进一步优选地，对于所述张力分布检测组件中处于最尾端的辊单元而言，它的右端还设置有端盖，并用于完成组装后的张力分布检测组件的密封保护。
[0010]作为进一步优选地，所述柔性传感器优选采用块状覆盖或者螺旋覆盖等形式，相应同时沿着所述辊筒的轴向和周向设置。
[0011]作为进一步优选地，所述第二信号采集模块优选包括所述电刷和信号发射单元，其中该电刷的内圈与所述大铜环的外圈相接触，由此获得供电；该信号发射单元与所述柔性传感器信号相连，由此将这些柔性传感器所获得的信号予以采集及发射。
[0012]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，主要具备以下的技术优点:
[0013]1、本发明中通过将检测辊设计为包括水平互联成一体的总张力检测组件和张力分布检测组件，并对它们各自的具体结构组成及其相互联接方式进行改进，相应能够在实现柔性膜总张力测量的同时，还能够针对柔性膜张力分布状况执行高精度测量，而且张力分布检测组件的模块化设计使得本发明能够适应于不同尺寸及位置的柔性膜，并具备便于装配和灵活调整、整体集成度高等优点；
[0014]2、本发明中还针对各组件的供电这一关键层面对其结构组成相应进行了设计，相应使得总张力检测组件特别是模块化的各张力分布检测辊之间不仅可通过电磁铁实现相互连接，而且电流能够高效依次传输，进而得以以结构紧凑、便于操控的方式实现整个张力检测轴的电流传输及控制；
[0015]3、本发明中还针对张力分布检测组件中各辊单元的具体结构尤其是柔性传感器的设置方式进行了研究，相应能够高精度执行各种不同的张力分布检测需求，相应与现有设备相比能够更为全面地完成沿着柔性膜截面方向的张力分布检测，进而在输送过程中更为准确地执行相应控制并达到显著提高产品生产质量的效果。
【附图说明】
[0016]图1是按照本发明优选实施方式所构建的柔性膜张力检测辊的整体结构示意图；
[0017]图2a是图1中所示总张力检测组件的结构示意图；
[0018]图2b是图1中所示总张力检测组件的结构分解示意图；
[0019]图3是图1中所示张力分布检测组件的整体结构示意图；
[0020]图4a是图3中所示构成张力分布检测组件的单个辊单元的结构示意图；
[0021]图4b是图3中所示构成张力分布检测组件的单个辊单元的结构分解示意图；
[0022]图5是用于更为具体地显示各个辊单元中的辊芯轴的结构分解示意图；
[0023]图6是用于更为具体地显示各个辊单元中的辊筒的结构分解示意图；
[0024]图7a是按照本发明的一个优选实施例、显示柔性传感器在辊单元上的一种分布形式的示意图；
[0025]图7b是按照本发明的另一优选实施例、显示柔性传感器在辊单元上的另外一种分布形式的示意图；
[0026]图8是用于更为具体地显示各个辊单元中的第二信号采集模块的结构示意图；
[0027]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:
[0028]1-底座2-辊筒10-法兰11-底座芯轴12-第一信号采集模块13-套筒14-锁紧套110-应变式传感器20-辊单元21-端盖200-辊芯轴201-辊筒202-轴承203-第一信号采集模块204-轴承盖200a-空心轴200b_弹簧式插头200c_铜柱200d_小铜环200e-大铜环200f-电磁铁201a-内筒201b-传感器基座201c_柔性传感器203a_电刷203b-信号发射单元
【具体实施方式】
[0029]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。
[0030]图1是按照本发明优选实施方式所构建的柔性膜张力检测辊的整体结构示意图。如图1中所示，该柔性膜张力检测辊由水平联接成一体的总张力检测组件和张力分布检测组件共同组成，并对它们各自的具体结构组成及其设置方式分别进行了针对性设计，相应期望达到不仅可实现对柔性膜卷绕输送过程中总张力的测量，还能够对沿着柔性膜横向截面与纵向截面方向的张力分布状况执行同步高精度测量的效果。下面将对这两个组成单元逐一进行具体解释说明。
[0031]首先参看图2a和图2b，分别显示了总张力检测组件的整体结构及其组成单元。具体而言，该总张力检测组件呈底座I的形式，并包括法兰10、套筒13和底座芯轴11等组成单元。其中，法兰10譬如可由两个半圆环组合而成，彼此通过螺钉连接，并通过螺钉的张紧力将套筒13锁紧固定于法兰10的内圈。法兰10的内圈还设置有环形台阶，套筒13的外圈相应设置环形槽，由此通过该环形槽与环形台阶之间的配合，使得套筒水平固定于法兰10，由此实现轴向定位。底座芯轴11同样呈水平布置，并同轴安装于套筒13的内部，譬如其左端可通过螺钉与套筒13的左侧内壁相连，其右端经由锁紧套14与张力分布检测组件2水平联接。
[0032]为了执行柔性膜输送过程中总张力的检测，在本发明中，所述底座芯轴11的中段外圈沿着圆周方向设置有多个应变式传感器110，用于执行总张力的实时检测；同时考虑到供电的问题，该底座芯轴11的右端沿着径向方向对称设置有两个圆孔，每个孔内设置铜柱，用于电流传输;第一信号采集模块12譬如可通过螺钉水平固定于底座芯轴11的左端，由此对总张力的实时检测结果执行信号采集及处理。
[0033]接着参看图3，显示了按照本发明的另一关键组件也即张力分布检测组件的整体结构示意图。如图3所示，该张力分布检测组件呈辊筒2的形式，由模块化的多个辊单元20首尾连接而成，可根据柔性膜的工作段宽度来进行数量调整，并且相邻的辊单元之间通过磁性方式彼此相连，以适应不同宽度及位置柔性膜的张力检测需求。此外，在最尾端的辊单元的右端，还可以设置有端盖21，用于完成组装后的张力分布检测组件的密封保护。
[0034]具体如图4a和4b中所示，组成张力分布检测组件的单个辊单元可包括包括辊筒201和同轴设置于该辊筒内部的辊芯轴200，其中该辊筒201与该辊芯轴200的左右两端均通过轴承202实现连接安装，譬如轴承202的外圈与辊筒201相连，轴承202内圈与辊芯轴200相连，由此使得所述辊筒可绕其轴线发生旋转；同时参看图6，对于所述辊筒201而言，它进一步包括内筒201a、传感器基座201b和多个柔性传感器201c，其中该内筒201a内圈的左右两端与所述轴承202的外圈连接，该内筒201a的外圈与所述传感器基座201b的内圈连接，该传感器基座201b的外圈表面设置有用于安装柔性传感器201c的多个槽，所述多个柔性传感器201c则同时沿着所述辊筒的轴向和周向分布，并用于执行该辊单元所对应区域的张力及其分布检测。此外，各个辊单元的端部还设置有第二信号采集模块203，由此执行各个辊单元所对应区域的柔性膜的张力分布检测结果的信号采集及发射，同时执行所述轴承202的密封。
[0035]更具体地，辊芯轴200水平设置，左端与上一个辊单元也即前置辊单元的右端(尾端)连接，右端与下一个辊单元也即后置辊单元的左端(首端)相连。譬如在处于左侧的轴承202外侧来设置第二信号采集模块203，并在处于右侧的轴承202外侧来设置轴承盖204用于轴承密封，轴承盖204与第二信号采集模块203分别可通过螺钉与辊筒201两侧面连接并随辊筒同步转动。以此方式，分布在各个辊单元上的柔性传感器分别各自独立地执行对各辊单元所对应的区域或位置的柔性膜的张力分布检测，进而由所有辊单元获得的检测结果来更为全面、准确地反映柔性膜整体张力分布状态。
[0036]为了更为精确地获得张力分布检测结果，柔性传感器在各个辊单元上的分布设计起到直接影响。相应地，按照本发明的一个优选实施例，如图7a和7b所示，本发明的柔性传感器在辊单元上的布局优选采用图7b中的螺旋覆盖、或者图7a中所示的块状覆盖，并且同时沿着辊筒201的轴向和周向设置，测试表明能够获得更为精确的张力分布检测结果。此夕卜，传感器基座201b优选采用柔性材料，以保护柔性传感器，防止压伤。
[0037]如图8所示，所述第二信号采集模块203譬如可包括电刷203a和信号发射单元203b，其中该电刷203a的内圈与下面将具体说明的大铜环200e的外圈相接触，由此获得供电；该信号发射单元203b与所述柔性传感器201c信号相连，由此将这些柔性传感器所获得的信号予以采集及发射。
[0038]对于以上构造的张力检测辊而言，在同时实现总张力和各区域张力分布检测的基础上，还有必要对其多个组成元件的供电这一关键功能的实现继续做出研究和设计。具体参看图5，按照本发明的一个优选实施例，对于各个辊单元的辊芯轴200而言，其整体譬如呈水平布置的空心轴200a的形式。在该空心轴200a的左端面，沿其周向方向设置有两个环形槽，其中处于内侧的第一环形槽用于安装电磁铁200f，而处于外侧的第二环形槽用于安装直径相对较大的大铜环200e;沿着该空心轴左端的径向方向还贯穿安装有弹簧式插头200b，并用于电流的导入;在该空心轴200a的右端面，同样沿其周向方向设置有第三环形槽，该第三环形槽用于安装直径相对较小的小铜环200d，并用于电流的导出；此外，沿着该空心轴右端的径向方向还对称安装有两个铜柱200c)，并且该铜柱200c与小铜环200d、弹簧式插头200b之间通过导线连接;相应地，当相邻的两个棍单元首尾相连时，铜柱200c与电磁铁200f连接，由此实现对电磁阀的供电进而使得各辊单元之间磁性互联。此外，该铜柱200c的端部同时还与大铜环200e的内圈连接，而该大铜环200e的外圈则与第二信号采集模块203中的电刷203a连接，由此实现对第二信号采集模块的供电。
[0039]更具体地，同一辊单元中的上述单元通过导线连通，各辊单元首尾连接完成后，后置辊单元左端也即首端的弹簧式插头200b均与前置辊单元右端也即尾端的小铜环200d接触，然后电流通过轴向穿过空心轴内部的导线传递给铜柱200c和大铜环200e ；相应地，铜柱200c可实现对电磁铁200f的供电，而大铜环200e外圈与第二信号采集模块203的电刷203a接触，由此可实现对第二信号采集模块203及柔性传感器201c的供电。最后，小铜环200d用于电流的导出，并以此方式依次传输至后置辊单元，最终实现整个张力分布检测组件的电流传输。
[0040]综上，按照本发明的柔性膜张力检测辊整体结构高度集成，能够同时实现对柔性膜卷绕输送过程中总张力和张力分布的同步高精度测量，并且对各组成单元的电流供应功能作出了进一步的优化设计。相应地，与现有设备相比具备信号采集准确、便于操控和拓展、适应性和可靠性强等优点，因而尤其适用于各类卷到卷的柔性膜料卷张力检测应用场入口 ο
[0041]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。
【主权项】
1.一种柔性膜张力检测辊，其特征在于，该柔性膜张力检测辊由水平联接成一体的总张力检测组件和张力分布检测组件共同组成，其中: 所述总张力检测组件呈底座(I)的形式，并包括法兰(10)、套筒(13)和底座芯轴(11)，其中该法兰(10)由两个半圆环组合而成，并在其内圈设置有环形台阶;该套筒(13)水平固定于所述法兰内圈的环形台阶，由此实现轴向定位;该底座芯轴(11)同轴安装于所述套筒(13)的内部，然后经由锁紧套(14)与所述张力分布检测组件水平联接;此外，所述底座芯轴(11)的中段外圈沿着圆周方向设置有多个应变式传感器(110)，用于执行对卷绕输送过程中柔性膜总张力的实时检测；该底座芯轴(11)上还安装有第一信号采集模块(12)，由此执行所述总张力的实时检测结果的信号采集及处理，并执行张力分布检测结果的信号接收及处理； 所述张力分布检测组件呈辊筒(2)的形式，由模块化的多个辊单元(20)首尾连接而成，可根据柔性膜的工作段宽度来进行数量调整，并且相邻的辊单元之间通过磁性方式彼此相连;各个辊单元(20)各自包括辊筒(201)和同轴设置于该辊筒内部的辊芯轴(200)，其中该辊筒(201)与该辊芯轴(200)的左右两端均通过轴承(202)实现连接安装，并使得所述辊筒(201)可绕其轴线发生旋转;对于所述辊筒(201)而言，它进一步包括内筒(20Ia)、传感器基座(201b)和多个柔性传感器(201c)，其中该内筒(201a)内圈的左右两端与所述轴承(202)的外圈连接，该内筒(20Ia)的外圈与所述传感器基座(20Ib)的内圈连接，该传感器基座(201b)的外圈表面设置有用于安装所述柔性传感器(201c)的多个槽，所述多个柔性传感器(201c)则同时沿着所述辊筒的轴向和周向分布，并用于执行该辊单元所对应区域的柔性膜的张力分布检测;此外，各个辊单元的端部还设置有第二信号采集模块(203)，由此执行各个辊单元所对应区域的张力及其分布检测结果的信号采集及发射，同时执行所述轴承(202)的密封。2.如权利要求1所述的柔性膜张力检测辊，其特征在于，所述辊芯轴(200)整体呈水平布置的空心轴(200a)的形式，在该空心轴(200a)的左端面，优选沿其周向方向设置有两个环形槽，其中处于内侧的第一环形槽用于安装电磁铁(200f)，而处于外侧的第二环形槽用于安装直径相对较大的大铜环(200e);沿着该空心轴左端的径向方向还贯穿安装有弹簧式插头(200b)，并用于电流的导入;在该空心轴(200a)的右端面，同样沿其周向方向优选设置有第三环形槽，该第三环形槽用于安装直径相对较小的小铜环(200d)，并用于电流的导出；此外，沿着该空心轴右端的径向方向还对称安装有两个铜柱(200c)，并且该铜柱(200c)与所述小铜环(200d)、弹簧式插头(200b)之间通过导线连接;相应地，当相邻的两个辊单元首尾相连时，所述铜柱(200c)与所述电磁铁(200f)连接，由此实现对电磁铁的供电；该铜柱(200c)的端部同时还与所述大铜环(200e)的内圈连接，而该大铜环(200e)的外圈则与所述第二信号采集模块(203)中的电刷(203a)相接触，由此实现对第二信号采集模块的供电。3.如权利要求1或2所述的柔性膜张力检测辊，其特征在于，对于所述张力分布检测组件中处于最尾端的辊单元而言，它的右端优选还设置有端盖(21)，并用于完成组装后的张力分布检测组件的密封保护。4.如权利要求1-3任意一项所述的柔性膜张力检测辊，其特征在于，所述柔性传感器(201c)优选采用块状覆盖或者螺旋覆盖等形式，相应同时沿着所述辊筒的轴向和周向而分布。5.如权利要求1-4任意一项所述的柔性膜张力检测辊，其特征在于，所述第二信号采集模块(203)优选包括电刷(203a)和信号发射单元(203b)，其中该电刷的内圈与所述大铜环(200e)的外圈相接触，由此获得供电；该信号发射单元与所述柔性传感器(201c)相连，由此将这些柔性传感器所获得的信号予以采集及发射。
【文档编号】G01L5/10GK105841870SQ201610279328
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】陈建魁, 蒋博, 柯洋
【申请人】华中科技大学