一种自动卸残卷的装置及方法与流程

1.本发明涉及金属带材加工技术领域，具体涉及一种自动卸残卷的装置及方法。


背景技术：

2.在现有技术中，铝带材加工过程中的卸残卷通过控制按钮手动控制开卷机反转，同时结合上卷小车和压靠辊，将带头卷回开卷机处并将带头位置停在开卷机处时钟约7点方向。该方法不仅浪费时间，影响效率，增加退卷打带等下一道工序的等待时间，而且会产生因人员操作不当导致的开卷芯轴被顶断、压靠辊断裂等设备损伤。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种自动卸残卷的装置及方法，该装置及方法自动化程度高，不仅节省了人力和时间成本，提高了工作效率，而且提高了卸残卷工作的可靠性。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种自动卸残卷的装置，包括卷材小车、开卷机、入口导向辊、托辊和切头剪，还包括带材检测单元、距离检测单元、接触检测单元和控制单元，所述卷材小车通过其升降运动将卷材安装到开卷机上或者将残卷从开卷机上卸下来，所述卷材小车上部用于与卷材接触的鞍座上安装所述接触检测单元，用于检测小车是否与卷材接触，所述卷材小车上配置所述距离检测单元，用于检测卷材小车升降的距离；所述开卷机上配置有带编码器的电机和传动装置，用于通过编码器控制电机旋转，进而通过传动装置驱动开卷机转动；所述带材检测单元设置于入口导向辊与切头剪之间，用于检测带材；所述控制单元分别与带材检测单元、距离检测单元、接触检测单元和编码器电性连接，用于根据各检测单元的检测信号，计算开卷机需回卷的数据，并控制开卷机回卷相应圈数及角度，实现带材收卷。
5.进一步地，所述开卷机用于将带材从卷状开卷成带状，所述开卷机的安装高度低于入口导向辊，所述入口导向辊用于将开卷的带材导成水平，并经若干托辊导向切头剪，所述切头剪用于剪切带材。
6.进一步地，所述带材检测单元为光电开关。
7.进一步地，所述距离检测单元为拉线编码器。
8.进一步地，所述接触检测单元为超声波传感器。
9.进一步地，所述控制单元为plc控制设备。
10.本发明还提供了一种基于上述装置的自动卸残卷的方法，包括：
11.1)当控制单元接收到需要卸残卷的命令时，控制切头剪剪切带材；
12.2)控制单元控制开卷机进行回卷，当带材检测单元检测到带材的带头，即当其从检测到带材突然变为检测不到带材时，控制单元控制开卷机暂停回卷；
13.3)控制单元控制卷材小车上升直至其触碰到卷材，然后通过距离检测单元检测到的卷材小车上升的距离计算当前卷材的半径，并计算带材从带材检测单元位置到开卷机上设定位置的长度，进而计算出收卷该长度带材开卷机需回卷的圈数及角度；
14.4)待以上计算完成后，控制单元通过编码器经电机精确控制开卷机继续回卷需回卷的圈数及角度；
15.5)当开卷机回卷的圈数及角度达到要求时，控制单元控制电机停止工作，完成带材收卷。
16.进一步地，所述距离检测单元检测卷材小车上升的距离h，并将检测数据传输给控制单元，所述控制单元根据既定的卷材小车上升前鞍座与开卷机中心的距离h和接收到的距离h计算出当前卷材的半径r＝h
–
h；
17.带材从带材检测单元位置到开卷机上设定收卷位置的长度l为：
18.l≈l1+l2+l319.式中，l1为带材从带材检测单元到入口导向辊的距离，l2为带材从入口导向辊到卷材外圆切点的距离，l3为带材从卷材外圆切点到设定收卷位置的距离；其中，l2的计算公式为：
[0020][0021]
式中，d为开卷机中心到入口导向辊的上象限点的距离，r为当前卷材的半径；
[0022]
以卷材外圆切点关于开卷机中心的对称点为设定收卷位置，则l3的计算公式为：
[0023]
l3＝πr
[0024]
从而得到长度l为：
[0025][0026]
收卷长度l的带材开卷机需回卷的总角度θ为：
[0027]
θ＝n
×
360
°
+θ1[0028]
式中，θ1为开卷机转过n圈后，将余下带材送到设定收卷位置还需转动的角度，n为开卷机需回卷的整圈数，其计算公式为：
[0029][0030]
则开卷机走完n圈后余下带材的长度l4为：
[0031]
l4＝l-2nπr
[0032]
将余下带材送到设定收卷位置还需转动的角度θ1为：
[0033][0034]
进一步地，所述带材检测单元在系统进行正常放卷工作或不工作时处于关闭状态，当切头剪动作以剪切带材或者开卷机进行回卷工作时，所述控制单元控制带材检测单元切换成工作状态，以检测带材。
[0035]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供了一种自动卸残卷的装置及方法，该装置通过设置带材检测单元、距离检测单元、接触检测单元来检测相关信号，并通过控制单元来准确计算出开卷机需回卷的数据，在此基础上通过编码器精确控制开卷机回卷相应圈数及角度，从而实现带材的自动卸残卷；该装置及方法自动化程度高，无需人工操作，节省了人力和时间成本，提高了卸残卷工作的便捷性和效率；同时，由于省去了人工操
作，避免了因人员操作不当可能导致的设备损伤，提高了卸残卷工作的可靠性和设备安全性。因此，本发明具有很强的实用性和广阔的应用前景。
附图说明
[0036]
图1是本发明实施例的装置及方法的实现原理图。
具体实施方式
[0037]
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0038]
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0039]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0040]
如图1所示，本实施例提供了一种自动卸残卷的装置，包括卷材小车1、开卷机2、入口导向辊3、托辊4、切头剪5、带材检测单元6、距离检测单元7、接触检测单元8和控制单元，所述卷材小车1通过其升降运动将卷材9安装到开卷机2上或者将残卷从开卷机上卸下来，所述卷材小车1上部用于与卷材接触的鞍座上安装所述接触检测单元8，用于检测小车是否与卷材接触，所述卷材小车1上配置所述距离检测单元7，用于检测卷材小车升降的距离；所述开卷机2上配置有带编码器的电机和传动装置，用于通过编码器控制电机旋转，进而通过传动装置驱动开卷机转动；所述带材检测单元6设置于入口导向辊与切头剪之间，用于检测带材；所述控制单元分别与带材检测单元6、距离检测单元7、接触检测单元8和编码器电性连接，用于根据各检测单元的检测信号，计算开卷机需回卷的数据，并控制开卷机回卷相应圈数及角度，实现带材收卷。
[0041]
其中，所述开卷机2用于将带材从卷状开卷成带状，所述开卷机2的安装高度低于入口导向辊。所述入口导向辊3用于将开卷的带材导成水平，并经若干托辊4导向切头剪5，入口导向辊3既可以采用主动辊也可以采用被动辊。所述切头剪5用于剪切带材，既可以采用液压控制剪切也可以通过电机驱动剪切。
[0042]
在本实施例中，所述距离检测单元7为拉线编码器。拉线编码器包括编码器和拉线器，其中编码器安装在卷材小车的底部，拉线器和编码器用联轴器连接，拉线器的固定环安装在卷材小车的鞍座的侧边，当卷材小车带着鞍座上升时，拉环拉动拉线器从而带动编码器转动，使用编码器的脉冲计数进行测量。
[0043]
在本实施例中，所述带材检测单元6为光电开关。所述接触检测单元8为超声波传感器。所述控制单元为plc控制设备。plc控制设备采用西门子400系列或类似均可，用于逻辑计算和控制设备的运行，且在plc中可以设置l1、l0、h等常数的初始值。
[0044]
本实施例还提供了基于上述装置的自动卸残卷的方法，包括：
[0045]
1)当控制单元接收到需要卸残卷的命令时，控制切头剪剪切带材。
[0046]
2)控制单元控制开卷机进行回卷，当带材检测单元检测到带材的带头，即当其从
检测到带材突然变为检测不到带材时，控制单元控制开卷机暂停回卷。
[0047]
3)控制单元控制卷材小车上升直至其触碰到卷材，然后通过距离检测单元检测到的卷材小车上升的距离计算当前卷材的半径，并计算带材从带材检测单元位置到开卷机上设定位置的长度，进而计算出收卷该长度带材开卷机需回卷的圈数及角度。
[0048]
4)待以上计算完成后，控制单元通过编码器经电机精确控制开卷机继续回卷需回卷的圈数及角度。
[0049]
5)当开卷机回卷的圈数及角度达到要求时，控制单元控制电机停止工作，完成带材收卷。
[0050]
具体地，所述距离检测单元检测卷材小车上升的距离h，并将检测数据传输给控制单元。卷材小车上升前鞍座与开卷机中心的距离h是固定高度，在装置设计、安装完成后这个值就已经确定并存储在控制单元中。所述控制单元根据既定的卷材小车上升前鞍座与开卷机中心的距离h和接收到的距离h计算出当前卷材的半径r＝h
–
h。
[0051]
带材从带材检测单元位置到开卷机上设定收卷位置的长度l为：
[0052]
l≈l1+l2+l3[0053]
式中，l1为带材从带材检测单元到入口导向辊的距离，l2为带材从入口导向辊到卷材外圆切点的距离，l3为带材从卷材外圆切点到设定收卷位置的距离。这里所说的卷材外圆切点指的是入口导向辊与卷材外圆切线在卷材外圆上的切点。
[0054]
其中，l2的计算公式为：
[0055][0056]
式中，d为开卷机中心到入口导向辊的上象限点的距离，r为当前卷材的半径。
[0057]
这里需要说明的是，实际的情况是l＞l1+l2+l3，因为除了l1、l2、l3这三个距离，l还包括卷材外圆上从入口导向辊的上象限点到入口导向辊与卷材外圆切线在入口导向辊的切点的一段弧长。但是由于这段弧长很短，对整个计算结果以及最后带材的收卷位置没有什么影响，因此，为了便于计算将其忽略，直接令l≈l1+l2+l3。此外，实际来说，因为准确来说，l2应是入口导向辊与卷材外圆的切线长。为了便于计算，这里将入口导向辊与卷材外圆切线在入口导向辊的切点取为入口导向辊的上象限点。两项近似处理互相抵消，也使得l的计算结果更加接近实际结果。
[0058]
在本实施例中，以卷材外圆切点关于开卷机中心的对称点(时钟约7点左右方向)为设定收卷位置，则l3的计算公式为：
[0059]
l3＝πr
[0060]
从而得到长度l为：
[0061][0062]
收卷长度l的带材开卷机需回卷的总角度θ为：
[0063]
θ＝n
×
360
°
+θ1[0064]
式中，θ1为开卷机转过n圈后，将余下带材送到设定收卷位置还需转动的角度，n为开卷机需回卷的整圈数，其计算公式为：
[0065][0066]
则开卷机走完n圈后余下带材的长度l4为：
[0067]
l4＝l-2nπr
[0068]
将余下带材送到设定收卷位置还需转动的角度θ1为：
[0069][0070]
较佳地，所述带材检测单元在系统进行正常放卷工作或不工作时处于关闭状态，当切头剪动作以剪切带材或者开卷机进行回卷工作时，所述控制单元控制带材检测单元切换成工作状态，以检测带材。
[0071]
从图1中不难看出，当开卷机的设计位于转向辊的下方时，无论是在开卷最大卷径位置还是在最小卷径dmin位置时，带材在入口导向辊与卷材外圆切线在卷材外圆上的切点处作连接开卷机中心的反向延长线都是在时钟约7点左右方向，且形成一定的夹角。可以推知当任一在开卷最小卷径和开卷最大卷径之间范围内的卷材，可以认为带材在卷材外圆上的切点处的反向延长线符合要求，经过实践证明，符合生产使用要求。
[0072]
执行完带头卷取后，开卷机电机的编码器值进行置零(防止工程值溢出)，用于下一次作业，然后可以执行退卷打带等下一道工序。
[0073]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种自动卸残卷的装置，包括卷材小车、开卷机、入口导向辊、托辊和切头剪，其特征在于，还包括带材检测单元、距离检测单元、接触检测单元和控制单元，所述卷材小车通过其升降运动将卷材安装到开卷机上或者将残卷从开卷机上卸下来，所述卷材小车上部用于与卷材接触的鞍座上安装所述接触检测单元，用于检测小车是否与卷材接触，所述卷材小车上配置所述距离检测单元，用于检测卷材小车升降的距离；所述开卷机上配置有带编码器的电机和传动装置，用于通过编码器控制电机旋转，进而通过传动装置驱动开卷机转动；所述带材检测单元设置于入口导向辊与切头剪之间，用于检测带材；所述控制单元分别与带材检测单元、距离检测单元、接触检测单元和编码器电性连接，用于根据各检测单元的检测信号，计算开卷机需回卷的数据，并控制开卷机回卷相应圈数及角度，实现带材收卷。2.根据权利要求1所述的一种自动卸残卷的装置，其特征在于，所述开卷机用于将带材从卷状开卷成带状，所述开卷机的安装高度低于入口导向辊，所述入口导向辊用于将开卷的带材导成水平，并经若干托辊导向切头剪，所述切头剪用于剪切带材。3.根据权利要求1所述的一种自动卸残卷的装置，其特征在于，所述带材检测单元为光电开关。4.根据权利要求1所述的一种自动卸残卷的装置，其特征在于，所述距离检测单元为拉线编码器。5.根据权利要求1所述的一种自动卸残卷的装置，其特征在于，所述接触检测单元为超声波传感器。6.根据权利要求1所述的一种自动卸残卷的装置，其特征在于，所述控制单元为plc控制设备。7.一种基于权利要求1-6任一项所述装置的自动卸残卷的方法，其特征在于，包括：1)当控制单元接收到需要卸残卷的命令时，控制切头剪剪切带材；2)控制单元控制开卷机进行回卷，当带材检测单元检测到带材的带头，即当其从检测到带材突然变为检测不到带材时，控制单元控制开卷机暂停回卷；3)控制单元控制卷材小车上升直至其触碰到卷材，然后通过距离检测单元检测到的卷材小车上升的距离计算当前卷材的半径，并计算带材从带材检测单元位置到开卷机上设定位置的长度，进而计算出收卷该长度带材开卷机需回卷的圈数及角度；4)待以上计算完成后，控制单元通过编码器经电机精确控制开卷机继续回卷需回卷的圈数及角度；5)当开卷机回卷的圈数及角度达到要求时，控制单元控制电机停止工作，完成带材收卷。8.根据权利要求7所述的一种自动卸残卷的方法，其特征在于，所述距离检测单元检测卷材小车上升的距离h，并将检测数据传输给控制单元，所述控制单元根据既定的卷材小车上升前鞍座与开卷机中心的距离h和接收到的距离h计算出当前卷材的半径r＝h
–
h；带材从带材检测单元位置到开卷机上设定收卷位置的长度l为：l≈l1+l2+l3式中，l1为带材从带材检测单元到入口导向辊的距离，l2为带材从入口导向辊到卷材外圆切点的距离，l3为带材从卷材外圆切点到设定收卷位置的距离；其中，l2的计算公式为：
式中，d为开卷机中心到入口导向辊的上象限点的距离，r为当前卷材的半径；以卷材外圆切点关于开卷机中心的对称点为设定收卷位置，则l3的计算公式为：l3＝πr从而得到长度l为：收卷长度l的带材开卷机需回卷的总角度θ为：θ＝n
×
360
°
+θ1式中，θ1为开卷机转过n圈后，将余下带材送到设定收卷位置还需转动的角度，n为开卷机需回卷的整圈数，其计算公式为：则开卷机走完n圈后余下带材的长度l4为：l4＝l-2nπr将余下带材送到设定收卷位置还需转动的角度θ1为：9.根据权利要求7所述的一种自动卸残卷的方法，其特征在于，所述带材检测单元在系统进行正常放卷工作或不工作时处于关闭状态，当切头剪动作以剪切带材或者开卷机进行回卷工作时，所述控制单元控制带材检测单元切换成工作状态，以检测带材。

技术总结
本发明涉及一种自动卸残卷的装置及方法，该装置包括卷材小车、开卷机、入口导向辊、托辊、切头剪、带材检测单元、距离检测单元、接触检测单元和控制单元，卷材小车用于装卸卷材，卷材小车的鞍座上安装接触检测单元用于检测小车是否与卷材接触，卷材小车上配置距离检测单元用于检测卷材小车升降的距离；开卷机上配置有带编码器的电机和传动装置；带材检测单元用于检测带材；控制单元分别与带材检测单元、距离检测单元、接触检测单元和编码器电性连接，用于根据检测信号计算开卷机需回卷的数据，并控制开卷机相应回卷，实现带材收卷。该装置及方法自动化程度高，不仅节省了人力和时间成本，提高了工作效率，而且提高了卸残卷工作的可靠性。的可靠性。的可靠性。


技术研发人员：刘九松 阮江艇 黄昆峰 王积友 俞强文 徐鲁平 江卫华 尤财贵 赖洋信
受保护的技术使用者：中铝瑞闽股份有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/9/20