CN115922841A - 一种反弯自动调节的纸卷冲切机及冲切方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反弯自动调节的纸卷冲切机及冲切方法，其中纸卷冲切机包括控制器和依次设置的上料区、调节区和冲切区，上料区设置有可旋转的上料轴，上料轴上设有纸卷，纸卷的一侧设置有用于检测所述纸卷的当前直径/半径的探测组件，调节区设置有反弯轴、压纸轴和伺服电机，纸卷设置在反弯轴和压纸轴之间且分别与反弯轴和压纸轴相贴合，反弯轴通过传动组件与伺服电机连接，反弯轴和压纸轴相互平行，且通过伺服电机使反弯轴和压纸轴之间的相对位置发生变化，探测组件和所述伺服电机分别与控制器电连接。本发明全程自动对纸卷弯曲面进行反向弯曲调节，省时省力，减少工人的劳动负担；渐变的反向校准角度确保冲切时的纸卷及冲切出的纸片是平整的。
Description
技术领域
本发明涉及纸卷加工技术领域，具体涉及一种反弯自动调节的纸卷冲切机及冲切方法。
背景技术
纸卷冲切机是将整卷的纸张进行冲切成段的设备，是为了以后加工更方便，或满足一些加工幅度的要求。整卷上缠绕的纸张是长条形的纸张，分切的部位是沿长度方向分切的即从纸卷的径向进行切割将纸张的宽幅变窄幅，由于纸卷为卷绕式，分切前的纸卷长度较长、卷绕圈数较多，随纸卷消耗过程中的直径变小导致等长的纸张所对应的弧度变大，为了让纸张冲切出来后为平整的，需要对纸卷进行不断的反弯调整。
现有生产中通过手动调节纸卷行径中所接触的反弯轴来实现纸卷曲度的调节，但现有的纸张调节方法需要多次手动干预，需要工人多次监督冲切过程，增加工人的劳动强度，费时费力；且工人仅凭感官调整反弯轴，没有将反弯进行量化，从而影响纸张的反弯效果，导致冲切出的纸片平整度不如预期。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种反弯自动调节的纸卷冲切机，包括控制器和依次设置的上料区、调节区和冲切区，所述上料区设置有可旋转的上料轴，所述上料轴上设有纸卷，所述纸卷的一侧设置有用于检测所述纸卷的当前直径/半径的探测组件，所述调节区设置有反弯轴、压纸轴和伺服电机，所述纸卷设置在所述反弯轴和所述压纸轴之间且分别与所述反弯轴和所述压纸轴相贴合，所述反弯轴通过传动组件与所述伺服电机连接，所述反弯轴和所述压纸轴相互平行，且通过所述伺服电机使所述反弯轴和所述压纸轴之间的相对位置发生变化，所述探测组件和所述伺服电机分别与所述控制器电连接。
本发明进一步设置为所述探测组件包括探测支架，所述探测支架位于所述纸卷的弯曲侧面，所述探测支架与所述纸卷的轴向方向相平齐，所述探测支架上设置有测距传感器，所述测距传感器正对所述纸卷的轴向方向，所述测距传感器的信号输出端连接所述控制器的输入端。
本发明进一步设置为所述探测组件包括探测支架，所述探测支架位于所述纸卷的水平侧面，所述探测支架与所述纸卷的径向方向相平齐，所述探测支架上设置有若干个光电传感器，所述光电传感器的信号输出端连接所述控制器的输入端。
本发明进一步设置为所述调节区设置有侧板，所述反弯轴和所述压纸轴位于所述侧板之间，所述压纸轴固定在所述侧板上，所述反弯轴活动连接在所述侧板上，所述反弯轴的一端通过所述传动组件与所述伺服电机连接。
本发明进一步设置为所述传动组件为蜗轮蜗杆传动箱，所述蜗轮蜗杆传动箱内设置有相互配合的蜗轮和蜗杆，所述伺服电机的输出轴连接所述蜗杆，所述反弯轴上设有偏心齿轮，所述蜗轮与所述偏心齿轮相连接，所述控制器的输出端连接所述伺服电机的控制输入端。
本发明进一步设置为所述侧板之间还设置有牵引辊组，所述牵引辊组设置在所述压纸轴远离所述上料区的一侧，所述纸卷穿置在所述牵引辊组之间。
本发明进一步设置为所述控制器设置在控制箱内，所述控制箱上设置有触摸显示屏、启动按钮、停止按钮和急停按钮，所述触摸显示屏、所述启动按钮、所述停止按钮和所述急停按钮分别与所述控制器电连接。
一种反弯自动调节的纸卷冲切方法，采用上述的纸卷冲切机，包括：
获取纸片的冲切长度，并将纸片的冲切长度信息在触摸显示屏上输入；
启动纸卷冲切机，纸卷受到牵引依次经过反弯轴和压纸轴；
探测组件获取纸卷的直径或半径信息，探测组件将纸卷的直径或半径信息发送给控制器，控制器根据纸片的冲切长度信息和纸卷的直径或半径信息，计算在该纸片的冲切长度和当前纸卷的直径或半径下该纸片弧长对应的正向角度；
根据正向角度得到反弯所需要的反向角度，控制器根据反向角度和预设校准算式得到反向校准角度，控制器控制伺服电机工作，来驱使传动组件带动反弯轴进行移动，以改变反弯轴与压纸轴之间的相对位置，即反弯轴与压纸轴之间的相对夹角达到反向校准角度，使得经过压纸轴的纸卷以反向角度进行反弯校准；
经反弯后的纸卷进入冲切区，按冲切长度对纸卷进行冲切。
本发明进一步设置为探测组件实时或阶段性获取纸卷的直径或半径信息。
本发明进一步设置为纸卷的反弯校准为实时或阶段性的。
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本技术方案纸卷冲切机是通过在上料区设置用于监测纸卷直径/半径的探测组件，在调节区设置用于调节反弯轴和压纸轴之间相对位置的伺服电机和传动组件，探测组件和伺服电机均与控制器电连接；随纸卷消耗过程中的直径变小导致等长的纸张所对应的弧度变大，通过监测纸卷的直径/半径，结合纸片冲切尺寸求得纸卷的反向校准角度，控制器控制伺服电机工作使反弯轴和压纸轴达到反向校准角度，从而实现纸卷的反弯自动化调节，使进行冲切的纸卷是平整的。
本发明反弯自动调节的纸卷冲切机在设置好纸片冲切长度后，无需再进行人为干预，全程自动化对纸卷弯曲面进行反向弯曲调节，省时省力，减少工人的劳动负担，也变相降低了生产成本；渐变的反向校准角度确保冲切时的纸卷及冲切出的纸片是平整的，对纸片的平整性可控性更强。
附图说明
图1为本发明实施例纸卷冲切机侧视图。
图2为本发明实施例纸卷冲切机立体图。
图3为本发明实施例另一种纸卷冲切机立体图。
图4为本发明实施例调节区剖视图。
图5为本发明实施例伺服电机和传动组件示意图。
图6为本发明实施例纸卷在冲切初始阶段时原理示意图。
图7为本发明实施例纸卷在冲切末尾阶段时原理示意图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1
结合附图1至附图7，本发明技术方案是一种反弯自动调节的纸卷冲切机，包括控制器41和依次设置的上料区1、调节区2和冲切区3，所述上料区1设置有可旋转的上料轴11，所述上料轴11上设有纸卷12，所述纸卷12的一侧设置有用于检测所述纸卷12的当前直径/半径的探测组件13，所述调节区2设置有反弯轴21、压纸轴22和伺服电机23，所述纸卷12设置在所述反弯轴21和所述压纸轴22之间且分别与所述反弯轴21和所述压纸轴22相贴合，所述反弯轴21通过传动组件24与所述伺服电机23连接，所述反弯轴21和所述压纸轴22相互平行，且通过所述伺服电机23使所述反弯轴21和所述压纸轴22之间的相对位置发生变化，所述探测组件13和所述伺服电机23分别与所述控制器41电连接。
在上述实施例中，所述控制器41可以为单片机(MCU)或可编程逻辑控制器(PLC)，所述上料区1、所述调节区2和所述冲切区3为纸卷在纸卷冲切机上依次经过的区域。
在上述实施例中，所述反弯轴21和所述压纸轴22是对所述纸卷12进行反向弯曲的机构，所述反弯轴21和所述压纸轴22之间的相对位置是可变化的，因此，调节所述反弯轴21和所述压纸轴22之间的相对位置，可以调节纸卷12在所述压纸轴22上反向弯曲矫正角度；需要注意的是，在所述反弯轴21和所述压纸轴22之间的相对位置发生变化过程中，所述反弯轴21和所述压纸轴22始终保持平行。
在上述实施例中，所述伺服电机23可通过编码器进行高精度控制，具体的，编码器与所述伺服电机23连接，编码器与所述控制器41电连接。
在上述实施例中，所述探测组件13检测的对象为所述纸卷12的当前直径/半径，因此，可以有多种方案，以下为两种比较合理、低成本的设置方案。
在本实施例中，所述探测组件13包括探测支架131，所述探测支架131位于所述纸卷12的弯曲侧面，所述探测支架131与所述纸卷12的轴向方向相平齐，所述探测支架131上设置有测距传感器132，所述测距传感器132正对所述纸卷12的轴向方向，所述测距传感器132的信号输出端连接所述控制器41的输入端。
在上述实施例中，所述纸卷12大体为柱形，包括两个平整面和一个弯曲面，所述探测支架131位于所述纸卷12的弯曲面一侧，所述探测支架131与所述纸卷12的轴向方向相平齐，根据实际可测得探测支架131到纸卷12轴心的直线距离，而又测距传感器132正对纸卷12的轴向方向，即探测支架131到纸卷12轴心的直线距离减去测距传感器132测得的直线距离就是纸卷12当前的半径；具体的计算由控制器41完成，而测距传感器在纸卷消耗过程中可实时进行探测。
在另外实施例中，所述探测组件13包括探测支架133，所述探测支架133位于所述纸卷12的水平侧面，所述探测支架133与所述纸卷12的径向方向相平齐，所述探测支架133上设置有若干个光电传感器134，所述光电传感器134的信号输出端连接所述控制器的输入端。
在上述实施例中，所述纸卷12大体为柱形，包括两个平整面和一个弯曲面，所述探测支架133位于所述纸卷12的平整面一侧，所述探测支架133与所述纸卷12的径向方向相平齐，所述探测支架133上的所述光电传感器134检测相应位置的所述纸卷12，根据所述光电传感器134反馈的信号，能得知所述纸卷12消耗在哪两个所述光电传感器134之间，即该实施例种的探测组件13是对所述纸卷12的半径进行阶段性探测。
在本实施例中，所述调节区2设置有侧板25，所述反弯轴21和所述压纸轴22位于所述侧板25之间，所述压纸轴22固定在所述侧板25上，所述反弯轴21活动连接在所述侧板25上，所述反弯轴21的一端通过所述传动组件24与所述伺服电机23连接。
在本实施例中，所述传动组件24为蜗轮蜗杆传动箱，所述蜗轮蜗杆传动箱内设置有相互配合的蜗轮241和蜗杆242，所述伺服电机23的输出轴连接所述蜗杆242，所述反弯轴21上设有偏心齿轮243，所述蜗轮241与所述偏心齿轮243相连接，所述控制器41的输出端连接所述伺服电机23的控制输入端。
在上述实施例中，通过所述蜗轮241、所述蜗杆242和所述偏心齿轮243实现所述伺服电机23对所述反弯轴21的偏移控制，具体是所述伺服电机23旋转的角度与所述反弯轴21在所述侧板25上的移动距离存在相应关系；在另外的实施例中，也可以是通过齿条、齿轮、偏心齿轮的传动结构来实现。
在本实施例中，所述侧板25之间还设置有牵引辊组26，所述牵引辊组26设置在所述压纸轴22远离所述上料区1的一侧，所述纸卷12穿置在所述牵引辊组26之间。
在本实施例中，所述控制器41设置在控制箱4内，所述控制箱4上设置有触摸显示屏42、启动按钮43、停止按钮44和急停按钮45，所述触摸显示屏42、所述启动按钮43、所述停止按钮44和所述急停按钮45分别与所述控制器41电连接。
为了更好地说明原理，如附图6和附图7所示，附图6为纸卷在冲切初始阶段时原理示意图，附图7为纸卷在冲切末尾阶段时原理示意图；两者的纸片冲切尺寸一致，即纸片的冲切尺寸A与纸片的冲切尺寸B相等，而由于当前纸卷的半径存在差异，导致附图6中纸片对应的正向角度α小于附图7中纸片对应的正向角度β，不论纸卷处于什么阶段，都是要根据正向角度进行反向弯曲的，使得压纸轴22对纸卷进行反向角度α’或反向角度β’的弯曲矫正，而反向角度的调节是通过改变反弯轴21相对于压纸轴22的相对位置实现的。
例如，在本实施例中，所述反弯轴21是在纵向上相对所述压纸轴22活动的，记所述反弯轴21向纸卷12侧的水平方向x为第一射线(基准线)，记所述反弯轴21的轴心和所述压纸轴22的轴线的连线y为第二射线(校准线)，第一射线和第二射线的夹角为所述反弯轴21和所述压纸轴22的相对夹角(图6中的θ1和图7中的θ2)，也就是实施例2中所述的反向校准角度。在另外的实施例中，所述反弯轴21也可以是其他方向上的可移动，只要其偏移能导致第一射线和第二射线的夹角发生变化即可。
如附图6和附图7可知，当纸卷12的当前直径变小时，需将所述反弯轴21和所述压纸轴22的相对夹角变大，因此图7中的θ2大于图6中的θ1。
例如，当纸卷12当前的半径为700mm时，纸片冲切的尺寸为180mm，根据公式：纸片弧长＝π×纸卷半径×正向角度/360，可以推导出半径为700mm时对应的正向角度为14.73°；当纸卷12当前的半径为500mm时，纸片冲切的尺寸为180mm，根据公式：纸片弧长＝π×纸卷半径×正向角度/360，可以推导出半径为500mm时对应的正向角度为20.62°。即在纸片冲切尺寸相等时，纸卷的当前直径和正向角度成反比。
本实施例纸卷冲切机是通过在上料区设置用于监测纸卷直径/半径的探测组件，在调节区设置用于调节反弯轴和压纸轴之间相对位置的伺服电机和传动组件，探测组件和伺服电机均与控制器电连接；随纸卷消耗过程中的直径变小导致等长的纸张所对应的弧度变大，通过监测纸卷的直径/半径，结合纸片冲切尺寸求得纸卷的反向校准角度，控制器控制伺服电机工作使反弯轴和压纸轴达到反向校准角度，从而实现纸卷的反弯自动化调节，使进行冲切的纸卷是平整的。本发明反弯自动调节的纸卷冲切机在设置好纸片冲切长度后，无需再进行人为干预，全程自动化对纸卷弯曲面进行反向弯曲调节，省时省力，减少工人的劳动负担，也变相降低了生产成本；渐变的反向校准角度确保冲切时的纸卷及冲切出的纸片是平整的，对纸片的平整性可控性更强。
实施例2
本发明技术方案是一种反弯自动调节的纸卷冲切方法，采用实施例1所述的纸卷冲切机，包括：
获取纸片的冲切长度，并将纸片的冲切长度信息在触摸显示屏上输入；
启动纸卷冲切机，纸卷受到牵引依次经过反弯轴和压纸轴；
探测组件获取纸卷的直径或半径信息，探测组件将纸卷的直径或半径信息发送给控制器，控制器根据纸片的冲切长度信息和纸卷的直径或半径信息，计算在该纸片的冲切长度和当前纸卷的直径或半径下该纸片弧长对应的正向角度；
根据正向角度得到反弯所需要的反向角度，控制器根据反向角度和预设校准算式得到反向校准角度，控制器控制伺服电机工作，来驱使传动组件带动反弯轴进行移动，以改变反弯轴与压纸轴之间的相对位置，即反弯轴与压纸轴之间的相对夹角达到反向校准角度，使得经过压纸轴的纸卷以反向角度进行反弯校准；
经反弯后的纸卷进入冲切区，按冲切长度对纸卷进行冲切。
在上述实施例中，正向角度和反向角度的值相等；反向校准角度是所述反弯轴和所述压纸轴的相对夹角；预设校准算式是反向校准角度和反向角度的关系式，在本实施例中，并不需要对预设校准算式作具体设定，因为两者的关系是根据反弯轴和压纸轴的尺寸、设置位置以及活动时相对位置的变化方向有关，且本发明要点在于反弯调整的自动化控制。
在本实施例中，探测组件实时或阶段性获取纸卷的直径或半径信息。
在本实施例中，纸卷的反弯校准为实时或阶段性的。
在上述实施例中，由于实施例1中有测距传感器实时检测纸卷的半径以及光电传感器在侧面阶段性检测纸卷的半径两种技术方案，因此纸卷的反弯校准也具有实时校准和阶段性校准两种。
在本实施例中，由于探测组件检测到纸卷的当前半径与纸卷的校准并非转瞬进行的，因此，纸卷的校准相对于纸卷半径检测来说存在滞后性，为了让纸卷的校准是与纸卷半径检测是精准契合的，可以通过以下方式进行(主要针对纸卷的实时反弯校准的)：
在纸卷冲切机上设置纸卷测速仪或通过设备动力伺服电机来获取纸卷的传输速度v，并获取上料区和调节区之间纸卷的长度l，长度l/传输速度v得到时间t，控制器以时间t对伺服电机动作进行延时。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种反弯自动调节的纸卷冲切机，其特征在于，包括控制器和依次设置的上料区、调节区和冲切区，所述上料区设置有可旋转的上料轴，所述上料轴上设有纸卷，所述纸卷的一侧设置有用于检测所述纸卷的当前直径/半径的探测组件，所述调节区设置有反弯轴、压纸轴和伺服电机，所述纸卷设置在所述反弯轴和所述压纸轴之间且分别与所述反弯轴和所述压纸轴相贴合，所述反弯轴通过传动组件与所述伺服电机连接，所述反弯轴和所述压纸轴相互平行，且通过所述伺服电机使所述反弯轴和所述压纸轴之间的相对位置发生变化，所述探测组件和所述伺服电机分别与所述控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的一种反弯自动调节的纸卷冲切机，其特征在于，所述探测组件包括探测支架，所述探测支架位于所述纸卷的弯曲侧面，所述探测支架与所述纸卷的轴向方向相平齐，所述探测支架上设置有测距传感器，所述测距传感器正对所述纸卷的轴向方向，所述测距传感器的信号输出端连接所述控制器的输入端。
3.根据权利要求1所述的一种反弯自动调节的纸卷冲切机，其特征在于，所述探测组件包括探测支架，所述探测支架位于所述纸卷的水平侧面，所述探测支架与所述纸卷的径向方向相平齐，所述探测支架上设置有若干个光电传感器，所述光电传感器的信号输出端连接所述控制器的输入端。
4.根据权利要求1所述的一种反弯自动调节的纸卷冲切机，其特征在于，所述调节区设置有侧板，所述反弯轴和所述压纸轴位于所述侧板之间，所述压纸轴固定在所述侧板上，所述反弯轴活动连接在所述侧板上，所述反弯轴的一端通过所述传动组件与所述伺服电机连接。
5.根据权利要求4所述的一种反弯自动调节的纸卷冲切机，其特征在于，所述传动组件为蜗轮蜗杆传动箱，所述蜗轮蜗杆传动箱内设置有相互配合的蜗轮和蜗杆，所述伺服电机的输出轴连接所述蜗杆，所述反弯轴上设有偏心齿轮，所述蜗轮与所述偏心齿轮相连接，所述控制器的输出端连接所述伺服电机的控制输入端。
6.根据权利要求4所述的一种反弯自动调节的纸卷冲切机，其特征在于，所述侧板之间还设置有牵引辊组，所述牵引辊组设置在所述压纸轴远离所述上料区的一侧，所述纸卷穿置在所述牵引辊组之间。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的一种反弯自动调节的纸卷冲切机，其特征在于，所述控制器设置在控制箱内，所述控制箱上设置有触摸显示屏、启动按钮、停止按钮和急停按钮，所述触摸显示屏、所述启动按钮、所述停止按钮和所述急停按钮分别与所述控制器电连接。
8.一种反弯自动调节的纸卷冲切方法，其特征在于，采用权利要求1至7中任意一项所述的纸卷冲切机，包括：
获取纸片的冲切长度，并将纸片的冲切长度信息在触摸显示屏上输入；
启动纸卷冲切机，纸卷受到牵引依次经过反弯轴和压纸轴；
探测组件获取纸卷的直径或半径信息，探测组件将纸卷的直径或半径信息发送给控制器，控制器根据纸片的冲切长度信息和纸卷的直径或半径信息，计算在该纸片的冲切长度和当前纸卷的直径或半径下该纸片弧长对应的正向角度；
根据正向角度得到反弯所需要的反向角度，控制器根据反向角度和预设校准算式得到反向校准角度，控制器控制伺服电机工作，来驱使传动组件带动反弯轴进行移动，以改变反弯轴与压纸轴之间的相对位置，即反弯轴与压纸轴之间的相对夹角达到反向校准角度，使得经过压纸轴的纸卷以反向角度进行反弯校准；
经反弯后的纸卷进入冲切区，按冲切长度对纸卷进行冲切。
9.根据权利要求8所述的一种反弯自动调节的纸卷冲切方法，其特征在于，探测组件实时或阶段性获取纸卷的直径或半径信息。
10.根据权利要求8所述的一种反弯自动调节的纸卷冲切方法，其特征在于，纸卷的反弯校准为实时或阶段性的。
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2023
- 2023-01-12 CN CN202310041317.9A patent/CN115922841A/zh active Pending
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