用于确定到辊上的材料的外表面的距离的装置以及相关方法制造方法及图纸

一种感测装置用于感测辊上的材料的外表面。红外(IR)激光源被配置成用于将IR激光辐射引导至该辊上的材料的外表面。单光子雪崩二极管(SPAD)检测器被配置成用于接收来自该辊上的材料的外表面的反射IR激光辐射。控制器被耦合至该IR激光源和该SPAD检测器以基于该IR激光辐射的飞行时间测定到该辊上的材料的外表面的距离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及确定到材料卷的外表面的距离，以及更具体地，用于确定在分配或卷取辊上剩余的材料的量。
技术介绍
工业造纸厂、地毯仓库、报纸印刷车间、纺织厂、以及其他工业环境在加工过程中使用分配或卷取材料片材(或幅材)的辊或卷轴。存在许多技术来追踪在辊上剩余的材料并在必要时替换这些辊。不同的机械或电子传感器装置可以追踪多少材料卷绕到辊上或者从辊上退绕，指示变化率并且确定在该辊是空的或满的并且必须被替换之前的时间。例如，随着辊分配片材材料，一些装置感测到减小的辊直径并与幅材接合设备配合，其中一旦感测机构确定需要新辊，则新辊被插到心轴上并且接合到旧片材中。辊直径感测机构还用在扭矩调节的张力控制系统中，其中所测量的辊直径提供了对于加速和减速的惯性补偿以及扭矩或张力设定点。例如，在速度调节的张力控制系统中，所测量的直径用于调整驱动电机的速度环路增益和速度设定点的惯性计算。机械压带滚轮是更简单的张力控制系统，其中在枢转从动臂上的压带滚轮与辊的外直径接触。在从动臂上的枢轴点安装了传感器。将从该传感器测量的从动臂的角度转换成辊直径。该传感器追踪多少材料在辊上并且指示变化率并确定在该辊是空的之前的时间。虽然这些压带滚轮系统是简单的，但该滚轮必须与在辊上的材料的表面接触，这在工业环境中因为打滑和不精确的直径读数可能是一个问题。此外，机械系统在苛刻的工业环境中几乎每天要求大量的维护。超声波传感器已经被用于测量辊直径。该系统确定在辊上的材料的变化率和该辊变满或空或满并且必须被替换之前的时间。然而，超声波传感器在一些工业环境中不是有利的，因为在辊上的材料片材可能吸收声波并给出不精确的测量值。其他系统使用激光器发射6毫米(mm)宽光束(可见红光)，该光束从辊上弹回并且将其一些光散射通过传感器的接收透镜进入光电二极管。传送电脉冲与接收电脉冲之间的时间间隔用于使用光速和飞行时间计算来计算到辊的距离。这些可见红光激光器系统使用特殊的扩散模式传感器，因为该激光是具有约6毫米宽光束的可见红光，以确保在辊上的宽表面被照射。虽然这些系统可以使用飞行时间计算在清洁的工业环境中良好地运行，但具有可见红光的宽直径光束可能需要在苛刻的工业环境中可能不适当的特殊的扩射模式传感器。
技术实现思路
感测装置用于感测材料卷的外表面并且包括配置成用于将IR激光辐射引导至该材料卷的外表面的红外(IR)激光源。单光子雪崩二极管(SPAD)检测器被配置成用于接收来自该材料卷的外表面的反射IR激光辐射。控制器被耦合至该IR激光源和该SPAD检测器以基于该IR激光辐射的飞行时间确定到该材料卷的外表面的距离。该SPAD检测器可以包括单光子雪崩二极管阵列。该IR激光源、SPAD检测器和控制器可以形成为单个集成电路(IC)。在实施例中，该IR激光源可以具有在800-900纳米范围内的工作波长。该IR激光源可以包括垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。该控制器被配置成用于确定在辊上的材料的量。该感测装置可以包括至少一个指示器，并且该控制器被配置成用于基于所确定的在辊上的材料的量来激活指示器。该辊可以是分配辊，并且该控制器被配置成用于确定来自分配材料的材料进料速率。该感测装置还可以基于所确定的来自分配辊的材料进料速率来激活指示器。在另一个实施例中，该辊是卷取辊，并且该控制器被配置成用于确定材料到该卷取辊上的卷取速率。该感测装置可以包括至少一个指示器，并且该控制器被配置成用于基于所确定的材料到该卷取辊上的卷取速率来操作该至少一个指示器。一种感测材料卷的外表面的方法包括使用红外(IR)激光源将IR激光辐射引导至该材料卷的外表面。该方法包括使用单光子雪崩二极管(SPAD)检测器接收来自该材料卷的外表面的反射IR激光辐射。该方法包括使用耦合至该IR激光源和该SPAD检测器上的控制器以基于IR激光辐射的飞行时间确定到该材料卷的外表面的距离。附图说明图1是片材加工设备的透视图并且显示了根据非限制性实例用于感测材料卷的外表面以确定它的直径的感测装置。图2是根据非限制性实例的感测装置的基本组件的框图。图3是根据非限制性实例如图2所示的感测装置的更详细的框图。具体实施方式现将参照附图在下文中更为全面地描述本专利技术，在附图中显示了本专利技术的优选实施例。然而，本专利技术可以用许多不同的形式体现，并且不应当被解释为限于在此所列出的实施例。相反，提供这些实施例以使得本披露将是全面和完整的，并且将向本领域技术人员完全传达本专利技术的范围。贯穿全文相同的数字指代相同的元件。图1是总体上在10处示出的片材加工设备的透视图，该片材加工设备包括支撑材料卷16的可旋转地安装在机器框架14上的辊心轴12，该辊心轴被可旋转地驱动以卷取(卷绕)或分配(退绕)材料卷16。虽然图1示出了一般工业环境，但可以使用和加工不同的材料，例如，在工业造纸厂、地毯仓库、报纸印刷车间、纺织厂、或其中将材料片材卷取或分配到辊和卷轴上的其他应用中。在此实例中，保持材料卷的该心轴被连接至张力或卷绕电机20，该电机施加反张力(如果材料片材被退绕(或分配))或施加卷绕力用于卷取位于固定在心轴12上的辊筒上的材料片材。该片材被进料到空转辊22上并且可以已经被预先加工或将被加工诸如像在化学浴24中。在片材递送过程中要求大量反张力控制的高速幅材递送系统的情况下可以使用松紧调节辊组件。图1是一般工业环境的代表实例并且总体上在30处示出的感测装置可用于感测许多不同材料卷的外表面。本说明书是如本领域技术人员建议的许多不同过程的实例。如所示，感测装置30被安装在支撑架31上并且感测材料卷16的外表面。如图2的高级框图中所示，感测装置30包括被配置成用于将IR激光辐射引导至材料卷16的外表面的红外(IR)激光源32。单光子雪崩二极管(SPAD)检测器34被配置成用于接收来自材料卷的外表面的IR激光辐射。控制器36被耦合至IR激光源32和SPAD检测器34并且基于IR激光辐射的飞行时间计算确定到该材料卷的外表面的距离。在一个实例中，激光源32、SPAD检测器34和控制器36形成为单个集成电路(IC)。示例电路是由意法半导体(STMicroelectronics)制造的VL6180X模块。控制器36可以确定在辊上剩余的材料的量。例如，基于使用飞行时间计算测量距材料卷16的距离，确定了从该辊卷取或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于感测材料卷的外表面的感测装置，所述感测装置包括：红外(IR)激光源，所述IR激光源被配置成用于将IR激光辐射引导至所述材料卷的所述外表面；单光子雪崩二极管(SPAD)检测器，所述SPAD检测器被配置成用于接收来自所述材料卷的所述外表面的反射IR激光辐射；以及控制器，所述控制器被耦合至所述IR激光源和所述SPAD检测器以基于所述IR激光辐射的飞行时间确定到所述材料卷的所述外表面的距离。

【技术特征摘要】
2014.12.31 US 14/587,1301.一种用于感测材料卷的外表面的感测装置，所述感测装置包
括：
红外(IR)激光源，所述IR激光源被配置成用于将IR激光辐射
引导至所述材料卷的所述外表面；
单光子雪崩二极管(SPAD)检测器，所述SPAD检测器被配置
成用于接收来自所述材料卷的所述外表面的反射IR激光辐射；以及
控制器，所述控制器被耦合至所述IR激光源和所述SPAD检测
器以基于所述IR激光辐射的飞行时间确定到所述材料卷的所述外表
面的距离。
2.如权利要求1所述的感测装置，其中，所述SPAD检测器包
括单光子雪崩二极管阵列。
3.如权利要求1所述的感测装置，其中，所述IR激光源、所述
SPAD检测器和所述控制器形成为单个集成电路(IC)。
4.如权利要求1所述的感测装置，其中，所述IR激光源具有在
800至900纳米范围内的工作波长。
5.如权利要求1所述的感测装置，其中，所述IR激光源包括垂
直腔表面发射激光器(VCSEL)。
6.如权利要求1所述的感测装置，其中，所述控制器被配置成
用于确定在所述辊上的材料的量。
7.如权利要求6所述的感测装置，进一步包括至少一个指示器；
并且其中，所述控制器被配置成用于基于所确定的在所述辊上的材料
的量操作所述至少一个指示器。
8.如权利要求1所述的感测装置，其中，所述辊是分配辊；并
且其中，所述控制器被配置成用于确定来自所述分配辊的材料的进料
速率。
9.如权利要求8所述的感测装置，进一步包括至少一个指示器；
并且其中，所述控制器被配置成用于基于所确定的来自所述分配辊的

\t材料的进料速率操作所述至少一个指示器。
10.如权利要求1所述的感测装置，其中，所述辊是卷取辊；并
且其中，所述控制器被配置成用于确定材料到所述卷取辊上的卷取速
率。
11.如权利要求10所述的感测装置，进一步包括至少一个指示
器；并且其中，所述控制器被配置成用于基于所确定的材料在所述卷
取辊上的卷取速率操作所述至少一个指示器。
12.一种用于感测材料卷的外表面的感测装置，所述感测装置包
括：
红外(IR)激光源，所述IR激光源被配置成用于将IR激光辐射
引导至所述材料卷的所述外表面，所述IR激光源包括垂直腔表面发
射激光器(VCSEL)；
单光子雪崩二极管(SPAD)检测器，所述SPAD检测器被配置
成用于接收来自所述材料卷的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·布卢姆菲尔德，K·韦纳，
申请(专利权)人：意法半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US