一种薄膜张力测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于张力检测技术领域，并公开了一种薄膜张力测量装置，包括位置调节模块、力放大模块、滚轮自重平衡模块、转速测量模块、人机交互模块与信号测量处理模块，其中位置调节模块实现滚轮下压位置与下压量调节，力放大模块用于放大滚轮受到的推力并传递给推力传感器，滚轮自重平衡模块用于平衡整个转速测量模块的自重，转速检测模块用于实现薄膜进给速度的检测，人机交互模块用于实现设定参数的输入，信号测量处理模块则用于将检测到的滚轮上的推力换算为薄膜张力。本发明专利技术还公开了相应的测量方法。通过本发明专利技术，可实现整体装置的模块化和紧凑化，灵活布置于卷到卷柔性膜输送设备的各个区域，并能够在张力测量的过程中实现薄膜进给速度的测量。

Device and method for measuring film tension

The invention belongs to the technical field of tension detection, a film tension measuring device and the public, including the position control module, power amplifier module, speed measurement module, wheel weight balancing module, human-computer interaction module and signal processing module the measurement, position adjustment module is under pressure roller position and pressure regulation, power amplifier module for amplifying the pushing roller and passed to the thrust roller sensor, gravity balance module is used to balance the weight of speed measurement module, speed detection module is used to detect the film feed speed, man machine interactive module is used for setting parameters of the input signal processing module is used for measuring the thrust roller detected on the conversion film tension. The invention also discloses a corresponding measuring method. The invention can realize the whole device modular and compact, flexible layout of each area to the volume of flexible film conveying equipment in volume measurement, and can realize the film feed speed in the process of tension measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜张力测量装置及方法
本专利技术属于张力检测技术相关领域，更具体地，涉及一种薄膜张力测量装置及方法。
技术介绍
张力测量技术已经在生活生产中的各个方面都得到了广泛运用，比如我们生活中常常用到的纸巾、衣服上的布料、RFID标签的批量制作，以及柔性电池板的制作等等，可以说我们的生活已经离不开这一项技术。对于譬如柔性电子之类的薄膜的输送工艺而言，其在输送过程中的张力值检测环节是关键指标之一，良好的张力是生产优质卷绕产品的保证。具体而言，在柔性膜输送过程中，需要保证薄膜上的张力在稳定在一定的范围内，当薄膜上的张力超过这个范围时，卷绕产品的质量就会受到严重的影响：当薄膜上的张力过小，可能会导致柔性膜无法正常输送或者造成褶皱；而当薄膜上的张力过大时，可能会使制成的绕卷内部应力过大而形变。无论以上的何种应用场合，实现张力的精确测量都是确保高精度张力控制的前提条件。然而，进一步的研究表明，现有技术中的张力测量装置仍存在以下的缺陷或不足：首先，现有的张力测量装置一般为张力辊，它们不仅通常需要配合惰辊才能使用，而且整体构造复杂、无法灵活布置且体积较大，操作过程中容易出现各类的故障现象；其次，此类张力测量装置不具备速度检测功能，无法实现薄膜进给速度的测量，相应无法更全面、更精确地对整个输送过程执行质量控制；最后，还有必要对其张力测量的算法作出进一步的优化设计，以便更好地满足目前日益提高的工艺要求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种薄膜张力测量装置及方法，其中不仅对该张力测量装置的整体构造布局重新进行了研究和设计，而且还针对其中多个关键组件如力放大模块、滚轮自重平衡模块、转速测量模块等元件的具体组成和设置方式等多个方面进行改进，相应与现有的张力测量装置相比，不仅可实现整体装置的模块化和紧凑化，而且它可以灵活布置于卷到卷柔性膜输送设备的各个区域，显著提高了测量便利度；此外，该张力测量装置能够在张力测量的过程中实现薄膜进给速度的高效和高精度测量，同时可结合本专利技术提出的优化测量算法获得更高精度的测量结果，因而尤其适用于柔性电子之类的柔性膜输送应用场合。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种薄膜张力测量装置，该装置包括位置调节模块、人机交互模块、力放大模块、滚轮自重平衡模块、转速测量模块和信号测量处理模块，其特征在于：所述位置调节模块作为其他模块的安装基础，它具有组合安装在一起的第一滑轨和第二滑轨，由此带动承载其上的其他模块可定量调节地执行沿着水平方向和竖直方向的自由移动；此外，该位置调节模块上还配备有弹性元件和位移传感器，其中该弹性元件用于以位移的形式反馈处于下方的滚轮上受到的薄膜反作用力，该位移传感器则用于实时获取其与所输送薄膜之间在竖直方向上的距离；所述人机交互模块固连在所述位置调节模块的下部，并用于输入需要设定的多个参数、以及实时显示薄膜张力和滚轮转速，同时还配备有距离传感器用于实时获取所述滚轮的下压深度；所述力放大模块固连在所述人机交互模块的下部，并包括竖直布置的第一托架、对置安装在该第一托架侧面上下两端的第一滑块和第三滑块、对置安装在该上托架侧面左右两端的第四滑块和第五滑块，以及与所述第一滑块和第三滑块处于同一直线上且处于上述四个滑块之间的第二滑块；与此同时，采用两端各自具有安装孔面的第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆依次将所述第四滑块与所述第二滑块、所述第二滑块与所述第五滑块、所述第五滑块与所述第三滑块、所述第五滑块与所述第一滑块分别彼此相连，并且其中该第一连杆右端的安装孔面和该第二连杆左端的安装孔面两者保持同轴配合，该第二连杆右端的安装孔面和该第四连杆下端的安装孔面、该第三连杆上端的安装孔面三者保持同轴配合，由此共同构成一种肋式多连杆传动机构；此外，所述第二滑块为整个力放大模块的输入端，其与所述转速测量模块相连并实现所述滚轮上所受薄膜反作用力的输入；所述第一滑块上承载有推力传感器且作为整个力放大模块的输出端，由此通过此推力传感器来对作用于所述滚轮上且获得放大的推力信号执行实时检测；所述滚轮自重平衡模块固连在所述第一托架并处于所述滚轮的相对一侧，由此用于平衡整个所述转速测量模块的自重；所述转速测量模块包括同样竖直布置的第二托架、经由轴承配合贯穿安装于该第二托架的转轴、与该转轴的一端固连且保持同轴转动的所述滚轮，以及与所述转轴的另外一端螺纹连接且同样保持同轴转动的编码器，由此通过该编码器实时获取所述滚轮的转速；所述信号测量处理模块安装在所述人机交互模块的内部，并分别与所述人机交互模块、所述位移传感器、所述推力传感器和所述编码器之间保持信号相连，由此基于所接受的数据来计算得出反映薄膜张力和进给速度相关的信息。作为进一步优选地，所述滚轮自重平衡模块优选包括第一调节螺钉、第二调节螺钉，以及分别套设其上的第一弹簧和第二弹簧，其中所述第一、第二调节螺钉的上轴面分别配合安装在所述第二托架上，它们的下轴面则分别配合安装在所述第一托架上，由此通过对所述第一、第二弹簧的松紧操作来实现对所述滚轮的自重平衡。作为进一步优选地，优选通过检测所述滚轮上的推力F来计算薄膜张力T，其计算公式组优选设定如下：其中，W表示所输送薄膜的宽度，单位为mm；b表示所述滚轮的宽度，单位为mm；θ表示所输送薄膜的包角的1/2；R表示所述滚轮的半径，单位为mm；L表示针对所输送薄膜选取的测量段的长度，单位为mm；E表示所输送薄膜的弹性模量，单位为MPa；A表示所输送薄膜的截面积，单位为mm2；此外，x1表示所述滚轮与薄膜初始接触状态时，所述位移传感器的初始读取值，单位为mm；x2表示所述弹性元件对所述滚轮的下压量，单位为mm；x3表示所述弹性元件下压完毕后，所述位移传感器的最终读取值，单位为mm。作为进一步优选地，优选通过检测所述位移传感器上的最终读取值来计算薄膜张力T，其计算公式组优选设定如下：其中，k表示所述弹性元件的刚度；x1表示所述滚轮与薄膜初始接触状态时，所述位移传感器的初始读取值，单位为mm；x2表示所述弹性元件对所述滚轮的下压量，单位为mm；x3表示所述弹性元件下压完毕后，所述位移传感器的最终读取值，单位为mm；W表示所输送薄膜的宽度，单位为mm；b表示所述滚轮的宽度，单位为mm；θ表示所输送薄膜的包角的1/2；R表示所述滚轮的半径，单位为mm；L表示针对所输送薄膜选取的测量段的长度，单位为mm；E表示所输送薄膜的弹性模量，单位为MPa；A表示所输送薄膜的截面积，单位为mm2。作为进一步优选地，对于所述力放大模块而言，其可实现的放大倍数Kd优选由以下计算式求出：其中，S1表示第一连杆左端的安装孔面到其右端的安装孔面之间的孔中心距，单位为mm；S2表示所述第二连杆左端的安装孔面到其右端的安装孔面之间的孔中心距，单位为mm；且S1＝S2；S3表示所述第四连杆上端的安装孔面到其下端的安装孔面之间的孔中心距，单位为mm；S4表示所述第三连杆上端的安装孔面到其下端的安装孔面之间的孔中心距，单位为mm；且s3＝s4；此外，d1表示所述第一连杆左端的安装孔面到所述第二连杆右端的安装孔面之间的孔中心距，单位为mm；d2表示所述第四连杆上端的安装孔面到所述第三连杆下端的安装孔面之间的孔中心距，单位为mm。作为进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜张力测量装置，该装置包括位置调节模块(100)、人机交互模块(200)、力放大模块(400)、滚轮自重平衡模块(500)、转速测量模块(600)和信号测量处理模块(300)，其特征在于：所述位置调节模块(100)作为其他模块的安装基础，它具有组合安装在一起的第一滑轨(101)和第二滑轨(103)，由此带动承载其上的其他模块可定量调节地执行沿着水平方向和竖直方向的自由移动；此外，该位置调节模块上还配备有弹性元件(106)和位移传感器(105)，其中该弹性元件(106)用于以位移的形式反馈处于下方的滚轮(601)上受到的薄膜反作用力，该位移传感器(105)则用于实时获取其与所输送薄膜之间在竖直方向上的距离；所述人机交互模块(200)固连在所述位置调节模块(100)的下部，并用于输入需要设定的多个参数、以及实时显示薄膜张力和滚轮转速，同时还配备有距离传感器用于实时获取所述滚轮(601)的下压深度；所述力放大模块(400)固连在所述人机交互模块(200)的下部，并包括竖直布置的第一托架(401)、对置安装在该第一托架侧面上下两端的第一滑块(402)和第三滑块(406)、对置安装在该上托架侧面左右两端的第四滑块(404)和第五滑块(409)，以及与所述第一滑块和第三滑块处于同一直线上且处于上述四个滑块之间的第二滑块(403)；与此同时，采用两端各自具有安装孔面的第一连杆(405)、第二连杆(408)、第三连杆(407)和第四连杆(410)依次将所述第四滑块(404)与所述第二滑块(403)、所述第二滑块(403)与所述第五滑块(409)、所述第五滑块(409)与所述第三滑块(406)、所述第五滑块(409)与所述第一滑块(402)分别彼此相连，并且其中该第一连杆(405)右端的安装孔面(4052)和该第二连杆(408)左端的安装孔面(4081)两者保持同轴配合，该第二连杆(408)右端的安装孔面(4082)和该第四连杆(410)下端的安装孔面(4102)、该第三连杆(407)上端的安装孔面(4072)三者保持同轴配合，由此共同构成一种肋式多连杆传动机构；此外，所述第二滑块(403)为整个力放大模块的输入端，其与所述转速测量模块(600)相连并实现所述滚轮(601)上所受薄膜反作用力的输入；所述第一滑块上承载有推力传感器(411)且作为整个力放大模块的输出端，由此通过此推力传感器(411)来对作用于所述滚轮(601)上且获得放大的推力信号执行实时检测；所述滚轮自重平衡模块(500)固连在所述第一托架(401)并处于所述滚轮(601)的相对一侧，由此用于平衡整个所述转速测量模块的自重；所述转速测量模块(600)包括同样竖直布置的第二托架(605)、经由轴承(604)配合贯穿安装于该第二托架(605)的转轴(603)、与该转轴(603)的一端固连且保持同轴转动的所述滚轮(601)，以及与所述转轴(603)的另外一端螺纹连接且同样保持同轴转动的编码器(606)，由此通过该编码器(606)实时获取所述滚轮(601)的转速；所述信号测量处理模块(300)安装在所述人机交互模块(200)的内部，并分别与所述人机交互模块(200)、所述位移传感器(105)、所述推力传感器(411)和所述编码器(606)之间保持信号相连，由此基于所接受的数据来计算得出反映薄膜张力和进给速度相关的信息。...

【技术特征摘要】
1.一种薄膜张力测量装置，该装置包括位置调节模块(100)、人机交互模块(200)、力放大模块(400)、滚轮自重平衡模块(500)、转速测量模块(600)和信号测量处理模块(300)，其特征在于：所述位置调节模块(100)作为其他模块的安装基础，它具有组合安装在一起的第一滑轨(101)和第二滑轨(103)，由此带动承载其上的其他模块可定量调节地执行沿着水平方向和竖直方向的自由移动；此外，该位置调节模块上还配备有弹性元件(106)和位移传感器(105)，其中该弹性元件(106)用于以位移的形式反馈处于下方的滚轮(601)上受到的薄膜反作用力，该位移传感器(105)则用于实时获取其与所输送薄膜之间在竖直方向上的距离；所述人机交互模块(200)固连在所述位置调节模块(100)的下部，并用于输入需要设定的多个参数、以及实时显示薄膜张力和滚轮转速，同时还配备有距离传感器用于实时获取所述滚轮(601)的下压深度；所述力放大模块(400)固连在所述人机交互模块(200)的下部，并包括竖直布置的第一托架(401)、对置安装在该第一托架侧面上下两端的第一滑块(402)和第三滑块(406)、对置安装在该上托架侧面左右两端的第四滑块(404)和第五滑块(409)，以及与所述第一滑块和第三滑块处于同一直线上且处于上述四个滑块之间的第二滑块(403)；与此同时，采用两端各自具有安装孔面的第一连杆(405)、第二连杆(408)、第三连杆(407)和第四连杆(410)依次将所述第四滑块(404)与所述第二滑块(403)、所述第二滑块(403)与所述第五滑块(409)、所述第五滑块(409)与所述第三滑块(406)、所述第五滑块(409)与所述第一滑块(402)分别彼此相连，并且其中该第一连杆(405)右端的安装孔面(4052)和该第二连杆(408)左端的安装孔面(4081)两者保持同轴配合，该第二连杆(408)右端的安装孔面(4082)和该第四连杆(410)下端的安装孔面(4102)、该第三连杆(407)上端的安装孔面(4072)三者保持同轴配合，由此共同构成一种肋式多连杆传动机构；此外，所述第二滑块(403)为整个力放大模块的输入端，其与所述转速测量模块(600)相连并实现所述滚轮(601)上所受薄膜反作用力的输入；所述第一滑块上承载有推力传感器(411)且作为整个力放大模块的输出端，由此通过此推力传感器(411)来对作用于所述滚轮(601)上且获得放大的推力信号执行实时检测；所述滚轮自重平衡模块(500)固连在所述第一托架(401)并处于所述滚轮(601)的相对一侧，由此用于平衡整个所述转速测量模块的自重；所述转速测量模块(600)包括同样竖直布置的第二托架(605)、经由轴承(604)配合贯穿安装于该第二托架(605)的转轴(603)、与该转轴(603)的一端固连且保持同轴转动的所述滚轮(601)，以及与所述转轴(603)的另外一端螺纹连接且同样保持同轴转动的编码器(606)，由此通过该编码器(606)实时获取所述滚轮(601)的转速；所述信号测量处理模块(300)安装在所述人机交互模块(200)的内部，并分别与所述人机交互模块(200)、所述位移传感器(105)、所述推力传感器(411)和所述编码器(606)之间保持信号相连，由此基于所接受的数据来计算得出反映薄膜张力和进给速度相关的信息。2.如权利要求1所述的薄膜张力测量装置，其特征在于，所述滚轮自重平衡模块(500)优选包括第一调节螺钉(502)、第二调节螺钉(503)，以及分别套设其上的第一弹簧(501)和第二弹簧(504)，其中所述第一、第二调节螺钉的上轴面分别配合安装在所述第二托架(605)上，它们的下轴面则分别配合安装在所述第一托架(401)上，由此通过对所述第一、第二弹簧的松紧操作来实现对所述滚轮的自重平衡。3.如权利要求1或2所述的薄膜张力测量装置，其特征在于，优选通过检测所述滚轮上的推力F来计算薄膜张力T，其计算公式组优选设定如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建魁，金一威，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42