一种基于频率检测的柔性膜张力测量方法技术

本发明专利技术属于张力检测技术相关领域，并公开了一种基于频率检测的柔性膜张力测量方法，包括：使用激光位移传感器、测速码盘及光电传感器来分别对运动过程中的柔性膜面外振动第一阶频率、运动速度执行实时检测；基于优化后的算法公式，获得柔性膜面外振动与柔性膜张力、运动速度之间的对应关系，并计算得出更为精确的实时张力值。本发明专利技术还公开了相应的测量系统。通过本发明专利技术，不仅可实现卷到卷制造中柔性膜张力的非接触式测量，操作过程中不会对膜表面动力学行为产生影响，而且整个测量过程中仅需使用少量的元件，无需改变或调整设备现有布局，相应与现有技术相比更为快捷、方便和高精度地实现卷到卷生产线上任意位置的张力测量。

A flexible membrane tension measurement method based on frequency detection

The invention belongs to the field of tension detection technology, and discloses a flexible membrane tension measurement method based on frequency measurement include: using a laser displacement sensor, the speedometer and the photoelectric sensor of the flexible membrane in the process of movement out of plane vibration velocity, the first frequency to perform real-time detection algorithm based on the optimized formula; and the corresponding relationship between the flexible membrane and get out of plane vibration of flexible membrane tension and velocity, and obtained more accurate real-time tension value. The present invention also discloses the corresponding measurement system. The invention not only can realize the non-contact measurement of volume to the volume in the manufacture of flexible membrane tension, not during the operation have an impact on the membrane surface dynamics behavior, and the whole measurement process with only a small number of components, no need to change or adjust the layout of the existing equipment, which should be compared with the existing technology more quickly, convenient and achieve high precision roll to roll tension measurement at any position on the production line.

【技术实现步骤摘要】
一种基于频率检测的柔性膜张力测量方法
本专利技术属于张力检测技术相关领域，更具体地，涉及一种基于频率检测的柔性膜张力测量方法。
技术介绍
卷到卷制造技术广泛应用于纸张、柔性电子、薄膜复合、无线射频识别标签等生产制造中，其中的张力检测技术是保证产品质量的关键因素。张力过大时，柔性膜容易变形甚至断裂；张力过小时，柔性膜容易产生松弛。张力检测是实施张力控制的重要前提。目前，卷到卷制造中设备运行速度在不断提高，柔性膜材料的厚度也越来越薄，需要采用更为复杂的张力控制策略来保证柔性膜张力的稳定，从而也对张力检测提出了更高的要求，希望能够在卷到卷中柔性膜的任意位置实现直接或间接的张力测量。现有技术中的张力检测方式一般是在惰辊上安装测力传感器，通过柔性膜与测力传感器的作用实现柔性膜张力的测量。这种测量方式比较快捷、方便，但是实际测量过程中，张力辊整体结构复杂，体积较大，安装时会占据一定空间，无法灵活布置，操作过程中容易出现各类的故障现象；同时，这种接触式的测量方法会对柔性膜表面的动力学行为产生影响。目前也提出了一些非接触式的测量方法，譬如采用张力观测器之类的装置，但这种方法对操作要求较高，同时且需要建立整个系统的复杂数学模型，处理效率偏低。相应地，本领域亟需对此作出进一步的改进，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基于频率检测的柔性膜张力测量方法，其中不仅只需少量元件即可高效率地测量获得更高精度的张力测量结果，而且可实现整体装置的模块化和紧凑化，能够灵活布置于卷到卷制造工序中的任何区域，显著提高了测量操作的便利度；此外，该张力测量方法能够在张力测量的过程中实现薄膜进给速度的高效灵活测量，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，提供了一种基于频率检测的柔性膜张力测量方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：步骤一：针对作为测量对象的柔性膜，将激光位移传感器布置在柔性膜的上方，同时将连接有光电传感器的测速码盘布置在执行该柔性膜输送的传动辊附近；此外，该激光位移传感器和该光电传感器各自继续信号连接至同一信号采集处理模块；步骤二：使用所述激光位移传感器对运动过程中的柔性膜的面外振动位移执行实时测量，所述信号采集处理模块同步采集该面外振动位移信号，经短时傅里叶变换或快速傅里叶变换处理得出对应的膜振动频率，然后经滤波处理过滤掉受迫振动频率同时保留自由振动频率，由此得到柔性膜的面外振动第一阶频率f1；与此同时，使用所述测速码盘对运动过程中的所述传动辊进行实时感测，所述光电传感器相应依照以下公式(一)来同步计算得到柔性膜的运动速度V：其中，N表示在一个测量周期内，所述光电传感器的触发次数；Δt表示所述光电传感器触发N次所用的总时间，单位为秒；R表示所述测速码盘自身的半径，单位为米；θ表示对于所述测速码盘上的两个相邻齿而言，它们同侧边缘所共同形成的圆心角；步骤三：基于以上得到的柔性膜的面外振动第一阶频率f1、运动速度V，继续依照以下公式(二)计算求出柔性膜的实时张力值T，由此完成整体的张力测量过程：其中，a1和a2表示预设的两个常系数，它们的值可基于柔性膜的几何和材料参数来根据现场实验标定而设定。作为进一步优选地，在步骤一中，所述激光位移传感器的测量头垂直于柔性膜的上表面，并且其测量位置优选位于该柔性膜进给方向跨距四分之一、宽度方向中心线的位置；所述光电传感器优选连接在所述测速码盘的上方。作为进一步优选地，在步骤二中，优选选取所述光电传感器的电压变化曲线的上升沿来计算触发次数。作为进一步优选地，所述柔性膜譬如为柔性电子。按照本专利技术的另一方面，还提供了相应的一种基于频率检测的柔性膜张力测量系统，其特征在于，该系统包括激光位移传感器、测速码盘、光电传感器和信号采集处理模块，其中：所述激光位移传感器被布置为其测量头垂直于柔性膜的上表面，并与所述信号采集处理模块保持信号相连；该激光位移传感器用于对运动过程中的柔性膜的面外振动位移执行实时测量，所述信号采集处理模块则用于同步采集该面外振动位移信号，经短时傅里叶变换或快速傅里叶变换处理得出对应的膜振动频率，然后经滤波处理过滤掉受迫振动频率同时保留自由振动频率，由此得到柔性膜的面外振动第一阶频率f1；所述测速码盘被布置在执行该柔性膜输送的传动辊附近，并在它的上方安装有所述光电传感器，然后信号连接至所述信号采集处理模块；该测速码盘用于对运动过程中的传动辊进行实时感测，该光电传感器则同步计算得到柔性膜的运动速度V，然后发送至所述信号采集处理模块；所述信号采集处理模块基于所接收的所述面外振动第一阶频率f1和运动速度V，用于依照下列公式计算计算求出柔性膜的实时张力值T，由此完成整体的张力测量过程：其中，a1和a2表示预设的两个常系数，它们的值可基于柔性膜的几何和材料参数来根据现场实验标定而设定。作为进一步优选地，该系统优选还包括人机交互模块，该人机交互模块优选预存有用于反映不同柔性膜张力与其面外振动、运动速度之间的关系的数学关系式，并用于输入包括柔性膜几何参数和材料参数在内的多个参数。总体而言，通过本专利技术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：1、通过本专利技术，在整个应力测量过程中仅需激光位移传感器和光电传感器等少量元件，传感器测量模块体积小、不占用空间，安装和使用方便，无需对现有输送布局进行调整，可灵活布置于卷到卷制造中的任何区域，显著提高了测量的便利度；2、本专利技术中还进一步对应力测量的算法公式进行了优化处理，实际测试表明不仅能够在张力测量的过程中实现薄膜进给速度的高效灵活测量，而且与现有模型相比可获得更高精度的张力测量结果；3、本专利技术的张力测量方法仪更为紧凑合理的方式实现了对柔性膜张力的非接触式测量，测量过程中，测量装置完全不与柔性膜接触，不会对柔性膜表面的动力学行为产生影响，进而可以更为精确地测量柔性膜实际张力，因而尤其适用于柔性电子之类的柔性膜输送场合。附图说明图1是按照本专利技术所构建的张力测量方法的应用场景和工作原理示意图；图2是更为具体地显示了激光位移传感器执行信号采集处理的流程示意图；图3是用于示范性显示按照本专利技术的基于频率检测的柔性膜张力测量方法的工艺流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术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。图1是按照本专利技术所构建的张力测量方法的应用场景和工作原理示意图，图3是用于示范性显示按照本专利技术的柔性膜张力测量方法的工艺流程图。如图1所示，对于作为测量对象的柔性膜，在其下表面由多个传动辊执行支撑及输送，本专利技术通过对张力测量原理和具体测量方式的重新设计和调整，相应可仅需少量几个元器件即可高效、高精度地完成整个张力测量过程，而且操作过程中不会对膜表面动力学行为产生影响，同时也无需改变或调整设备的现有布局。具体而言，该柔性膜张力测量系统主要包括激光位移传感器1、测速码盘2、光电传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于频率检测的柔性膜张力测量方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：步骤一：针对作为测量对象的柔性膜，将激光位移传感器(1)布置在柔性膜的上方，同时将连接有光电传感器(3)的测速码盘(2)布置在执行该柔性膜输送的传动辊附近；此外，该激光位移传感器(1)和该光电传感器(3)各自信号连接至同一信号采集处理模块(4)；步骤二：使用所述激光位移传感器(1)对运动过程中的柔性膜的面外振动位移执行实时测量，所述信号采集处理模块(4)同步采集该面外振动位移信号，经短时傅里叶变换或快速傅里叶变换处理得出对应的膜振动频率，然后经滤波处理过滤掉受迫振动频率同时保留自由振动频率，由此得到柔性膜的面外振动第一阶频率f1；与此同时，使用所述测速码盘(2)对运动过程中的所述传动辊进行实时感测，所述光电传感器(3)相应依照以下公式(一)来同步计算得到柔性膜的运动速度V：

【技术特征摘要】
1.一种基于频率检测的柔性膜张力测量方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：步骤一：针对作为测量对象的柔性膜，将激光位移传感器(1)布置在柔性膜的上方，同时将连接有光电传感器(3)的测速码盘(2)布置在执行该柔性膜输送的传动辊附近；此外，该激光位移传感器(1)和该光电传感器(3)各自信号连接至同一信号采集处理模块(4)；步骤二：使用所述激光位移传感器(1)对运动过程中的柔性膜的面外振动位移执行实时测量，所述信号采集处理模块(4)同步采集该面外振动位移信号，经短时傅里叶变换或快速傅里叶变换处理得出对应的膜振动频率，然后经滤波处理过滤掉受迫振动频率同时保留自由振动频率，由此得到柔性膜的面外振动第一阶频率f1；与此同时，使用所述测速码盘(2)对运动过程中的所述传动辊进行实时感测，所述光电传感器(3)相应依照以下公式(一)来同步计算得到柔性膜的运动速度V：其中，N表示在一个测量周期内，所述光电传感器的触发次数；Δt表示所述光电传感器触发N次所用的总时间，单位为秒；R表示所述测速码盘自身的半径，单位为米；θ表示对于所述测速码盘上的两个相邻齿而言，它们同侧边缘所共同形成的圆心角；步骤三：基于以上得到的柔性膜的面外振动第一阶频率f1、运动速度V，继续依照以下公式(二)计算求出柔性膜的实时张力值T，由此完成整体的张力测量过程：其中，a1和a2表示预设的两个常系数，它们的值可基于柔性膜的几何和材料参数来根据现场实验标定而设定。2.如权利要求1所述的柔性膜张力测量方法，其特征在于，在步骤一中，所述激光位移传感器的测量头垂直于柔性膜的上表面，并且其测量位置优选位于该柔性膜进给方向跨距四分之一、宽度方向中心线的位置；所述光电传感器优选连接在所述测速码盘的上方。3.如权利...

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