[发明专利]一种基于频率检测的柔性膜张力测量方法

说明书

本发明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。本发明还公开了相应的测量系统。通过本发明，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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明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，同时可结合本发明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，按照本发明的一个方面，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：