[发明专利]一种原料卷与卷筒对中的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及工业控制领域，尤其是涉及一种原料卷与卷筒对中的方法及系统。

背景技术

在工业生产中，生产线上有时会碰到需要将卷筒(或卷轴)插入到原料卷中心通孔中的工序。该工序一般包括两个步骤：第一步，先通过操控使原料卷与卷筒对中(即二者轴线重合)；第二步，使原料卷向卷筒方向(或者使卷筒向原料卷方向)移动固定的距离，从而完成插入。显然第一步的对中是关键环节。

当然，若各原料卷的粗细(即外径)相同，则对中并不复杂，例如只需要按一些既定的距离进行移动即可。但是，当各个原料卷的外径数值不统一时，要想每次都快速、精准的实现对中，并不是一件容易的事。

例如在钢铁行业中，存在一个“上卷”的工序，即将各种直径的原料卷例如冷轧卷自动上到开卷机的卷筒上(此后，卷筒直径可以膨胀，当膨胀到与原料卷内径一致时二者便处于紧密配合的状态，通过卷筒旋转从而带动冷轧卷旋转，实现开卷)。而上卷的前提正是原料卷与卷筒的对中。具体来讲，一般是如下情形：开卷机的卷筒水平固定，可竖直升降的小车的底座也固定，并使卷筒与小车的朝向以及竖直位置都一致，以保证原料卷水平放在小车上后，其轴线升降时的轨迹平面正好经过卷筒轴线(即原料卷的轴线与卷筒的轴线始终在同一竖直平面上)。然后，通过小车的升降来调整原料卷的高度，最终定位至与卷筒卷心(即卷筒轴线)同高的地方，从而完成对中。

在现有技术中，实现上述对中功能有多种解决办法，现介绍一种常用的方案，如图1、2、3所示(其中图1、3为主视图，图2为俯视图，图1为初始时刻，图3为完成对中的时刻，另外注意图2中只画出了卷筒、原料卷及第一支架)：

其中测距装置3为超声波传感器，在原料卷1的正上方并朝向原料卷1，同时固定在第二支架6上；开卷机的卷筒2也固定在第一支架5上(见图2虚线)，位于原料卷1的上方(但不会被原料卷1碰到)；Φ为原料卷1的直径(外径)；L1为卷筒2的轴线到超声波传感器的距离，为定长，由设计决定；L2为初始时刻(如图1所示的时刻)，升降小车4上用来承载原料卷1的台面的最低点到超声波传感器的距离，也是定长，由设计决定；d为超声波传感器测量得到的自身到原料卷1圆柱表面的距离，为变量，会随原料卷1高度的变化而变化，初始时刻测得该值为d₀；原料卷1放到升降小车4的台面上后，其最低端与该台面最低处的高度差为X，也是定长，由原料卷1的直径及该台面倾斜角度决定。

该方案是先测量并计算得到Φ值、然后再根据Φ值来完成对中的。设L1＝1800mm，L2＝3000mm，所述台面的斜面与水平夹角为α，α＝15°，d₀＝1300mm。具体步骤如下：

第一步：先忽略X的长度，计算原料卷1的直径Φ，Φ＝L2-d₀＝1700mm；

第二步：通过Φ计算X的长度，X＝1700/2*(1-COSα)＝28.963mm，从而得到修正后的直径Φ＝L2-d₀-X＝1671mm；

第三步：计算对中时d的预期值d′，d′＝L1-Φ/2＝1800-1671/2＝964.5mm；

第四步：让升降小车4开始上升，当测量值d等于预期值d′时，即d＝964.5mm时(如图3所示时刻)停止运动，并保持当前高度，从而完成定位，实现原料卷1与卷筒2的对中。

通过以上描述可见，该方案虽然可以应对原料卷粗细不同的情况，但也明显存在以下缺点：

第一，该方案在计算过程中存在近似值，故对中的精度不高。该方案对中时要判断是否d＝d′，其中d′是依靠卷径测量的结果Φ算得，故卷径测量的精度会影响对中的精度，而该方案计算Φ时引入了X，这样得到的Φ为近似值，故最终导致对中的精度不高。

第二，该方案的对中精度会受具体测量值的精度的影响。该方案对中时要判断是否d＝d′，其中d为测量值，会受很多因素影响，例如超声波检测的距离值与环境温度有关，所以为了保证精度有时还需要选择带温度补偿的超声波检测元件。

此外，第三，该方案必须先进行卷径测量才能再进行对中，多了一个步骤显然会影响工作效率。第四，测量得到的卷径Φ值在理论上就已经为近似值，存在不可克服的缺陷，故不适合应用到其他需要较高精度的场合。第五，该方案中的传感器安装检修不便，例如原料卷一般最大直径在2100mm左右，加上机械设备的高度，所以超声波元件安装高度一般大于2500mm，这样的高度对于人员安装和检修即不安全又不方便。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的主要技术问题是：原料卷对中精度不高的问题。