КомпьюАрт

3 - 2008

Контроль натяжения и положения полотна в рулонных машинах

Натяжение полотна

Методы измерения натяжения

Системы контроля натяжения полотна

Датчики в системах равнения полотна

Натяжение полотна

Натяжение определяется как растягивающее усилие, приложенное к полотну (ленте) в машинном направлении. Натяжение обеспечивает управляемую проводку полотна, без него движение ленты становится неконтролируемым и непредсказуемым. Один из основных принципов управления лентопроводкой — полотно выравнивается под углом 90° к оси направляющего или ведущего валика — работает только в том случае, если обеспечивается тесный контакт между поверхностями валика и полотна. Если трение между валиком и полотном слабое, то положение последнего в поперечном направлении и скорость движения будут неконтролируемыми. Точность приводки при печати, лакировании, тиснении фольгой, высечке, а также положение линии разрезки полотна — функции натяжения.

Натяжение создается разностью скоростей лентоведущих валиков (рулоны на размотке и намотке также следует считать лентоведущими валиками). Натянутая лента растягивается в машинном направлении на величину, зависящую от силы натяжения и от упругости ленты, и сжимается в поперечном направлении. Поскольку растяжение полотна затрудняет контроль приводки при печати и отделке, а поперечное сжатие может вести к морщению полотна, оптимальной следует считать минимальную силу натяжения, которая обеспечивает управляемую проводку полотна через машину.

Различные материалы имеют разные упругоэластичные свойства, соответственно будут различными и оптимальные значения натяжения. Для разных машин оптимальные значения натяжения при обработке одинаковых материалов также могут различаться. В качестве отправной точки при определении оптимального натяжения следует использовать рекомендации поставщиков материалов, а также технологических институтов. Обычно искомая величина составляет 10-25% предела прочности материала на разрыв.

При работе с несколькими лентами, например при ламинации, их натяжение должно быть одинаковым, в противном случае склеенное полотно будет скручиваться в сторону той ленты, которая на момент склейки была натянута сильнее.

Натяжение полотна должно контролироваться не только в технологических секциях, но и на рулонных установках, иначе на размотке возможен обрыв ленты, а форма наматываемого рулона будет далека от цилиндрической.

Натяжение в каждой из зон контроля должно регулироваться независимо от других зон. Поэтому на размотке, в технологических секциях и на намотке оно может иметь различные значения.

В установившемся режиме работы машины натяжение в технологических секциях, как правило, достаточно стабильно. На размотке и намотке регулировать натяжение сложнее, поскольку диаметры и массы рулонов в процессе работы машины изменяются. На размотке натяжение должно поддерживаться постоянным, поэтому по мере уменьшения диаметра рулона частота его вращения увеличивается, а тормозной момент на валу должен снижаться. Намотку рулона часто принято выполнять с уменьшающимся по мере увеличения диаметра рулона натяжением ленты, поэтому частота вращения рулона должна изменяться с учетом заданного уменьшения натяжения.

В начало В начало

Методы измерения натяжения

Существует несколько способов измерения и расчета оценки натяжения полотна. Самый точный способ — измерить натяжение тензометром, который может работать как элемент системы контроля натяжения или может быть установлен отдельно от нее.

Если датчика нет, но система контроля натяжения содержит амортизирующий колебания плавающий (танцующий) валик, то натяжение можно вычислить из значения нагрузки на валик с учетом геометрии проводки полотна через амортизатор. Следует учесть, что данная оценка не будет корректной в случае, если валик находится в одном из крайних положений.

Грубо оценить натяжение на размотке, оснащенной рулонным тормозом, можно с помощью обычного безмена. Для этого следует пропустить конец ленты через направляющий валик, зацепить ее безменом и потянуть. Вес, который покажет безмен в момент, когда рулон начнет вращаться, позволит рассчитать натяжение ленты при данной установке тормоза. Этот метод нельзя применять для оценки натяжения на устройствах намотки и на размотках, оснащенных двигателем, а не тормозом.

В случае если известно значение тормозного момента на размотке, оценку натяжения можно аппроксимировать из частного тормозного момента и радиуса рулона.

В начало В начало

Системы контроля натяжения полотна

Самым дешевым методом управления натяжением полотна является ручная установка параметров двигателей или тормозов, регулирующих скорость вращения лентоведущих валиков и рулонов. Однако очевидно, что подобный метод регулировки может быть основан только на опыте обслуживающего оборудование персонала, и риск ошибки при его использовании очень велик. Регулировать параметры приводов размотки и намотки вручную вообще крайне сложно из-за постоянного изменения масс и диаметров рулонов. Поэтому экономия на стоимости автоматических контрольных устройств, скорее всего, обернется потерями вследствие большого процента брака. Рассмотрим основные типы автоматических устройств.

Системы контроля диаметра рулона

Системы контроля диаметра рулона эффективны для управления натяжением ленты на размотке и намотке. Их общим недостатком является невозможность учета всего комплекса факторов, влияющих на натяжение ленты, а также контроля натяжения в технологических секциях. В настоящее время в таких системах применяются три вида датчиков:

  • механические;
  • ультразвуковые;
  • тахометрические.

Система контроля диаметра рулона c механическим датчиком

Система контроля диаметра рулона c механическим датчиком

 

Система контроля диаметра рулона c ультразвуковым датчиком

Система контроля диаметра рулона c ультразвуковым датчиком

 

Тахометрическая система контроля диаметра рулона

Тахометрическая система контроля диаметра рулона

Механические датчики измерения диаметра рулона

Механический датчик измерения диаметра рулона представляет собой качающийся ролик или валик, который с помощью пружины или пневматического устройства прижимается к внешней поверхности рулона. Диаметр рулона оценивается исходя из углового положения рычага, на котором закреплен ролик или валик. Обычно для измерения угла применяется потенциометр.

Достоинствами механических датчиков являются простота, дешевизна и легкость установки. Недостатки: невозможность компенсировать отклонения рулона от цилиндричности (при овальной форме поперечного сечения); устройство затрудняет процесс замены рулона; меньшая по сравнению с другими системами надежность; механическое воздействие на поверхность материала.

Ультразвуковые датчики измерения диаметра рулона

Ультразвуковой датчик состоит из источника и приемника ультразвука. Источник генерирует сигнал, который после отражения от поверхности рулона фиксируется приемником. Диаметр рулона рассчитывается на основе времени, которое потребовалось сигналу, чтобы дойти от источника до приемника.

Достоинства ультразвуковых датчиков: простота конструкции; относительная дешевизна; компактность; легкость установки; возможность учета отклонения рулона от цилиндричности; надежность; наличие дополнительных функций, например предупреждения о скором окончании рулона; отсутствие контакта с поверхностью полотна.

К недостаткам ультразвуковых датчиков относятся ошибки измерения при попадании каких-либо объектов между датчиком и поверхностью рулона, при работе с поглощающими ультразвук материалами (например, с некоторыми современными неткаными синтетическими материалами), а также при отклонении углового положения датчика от позиции, в которой осуществлялась калибровка.

Тахометры

Пара тахометров, измеряющих частоту вращения рулона и лентоведущего или направляющего валика, позволяет управлять работой привода рулона на основе сравнения этих частот.

Достоинствами подобных систем являются: относительная дешевизна; легкость установки; надежность; наличие дополнительных функций; отсутствие контакта с поверхностью полотна.

Системы контроля положения плавающего валика

Плавающие валики устанавливаются на качающихся, перемещающихся линейно или ротационных опорах. При изменении натяжения ленты валик отклоняется от нулевой позиции, компенсируя отклонение натяжения. Измерение отклонения (позиции) валика позволяет, скорректировав параметры привода лентоведущих валиков и рулонов, нормализовать величину натяжения. Величина натяжения поддерживается постоянной, пока плавающий валик находится в рабочей зоне — между крайними положениями. При достижении валиком крайнего положения величина натяжения выходит из-под контроля.

Системы с качающимися валиками имеют простую конструкцию, дешевле других систем с амортизатором и характеризуются большой рабочей зоной. К их недостаткам относится необходимость учета веса валика и относительно большие габариты.

Система контроля положения качающегося плавающего валика

Система контроля положения качающегося плавающего валика

 

Система контроля положения линейно перемещающегося плавающего валика

Система контроля положения линейно перемещающегося плавающего валика

 

Система контроля положения ротационной пары плавающих валиков

Система контроля положения ротационной пары плавающих валиков

 

Тензометрическая система контроля натяжения

Тензометрическая система контроля натяжения

Системы с перемещающимся линейно валиком характеризуются компактностью и большой рабочей зоной валика. Они идеально подходят для устройств с автоматической склейкой ленты. Недостатки: необходимость учета веса валика; относительная сложность конструкции; дороговизна.

Ротационные системы включают пару уравновешивающих друг друга валиков, что позволило исключить необходимость учета их веса. Инерционность этой компактной системы минимальна. Недостатки конструкции: высокая стоимость и невозможность увеличения рабочей зоны.

Системы с плавающими валиками универсальны и позволяют компенсировать действия всех факторов, влияющих на величину натяжения полотна. Для снижения ошибок, вызванных инерцией плавающих валиков, их следует делать как можно более легкими. Рекомендуется использовать валики с пониженным трением. Для исключения влияния веса валиков на точность контроля натяжения полотна следует применять ротационные конструкции или линейную схему с перемещением валиков в горизонтальной плоскости.

Величина натяжения ленты определяется усилием, приложенным к оси валика (или пары валиков в ротационных устройствах). Нагружение плавающих валиков раньше осуществлялась с помощью грузов, сейчас — посредством пневматики. Пневматические цилиндры снабжаются электронными системами
управления, которые позволяют плавно регулировать давление воздуха и соответственно плавно менять величину натяжения.

Для определения позиции валика в старых системах использовались аналоговые потенциометры. Поскольку эти приборы содержат механические элементы и их точность со временем уменьшается, в современном оборудовании применяются цифровые датчики разных типов.

Тензометрические системы контроля

В тензометрических системах контроля датчики подключаются к направляющему валику и измеряют нагрузку на него, обусловленную натяжением полотна. Натяжение рассчитывается с учетом угла обхвата валика полотном. После сравнения измеренного значения с заданным при необходимости выполняется коррекция параметров приводов лентоведущих валиков и рулонов.

Достоинства тензометрических систем: высокая точность измерения; универсальность; компенсация всех факторов, влияющих на натяжение ленты; большой выбор моделей разной стоимости, включая системы с автоматической калибровкой; простота установки. Однако при работе с рулонами большого диаметра системы этого типа не всегда обеспечивают достаточную стабильность натяжения в устройствах размотки и намотки.

Комбинированные системы контроля

Комбинированные системы, объединяющие устройства контроля диаметра рулона и системы с плавающим валиком или тензометром, позволяют добиться наибольшей стабильности натяжения. Их целесообразно применять при большом диапазоне скоростей машины, при работе с рулонами большого диаметра, а также при работе с эластичными материалами.

В комбинированных системах оценки натяжения устройств разного типа дополняют друг друга. В 90% случаев для регулирования натяжения достаточно информации от устройств контроля диаметра рулонов, а в оставшихся 10% случаев она дополняется и корректируется информацией от систем с плавающим валиком или тензометром.

Недостатками комбинированных систем являются высокая стоимость и сложность конструкции.

В начало В начало

Датчики в системах равнения полотна

Системы равнения края полотна — важный элемент печатных и отделочных линий, позволяющий снизить брак и сократить простои оборудования во время его настройки. В первых системах равнения полотна использовались пневматические детекторы края ленты и гидравлический привод устройств равнения. Сегодня пневматику заменила электроника, а гидравлику — электродвигатели, что позволило повысить точность и скорость равнения полотна, а также увеличить надежность систем равнения.

Современные детекторы края полотна делятся на два типа: оптические и ультразвуковые. Детектор состоит из одной или нескольких пар источников и приемников излучения, расположенных напротив друг друга по разные стороны от плоскости проводки полотна. Количество излучения, которое попадает из источника на приемник, зависит от степени перекрытия луча полотном и может колебаться от максимального (полотно не перекрывает луч) до нулевого (полотно полностью перекрыло луч). Обычно за нулевое принимается такое положение полотна, при котором на приемник поступает половина от максимально возможного количества энергии излучения, то есть край полотна делит луч пополам. При отклонении энергии поступившего на приемник излучения от заданной величины система равнения полотна вырабатывает управляющий импульс для исполнительных механизмов, которые выполняют коррекцию бокового положения ленты.

Ультразвуковой детектор первого поколения

Ультразвуковой детектор первого поколения

 

При увеличении температуры на приемник попадает меньше излучения и система равнения края полотна перемещает полотно в сторону от датчика

При увеличении температуры на приемник попадает меньше излучения и система
равнения края полотна перемещает полотно в сторону от датчика

 

Отраженное от полотна излучение интерферирует с излучением от источника, снижая точность определения края полотна

Отраженное от полотна излучение интерферирует с излучением от
источника, снижая точность определения края полотна

Первые электронные детекторы были несовершенными. Оптические датчики первого поколения были чувствительны к пыли и грязи. Пыль и загрязнения, накапливавшиеся на оптических элементах детектора, поглощали часть излучения, что приводило к ошибкам при определении положения края полотна.

На ультразвуковые детекторы первого поколения воздействовали колебания температуры. Поскольку холодный воздух проводит ультразвук лучше, чем теплый, отклонение температуры в печатном цехе от нормы приводило к ошибкам при определении положения края полотна. Кроме того, первое поколение ультразвуковых детекторов было чувствительно к отклонению полотна от плоскостности, что обусловлено интерференцией отраженного от ленты излучения с излучением от источника. Результатом такой интерференции является изменение энергии излучения, регистрируемой приемником детектора.

Ультразвуковой детектор второго поколения

Ультразвуковой детектор второго поколения

 

Благодаря наличию дополнительного луча и импульсному принципу работы, на результаты измерения детекторов второго поколения не влияют колебания температуры и шумы от отраженного излучения

Благодаря наличию дополнительного луча и импульсному принципу работы, на результаты
измерения детекторов второго поколения не влияют колебания температуры и шумы от отраженного излучения

В конце 80-х годов появились усовершенствованные ультразвуковые детекторы, не чувствительные к температуре воздуха и отклонению полотна от плоскостности. В этих ультразвуковых детекторах применяются две расположенные рядом пары «источник/приемник излучения». Луч в первой паре полотном не перекрывается, и она служит для определения максимального количества энергии, которое может быть передано от источника приемнику в данных условиях (при данной температуре и влажности). Луч во второй паре частично перекрывается краем полотна. Определение положения края полотна производится на основе сопоставления информации от обеих пар.

Для того чтобы избавиться от помех, вызванных отраженным от полотна излучением, детекторы нового поколения работают в импульсном режиме. При этом приемник воспринимает ультразвуковой импульс в течение очень малого времени, достаточного лишь для того, чтобы излучение дошло по кратчайшему пути от источника к приемнику. Отраженное полотном излучение проделывает больший путь и потому приходит с запозданием относительно основного импульса. Это позволяет эффективно отфильтровывать шумы.

В ультразвуковых детекторах третьего поколения применяется принцип динамического слежения за положением края полотна

 

В ультразвуковых детекторах третьего поколения применяется принцип динамического слежения за положением края полотна

 

В ультразвуковых детекторах третьего поколения применяется принцип динамического слежения за положением края полотна

В ультразвуковых детекторах третьего поколения применяется принцип динамического слежения за положением края полотна

В конце 90-х годов появились новые многолучевые ультразвуковые детекторы, имеющие увеличенную область контроля положения края полотна. Такие детекторы включают две перекрывающиеся линейки датчиков, каждая из которых содержит множество источников/приемников ультразвука. В каждый момент времени активны только два луча: один (калибровочный) полотном не перекрывается, а второй — частично перекрывается. Если при перемещении полотна через область контроля оно перекрывает первый луч или его край выходит за пределы второго, то ненужные — полностью перекрытые или «лишние» неперекрытые — лучи отключаются, а вместо них активируются новые лучи, отслеживающие положение края полотна. Если одно- или двухлучевые детекторы при изменении ширины полотна приходится передвигать при помощи электромеханических устройств, то многолучевые системы динамического сканирования позволяют работать с полотнами разной ширины без применения специальных позиционирующих устройств.

При работе с сетчатыми и очень тонкими пористыми материалами ультразвуковые детекторы могут не обеспечивать высокую точность определения положения края полотна, поэтому вместо них рекомендуется применять ИК-детекторы. Как правило, ультразвуковые и ИК-детекторы имеют одинаковые размеры контролируемой области и габариты и потому могут легко заменять друг друга.

В начало В начало

КомпьюАрт 3'2008

Выбор номера:

larswallentin
heidelberg

Популярные статьи

Удаление эффекта красных глаз в Adobe Photoshop

При недостаточном освещении в момент съемки очень часто приходится использовать вспышку. Если объектами съемки являются люди или животные, то в темноте их зрачки расширяются и отражают вспышку фотоаппарата. Появившееся отражение называется эффектом красных глаз

Мировая реклама: правила хорошего тона. Вокруг цвета

В первой статье цикла «Мировая реклама: правила хорошего тона» речь шла об основных принципах композиционного построения рекламного сообщения. На сей раз хотелось бы затронуть не менее важный вопрос: использование цвета в рекламном производстве

CorelDRAW: размещение текста вдоль кривой

В этой статье приведены примеры размещения фигурного текста вдоль разомкнутой и замкнутой траектории. Рассмотрены возможные настройки его положения относительно кривой, а также рассказано, как отделить текст от траектории

Нормативные требования к этикеткам

Этикетка — это преимущественно печатная продукция, содержащая текстовую или графическую информацию и выполненная в виде наклейки или бирки на любой продукт производства