УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО СЧИТЫВАНИЯ ДИАМЕТРА БОБИНЫ И УПРАВЛЕНИЯ МОТАЛЬНЫМ УСТРОЙСТВОМ

Область техники
Техническое решение касается устройства для бесконтактного считывания (отслеживания) диаметра бобин (паковки) и управления мотальным устройством, в особенности, новой конструкции системы для измерения текущего диаметра наматываемых бобин (паковок), особенно при наматывании стекловолокна.
Уровень техники
Известные из уровня техники решения по измерению текущего диаметра в процессе намотки паковок, предназначенные для считывания диаметра бобин и управления механизмом управления мотального устройства, можно разделить на три основных способа:
а) управление позицией механизма проводится при помощи расчета на основании предполагаемого нарастания диаметра бобин по времени,
б) позицией механизма управляет устройство с контактным датчиком,
в) позицией механизма управляет устройство с бесконтактными датчиками для измерения расстояния, при этом датчики могут быть различных типов, например, ультразвуковыми, инфракрасными, лазерными, триангуляционными и т.п.
Системы, где управление позицией механизма проводится при расчете в зависимости от предполагаемого нарастания диаметра бобины во времени, содержатся, например, в следующих документах:
CZ PV 3885-91 Zapojenie dvojosového počítačom riadeného
optoelektronického snímača polohy a rozmerov. (Система с двухосным управляемым с помощью компьютера оптоэлектронным датчиком для измерения позиции и размеров компьютерным управлением.) Система содержит две пары световых источников и ПЗС строчного сканирующего устройства, которое сканирует объект, подлежащий измерению. Строчные ПЗС датчики подсоединены через блокирующие Q/U преобразователи и компараторы к ТТЛ переключателю, который соединен с ПДП контуром компьютера.
JP 10072166 Method and device for measuring diameter of cross winding package (Способ и устройство для измерения диаметра паковки с поперечной намоткой). По внешнему периметру паковки расположены два датчика, с которыми связан стабильный постоянный зазор, который отделен от контурного направления, внешнего периметра для считывания периметра паковки с поперечной намоткой. Устройство при помощи датчиков рассчитывает диаметр паковки путем деления окружной скорости бобины и угловой скорости моталки мотального устройства.
US 2001020663 Reel monitor devices and methods of using the same (Устройство для мониторинга наматывания и способ его применения). Устройство касается систем и способа мониторинга паковки для наматывания или разматывания линейного материала, например, кабеля. Система мониторинга имеет детектор для считывания наличия и позиции поверхности кабеля, расположенного между детектором и мотальным устройством. Считываемые данные передаются в компьютер, который на их основании рассчитывает параметры наматывания.
Общим недостатком данных системы является несоблюдение
требуемого зазора между бегунками и поверхностью паковок. Таким образом, в случае изменения технологических условий обслуживающий персонал вынужден часто выполнять корректировку расчетов, результатом чего является производство некачественных паковок.
Системы, в которых управление позицией механизма осуществляется устройством с контактным датчиком, раскрыты, например, в следующих документах:
CZ 258116 Za###U345ízení pro měnění pr###U367měru pomocného ústrojí pro p###U345evíjení nitě. (Устройство для измерения изменения диаметра при помощи вспомогательного устройства для перематывания нити.) Устройство оснащено контактным датчиком диаметра, который связан с мотальным веретеном и через управляющее устройство подсоединен к скользящей обойме.
GB 1166373 Device for limiting the diameter of bobbins being wound (Устройство для ограничения диаметра наматываемой бобины).
Устройство для остановки наматывания при получении требуемого диаметра бобины содержит контактный датчик, установленный на регулируемом плече, оснащенный электрическим выключателем, причем после наматывания требуемого диаметра бобина соприкасается с контактным датчиком, который управляет выключателем для остановки наматывания.
Общим недостатком этих систем является, с технологической точки зрения, нежелательный контакт с поверхностью бобин и их возможное повреждение.
Системы, у которых позицией механизма управляет устройство с бесконтактным датчиком для измерения расстояния, содержатся,
например, в следующих документах:
CZ 227478 Optoelektronickě odrazové za###U345ízení pro snímání p###U345íze v útku nebo osnově. (Оптоэлектронное отражательное устройство для считывания пряжи в утке или основе). В блоке, оснащенном набегающей поверхностью, законченной зубом с расположенной под ним прозрачной, считывающей пластиной, напротив считывающей пластины установлен источник инфракрасного излучения и приемник отраженного луча, который подсоединен к усилителю, через переменную связь соединенный с инвертором, подключенным к индикаторному контуру, связанному с источником света.
CZ PV 2756-91 Snímací čidlo pro sp###U345ádací stroje v textilním pr###U367myslu. (Датчик для прядильных машин в текстильной промышленности). Считывающая система выполнена для прядильных машин и содержит оптические передатчики и приемники. Считывающий датчик состоит из двух пар передатчиков и приемников оптического излучения, расположенных напротив друг другу в одной плоскости и вдоль общей оптической оси.
CZ PV 2002-277 Za###U345ízení na p###U345íměm p###U345ástovém navíječi pro bezkontaktní zji###U353###U357ování skutečného pr###U367měru p###U345ástové cívky, p###U345ímý p###U345ástový navíječ a zp###U367sob jejich ovládání. (Излучение на прямом ровничном мотальном устройстве для бесконтактного определения действительного диаметра ровничной паковки, прямое ровничное мотальное устройство и способ управления ими). Устройство содержит лазерный датчик, который имеет источник и приемник лазерного излучения, причем посредством излучения из датчика к верхней поверхности паковки и обратно к приемнику определяется
расстояние от лазерного датчика до верхней поверхности паковки.
DE 4241290 Aufspulvorrichtung (Мотальное устройство). Изобретение касается устройства, которое определяет позицию направляющего механизма для волокна, для определения длины паковки мотального веретена, что обеспечивает равномерное наматывание. Устройство оснащено считывающими светодиодами и фотоэлементами.
DE 19960285 Monitor to register the increasing bobbin diameter during winding at a bobbin winder has a light transmitter and detector to register the gaps between the sensor and the bobbin and spindle surfaces (Устройство мониторинга для определения нарастания диаметра паковки в порядке наматывания на паковку имеет фотодиод и детектор для регистрации зазора между датчиком и поверхностью паковки и веретена). Способ и устройство для бесконтактного считывания нарастания диаметра паковки при помощи фотодиода, где определяется расстояние от паковки до датчика и поверхности веретена, а диаметр паковки определяется из предварительно заданного диаметра веретена и разницы между расстоянием веретена и паковки.
Общим недостатком систем этой группы является малая устойчивость датчиков по отношению к загрязнению и искажению результатов измерения при наличии свободных волокон, а также капелек воды или капель смазки в поле зрения датчика. В результате этого происходит ошибочное измерение диаметра паковки и несоблюдение требуемого зазора между бегунками и поверхностью паковок, а также приходится часто выполнять чистку датчиков. Кроме того, для каждого определяемого диаметра паковки
необходимо использовать новый датчик. Это подтверждается, например, устройством согласно документу CZ PV 2002-277. Преимущество заключается в бесконтактном считывании параметров, в данном случае - расстояния между датчиком и поверхностью паковки на веретене. По сравнению с первой системой исключается необходимость выполнять расчеты, и по сравнению со второй системой - нежелательный контакт с поверхностью паковок и их возможное повреждение.
Сущность технического решения Следуя концепции технического решения, целью полезной модели является обеспечение надежной системы для бесконтактного считывания диаметра паковки (бобин) и управления мотальным устройством при использовании преимуществ, известных из уровня техники систем, а именно - бесконтактного считывания параметров при одновременном устранении их недостатков. Техническое решение относится к устройству для бесконтактного считывания диаметра паковки (бобин) и управления мотальным устройством, в особенности, для измерения текущего диаметра наматываемых паковок при наматывании стекловолокна. Сущность технического решения заключается в установке мотального устройства для волокна, в особенности стекловолокна, в форме прямоугольного корпуса, в котором, или же на котором, установлены другие компоненты. Причем в передней части прямоугольного корпуса установлен распределительный механизм для волокна, на шарнирном плече которого с возможностью скольжения установлен распределяющий бегунок, а из передней части корпуса мотального устройства выступает по меньшей мере один ротационный мотальный
барабан, который приводится во вращательное движение приводным механизмом, установленным в корпусе мотального устройства, для наматывания на этот мотальный барабан одной или нескольких бобин, установленных на барабане последовательно, причем в верхней части корпуса мотального устройства в оптической связи с мотальным барабаном установлены с возможностью регулирования передающая камера и источник света.
В предпочтительном варианте осуществления устройство содержит два ротационных мотальных барабана, которые отдельно приводятся во вращательные движение приводным механизмом, а именно двигателем (не показан), установленным в корпусе мотального устройства, причем один из барабанов всегда находится в манипуляционной позиции, вне досягаемости распределительного механизма, а второй барабан находится в рабочей позиции, под распределительным механизмом, для наматывания одной или нескольких бобин на указанный мотальный барабан, с помощью распределяющего бегунка, расположенного вблизи поверхности наматываемой бобины или бобин, с возможностью скольжения вдоль оси мотального барабана.
Согласно второму предпочтительному варианту осуществления оба мотальных барабана упорядочены с возможностью замены рабочей и манипуляционной позиции путем взаимного поворота обеих мотальных барабанов на 180°, причем намотанная бобина или намотанные бобины расположены в манипуляционной позиции.
У следующего предпочтительного варианта осуществления на верхней части корпуса мотального устройства установлена на держателе камеры с возможностью регулирования передающая камера,
а на другом держателе установлен, с возможностью регулирования, источник излучения.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления полезной модели передающая камера и источник света скомпонованы так, чтобы поле зрения камеры и конус освещения источника света охватывали область мотального барабана в рабочей позиции.
Согласно другому дополнительному варианту осуществления полезной модели расстояние от передающей камеры и источника света до мотального барабана было установлено так, чтобы как передающая камера, так и источник света были защищены от загрязнений, возникающих при наматывании волокна.
Согласно другому дополнительному предпочтительному варианту осуществления полезной модели передающая камера состоит из объектива, датчика камеры и блока обработки данных, где объектив имеет такое фокусное расстояние, при котором поле зрения охватывает одну или несколько бобин, расположенных последовательно, и также их минимальный, и максимальный диаметр.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления полезной модели объектив с датчиком установлены в кожухе, блок обработки данных установлен, в зависимости от типа камеры, в кожухе или вне рабочего места и соединен с системой управления кабелем связи или беспроводным способом.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления полезной модели объектив защищен съемным защитным стеклом, причем кожух обеспечен подачей напорного воздуха, который защищает объектив и защитное стекло объектива камеры от
загрязнений.
Следующее предпочтительное выполнение имеет источник света с характеристикой направления, посредством которой с заданного расстояния охватывается поле зрения передающей камеры, причем источник света размещен под крышкой, в которую обеспечен подвод напорного воздуха, который защищает источник света от загрязнений.
Ниже будет описана работа устройства для бесконтактного считывания диаметра бобины и управления мотальным устройством, согласно техническому решению.
Мотальное устройство для стекловолокна содержит как минимум один, но обычно два мотальных барабана, на которые наматывается одна или несколько бобин. Наматывание происходит на барабане в рабочей позиции. Если мотальное устройство содержит несколько барабанов, то после достижения заданного диаметра при наматывании бобины произойдет автоматическая замена барабана, и наматывание волокна продолжится на втором, пустом барабане. Стекловолокно направляет распределяющий бегунок или бегунки, которые движутся в распределяющем механизме вблизи поверхности бобин. На протяжении наматывания волокно укладывается на одну или несколько бобин, и диаметр бобин постепенно (нелинейно) нарастает. Между поверхностью бобин и бегунками необходимо соблюдать заданный зазор с достаточной точностью. Поэтому плечо распределительного механизма в процессе наматывания движется, в зависимости от растущего диаметра бобины, от исходного положения до максимального положения при достижении заданного диаметра бобины и завершения комплектования бобин. Однако в результате
нестабильности технологических условий происходит отклонение в протекании процесса наматывания, поэтому целесообразно контролировать процесс увеличения диаметра бобины и осуществлять его регулирование, при необходимости.
Текущий диаметр наматываемой бобины или наматываемых бобин можно измерять бесконтактным способом при помощи системы камеры, которая расположена на достаточном расстоянии от бобины, и ее позиция по отношению к мотальному устройству зафиксирована при помощи держателя камеры. Поле зрения передающей камеры освещено источником света, позиция которого по отношению к мотальному устройству также зафиксирована при помощи второго держателя. Передающая камера и источник света установлены в кожухе с подачей напорного воздуха, с возможностью его удаления наружу, в результате чего объектив передающей камеры и источник света защищены от загрязнений. Взаимное расположение передающей камеры и источник света по отношению к бобинам избрано так, чтобы в поле зрения передающей камеры возникал четко выраженный переход между освещенной поверхностью бобин и темным фоном. Темный фон не должен содержать бликующих или светлых поверхностей какого-либо другого механизма, которые могли бы повлиять на обработку картинки, сформированной передающей камерой. Позиция этого перехода в поле зрения используется для определения текущего диаметра одной или нескольких бобин. Частью решения является также способ обработки измеренного значения диаметра бобин, регулировка требуемой позиции распределяющего механизма или скорости вращения мотального барабана, или же времени наматывания, а также анализ процесса наматывания. При помощи
установленного текущего нарастания диаметра (в реальном времени) одной или нескольких бобин и путем его сравнения с предполагаемым протеканием нарастания можно выполнить диагностику, например, разрыва одного или нескольких волокон, из которых состоит бобина, или колебания температуры стекломассы, можно также выполнять коррекцию данной температуры или времени наматывания так, чтобы происходило формирование бобин с требуемой длиной намотанного волокна.
Заявленное устройство, согласно полезной модели, по сравнению с известным уровнем техники, обеспечивает следующие преимущества:
Устройство для бесконтактного измерения диаметра бобин содержит систему камеры и источник света, причем диаметр одного или нескольких мотков одновременно определяется при помощи позиции контуров одного или нескольких мотков в поле зрения передающей камеры.
Устройство установлено неподвижно по отношению к корпусу машины.
Части устройства, находящиеся в рабочем пространстве камера и источник света - защищены путем установки в кожухе с подачей напорного газа, который уходит через отверстие наружу.
При помощи измерения значений диаметра бобины можно выполнять управление движением распределительного механизма.
При помощи измерения значений диаметра можно выполнять управление оборотами мотального барабана.
При помощи измерения значений диаметра можно выполнять коррекцию времени наматывания волокна.
При помощи измерения значений диаметра можно выполнить диагностику разрыва волокна или части волокна на одной или нескольких бобинах.
При помощи измерения значений диаметра можно выполнять коррекцию температуры стекломассы.
Описание фигур
Полезная модель будет более наглядно объяснена при помощи фигур, где на фиг.1 схематически изображена основная компоновка устройства согласно полезной модели с двумя мотальными барабанами, причем один мотальный барабан изображен в манипуляционной позиции (пустой), а второй мотальный барабан изображен в рабочей позиции после наматывания бобин. На фиг.2 изображено устройство по фиг.1, момент замены позиций мотальных барабанов, а на фиг.3 изображено устройство по фиг.2, у которого была снята бобина в манипуляционной позиции с мотального барабана после завершения наматывания.
Примеры выполнения
На фиг.1 схематически изображена базовая компоновка устройства 1 для бесконтактного считывания диаметра бобины и управления мотальным устройством согласно полезной модели. Устройство 1 содержит мотальное устройство 10 для волокна, в особенности стекловолокна, в форме прямоугольного корпуса, в котором или на котором установлены другие блоки устройства. В передней части мотального устройства 10 установлен распределительный механизм 6 для волокна, на шарнирном плече которого с возможностью скольжения установлен распределительный бегунок 11. Из передней части корпуса мотального устройства 10
выступает по меньшей мере один ротационный мотальный барабан 7, который приводится во вращательное движение приводным механизмом, находящимся в корпусе мотального устройства 10, для наматывания одной или нескольких бобин 8, упорядоченных последовательно на данном мотальном барабане 7. Согласно предпочтительному варианту осуществления полезной модели по фиг.1, где в передней части корпуса мотального устройства 10 представлены два вращательных мотальных барабана 7, которые по отдельности приводятся во вращательное движение приводным механизмом (не изображен), например, электродвигателем, установленным в корпусе мотального устройства 10. Один мотальный барабан 7 всегда находится в манипуляционной позиции, вне досягаемости распределительного механизма 6, а второй мотальный барабан 7 занимает рабочую позицию в зоне действия распределительного механизма 6 для наматывания бобин 8 или бобин 8 на данный мотальный барабан 7, с распределительным бегунком 11, установленным вблизи поверхности наматываемой бобины 8, с возможностью скользящего перемещения вдоль оси мотального барабана 7.
Оба мотальных барабана 7 упорядочены с возможностью чередования рабочей и манипуляционной позиций путем взаимного поворачивания обоих мотальных барабанов 7 на 180°, как изображено на фиг.2, где намотанная бобина 8 расположена в манипуляционной позиции. Рабочая позиция изображена на фиг.1, 2 и 3 в правой части корпуса мотального устройства 10, в пределах досягаемости распределительного механизма 6. В данной позиции происходит наматывание бобины 8 или бобин 8, а в манипуляционной
позиции - их снятие. Оба мотальных барабана 7 отделены кожухом 9, который защищает бобину 8 на барабане 7 в манипуляционной позиции и обслуживающий персонал машины при выполнении манипуляции на этом барабане 7.
Дальше, согласно фиг.1, в верхней части корпуса мотального устройства 10, в оптической связи с мотальным барабаном 7, установлены как передающая камера 2, так и источник света 3. Передающая камера 2 установлена на регулируемом держателе 4 камеры. Источник 3 света установлен на втором регулируемом держателе 5.
Позиция передающей камеры 2 и источника 3 света выбрана так, чтобы поле зрения камеры 2 и конус освещения от источника 3 света охватывали область одной или нескольких бобин 8 на мотальном барабане 7 в рабочей позиции.
Расстояние передающей камеры 2 и источника 3 света от мотального барабана 7 в рабочей позиции избрано так, чтобы как передающая камера 2, так и источник 3 света были защищены от загрязнений, возникающих при наматывании волокна.
Передающая камера 2 (камера слежения) состоит из объектива, датчика камеры и блока обработки данных. Объектив имеет такое фокусное расстояние, чтобы поле зрения камеры охватывало одну или несколько соседних бобин 8, а также минимальный и максимальный диаметр обеих бобин 8. Объектив с датчиком установлены в кожухе, блок обработки, в зависимости от типа камеры 2, установлен или в кожухе, или вне рабочего места и с системой управления соединен кабелем связи или беспроводным способом. Объектив защищен съемным, защитным стеклом. В кожух
подается напорный воздух, который уходит наружу через отверстие и защищает, таким образом, объектив и защитное стекло передающей камеры от попадания загрязнений.
Источник 3 света обеспечивает направленность света (характеристику направления), чтобы с установленного расстояния поле зрения передающей камеры охватывало требуемую область исследования. Источник 3 света установлен в кожухе с подачей напорного воздуха, так же, как у кожуха передающей камеры 2.
На фиг.3 изображено устройство по фиг.2, у которого бобина 8 была снята в манипуляционной позиции с мотального барабана 7 после окончания наматывания.
Список соотнесенных обозначений
1 устройство для бесконтактного считывания диаметра бобины
2 передающая камера
3 источник света
4 держатель камеры
5 второй держатель
6 механизм распределения волокна
7 мотальный барабан
8 бобина
9 корпус
10 мотальное устройство для волокна
11 распределительный бегунок