ИЗМЕРИТЕЛЬ ДЛИНЫ ДВИЖУЩИХСЯ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2007 года по МПК G01B7/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения длины легкодеформируемых материалов в трикотажном, швейном и текстильном производстве.

Известно устройство (а.с. СССР №1557449, опубл. 15.04.90) для измерения длины материалов, содержащее пневматические транспортирующие барабаны, представляющие собой две воздушные камеры, объединенные гибким воздухопроводом; транспортер; опорный барабан; привод для перемещения материала; систему намотки и измерительную систему, включающую средство регистрации и преобразования информации о перемещении материала между эластичными поверхностями пневматических барабанов. Недостатком этого устройства является труднопрогнозируемая погрешность измерения длины, обусловленная возможным проскальзыванием материала относительно измерителя, что приводит к несоответствию измеренной длины материала количеству считанных импульсов.

Известно устройство (а.с СССР №1760311, опубл. 07.09.92) для измерения длины текстильных материалов, содержащее привод перемещения материала; транспортерную ленту со стационарно установленной на ней эталонной длиной; средство для прижима материала к транспортерной ленте; систему динамической коррекции результатов измерения; датчик текущей длины и блок управления. Недостатком этого устройства является возможность повреждения легкодеформируемых материалов, поверхность которых чувствительна к ударным механическим воздействиям, возникающим при периодическом срабатывании механических схватов, а также отказы в работе самих схватов, работающих в спорадическом режиме. Кроме того, это устройство не обеспечивает достаточно высокой точности измерения, поскольку система коррекции результатов объективно и постоянно генерирует неустранимую погрешность, порождаемую некратностью меток обтюраторного диска величине стационарно установленной эталонной меры (l_Э), а также случайным несовпадением этих меток с метками начала и конца считывания материала и зависящую от выбранного значения l_Э.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для измерения длины легкодеформируемых материалов (пат. РФ, №2256877, G01B 7/04, опубл. 20.07.2005), содержащее привод и механизм подачи и перемещения материала, мерный приводной ленточный транспортер с приводным и неприводным валиками и преобразователем линейных перемещений, включающим оптронный (обтюраторный) диск с метками и оптронный датчик длины; систему динамической коррекции результатов измерения, средство сцепления мерного приводного транспортера с движущимся материалом, выполненное в виде неприводного ленточного транспортера, зеркально установленного над приводным мерным транспортером и кинематически связанного с ним посредством сил трения, и систему регистрации и коррекции результатов измерения, включающую блок регистрации текущего значения длины и блок коррекции результатов измерения с блоком управления, скоммутированные с процессором.

Одним из недостатков этого устройства является наличие погрешности измерения, обусловленной изменяющейся деформацией сжатия эластичной транспортерной ленты в зоне измерения вследствие взаимодействия с движущимся материалом непостоянной толщины, определяемой величиной допуска, и вытекающим отсюда непостоянством коэффициента передачи преобразователя линейных перемещений.

Аналитически это утверждение можно подтвердить следующим образом. Согласно расчетной схеме (фиг.1), в зоне взаимодействия приводных транспортирующих валиков с движущимся материалом непостоянной толщины происходит деформация сжатия эластичных лент транспортеров на величину (ΔВ). При этом изменяется положение линии их взаимодействия с материалом, которая вкупе с радиусом валика определяет коэффициент передачи измерительной схемы как отношение перемещения (длины) материала к углу поворота оптронного (обтюраторного) диска с метками.

Корректировка коэффициента передачи измерителя с учетом продольной деформации и возможного проскальзывания измеряемого материала в прототипе осуществляется с помощью системы динамической коррекции. Корректировка же упомянутого коэффициента, которая учитывала бы погрешность, порождаемую изменением линии взаимодействия измеряемого материала с эластичной лентой транспортера вследствие ее изменяющейся деформации сжатия под воздействием переменной толщины материала, в прототипе не обеспечивается.

Итак, при отсутствии деформации сжатия перемещение (S₁) равно

где R - радиус валика; В - толщина эластичной ленты; ϕ - угол поворота оптронного диска.

При наличии деформации сжатия перемещение (S₂) определяется как

где ρ - радиус формируемой транспортирующей окружности вследствие деформации эластичной ленты транспортера; ΔB - деформация сжатия эластичной ленты.

Определим абсолютную погрешность перемещения (длины) материала

С учетом (3) изменение коэффициента передачи (ΔK) измерителя составит:

При условии, что деформация сжатия эластичных лент вследствие их малой жесткости, на порядок больше деформации сжатия измеряемого материала, что обуславливается технологическими требованиями к материалам с поверхностью, чувствительной к механическим воздействиям, имеем

Таким образом, изменение толщины материала порождает изменение коэффициента передачи известного устройства (прототипа), что является причиной систематической погрешности.

Другим недостатком прототипа являются сбои в его работе вследствие практически одновременного поступления сигналов от блока управления в блок записи информации и в систему коррекции результатов измерения (коэффициента передачи).

Указанные недостатки являются причиной значительной погрешности измерения и недостаточно высокой его надежности.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание измерителя длины движущихся длинномерных материалов, обеспечивающего повышение точности измерения и его надежности.

Поставленная задача решается измерителем длины материалов, содержащим привод и механизм подачи и перемещения материала, приводной мерный ленточный транспортер с приводным и неприводным валиками, снабженный преобразователем линейных перемещений, включающим обтюраторный диск с метками и оптронный датчик длины; систему динамической коррекции результатов измерения; неприводной ленточный транспортер, зеркально установленный над приводным мерным транспортером; систему регистрации и коррекции результатов измерения, включающую блок регистрации текущего значения длины и блок коррекции результатов измерения, соединенные своими входами с оптронным датчиком преобразователя линейных перемещений, и блок управления, соединенный с входом блока коррекции результатов измерения, скоммутированные с процессором, в котором, в отличие от известного устройства, обтюраторный диск с метками размещен на неприводном валике приводного мерного транспортера, установленном на входе движущегося материала, неприводной ленточный транспортер выполнен креплением одного из валиков, обеспечивающим возможность его поворота относительно оси крепления другого валика, при этом система регистрации и коррекции результатов измерения дополнительно содержит блок временной задержки сигнала управления и микроконтроллер, а система динамической коррекции результатов измерения скоммутирована с процессором посредством блока управления, блока временной задержки и микроконтроллера, причем при одной коммутационной линии блок управления соединен с входом блока коррекции результатов непосредственно, а по другой - через блок временной задержки управления.

Наглядно измеритель длины представлен на чертежах, где на фиг.1 показана расчетная схема взаимодействия эластичных лент транспортеров с материалом, на фиг.2 - структурно-кинематическая схема измерителя, на фиг.3 - схема приводного транспортера с преобразователем линейных перемещений, на фиг.4 - схема неприводного транспортера.

Устройство содержит привод 1 механизма подачи и перемещения материала, мерный приводной транспортер 2 и неприводной транспортер 3.

Мерный приводной транспортер 2, осуществляющий перемещение материала, включает эластичную замкнутую ленту 4 (фиг.3), приводной валик 5, неприводной валик 6 и связан с первичным преобразователем линейных перемещений, включающим обтюраторный диск 7 и оптронный датчик 8 длины движущегося материала. Обтюраторный диск 7 первичного преобразователя линейных перемещений (фиг.2) размещен на неприводном валике 6, установленном на входе по отношению к движению материала.

Неприводной транспортер 3, показанный на фиг.4, выполнен в виде эластичной ленты 9 и двух свободно вращающихся валиков 10 и 11, связанных между собой вильчатой штангой 12, которая с одной стороны выполнена двуплечей, с возможностью ее свободного поворота вместе с валиком 11 относительно оси валика 10.

Предлагаемый измеритель длины движущихся материалов снабжен циклически действующей системой динамической коррекции результатов измерения, которая включает специальную метку 13, укрепленную на эластичной ленте 4 приводного транспортера 2, и неподвижно установленный относительно эластичной ленты 4 оптронный датчик 14 положения метки 13, фиксирующий число циклов ее поворота.

Механизм подачи и перемещения материала в зону измерения включает кинематическую передачу 15 (фиг.2), фрикционную муфту 16, одна из полумуфт которой соединена неподвижно со шкивом передачи 15, а другая подпружинена и подвижна в осевом направлении, приводной 17 и прижимной 18 валики, опорную плоскость 19.

Система регистрации и коррекции результатов измерения включает управляющие блоки 20 и 21, при этом блок 21 представляет собой линию временной задержки сигнала управления; блок 22, являющийся регистром, обеспечивающим коррекцию результатов измерения; блок 23, являющийся регистром, обеспечивающим регистрацию текущего значения длины; микроконтроллер 24, процессор 25 и датчик 26 начала процесса измерения длины движущегося материала 27. Управляющий блок 20 скоммутирован с блоком 22 коррекции результатов измерения непосредственно и через линию временной задержки 21.

Устройство работает следующим образом.

Из блока предварительной подготовки материалов к измерению (на чертежах не показан) материал 27 с проектной скоростью подается на опорную плоскость 19. Материал 27 по одной из своих кромок заправляется между эластичными лентами двух зеркально установленных транспортеров: нижнего приводного 1 и верхнего неприводного 3.

Измерение длины осуществляется в зоне контакта кромки материала с эластичными лентами 4 и 9, соответственно, приводного 2 и неприводного 3 транспортеров на входе по отношению к направлению движения материала, где на неприводном валике 6 установлен обтюраторный диск 7, связанный с оптронным датчиком 8 длины движущегося материала.

Конструктивно заложенная деформация сжатия эластичных лент транспортеров между валиками 5 и 10 обеспечивает их надежное сцепление с движущимся материалом, являющимся промежуточным звеном передачи движения от эластичной ленты 4 приводного транспортера 1 к эластичной ленте 9 неприводного транспортера 3.

Согласно расчетной схеме (см. фиг.1) на участке между валиками 5 и 10 в зоне взаимодействия материала 27 с эластичными лентами происходит деформация сжатия последних на величину Так как ось валика 11 неприводного транспортера 3 не закреплена и имеет возможность свободного поворота относительно оси валика 10, то под воздействием разнотолщинности (неравномерности толщины) движущегося материала штанга 12 отклоняется от горизонтального положения, автоматически компенсируя влияние колебания толщины материала (h) на точность измерения.

Второе плечо штанги 12 своим поворотом относительно полумуфт фрикционной муфты 16 создает условия для относительного осевого смещения одной из полумуфт, обеспечивая синхронизацию линейных скоростей материала и эластичного полотна транспортеров. Это исключает потенциальную возможность присборивания материала в промежутке между осями валиков транспортеров, возникающего при появлении неравенства S₁>S₂, обусловленного изменяющейся деформацией сжатия эластичной ленты транспортера вследствие неравномерности толщины измеряемого материала, и предотвращает возникновение погрешности измерения.

При вращении валика 6 и обтюраторного диска 7 сигналы от оптронного датчика 8 длины движущегося материала в виде электронных импульсов поступают на входы блоков 22 и 23, причем сформированное в блоках количество импульсов может поступать через микроконтроллер 24 в процессор 25 только при определенных условиях. Это происходит, когда сформируется соответствующее разрешение на одном из входов микроконтроллера от датчика 26 начала процесса измерения длины.

При поступлении на вход блока 20 сигнала от оптронного датчика 14 положения метки 13 на выходе блока формируются сигналы управления, отправляемые по двум коммутационным линиям. По одной из них сигнал поступает непосредственно на вход блока 22, обеспечивающего коррекцию результатов измерения, и обнуляет его с одновременной передачей информации через микроконтроллер 24 в процессор 25. По другой коммутационной линии через блок 21, представляющий собой линию временной задержки, поступает разрешение на очередной цикл записи в блок 22 информации от оптронного датчика 8. Это исключает возможность такой ситуации, когда блок 22 еще не обнулен по команде блока 20, а на вход этого блока уже поступил сигнал от оптронного датчика 14 положения метки 13. Таким образом, обеспечивается устранение погрешности, приходящейся на долю одного импульса, и повышается надежность работы системы регистрации и коррекции результатов измерения и измерителя в целом.

Микропроцессор 25 в режиме реального времени по установленному алгоритму обрабатывает информацию, корректируя измеренный текущий отрезок длины в каждом цикле считывания флажка-метки 13 приводного транспортера 1, и суммирует результат измерения.

При завершении процесса измерения и выходе материала из зоны действия датчика 26 формируется команда блокирования движения информации по линиям передачи и остановки работы общего привода измерителя.

Таким образом, предлагаемый измеритель длины обеспечивает повышение точности и надежности результатов измерения, что является техническим результатом изобретения, который обеспечивает повышение коэффициента использования материала при его переработке в готовые изделия.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения длины легкодеформируемых материалов в трикотажном, швейном и текстильном производстве. Сущность: измеритель длины содержит привод и механизм подачи и перемещения материала, приводной мерный ленточный транспортер с приводным и неприводным валиками, снабженный преобразователем линейных перемещений, включающим обтюраторный диск с метками и оптронный датчик длины. Кроме того, измеритель длины содержит систему динамической коррекции результатов измерения, неприводной ленточный транспортер, зеркально установленный над приводным мерным транспортером, блок регистрации текущего значения длины и блок коррекции результатов измерения, соединенные своими входами с оптронным датчиком линейных перемещений, и блок управления, соединенный со входом блока коррекции результатов измерений, скоммутированные с процессором. При этом обтюраторный диск преобразователя линейных перемещений расположен на ведомом валике приводного ленточного транспортера, установленном на входе по направлению движения материала. Неприводной ленточный транспортер выполнен с креплением одного из валиков, обеспечивающим возможность его поворота относительно оси крепления другого валика. Средства динамической коррекции результатов измерения длины скоммутированы с процессором посредством блока управления и микроконтроллера по одной коммутационной линии непосредственно, а по другой - через блок временной задержки сигнала управления. Технический результат: повышение точности измерения длины движущихся длинномерных материалов и надежности работы измерительной системы, что способствует повышению коэффициента использования материала при его переработке в готовые изделия. 4 ил.

Измеритель длины движущихся материалов, содержащий привод и механизм подачи и перемещения материала, приводной мерный ленточный транспортер с приводным и неприводным валиками, снабженный преобразователем линейных перемещений, включающим обтюраторный диск с метками и оптронный датчик длины, систему динамической коррекции результатов измерения, неприводной ленточный транспортер, зеркально установленный над приводным мерным транспортером, систему регистрации и коррекции результатов измерения, включающую блок регистрации текущего значения длины, блок коррекции результатов измерения, соединенные своими входами с оптронным датчиком преобразователя линейных перемещений, и блок управления, соединенный со входом блока коррекции результатов измерений, скоммутированные с процессором, отличающийся тем, что обтюраторный диск с метками размещен на неприводном валике приводного мерного транспортера, установленном на входе движущегося материала, неприводной ленточный транспортер выполнен с креплением одного из валиков, обеспечивающим возможность его поворота относительно оси крепления другого валика, при этом система регистрации и коррекции результатов измерения дополнительно содержит блок временной задержки сигнала управления и микроконтроллер, а система динамической коррекции результатов измерения скоммутирована с процессором посредством блока управления, блока временной задержки сигнала управления и микроконтроллера, причем по одной коммутационной линии блок управления соединен со входом блока коррекции результатов измерений непосредственно, а по другой - через блок временной задержки сигнала управления.