关于纠偏器的精度

作者：美国安优公司 / ACCUWEB INC 殷晓东

欢迎访问e展厅 展厅 11 传感器展厅 差压变送器, 压力变送器, 压力传感器, 压力开关, 张力传感器, ... 作为卷材纠偏器的供应商, 我们会被问到一个最常见的问题: “你们的纠偏器的精度是多少？” 如果我给你一个快速的回答：例如 “我们的精度通常在+/-多少个毫米以内。” 你就应该怀疑我的回答得出处。因为在你的问题中没有提供足够的信息来确定纠偏器的最终精度。 通常，纠偏器的精度决定于三个因素：进卷卷材的偏差，纠偏系统本身的精度，纠偏器的安装精度。仅仅根据纠偏系统的设计询问纠偏器的精度就像仅根据汽车和轮胎的设计询问汽车能多短的时间内停下来一样。如果我们不知道汽车停止前行的驶速度和公路的路况（水泥表面，石子路，或尼清表面），我们是不能够准确地回答这个问题的。进一步说，卷材的特有行为：进卷卷材的位置偏置，卷材的横向运动或摆动的大小都是决定纠最终纠偏精度的重要因素。 让我们先来问一个简单的问题：我们为什么需要纠偏器？答案对于业内人士一目了然：我们可能必须在涂层、印刷、复合、分切、收卷工艺之前把卷材的边或中心线对准，否者卷材的横向错位便会造成浪费甚至停机。这就是我们为什么要采用纠偏器的原因。通常纠偏器的跟踪方式由三种：跟边，跟中线和跟线纠偏。 那么我们又如何定义纠偏器的精度呢？纠偏器通常是安装在关键工艺的上游，而且离该工艺越近越好，从而最大限度的减少进入关键工艺时的位置偏差错误。作为纠偏器的供应商，我们只能关注卷材刚从探头出来时的边，线或中线的位置。所以我们建议在离关键工艺最近的位置安装纠偏器，但如果终端用户在纠偏器和关键工艺之间又安装上什么样的机器，或是辊轴的精度或平行度不好而影响了纠偏的精度，我们是无法控制的。所以，从纠偏器供应商的角度（也是这篇文章的角度），纠偏系统的精度定义为卷材在刚从探头出来时的位置精度。 大家都知道，纠偏器的驱动器是有一个驱动极限的。 所有的纠偏器都可以纠正一定范围内的位置偏移，而这个范围是一定要小于驱动器的驱动极限的。驱动器的极限是可以跟据用户的需要而调整的。大多数的的驱动器都有正负75毫米的驱动极限。对于这种驱动器来说，如果进卷卷材的位置偏移超过75毫米，纠偏器便会因为移动到极限位置而停止，无法教准超过75毫米的那部分的位置偏移。 卷材的横向运动如何影响纠偏的精度是一个较复杂的问题。横向运动速度(Vy) 由三个组成部分：（1）横向移动的大小 （S）（2）卷材的长度 (L) （3）卷材的速度（Vx）我们可以得到横向运动速度 (Vy) 其他三个变量的关系：公式一。 通常，横向移动的速度越快，纠偏的困难越大，根据这个公式，横向移动发生的时间长短 （tx）是一个影响纠偏精度的重要因素。 当横向位置偏移发生在极短时间内时我们称这种位置偏移为即时位置偏置。 这种偏置通常是在卷材的长度短较短或卷材速度很高时产生的。 这种即时的位置偏置也可能是由材料，设备，或工艺变化 （例如张力突然变化）而造成的。譬如由于不理想的卷材切换粘接时而产生的横向位置偏置。因为这种位置偏移是即时的， 所以这种位置偏移的横向速度是无限的，也因而是最具挑战的位置偏移。之所以最具挑战是因为纠偏器不可能有一个无限大的跟踪速度，从而，对于这种即时位置偏置，纠偏器会有一个纠偏滞后。为了提高纠偏的质量，我们要尽量避免或减少进卷时的即时位置偏置。 如果横向偏移（S）始终保持在中心线的一边，我们称之为稳定状态的偏置。这是放卷过程中常见的偏置。卷材稳定状态的偏移通常是由于卷材与卷筒，卷筒与胀气轴， 放卷机架与后续工艺中心线之间的偏差所造成的。另外，在传输过程中，稳定状态的偏置也会由于不平行的导辊，不均直径的导辊，卷材自身的袋状特性，或外力，例如空气气流而产生。稳定状态的偏置没有横向的运动速度。因此，只要纠偏器的驱动器的驱动极限大于卷材稳定偏置的距离，稳定状态的横向偏置不会影响纠偏精度。 除了即时位置偏置和稳定状态的偏置之外，卷材也会产生渐进的横向位置偏移，这种偏移产生的原因有很多种：卷材的不整齐或倾斜的边，袋状边，松动的滚轴的移动，卷材在滚轴上的滑动或粘碾都会造成卷材的游移；机器或工艺的工作条件改变也会造成渐进的卷材位置偏移。例如张力，速度，润滑，或温度的改变都会干扰卷材传输的机制，从而引起卷材逐渐偏移。 另外，纠偏器也可能引起卷材偏移。 如果控制回路没有调整好，探头的盲区太大，或者驱动器有连接松动/反弹的现象，那么纠偏器系统便会造成卷材的偏移。其中造成驱动器连接松动/反弹的原因有多种：驱动器连接件与机架的配合不紧密，滚轴轴承的轴向微移，纠偏器框架的变形等等。每一种纠偏器都有几个重要的安装指标，其中包括：校准宽度，卷材缠绕角度，摆动中心的位置和摆动的方向等等。如果安装和设计时忽略了这些因素的安装要求，纠偏器便可能造成卷材偏移和不稳定控制。在这里我们就不详细讨论这些指标了。 纠偏器采用按比例反馈的控制回路。显而易见，控制回路由卷材，探头，控制器，和驱动器组成。探头探测卷材的偏移，发送给控制器一个偏移信号；控制器再发出一个校准信号给驱动器；驱动器提供一个校准速度推动卷材向相反的方向移动。驱动器移动的速度将与探头探测到的偏移信号成比例。 敏感的纠偏器通常都有较高增益（GAIN）设置，从而具有较快的响应速度。整个系统的增益是每一个组成部分的增益的函数。 探头的增益（K1）是随卷材偏移而变化的电流或电压信号；驱动器的增益（K3）是驱动速率（毫米每秒），驱动速率是随输入电压而变化的； 控制器的增益（K2）是调整整个控制回路的，并有补偿连接件的松动/反弹和其他非理想的元件的误差的功能。为达到最优化的系统增益，纠偏器供应商要设计和计算每一个组成部分及系统的增益。 整体开放性系统的增益可以用Ks来表示，Ks(系统)=K1*K2*K3。这些增益的单位分别是：毫安/英寸，伏特/毫安， 和英寸/秒/伏特， 这样我们便有了系统增益的单位：英寸/秒/英寸或1/秒(又称逆秒)。实际上，整个开放性系统能够获得低到4逆秒或更低，高到40逆秒或更高。 整个系统的增益越高，精确度就越好。精确度或校准后的偏移可以用位置偏移速度 （Vy：由公式1得到）除以系统增益来得到 （公式2）。 例如，如果系统的增益是20逆秒(20/秒)， 而横向偏移率为12毫米每秒， 实际精确度将为0.6毫米。如果系统增益增至40逆秒， 精确度将为0.3毫米。当横向偏移率为4毫米每秒，系统增益为40逆秒时，纠偏精度便可以达到0.1毫米。 这里我们假设系统没有任何连接件松动/反弹。但通常系统都会有一定程度的宋东/反弹。而连接件松动/反弹会产生两个问题， 第一，直接增加了纠偏器的输出错误。 第二，破坏控制回路稳定性，迫使其降低增益， 进一步降低了系统的准确性。 例如，在横向偏移速率为2.5毫米每秒和系统增益为40逆秒， 准确度将为0.0625毫米。然而，如果系统有连接件松动/反弹时，系统的精确度便会大大降低，甚至会超出0.3毫米。所以，系统连接件的安装一定要紧凑，避免任何松动和反弹。 另外一个值得注意的误区是：驱动器仅拥有足够快响应的速度是不够的，它还需要有足够大的起始推动力以克服起始推动时和反方向拉动时的大阻力。对一个有两吨重的放卷机构，驱动器需要的起始推动力要远远大于行进间纠偏系统的驱动器的起始推动力。螺旋推杆式的机电驱动器可推动高达50吨的载荷，和40毫米每秒的速度，这是液压系统无法媲美的。 纠偏系统也有一个内设的响应速度（频率带宽），该频宽能够对高频率的偏移进行反应。 系统的频率带宽可以用开放性控制回路的收益除以2p来得到。 一个增益为40逆秒的纠偏系统有大约6.4 赫兹的带宽， 因此，该系统可以纠正频率低于6.4赫兹的渐进卷材偏移。频率带宽也决定了即时位置偏移经过纠偏后的输出的错误的大小。频率带宽越大对即时位置偏移的响应速度就越快，输出的校准后的偏移也越小。 现在，让我们回到原来的问题：“你们的纠偏器的精度是多少？”要能够自信的回答：“不到+/- 0.1毫米”。 你的纠偏器和卷材需要具有以下几个条件： 1) 输入的卷材偏移是稳定状态的偏置。 2) 输入的卷材偏移是在驱动器极限范围以内的渐变的卷材偏移。 3) 纠偏器连接件的松动/反弹或探头的盲区要足够小。 4) 驱动器的起始推动力要足够大。 另外，你还要确认你的纠偏系统具有以下的特性： 1) 40逆秒的增益 2) 最大的横向位置偏移率小于4毫米/秒 （25米每分钟线速度时，横向偏移角小于6度） 3) 任何机架或卷材的横向周期摆动的频率小于6.4赫兹。（25米线每分钟速度时，周期摆动的波长大于76 毫米） 当增加卷材的线速度到250米每分钟时，要达到0.1毫米的精确度，那么横向偏移角就要小于0.6度， 周期摆动的波长就要大于760毫米。 这些条件听起来似乎有些苛刻，但要达到0.1毫米或更小的精确度，卷材，纠偏器，设备便一定要满足以上要求。通常0.3毫米的精度便可以满足大多数的卷曲应用，这也是大多数纠偏器在常规设置的情况下能够达到的精度。这样的精度对进卷卷材的质量和设备的要求也大大降低了。 综上所诉，如果你想购买一架纠偏器并要求其达到一定的准确性，你不但要考虑纠偏器的纠偏能力，而且要考虑到你的卷材的特性和其在你的设备上的运动行为。如果较高的精确度可以使你的生产线生产出更有竞争力的产品，并同时减少你的生产浪费，那么你就需要购买一台具有较大的系统增益，较快的驱动器反应速度，尽可能小或没有连接件松动和驱动器反弹的纠偏系统。 二．问：我们是做轮胎行业的，想更详细的了解跟随纠偏系统的工作原理及配置。 答：安优跟随系统的原理和示意图： 在“跟随”系统中, 跟随卷由纠偏器进行纠偏校准，从而达到与主卷的固定的相对位置. 系统有两个宽幅探头。一个安装在跟随卷上，另一个安装在主卷上。 跟随卷探头的导正点位置是由主卷的探头的输出位置来决定的。当主卷的位置移动，跟随卷上的纠偏器便开始工作，移动卷材的位置，从而达到与主卷的相对固定位置。一个从宽幅探头发出的“OFFSET” 信号可以用来微调跟随卷和主卷的相对位置。两卷重叠的宽度可以随意调节。 安优跟随系统的基本配置： (1) Micro4000NET 控制器（内置模拟信号输出功能的软件，已达到位置跟随的功能） (2) 纠偏框架 (3) 一定载荷的驱动器 (4) 宽幅探头 (WIDE ARRAY)——探头宽度的选择由卷材宽度的变化的大小来决定(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/25/2007)