คำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับหลักการควบคุมแรงตึงของเครื่องตัดฉลากแบบมีกาวในตัว

การควบคุมแรงดึงของเครื่องตัดฉลากแบบมีกาวในตัวนั้นซับซ้อนกว่าการตัดกระดาษธรรมดามาก เหตุผลอยู่ที่ตัววัสดุเอง ซึ่งเป็นโครงสร้างแบบ "แซนด์วิช" ที่ประกอบด้วยวัสดุผสมสามชั้น ได้แก่ วัสดุพื้นผิว กาว และกระดาษรอง ซึ่งทำให้มีความไวต่อแรงดึงสูงมาก หากแรงดึงสูงเกินไป กระดาษรองอาจยืดหรือฉีกขาด ทำให้วัสดุพื้นผิวเสียรูปและส่งผลให้การจัดวางไม่แม่นยำ หากแรงดึงต่ำเกินไป การม้วนจะหลวม ปลายกระดาษซึมกาว และม้วนที่เสร็จแล้วจะเบี่ยงเบนเหมือนงูบนเครื่องพิมพ์ ระบบควบคุมแรงดึงที่มีคุณภาพจะสร้างและรักษาเสถียรภาพของแรงดึงขนาดเล็กที่ไม่รบกวนซึ่งกันและกันในส่วนต่างๆ ของเส้นทางกระดาษ

1. ส่วนคลายเกลียว: จุดเริ่มต้นและส่วนแบ่งสำหรับการควบคุมแรงดึง

การคลี่กระดาษออกเป็นแหล่งที่มาของแรงตึงตลอดแนวกระดาษ กระดาษกาวม้วนใหญ่อาจหลวมและเสียรูปเนื่องจากความชื้นหรือการสูญเสียน้ำระหว่างการขนส่งหรือการจัดเก็บก่อนการตัด หากดึงโดยตรง ขอบที่หลวมจะเปลี่ยนเป็นความผันผวนของแรงตึงในทันที ดังนั้น เพลาหมุนจึงมักถูกยึดด้วยเพลาขยายและจับคู่กับระบบแก้ไขการโก่งตัวอัตโนมัติ (EPC) เซ็นเซอร์โฟโตอิเล็กทริกจะติดตามขอบวัสดุเพื่อให้แน่ใจว่าเส้นทางของกระดาษยังคงตรงก่อนเข้าสู่ใบมีดตัด หลีกเลี่ยงการโก่งตัวของแรงตึงตามแนวยาวที่เกิดจากการเคลื่อนที่ด้านข้าง

แต่การแก้ไขเฉพาะบริเวณที่ห่างไกลนั้นยังไม่เพียงพอ หน้าที่หลักของส่วนคลายม้วนคือการ "แยก" ความต้านทานที่ไม่เสถียรของม้วนหลักที่อยู่นอกโซนการตัด วิธีปฏิบัติทั่วไปคือการติดตั้งชุดขับลูกกลิ้งยางระหว่างส่วนคลายม้วนและส่วนดึง ลูกกลิ้งยางคู่หนึ่งทำงานด้วยความเร็วเชิงเส้นคงที่เพื่อหนีบวัสดุ โดยใช้แรงเสียดทานเพื่อแยกความผันผวนของแรงดึงในส่วนคลายม้วนออกจากกระบวนการถัดไป วิธีแก้ปัญหาแบบดั้งเดิมกว่าคือการใช้ลูกกลิ้งแบบเคลื่อนที่ได้: ลูกกลิ้งที่เคลื่อนที่ได้บนแขนแกว่งของตุ้มถ่วงจะถูกกดกับเส้นทางกระดาษด้วยแรงโน้มถ่วง เมื่อความต้านทานการม้วนเปลี่ยนไปทำให้เส้นทางกระดาษหลวมหรือแน่นขึ้น แขนแกว่งก็จะแกว่งตาม และเซ็นเซอร์วัดระยะจะแปลงสิ่งนี้เป็นสัญญาณไฟฟ้า ปรับแรงบิดของเบรกหรือมอเตอร์ม้วนแบบเรียลไทม์เพื่อคืนแรงดึงในส่วนนั้นให้กลับสู่ค่าที่ตั้งไว้ ทั้งสองวิธีมีเป้าหมายเดียวกันคือ เพื่อให้แน่ใจว่าแรงดึงของวัสดุที่เข้าสู่ใบมีดตัดจะไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของเส้นผ่านศูนย์กลางม้วนหรือข้อบกพร่องในม้วนเอง

2. การตัดแบ่งและการตัดส่วนกลาง: ช่องทางสำคัญสำหรับการรักษาเสถียรภาพของแรงดึง

ขณะที่ใบมีดตัดสัมผัสกับวัสดุ แรงตึงของกระดาษทั้งหมดมีแนวโน้มที่จะไม่คงที่มากที่สุด หากเครื่องมือไม่คมพอ วัสดุจะไม่ถูก "ตัด" แต่จะถูก "ฉีก" ออก ทำให้กาวดึงเป็นเส้นและติดกับใบมีดตรงรอยตัด ส่งผลให้แรงตึงเฉพาะจุดเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลัน และนำไปสู่การรั่วซึมของกาวและจุดขาวเป็นระยะๆ บนผิวปลายกระดาษ ดังนั้น การควบคุมแรงตึงในบริเวณการตัดจึงมุ่งเน้นไปที่ "ต่ำและคงที่" กล่าวคือ แรงตึงนั้นเพียงพอที่จะทำให้วัสดุตรงเพื่อการตัดที่แม่นยำ แต่ต้องไม่มากเกินไปจนทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติกเพิ่มเติมที่คมตัด

ความเสถียรของแรงตึงในส่วนนี้ขึ้นอยู่กับความแม่นยำในการจับคู่ความเร็วระหว่างลูกกลิ้งดึงและใบมีดตัดเป็นอย่างมาก เครื่องตัดกระดาษแบบกลไกแบบดั้งเดิมเชื่อมต่อลูกกลิ้งดึงและลูกกลิ้งใบมีดตัดด้วยเฟืองหรือสายพานแบบซิงโครนัส โดยรักษาความแตกต่างของความเร็วพัลส์ระหว่างทั้งสองให้อยู่ในช่วงที่แคบมาก (ตัวอย่างเช่น ความแตกต่างของพัลส์ในระดับหนึ่งในพันของขีดจำกัดการยืดตัว) ซึ่งจะช่วยรักษาแรงตึงคงที่ในเส้นทางกระดาษก่อนและหลังคมใบมีด อุปกรณ์ที่ทันสมัยมักใช้เซอร์โวไดรฟ์อิสระ โดยที่ PLC จะประสานความเร็วของแต่ละส่วนของลูกกลิ้งแบบไดนามิกตามจุดตั้งค่าความเร็วเชิงเส้น ส่งผลให้การตอบสนองเร็วขึ้นและปรับตัวได้กว้างขึ้น

3. ส่วนการกรอ: แรงตึงเรียวและการชดเชยการลื่นไถล

การม้วนกลับเป็นขั้นตอนที่ซับซ้อนที่สุดในการควบคุมแรงดึง เนื่องจากต้องเผชิญกับสภาวะทางเรขาคณิตที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา กล่าวคือ เส้นผ่านศูนย์กลางของขดลวดเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง หากแรงบิดในการม้วนคงที่ เมื่อรัศมีเพิ่มขึ้น แรงดึงของวัสดุจะลดลงในทางตรงกันข้าม ส่งผลให้แกนกลางแน่น ชั้นนอกหลวม และเกิดการยุบตัวแบบ "แกนดอกเดซี่" ที่ปลายด้านหนึ่ง

วิธีแก้ปัญหาแบบดั้งเดิมคือการควบคุมแรงดึงแบบเรียว หลักการคือ แรงดึงในการม้วนจะไม่คงที่อีกต่อไป แต่จะค่อยๆ ลดลงตามเส้นโค้งที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของม้วนเพิ่มขึ้น เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของม้วนเริ่มต้นต่ำ จะใช้แรงดึงที่สูงกว่าเพื่อให้แกนแน่น เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของม้วนเพิ่มขึ้น แรงดึงจะค่อยๆ ลดลงตามค่าสัมประสิทธิ์ความเรียว เพื่อป้องกันการเคลื่อนที่และรอยย่นที่เกิดจากแรงดันสะสมระหว่างชั้นมากเกินไปในชั้นนอก รูปร่างของเส้นโค้งความเรียว (เชิงเส้นหรือส่วนโค้ง) ขึ้นอยู่กับความหนาของวัสดุ ความนุ่มของชั้นกาว และข้อกำหนดสำหรับการคลายม้วนเพื่อพิมพ์ในขั้นตอนต่อไป และโดยปกติจะกำหนดผ่านกระดาษทดสอบในระหว่างการทดสอบการใช้งานอุปกรณ์

อย่างไรก็ตาม การควบคุมความเรียวช่วยแก้ปัญหาความตึง "โดยรวม" ที่แปรผันตามเส้นผ่านศูนย์กลางของม้วน แต่ไม่สามารถแก้ไขความท้าทายเฉพาะอีกประการหนึ่งของการตัดแบบมีกาวในตัวได้ นั่นคือ ความตึงที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างแถบที่ตัด เมื่อการเคลือบม้วนหลักไม่สม่ำเสมอ หรือมีความแตกต่างเล็กน้อยในความกว้างของแถบหลังจากตัด ความตึงที่ต้องการสำหรับม้วนหลายๆ ม้วนบนเพลาหมุนเดียวกันจะไม่เท่ากัน หากขับเคลื่อนอย่างแข็งทื่อด้วยเพลาแข็ง การพันบางส่วนจะแน่นขึ้นในขณะที่บางส่วนจะหลวมลง เทคโนโลยีเพลาลื่นได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อจุดประสงค์นี้โดยเฉพาะ: แต่ละดรัมจะถูกติดตั้งเข้ากับวงแหวนลื่นอย่างอิสระ และเมื่อความต้องการความตึงของวัสดุเฉพาะเปลี่ยนไป ปริมาณการลื่นของวงแหวนลื่นจะปรับตามไปด้วย ทำให้แต่ละม้วนสามารถรักษาความเร็วอ้างอิงเดียวกันในขณะที่ได้รับการชดเชยแรงบิดที่ต้องการ นี่คือรากฐานฮาร์ดแวร์ที่สำคัญสำหรับการบรรลุ "การควบคุมปริมาตรแต่ละส่วนอย่างอิสระ" และขจัดสภาพพื้นผิวปลายที่ไม่สม่ำเสมอ

4. ส่วนเศษวัสดุ: ฉากความตึงเครียดเล็กๆ ที่มักถูกมองข้ามได้ง่ายที่สุด

การกำจัดเศษวัสดุจากการตัดด้วยแม่พิมพ์เป็นขั้นตอนที่มักถูกมองข้ามในกระบวนการตัดแผ่นโลหะ แม้ว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของม้วนเศษวัสดุจะไม่ใหญ่มาก แต่เส้นผ่านศูนย์กลางก็เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว และเศษวัสดุเองก็มีความแข็งแรงต่ำ (มีเพียงวัสดุผิวหน้าและชั้นกาวเท่านั้น ไม่มีกระดาษรองรับด้านหลัง) ช่วงความตึงนั้นแคบมาก: ตึงเกินไปเล็กน้อยจะทำให้ขาด ในขณะที่ตึงน้อยเกินไปจะทำให้การม้วนไม่ดี สำหรับสถานการณ์นี้ วิธีแก้ปัญหาการควบคุมที่มีประสิทธิภาพและต้นทุนต่ำคือคลัตช์อนุภาคแม่เหล็กที่ทำงานร่วมกับเซ็นเซอร์ตำแหน่ง: เซ็นเซอร์จะตรวจจับตำแหน่งที่เศษวัสดุหย่อนตัวเนื่องจากน้ำหนักของลูกกลิ้งกด เมื่อเศษวัสดุหย่อนตัวและลงไปที่ตำแหน่งที่กำหนด มันจะกระตุ้นมอเตอร์เก็บเศษวัสดุ หลังจากดึงให้แน่นแล้ว มันจะกลับไปยังตำแหน่งเดิมและหยุดเครื่อง การควบคุมแบบไม่ต่อเนื่องนี้จะรักษาความตึงของแถบเศษวัสดุให้อยู่ในระดับต่ำและคงที่มาก หลีกเลี่ยงการแตกหักเนื่องจากความตึงมากเกินไปที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของเส้นผ่านศูนย์กลางของขดลวดในระหว่างการม้วนอย่างต่อเนื่อง

5. ตรรกะหลักของระบบควบคุม

อุปกรณ์ขับเคลื่อนในส่วนต่างๆ เหล่านี้ ได้แก่ เบรกผงแม่เหล็ก มอเตอร์เซอร์โว เพลาเลื่อน และกระบอกลูกกลิ้งลอย ล้วนต้องการตรรกะการควบคุมที่เป็นหนึ่งเดียวเพื่อการประสานงาน เครื่องตัดแผ่นโลหะสมัยใหม่มักใช้ PLC เป็นระบบควบคุมหลัก โดยส่วนคลายแผ่นโลหะจะได้รับข้อมูลป้อนกลับจากเซ็นเซอร์วัดแรงดึงหรือสัญญาณตำแหน่งลูกกลิ้งลอย ทำให้เกิดการควบคุมแบบวงปิดหรือกึ่งวงปิด ส่วนม้วนแผ่นโลหะจะใช้ค่าเส้นผ่านศูนย์กลางแบบเรียลไทม์ที่วัดได้จากตัวเข้ารหัส ตรวจสอบตาราง หรือคำนวณค่าแรงดึงที่ตั้งไว้ จากนั้นส่งคำสั่งแรงบิดไปยังมอเตอร์ม้วนแผ่นโลหะหรือคลัตช์ผงแม่เหล็กผ่านตัวควบคุม PID

รายละเอียดที่มักถูกมองข้ามคือความแม่นยำของการคำนวณเส้นผ่านศูนย์กลางของม้วน หากเส้นผ่านศูนย์กลางการม้วนไม่แม่นยำ เส้นโค้งความเรียวก็จะเสียจุดอ้างอิงไป วิธีการที่ทันสมัยกว่าคือการประมาณเส้นผ่านศูนย์กลางของขดลวดแบบเรียลไทม์โดยใช้สัดส่วนของการรวมความเร็วเชิงเส้นกับความเร็วของมอเตอร์ และทำการหาค่าเฉลี่ยของผลลัพธ์เป็นระยะเพื่อกรองสัญญาณรบกวนที่เกิดจากการสั่นสะเทือนทางกลและข้อผิดพลาดในการวัดแบบรอบเดียว อัลกอริทึมควบคุมนั้นไม่ได้ลึกลับอะไร ความแตกต่างที่แท้จริงอยู่ที่ความเป็นเส้นตรงของการตอบสนองของแอคทูเอเตอร์และความแม่นยำในการประกอบทางกล อุปกรณ์ที่มีการเบี่ยงเบนหลายม้วนขนาดใหญ่ไม่สามารถชดเชยการสั่นของแรงดึงเป็นระยะที่เกิดจากพารามิเตอร์ PID ที่ละเอียดที่สุดได้

บทสรุป

โดยสรุปแล้ว การควบคุมแรงตึงในเครื่องตัดฉลากแบบมีกาวในตัวนั้น เกี่ยวกับการค้นหาและรักษาขอบเขตที่แคบมากระหว่าง "การยืดให้ตรง" และ "ความเสียหายจากการดึง" การแบ่งส่วนของส่วนคลายม้วน การทำงานที่ไม่เสถียรของส่วนตัด การชดเชยความลาดเอียงและการลื่นไถลของส่วนม้วน และการควบคุมแรงตึงขนาดเล็กเป็นระยะๆ ของส่วนปล่อยเศษวัสดุ—แต่ละส่วนทำหน้าที่ของตนเองและเชื่อมโยงกัน คุณค่าของการเข้าใจหลักการนี้ไม่ได้อยู่ที่การท่องจำสูตร แต่เป็นการสามารถตรวจสอบปลายด้านหนึ่งของม้วนกระดาษที่เสร็จแล้วทีละส่วนตามเส้นทางของกระดาษเพื่อพิจารณาว่าแรงตึงอยู่นอกเหนือการควบคุมหรือการแบ่งส่วนล้มเหลวที่ใด นี่คือสิ่งที่ความรู้เกี่ยวกับการควบคุมแรงตึงแสดงให้เห็นอย่างแท้จริงในห้องปฏิบัติการ