一种砂轮网布的浸胶后处理控制方法与流程

本发明涉及砂轮网布控胶，尤其涉及一种砂轮网布的浸胶后处理控制方法。

背景技术：

1、砂轮网布的坯布是由经线和纬线交错编织形成具有大网孔的纤维编织物，为了不让坯布吸收太多的胶料，在坯布浸胶后，需要用挤胶辊挤掉多余附着的胶料，目前挤胶辊通常采用钢辊和橡胶辊的组合，由钢辊提供精确、刚性的几何基准，橡胶辊在压力作用下产生弹性变形，可以将挤胶压力从线接触变成面接触并缓冲冲击，避免坯布损伤。

2、由于橡胶辊在长期使用过程中，受胶液浸渍会发生一定程度的膨胀，导致橡胶辊外径会发生变化，影响坯布挤胶后的胶液含量精度，因此，需要在挤胶过程中对橡胶辊位置进行控制，以消除橡胶辊因外径变化而产生的不利影响，目前主流的控制方法有两种：

3、第一种是间隙法，即以挤胶间隙作为控制基准，利用测距传感器测量橡胶辊与钢辊之间的挤胶间隙，通过调控橡胶辊的位置使辊间隙达到间隙要求值。这种方法受现场条件限制，测距传感器通常只能测量包括中间和两端的三个点，测量点受限，而橡胶辊的膨胀存在非线性，有限的测量点无法准确全面地反映辊间间隙变化；此外，挤胶间隙与坯布自身厚度以及橡胶辊是否挤压变形有关，其检测所获得的数据呈现多样化：测量值可能是正值，主要是坯布自身具有足够的厚度隔开橡胶辊与钢辊情况下发生；测量值可能为0，该数据通常是在坯布自身厚度较小，橡胶辊挤压变形直接作用在钢辊上，测距传感器直接检测橡胶辊与钢辊之间的间隙获得；测量值可能为负值，该数据通常是在坯布自身厚度较小，橡胶辊挤压变形直接作用在钢辊上，而测距传感器检测挤胶辊两端的轴间距间接反馈获得的辊间间隙；测量数据复杂多变，针对不同批次的坯布，挤胶间隙的控制基准难以统一，因此，这种方法仅适用于两个钢辊，对于钢辊和橡胶辊组合则无法适用。

4、第二种是压力法，即以挤胶压力作为控制基准，利用压力传感器测量橡胶辊与钢辊之间的挤胶压力，并通过调节橡胶辊的位置，使辊间压力维持在设定值。例如，公开号为cn121578720a的中国发明专利提出了一种砂轮网布挤胶间隙精准控制方法，该方法借助压力传感器反馈由于橡胶辊外径变化引起的辊间压力波动，并结合压力传感器数据融合与人工智能机器学习技术，统计并提取合适的工艺参数特征，用于反馈控制。然而，该方法中压力传感器安装于固定钢辊的支撑块上，测量的是两辊之间的总压力。当橡胶辊出现局部不均匀膨胀时，鼓包处会产生较大的局部压力，而凹陷处压力则相对较小甚至无压力，综合后的总压力可能仍无明显变化，从而导致挤胶后坯布横向含胶量分布不均，最终使同一张砂轮网布在不同区域的胶层厚度存在差异，局部强度不足的风险也随之增加，因此该方法存在无法精准、全面地反映橡胶辊整个辊面的实际状态变化的局限。

5、此外，在实际生产中，控胶装置通常仅具有一个控制自由度，即由伺服电缸驱动橡胶辊整体靠近或远离钢辊。在这种单一位移自由度约束下，当橡胶辊表面同时存在局部鼓包和局部凹陷时，物理上不存在能够同时使鼓包处不超压、凹陷处不过松的全局位置。现有技术未对此物理极限给出明确的技术应对路径。

6、因此，本发明提出一种砂轮网布的浸胶后处理控制方法以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种砂轮网布的浸胶后处理控制方法，全面感知橡胶辊全辊面形貌，在单一位移自由度约束下求解使全辊面挤胶状态整体最优的基准等效半径，并根据辊面形貌的可补偿程度输出分级判定结果，实现砂轮网布胶层厚度均匀性控制。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种砂轮网布的浸胶后处理控制方法，采用控胶装置完成，控胶装置包括机架和两个挤胶辊，两个挤胶辊分别为钢辊和橡胶辊，橡胶辊由伺服电缸驱动移动靠近或远离钢辊，其创新点在于：所述浸胶后处理控制方法包括以下步骤：

3、s1、实时数据采集与传输：浸胶后的砂轮网布自两个挤胶辊间穿过，橡胶辊向钢辊移动将砂轮网布压紧在钢辊表面，砂轮网布随后被牵引向上移动，两个挤胶辊同步转动挤胶，挤胶过程中，由压力传感器实时监测两辊间的挤胶压力值、激光测距传感器实时监测两辊轴间距、激光轮廓测量仪同步获取橡胶辊辊面的轮廓曲线，并实时传输给处理系统；

4、s2、轮廓数据截取与处理：处理系统持续接收轮廓曲线，并按时间顺序动态生成连续的辊面轮廓动态图像，处理系统以固定周期  为间隔截取当前时刻  之前最近次完整旋转周期内的全部历史轮廓数据，映射到三维柱面坐标系中，对每个空间方位角上的每个轮廓点所对应的轮廓数据进行算术平均，作为表征当前时刻  辊面轮廓形态的数据样本；

5、s3、等效挤胶半径迭代求解：以橡胶辊在当前时刻  下的等效挤胶半径  作为求解目标，  初始化为前次求解输出的时刻  的等效挤胶半径  ，将数据样本导入形变载荷模型中计算获取所有轮廓点的线载荷密度，遍历所有轮廓点，按各轮廓点的挤胶状态将其划分为合格点、过压点和欠压点三类，并统计过压点数量  和欠压点数量  ，在约束条件范围内，以固定迭代步长  递增  ，对每个候选计算综合评价值  )，遍历迭代直至  触及约束条件边界或  )达到预设的合格判据，输出使  )最小的  作为最终求解目标  ；

6、s4、目标位置计算与伺服控制：根据激光测距传感器反馈的两辊轴间距以及最终求解目标  ，计算橡胶辊目标位置并将指令下达伺服电缸，驱动橡胶辊移动到位。

7、进一步地，所述表征当前时刻  辊面轮廓形态的数据样本用轮廓点数据集表示：

8、

9、其中，  为当前时刻  的轮廓点数据集，  为沿橡胶辊圆周方向均匀分布的采样点数，  为沿橡胶辊辊轴方向均匀分布的采样点数，  表示第  个圆周角度，  表示圆周角度  下的第  个轴向位置，  表示位于圆周角度  、轴向位置处的轮廓点的实测径向半径算数平均值。

10、进一步地，所述形变载荷模型为：

11、

12、

13、其中，  表示lambertw函数，表达式为：

14、  ，

15、  表示轮廓点  处产生的线载荷密度，  为橡胶辊的等效弹性模量，  表示实时标定的修正系数。

16、进一步地，所述修正系数  的实时标定方法为：

17、第一步、在控胶装置稳定运行状态下，随机抽取时刻窗口  内的任意时刻作为采样时刻  ，提取该时刻  所对应的橡胶辊辊面轮廓曲线  ；

18、第二步、根据橡胶辊的实时旋转角速度  ，计算所抽取轮廓曲线  各轮廓点旋转至挤胶位置时的时刻  ：

19、

20、其中，  为激光轮廓测量仪在橡胶辊辊面上的扫描位置与橡胶辊挤胶位置之间的相位角差；

21、第三步、提取该时刻  时压力传感器所记录的实测挤胶压力值  以及激光测距传感器所反馈的两辊轴间距  ，根据两辊轴间距  ，计算时刻  时橡胶辊实际等效挤胶半径  ；

22、

23、其中，  为钢辊半径；

24、第四步、根据橡胶辊辊面轮廓曲线  对应的轮廓点实测径向半径  、实际等效挤胶半径，阶梯预设不同的值，分别计算对应的理论挤胶压力值；

25、第五步、绘制  -  曲线，标定  -  曲线中与实测挤胶压力值  相同的  值所对应的  值，对标定的  值进行验算，验算合格后，将标定的  值输入形变载荷模型中。

26、进一步地，所述理论挤胶压力值  为各轮廓点局部挤胶线载荷密度沿接触面积的积分总和，其量纲为力，单位n，与压力传感器实测的挤胶压力值  量纲一致，计算公式为：

27、

28、其中，  表示取括号中  和0相比的最大值，只有真正与钢辊接触并产生挤压的轮廓点计入压力，自动剔除未与钢辊接触的悬空的轮廓点；表示激光轮廓测量仪沿轴向方向的单位采样步长。

29、进一步地，所述标定的  值的验算方法为：随机抽取时刻窗口  内的任意非  时刻作为另一组采样时刻  ，提取所对应的橡胶辊辊面轮廓曲线  ，根据  所对应的橡胶辊实际等效挤胶半径以及标定的  值，计算橡胶辊辊面轮廓曲线  所对应的理论挤胶压力值，计算该理论挤胶压力值与  所对应的实测挤胶压力值的相对误差绝对值  ，若相对误差绝对值  ，  为预设的允许误差阈值，则标定的  值验算合格。

30、进一步地，所述  值的验算方法中，若  ，则标定的值验算合格，并缩短固定周期  ；若  ，检查传感器同步性，重新执行标定。

31、进一步地，所述步骤s3中合格点、过压点和欠压点三类的划分方法为：

32、对于每一个遍历的轮廓点，判断线载荷密度  是否为0：

33、若  不为0，则判断  是否处于设定的载荷阈值区间  范围内，若是，则当前轮廓点划分为合格点，若  ，则当前轮廓点划分为过压点，若  ，则当前轮廓点划分为欠压点；

34、若  为0，则计算当前轮廓点与等效挤胶半径  的径向距离  ，判断  是否处于设定的间隙阈值区间  范围内，若是，则当前轮廓点划分为合格点，若  ，则当前轮廓点划分为欠压点。

35、进一步地，所述等效挤胶半径  的物理含义为：将具有复杂表面形貌的橡胶辊等效为一个具有相同整体挤胶效果的光滑圆柱体，该光滑圆柱体的半径即为等效挤胶半径  ，所述  的约束条件包括：

36、

37、

38、其中，  为橡胶辊的刚性辊芯半径，  为当前时刻  所有轮廓点的实测径向半径的最大值，  为砂轮网布的厚度。

39、进一步地，所述最终求解目标  为在单一位移自由度约束下，使全辊面挤胶状态综合评价值  )最小的等效挤胶半径，其中单一位移自由度约束即橡胶辊仅由伺服电缸驱动沿靠近或远离钢辊的方向整体移动的约束；

40、所述综合评价值  )的计算公式为：

41、

42、其中，  和  分别为过压点数量  和欠压点数量的预设权重，且  ；

43、所述  )预设的合格判据为：  时视为完美合格，直接终止迭代，输出  所对应的  作为最终求解目标  ；

44、  时则持续迭代至约束条件边界，取遍历过程中  最小值，记为  ；

45、当  时，判定当前橡胶辊辊面形貌处于可补偿范围，输出  对应的  作为最终求解目标  ；

46、当  时，判定当前橡胶辊辊面形貌处于临界可补偿范围，输出  对应的  作为最终求解目标  ，同时发出橡胶辊维护预警信号；

47、当  时，判定当前橡胶辊辊面形貌超出单一位移自由度的可补偿范围，同时发出橡胶辊故障信号；

48、其中，  为预设的合格评价值阈值，  为预设的预警评价值阈值，且  。

49、本发明的优点在于：

50、（1）本发明的浸胶后处理控制方法通过激光轮廓测量仪构建覆盖橡胶辊全圆周与全轴向的三维轮廓数据样本，从根本上克服传统间隙法以点代面的测点局限性，彻底消除了局部鼓包或凹陷导致的感知盲区，同时，基于形变载荷模型，将各轮廓点的局部凸起量直接映射为定量挤胶压力、将局部凹陷量转化为挤胶间隙，形成双向判定依据，并针对控胶装置单一位移自由度的物理约束，将传统的可行性判定转化为优化判定，通过综合评价值寻优，在无法同时消除凸凹两类缺陷时，自动求解使全辊面挤胶状态整体最优的基准等效半径，避免了迭代至边界仍无解的逻辑困境。

51、（2）本发明的浸胶后处理控制方法设置合格、预警、故障三级判定机制，根据辊面形貌的可补偿程度输出差异化结果，可补偿时正常控制，临界可补偿时输出最优解并预警，超出可补偿范围时发出修磨或更换信号，为单一位移自由度下的物理不可补偿工况提供了明确的技术出口，避免系统在无解情况下持续无效迭代。

52、（3）本发明的浸胶后处理控制方法通过三维轮廓点数据集将橡胶辊的复杂微观形貌转化为可计算的数值矩阵，在此基础上，引入了基于lambertw函数的形变载荷模型，将各轮廓点的局部凸起量精确映射为定量挤胶载荷，通过低阶多项式近似，在保证足够精度的前提下大幅降低了处理系统的计算负担。

53、（4）本发明的方法在进行修正系数验算时设定相对误差绝对值阈值，配合分级判定机制，边缘合格时自动缩短检测周期以强化跟踪，不合格时检查传感器同步性及重新标定，实现了标定质量的量化评估与差异化处理，同时确保k值在橡胶辊发生渐进性变化时仍能保持有效，保证形变载荷模型在长期运行过程中的准确性。