張力控制是卷對卷成敗關鍵?
什麼是張力?
Roll to Roll
中張力為軟性材料的鬆緊程度,不論是收放捲或是材料行走中,張力的穩定會影響材料的表現(是否有皺褶,是否被拉伸等)。物理上,張力Tension為力量單位(可用牛頓N或公斤重kgf表示),物理受到拉力作用時,存在其內部而垂直於兩鄰部分接觸面上的相互牽引力。
張力對捲對捲(R2R)有什麼直接影響?
- 使材料在捲出到捲收的過程穩定行走
- 有張力的情況下,可以完成許多製程,易於控制
張力控制系統與扭力相對關係?
想像一卷捲筒衛生紙,當拉出衛生紙的力量(張力)相同時,由靜止帶動紙捲旋轉的扭力會依據直徑變小而變小;當恆張力時,放捲扭力須依據直徑變化而做改變(變小)。重點是扭力有加入力臂概念,扭力(力矩)≠張力。
扭力為力量*力臂:使物體旋轉的動態應力
一個需要恆張力穩定的R2R系統中,只在乎扭力而不考慮張力時可能會導致不可逆的材料斷裂!
捲材會因為放料或收料的動作而改變捲徑大小,此時若需要恆定張力則馬達的控制需要適時地作調整。
張力的控制除了考慮收放捲時的直徑變化外,材料特性也是需要考量進去,例如材料容易拉伸或是富有彈性等等。
好消息是在整個收放捲系統中,可使用模組化的張力控制系統,減少設計工程師們的研發時間及成本。
以自動張力控制系統來說,整個系統主要包含張力控制器搭配兩只檢出器。
以檢出器偵測材料實際的張力值後輸出至控制器,而經過控制器運算後會再輸出給馬達或磁粉剎車.離合器來控制收放捲的扭力,以達到穩定的張力系統。
目前張力控制系統已發展得很完善,機械設計者可直接安裝張力系統而達到張力控制的目的。
以自動化程度來區分的張力控制系統種類選擇如下:
- 利用手動控制箱的旋鈕來控制輸出大小,使得改變煞車/離合器出力大小,進而控制張力手動:MINPLY TBA900-M手動控制箱、TBA1000-M手動控制箱
- 半自動:NIRECO TCD030T 半自動張力控制器、MITSUBISHI LD-30FTA 半自動張力控制器利用直徑演算式來調整輸出大小,以維持恆張力控制。
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全自動:MINPLY ATC-820AM 全自動張力控制器、NIRECO TC900V/TC910V 全自動張力控制器、MITSUBISHI LE-40MTA-E 全自動張力控制器安裝張力檢出器,以實際偵測到的張力值來決定輸出大小,維持恆張力。
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(推薦參考:正岡科技卷對卷完整解決方案)
【常見案例分享】
客戶觀察到的現象:材料鬆弛且產生皺摺
基本上,會希望客戶能夠提供影片供我們判斷,因此我們都還是會安排時間親自去現場了解目前的機構及電控的規劃,以確定主要原因是出自於張力控制。可能是原本的張力控制不符合需求,或是根本沒有張力可言。
張力控制可以說是卷對卷系統中最基本的條件,惟有先將張力控制好再來解決其他衍伸問題,才能事半功倍。
因此,若沒有先將張力的基礎打好,而是一味地將材料拉平,可能用特殊機構的方式、或是各式的展開輪,則改善的效果有限,只能短期內解決,當條件一有變動問題依舊發生。
另外一種情況是,使用一般手動式的張力控制,可能一開始的機台還能勘用,但若材料改變或是客戶要求提升,則可以考慮使用半自動或全自動張力控制系統,安裝後便會感受到材料的穩定性大幅提升。
應用於捲材的卷對卷系統,其張力是保持材料穩定並更好地能控制材料,讓客戶的產品維持良好的品質。
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