CN121200179A - 一种网面抗裂石膏板制备系统及其张力协同控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网面抗裂石膏板制备系统及一种张力协同控制方法。该制备系统包括成型输送带、分别用于供给下复合层和上复合层的下/上层供给装置、浇筑系统及定厚成型辊。各供给装置均包含独立的纸料放卷机构和网料放卷机构，从结构上实现了五层结构石膏板的连续制备。其控制方法通过视觉系统实时监测复合层的表面平整度和位置偏移，当平整度不佳时，协同调节纸料和网料的张力；当位置偏移时，进行纠偏调整。本发明通过合理的系统布局和创新的控制方法，解决了生产五层结构石膏板时因异质材料复合导致的质量问题，能够稳定、高效地生产出高质量的网面抗裂石膏板，显著提升了产品的力学性能和生产成品率。

Description

一种网面抗裂石膏板制备系统及其张力协同控制方法

技术领域

本发明涉及石膏板连续制备领域，具体涉及一种网面抗裂石膏板制备系统及其张力协同控制方法。

背景技术

石膏板作为一种广泛应用的室内建筑装饰材料，其生产技术已相当成熟。目前市场上主流的石膏板主要存在两种结构类型：

第一种是常规的纸面石膏板，其为“纸面-石膏芯-纸面”的三层结构，具有表面平整、易于涂饰的优点。然而，其抗冲击和抗开裂性能有限，在受到外力作用或结构位移时容易产生裂纹。

第二种是为了增强力学性能而出现的网面增强石膏板，其为“网面-石膏芯-网面”的三层结构。这种石膏板通过将生产线上的纸料替换为玻璃纤维网格等网料制成，其韧性和抗开裂能力得到显著提升。但是，由于其表面为网格结构，无法直接进行精细的饰面处理，限制了其应用场景。

可见，现有技术中的石膏板产品无法兼具优良的表面性能和高抗裂性能，存在一个显著的技术矛盾。市场迫切需要一种新型石膏板，它既有纸面石膏板的平整饰面，又具备网面石膏板的内在韧性，能够有效解决上述两类石膏板的各自缺陷。

然而，要实现这种兼具高抗裂性和平整饰面的新型石膏板，面临着巨大的技术挑战。这种新型石膏板的制备需要将纸面、网面和石膏芯体进行稳定复合，但现有石膏板生产线均为三层结构设计，其物料供给和成型系统均无法满足将四层柔性材料与中心浆料层进行精确、稳定复合的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种网面抗裂石膏板制备系统及其张力协同控制方法，以解决现有技术中制备具有网面抗裂层的石膏板的复合成型难题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种网面抗裂石膏板制备系统，系统包括：

沿预设路径移动的成型输送带；

下层供给装置，设置于成型输送带的初始端，其包括下纸料放卷机构和下网料放卷机构，下纸料放卷机构与下网料放卷机构的位置和运行速度相互匹配，以形成一由下纸面和铺设于其上的下网面构成的下复合层，并将下复合层供给至成型输送带上；

浇筑系统，设置于下层供给装置的下游，用于向成型输送带上的下复合层浇筑石膏浆料；

上层供给装置，设置于浇筑系统的下游，其包括上纸料放卷机构和上网料放卷机构，上纸料放卷机构与上网料放卷机构的位置和运行速度相互匹配，以形成一由上纸面和铺设于其下的上网面构成的上复合层；

定厚成型辊，设置于上层供给装置的下游，并与成型输送带形成预设间隙，用于将上复合层压覆在石膏浆料之上，并使由下复合层、石膏浆料和上复合层构成的整体物料通过预设间隙以形成连续湿板。

进一步的，系统还包括第一浸润单元和第二浸润单元；

第一浸润单元包括第一浆料槽、其下部浸没于第一浆料槽内的第一滚刷、以及设置于第一滚刷上方的第一定位辊轴，下复合层从第一滚刷与第一定位辊轴之间通过；

第一浸润单元还包括有换向辊轴，下复合层在进入浸润处理区之前，其行进路径绕过换向辊轴改变180°，以使其下网面朝向下方；

第二浸润单元包括第二浆料槽、其下部浸没于第二浆料槽内的第二滚刷、以及设置于第二滚刷上方的第二定位辊轴，上复合层从第二滚刷与第二定位辊轴之间通过。

进一步的，下层供给装置还包括下纸料纠偏机构和下网料纠偏机构；

上层供给装置还包括上纸料纠偏机构和上网料纠偏机构。

进一步的，系统还包括：

第一视觉检测系统，设置于下层供给装置的下游，用于监测下复合层的参数；

第二视觉检测系统，设置于上层供给装置的下游，用于监测上复合层的参数；以及

控制器，其电连接第一视觉检测系统和第二视觉检测系统，以及下纸料纠偏机构、下网料纠偏机构、上纸料纠偏机构和上网料纠偏机构。

进一步的，系统还包括折边机构，折边机构设置于浇筑系统的下游，用于在连续湿板成型过程中，将下复合层的下纸面边缘向上翻折以包覆石膏浆料的侧边；

下网料放卷机构所供给的下网面宽度小于下纸料放卷机构所供给的下纸面宽度。

进一步的，上层供给装置还包括裁边机构，裁边机构设置于上纸料放卷机构和上网料放卷机构之间，用于将上纸面的两侧边缘进行裁切；

其中，下纸料放卷机构所供给的下纸面与上纸料放卷机构所供给的上纸面具有相同的原始宽度b；

上网料放卷机构所供给的上网面与下网料放卷机构所供给的下网面具有相同的宽度；

裁切后的上纸面宽度为b-2a，下网面和上网面的宽度为b-2a，裁切宽度a与折边机构的折边宽度相等。

一种基于上述石膏板制备系统的张力协同控制方法，包括以下步骤：

a)通过第一视觉检测系统和/或第二视觉检测系统，实时监测对应的下复合层或上复合层的表面平整度参数；

b)判断表面平整度参数是否超出第一预设阈值；以及

c)当判断表面平整度参数超出第一预设阈值时，协同地调节该复合层对应的纸料放卷机构的张力执行器和网料放卷机构的张力执行器，以改善复合层的表面平整度。

进一步的，方法还包括：

d)通过视觉检测系统，实时监测对应的复合层中纸面与网面间的相对位置偏移量；

e)判断相对位置偏移量是否超出第二预设阈值；以及

f)当判断相对位置偏移量超出第二预设阈值时，驱动该复合层对应的纠偏机构进行位置调整。

进一步的，步骤c)中的协同地调节，是基于一动态控制模型来计算调节指令；动态控制模型是通过对制备系统进行系统辨识测试，以建立张力执行器的输入变化与表面平整度参数的输出变化之间的数学关联关系而预先获得的。

进一步的，当判断表面平整度参数超出第一预设阈值、且相对位置偏移量超出第二预设阈值时，同时执行步骤c)中的协同张力调节与步骤f)中的位置调整。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的一种网面抗裂石膏板制备系统，通过设置独立的下层供给装置和上层供给装置，每个供给装置均包含纸料放卷机构和网料放卷机构，从物理结构上实现了五层结构石膏板的基础物料供给，系统通过设置定厚成型辊与成型输送带，稳定地限定了由下复合层、石膏浆料和上复合层构成的整体物料的成型厚度，从而能够连续、稳定地制备出结构完整的湿石膏板，该系统有效地解决了五层结构石膏板的成型问题，结构设计合理，为高质量生产奠定了基础；

2、本发明提供的张力协同控制方法，通过视觉检测系统实时监测复合层的表面平整度参数和相对位置偏移量，并基于此进行判断。当检测到表面平整度不佳时，该方法并非简单地调整位置，而是创造性地采用协同调节纸料和网料张力的方式来解决问题，从根源上消除了因材料物理特性差异导致的内应力不均和褶皱问题。该方法能够确保两种异质材料在高速运动中实现良好的动态复合，显著提升了最终成品的质量和生产稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1所示为本发明的制备系统的系统组成示意图；

图2所示为本发明的制备系统的第一浸润单元的组成示意图；

图3所示为本发明的制备系统的第二浸润单元的组成示意图；

图4所示为本发明的上复合层和下复合层的平面示意图；

图5所示为本发明的抗裂石膏板成型过程处于折边状态中的平面剖视图；

图中的标号分别表示如下：1-成型输送带；2-下层供给装置；201-下网料放卷机构；202-下网料纠偏机构；211-下纸料放卷机构；212-下纸料纠偏机构；3-第一浸润单元；301-第一浆料槽；302-第一滚刷；303-第一定位辊轴；304-第一刮板；305-换向辊轴；4-浇筑系统；5-上层供给装置；501-上纸料放卷机构；502-上纸料纠偏机构；511-上网料放卷机构；512-上网料纠偏机构；6-第二浸润单元；601-第二浆料槽；602-第二滚刷；603-第二定位辊轴；604-第二刮板；8-第一视觉检测系统；9-第二视觉检测系统；10-折边机构；11-定厚成型辊；12-下复合层；121-下纸面；122-下网面；13-上复合层；131-上纸面；132-上网面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供的一种网面抗裂石膏板制备系统，其核心在于构建了一套能够连续稳定生产五层结构湿板的物理架构。该系统包括一沿预设路径移动的成型输送带1，它为整个湿板的成型和输送提供了平直的基准平台。在生产流程的起始端，设置有一下层供给装置2，该装置是形成石膏板底面的关键。具体地，下层供给装置2包括一下纸料放卷机构211和一下网料放卷机构201，二者的位置和运行速度经过精密匹配，使得从下纸料放卷机构211展开的下纸面121作为底层，从下网料放卷机构201展开的下网面122能够精确地铺设于下纸面121之上，从而形成一结构稳定的下复合层12。随后，该下复合层12被平稳地供给至成型输送带1上。在下层供给装置2的下游，设置有一浇筑系统4，它负责将搅拌均匀的石膏浆料连续不断地浇筑在行进中的下复合层12上。在生产线的中段，即浇筑系统4的下游，设置有一上层供给装置5，其结构与下层供给装置2相对应，同样包括一上纸料放卷机构501和一上网料放卷机构511。二者协同工作，形成一由上纸面131作为顶层、上网面132铺设于其下的上复合层13。最后，在生产线的前段，设置有一关键的定厚成型辊11，它位于上层供给装置5的下游，并与下方的成型输送带1之间形成一个精确的预设间隙。当上复合层13被引导至此并压覆在石膏浆料之上时，由下复合层12、石膏浆料和上复合层13构成的整体物料必须通过此预设间隙，多余的浆料被刮平，从而使整体物料被压实并精确地成型为具有设计厚度的连续湿板。

在上述基本架构的基础上，为了进一步提升产品质量，本系统优选地设置了第一浸润单元3和第二浸润单元6，这种预浸润处理不仅能增强网面与后续石膏浆料的结合力，更关键的是，它能够填充网格与纸面之间的微小空隙，有效排出复合时可能被截留的空气，从而防止最终产品中出现气泡或分层缺陷。请结合图2和图3，第一浸润单元3和第二浸润单元6具有相似的基础结构，其目的在于对网面进行预浸润处理，以增强其与后续石膏浆料的结合力。具体而言，第一浸润单元3包括第一浆料槽301、其下部浸没于第一浆料槽301内的第一滚刷302、以及设置于第一滚刷302上方的第一定位辊轴303。下复合层12从第一滚刷302与第一定位辊轴303之间通过，旋转的第一滚刷302将浆料槽内的浆料均匀地涂敷在网面上。类似地，第二浸润单元6也包括第二浆料槽601、第二滚刷602和第二定位辊轴603，用于对上复合层13的上网面132进行浸润。考虑到下复合层12在形成时是下网面122在上的状态，为了使其能被下方的滚刷浸润，第一浸润单元3增设了一换向辊轴305。该换向辊轴305设置于第一定位辊轴303的上游，下复合层12在进入浸润处理区之前，其行进路径会绕过该换向辊轴305改变180度，从而使其下网面122巧妙地翻转至朝向下方，以确保能与第一滚刷302有效接触。

为了实现纸面与网面两种不同材料在高速运动中的精确对齐，本系统进一步地设置了完善的纠偏与检测控制系统。下层供给装置2还包括下纸料纠偏机构212和下网料纠偏机构202，而上层供给装置5也相应地包括上纸料纠偏机构502和上网料纠偏机构512。为这些纠偏机构提供控制依据的，是设置于系统中的第一视觉检测系统8和第二视觉检测系统9。第一视觉检测系统8设置于下层供给装置2的下游，用于实时监测下复合层12的对齐度、平整度等参数。第二视觉检测系统9则设置于上层供给装置5的下游，用于监测上复合层13的相应参数。所有这些检测系统和纠偏机构，都电连接至一个中央控制器，该控制器根据视觉系统反馈的实时数据，对各纠偏机构发出指令，形成闭环控制，从而保证了复合过程的精确对位。

请结合图4和图5，为了形成最终石膏板完整的包边结构，本系统采用了本领域常规的折边机构10。该折边机构10设置于浇筑系统4的下游，在连续湿板成型过程中，它会将下复合层12的下纸面121的两侧边缘向上翻折，形成一个U型槽，从而将石膏浆料的侧边完全包覆，防止浆料侧漏。为配合此结构，下网料放卷机构201所供给的下网面122的宽度，被设计为小于下纸料放卷机构211所供给的下纸面121的宽度，确保折边部分仅为单层纸面，易于成型。更进一步地，为了使最终产品的外观更加规整，上层供给装置5还可以增设一裁边机构，该机构设置于上纸料放卷机构501和上网料放卷机构511之间，用于将上纸面131的两侧边缘进行精确裁切。在一个优选的实施例中，下纸面121和上纸面131采用相同的原始宽度b，而下网面122和上网面132也具有相同的宽度。裁边机构将上纸面131的宽度裁切为b-2a，而网面的宽度也为b-2a，其中裁切宽度a与折边机构10的折边宽度精确相等。这样，当湿板成型后，向上翻折的纸边可以完美地与裁切后的上纸面边缘对齐，并在后续工序中如图5箭头f所示方向翻折，覆盖于上纸面131的外侧，形成美观且坚固的封边。

以上系统所形成的连续湿板，会沿着成型输送带1继续前进，进入生产线的后半段。后半段工艺与现有技术类似，主要包括：首先由同步运行的切割机将连续湿板切割成预设长度的单块板材；然后，通过翻板机和输送装置将切割后的湿板送入多层烘干窑中进行低温烘干，去除多余水分；最后，干燥后的成品板材经检验、堆垛和包装后即可入库。

如上所述，本发明所提供的制备系统在物理架构和辅助单元方面，能够有效地将五层材料进行连续稳定的复合，并解决了界面结合与对齐问题。

然而，本领域技术人员仍面临一个重要的技术挑战。纸面和网面作为两种具有显著物理特性差异的柔性材料(例如，不同的拉伸性能、弹性模量和摩擦系数)，在复合过程中极易产生不均衡的内应力。如果不对这些应力进行有效的控制，在石膏浆料浇筑和固化的过程中，这些内部应力会与浆料的发泡和收缩产生复杂的相互作用。这种力学失衡可能导致最终制备出的石膏板出现多种质量缺陷，例如表面不平整、边缘翘曲、板材内部应力集中，甚至在后续的干燥和使用过程中产生微裂纹，从而严重影响产品的成品质量和力学性能。

为了解决这一技术难题，确保最终产品的优良品质，本发明在上述物理架构的基础上，进一步提出了一种先进的张力协同控制方案。该方案旨在通过智能化的控制手段，从根本上消除因不同材料特性差异所导致的内应力问题，保证纸面与网面在整个制备过程中始终保持最优的协同工作状态。

该张力协同控制方法的核心在于，它不再将位置控制和张力控制视为孤立的任务，而是将它们与产品质量(表面平整度)直接挂钩。该方法通过第一视觉检测系统8和/或第二视觉检测系统9，实时监测对应的下复合层12或上复合层13的表面平整度参数，并判断该参数是否超出了一个预设的质量阈值。当系统判断表面出现褶皱、鼓包等平整度问题时，它触发的并非是常规的纠偏动作，而是创造性地协同调节该复合层对应的纸料放卷机构的张力执行器和网料放卷机构的张力执行器。例如，适当增加网面的张力同时轻微减小纸面的张力，从根源上消除两种材料间的内应力，使复合层恢复平整。与此同时，该方法也并行地监测纸面与网面间的相对位置偏移量，一旦偏移量超出允许的公差范围，便会驱动对应的纠偏机构进行快速、精确的位置调整。在更复杂的工况下，即当表面平整度与位置偏移量同时超差时，该方法能够同时执行协同的张力调节与位置调整，展现了其强大的复合控制能力。

为了进一步提升该控制方法的响应速度和调节精度，一种优选的实现方式是引入一个预设的动态控制模型。该模型并非实现上述控制逻辑的唯一途径，但它提供了一种更具前瞻性的控制策略。该动态模型可以通过具体的工程方法获得，例如系统辨识。具体步骤为：在系统调试阶段，通过控制器主动地、阶跃式地改变张力执行器(如制动器力矩)的输入，同时利用高精度的视觉检测系统连续记录下表面平整度参数(如通过图像算法量化的褶皱幅度或频率)的输出变化。通过收集大量的这种输入-输出数据对，再利用成熟的数学工具(如最小二乘法或神经网络算法)进行拟合，就可以建立起一个能够精确描述“施加多大的张力变化，会引起多大的平整度改善”的数学关联关系。这个被辨识出来的数学模型被固化在控制器中。在实际生产时，控制器便能根据实时检测到的平整度偏差，通过该模型更快速地反解出最优的张力调节指令，从而实现更精准、更高效的闭环控制。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为本发明实施例的落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种网面抗裂石膏板制备系统，其特征在于，所述系统包括：

沿预设路径移动的成型输送带(1)；

下层供给装置(2)，设置于所述成型输送带(1)的初始端，其包括下纸料放卷机构(211)和下网料放卷机构(201)，所述下纸料放卷机构(211)与下网料放卷机构(201)的位置和运行速度相互匹配，以形成一由下纸面(121)和铺设于其上的下网面(122)构成的下复合层(12)，并将所述下复合层(12)供给至所述成型输送带(1)上；

浇筑系统(4)，设置于所述下层供给装置(2)的下游，用于向所述成型输送带(1)上的下复合层(12)浇筑石膏浆料；

上层供给装置(5)，设置于所述浇筑系统(4)的下游，其包括上纸料放卷机构(501)和上网料放卷机构(511)，所述上纸料放卷机构(501)与上网料放卷机构(511)的位置和运行速度相互匹配，以形成一由上纸面(131)和铺设于其下的上网面(132)构成的上复合层(13)；

定厚成型辊(11)，设置于所述上层供给装置(5)的下游，并与所述成型输送带(1)形成预设间隙，用于将所述上复合层(13)压覆在石膏浆料之上，并使由下复合层(12)、石膏浆料和上复合层(13)构成的整体物料通过所述预设间隙以形成连续湿板。

2.根据权利要求1所述的一种网面抗裂石膏板制备系统，其特征在于，所述系统还包括第一浸润单元(3)和第二浸润单元(6)；

所述第一浸润单元(3)包括第一浆料槽(301)、其下部浸没于所述第一浆料槽(301)内的第一滚刷(302)、以及设置于所述第一滚刷(302)上方的第一定位辊轴(303)，所述下复合层(12)从所述第一滚刷(302)与所述第一定位辊轴(303)之间通过；

所述第一浸润单元(3)还包括有换向辊轴(305)，所述下复合层(12)在进入浸润处理区之前，其行进路径绕过所述换向辊轴(305)改变180°，以使其下网面(122)朝向下方；

所述第二浸润单元(6)包括第二浆料槽(601)、其下部浸没于所述第二浆料槽(601)内的第二滚刷(602)、以及设置于所述第二滚刷(602)上方的第二定位辊轴(603)，所述上复合层(13)从所述第二滚刷602)与所述第二定位辊轴(603)之间通过。

3.根据权利要求1所述的一种网面抗裂石膏板制备系统，其特征在于，所述下层供给装置(2)还包括下纸料纠偏机构(212)和下网料纠偏机构(202)；

所述上层供给装置(5)还包括上纸料纠偏机构(502)和上网料纠偏机构(512)。

4.根据权利要求3所述的一种网面抗裂石膏板制备系统，其特征在于，所述系统还包括：

第一视觉检测系统(8)，设置于所述下层供给装置(2)的下游，用于监测所述下复合层(12)的参数；

第二视觉检测系统(9)，设置于所述上层供给装置(5)的下游，用于监测所述上复合层(13)的参数；以及

控制器，其电连接所述第一视觉检测系统(8)和第二视觉检测系统(9)，以及所述下纸料纠偏机构(212)、下网料纠偏机构(202)、上纸料纠偏机构(502)和上网料纠偏机构(512)。

5.根据权利要求1所述的一种网面抗裂石膏板制备系统，其特征在于，所述系统还包括折边机构(10)，所述折边机构(10)设置于所述浇筑系统(4)的下游，用于在所述连续湿板成型过程中，将所述下复合层(12)的下纸面(121)边缘向上翻折以包覆所述石膏浆料的侧边；

所述下网料放卷机构(201)所供给的下网面(122)宽度小于所述下纸料放卷机构(211)所供给的下纸面(121)宽度。

6.根据权利要求5所述的一种网面抗裂石膏板制备系统，其特征在于，所述上层供给装置(5)还包括裁边机构，所述裁边机构设置于所述上纸料放卷机构(501)和所述上网料放卷机构(511)之间，用于将所述上纸面(131)的两侧边缘进行裁切；

其中，所述下纸料放卷机构(211)所供给的下纸面(121)与所述上纸料放卷机构(501)所供给的上纸面(131)具有相同的原始宽度b；

所述上网料放卷机构(511)所供给的上网面(132)与所述下网料放卷机构(201)所供给的下网面(122)具有相同的宽度；

所述裁切后的上纸面(131)宽度为b-2a，所述下网面(122)和上网面(132)的宽度为b-2a，所述裁切宽度a与所述折边机构(10)的折边宽度相等。

7.一种基于权利要求5所述的石膏板制备系统的张力协同控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a)通过所述第一视觉检测系统(8)和/或第二视觉检测系统(9)，实时监测对应的下复合层(12)或上复合层(13)的表面平整度参数；

b)判断所述表面平整度参数是否超出第一预设阈值；以及

c)当判断所述表面平整度参数超出所述第一预设阈值时，协同地调节该复合层对应的纸料放卷机构的张力执行器和网料放卷机构的张力执行器，以改善所述复合层的表面平整度。

8.根据权利要求7所述的石膏板制备系统的张力协同控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

d)通过所述视觉检测系统，实时监测对应的复合层中纸面与网面间的相对位置偏移量；

e)判断所述相对位置偏移量是否超出第二预设阈值；以及

f)当判断所述相对位置偏移量超出所述第二预设阈值时，驱动该复合层对应的纠偏机构进行位置调整。

9.根据权利要求7所述的石膏板制备系统的张力协同控制方法，其特征在于，步骤c)中所述的协同地调节，是基于一动态控制模型来计算调节指令；所述动态控制模型是通过对所述制备系统进行系统辨识测试，以建立张力执行器的输入变化与所述表面平整度参数的输出变化之间的数学关联关系而预先获得的。

10.根据权利要求8所述的石膏板制备系统的张力协同控制方法，其特征在于，当判断所述表面平整度参数超出所述第一预设阈值、且所述相对位置偏移量超出所述第二预设阈值时，同时执行步骤c)中的协同张力调节与步骤f)中的位置调整。