CN100372625C - 卷弹簧用的卷簧机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种卷簧机(1)，它包括：一检测装置(25a)，后者具有一测量传感器(27)，后者设置在相对于行将成形的线材(13)的传送方向的前面。所述的成型机(11)的启动由测量传感器(27)检测到并相对于一预设启动函数(K₁)测得的变量所改变，以使成形的线材具有所要求的弹簧特性。

Description

卷弹簧用的卷簧机及其控制方法

技术领域

本发明的主题是一种卷弹簧用的卷簧机及其控制方法。

背景技术

卷簧机可用于盘簧的制造，譬如褥垫弹簧、带软垫的家具弹簧、机械张力和压缩弹簧以及支架弹簧，由于这些弹簧均包含至少一个盘体，弹簧线材通常经由一传送装置的线架移动到一成形装置。所述的成形装置可包括一个或多个绕制设备，该设备使弹簧线材偏移并以此方式使弹簧成形。  根据卷簧机的功能方式，绕制设备可与卷簧机固定连接，或在弹簧制造期间可移动地保持在卷簧机上。在后面一种情况下，绕制设备例如可由一可旋转的凸轮盘或一伺服马达和/或一压电移动器加以移动。

由于线材的不均匀性以及其化学和/或物理特性的不一致，所制成弹簧的特性与所要求的额定特性存在或多或少的差异。因而，物料特性譬如线材直径、翘曲或扭曲、交织合成、内应力或微裂区都可对簧线线材的抗拉强度、弹性系数或其它影响成形的特性造成影响。簧线线材的不均匀性还会造成线材上不同位置处的导电性、阻抗或磁导率的电性能不同。物料的不均匀特性会导致制成的弹簧特性不能保持恒定，特别是形状参数譬如绕制直径、节距和/或机械性能譬如弹簧常数会有相当大的变化范围。从而往往使制造具有几何学精度且良好公差极限特性的弹簧变得十分困难。

德国专利DE-Al-19534189中记载有一适应性卷簧装置，其中设有提高弹簧特性的一致性的设备。在所述成形装置的下游设有监控所述线材并产生弯曲线材的物理特性所特有的输出信号的装置。输出信号被输送到控制器并通过该控制器确定成形设备的精确位置或定位，尤其是，可以保持弹簧的外径或内径的位置。

这种卷簧装置的缺点在于：不同的线材特性对制成的弹簧的物理特性所构成的影响只有在弹簧成形过程之中或之后才能测得。只有所测得内径或外径与额定值有差别的情况下，所述的控制装置才能修正所述绕制装置的位置。生产者必须反复评估正在制造的弹簧特性与所要求的弹簧特性之间的差别。在必须保持精密公差的情况下，需要将这些有差别的弹簧挑选出来。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种卷簧机及一种制造弹簧的方法，以使所要求的测定变量与预定额定变量之间的差别减至最少。

本发明的目是根据具有一检测装置的卷簧机及一种制造弹簧的方法所实现的。

一种用于制造弹簧的卷簧机，它包括：一线材传送装置；  及一线材成形装置，后者由一机器控制装置控制并具有至少一电子控制的成型机；在所述卷簧机中，一检测装置的至少一测量传感器被安排在相对于行将成形的传送方向的前面的所述成型机，其中，所述的线材成形装置可受到一由测量传感器检测到的测定变量的影响，其特征在于，所述的检测装置包括可对阻抗和/或可受感应电流或涡流影响的测定变量进行检测的装置。

一种可用于卷簧机的执行的方法，其中，所述一个或多个成型机的控制取决于一个或多个预定或预设的启动函数以及所述检测装置的测定阻抗和/或可受感应电流或涡流影响的测定变量。

根据本发明，卷簧机包括：一检测装置，该检测装置在线材传送方向的成型机的前面设有至少一测量传感器。所述的一个或多个测量传感器对行将成形的线材的测定量进行检测，所述测定量由线材的物理和/或化学特性限定或共同确定。根据本发明，机器控制器对所述成形装置的控制不仅取决于预定的指令或命令，而且还取决于设在线材成形装置前面的测量传感器所检测到的测定量。关于怎样将检测到的读数处理使成为成形装置的控制变量的处理指令，通过一预定方式或一可预定的固定方式但也可以由控制装置本身将成形装置的测定读数转变为控制变量。在本发明的一较佳实施例中，所述控制装置能进一步检测与所制成的弹簧的特性相关的输入或测定变量。特别是，所述控制装置可检测在一用户界面的人工输入，例如对成形机的控制方向及控制方位的输入进行修正，以使弹簧具有所要求的额定特性。这与一使模型成形的开环控制回路相对应或与处理设置相适应。所述的控制装置还可选择性地或额外地对检测传感器的测定变量进行测试，所述测定变量代表所制成的弹簧的特性或与存储在控制器的存储介质中的所要求的额定特性之间的偏差。

根据本发明，控制装置被设计成预置测量传感器的测定变量，以及与制成弹簧的特性有关的输入和测定变量被设置成彼此相关联，并且人们可在测定变量和/或由测定变量得出的函数之间形成相关性。通过该方法，控制装置可确定预置测量传感器的测定变量与制成弹簧的特性之间的规律性。特别是，考虑到测量传感器的测定变量，控制器可启动或影响成形装置，使制成的弹簧具有所要求的和预定的额定特性，从而对线材特性的波动作出补偿。

附图说明

根据本发明以及根据本发明的制造弹簧的方法，下面通过几个实例结合附图对卷簧机的一较佳实施例作详细的描述：

图1为一卷簧机部件的原理示意图；

图2表示一涡流检测装置的读数；

图3为一成型机的一驱动函数。

较佳实施例的详细描述

图1以原理示意图的方式显示本发明卷簧机1的主要部分。该卷簧机1包括：一电子机器控制装置，即控制装置3；一由两个线材牵引滚轮5a，5b组成的线材传送装置5；以及一线材成形装置7，它具有由两支承滚轮9a，9b或一供应棒(未显示)组成的一供应部分9及具有至少一成型机(器)11。该控制装置3可包括一个组成部分或多个组成部分。具体说是控制装置3可包括一常规机器控制装置及与所述控制装置相连接的一个人电脑或工业电脑。在图1所示的本发明的具体实施例中，其中的一成型机11具有：一弯曲器11a，它使弹簧线材即线材13在径向方向偏转或为使一螺旋状或褥垫的弹簧的绕组形成；以及一偏转器11b，它使线材13在轴向方向偏转或为形成弹簧15的节距。箭号P所示为线材13的传动装置。弯曲器11a和偏转器11b的位置和(或)定向的设置和控制可通过包括致动器例如通过控制马达、步进马达、设有或没有齿轮传动装置的伺服马达，或通过线性马达例如包括压电转换器或可以电动或气动方式驱动的轴进行。根据卷簧机的设计，控制装置3对为使线材13弯曲成弹簧15的装置11，11a，11b的调校、控制及调整可在弹簧制造期间或在弹簧制造期间之前和(或)之后进行。更新成型机的位置或定向所需的处理循环或启动循环是很短的，大约在几毫秒到大约100毫秒的范围之内。控制装置3包括可检测输入的或测定的变量的装置，因此设有为启动成型机11输入标称值或设置函数所需的例如：一用户界面17，它带有一监控显示器19和一键盘21：和(或)一装置界面23，用于与检测装置25和(或)编程或数据读取装置连接，它们对输入额定值或设定成形器11的驱动是须要的。为检测线材特性的第一检测装置25a，它与控制装置3连接并包括一测量传感器，该测量传感器设置在线材成形装置7的上游以便在线材13形成弹簧15之前可对线材特性3进行检测。测量传感器27基本上设计成可利用任何检测方法对线材13的大多数类型物料参数或特性进行检测。可利用多个测量传感器27对这些被检变量进行检测。因此例如：一光学CCD传感器可检测线材13的维度和(或)表面结构；一温度传感器可检测它的温度：以及一线圈可检测涡流或阻抗。第一检测装置25a包括一涡流检测装置，例如由德国IBG Prgfcomputer GmbH公司提供、商标上标明为eddyliher

的P或Px型涡流检测装置。这种装置一般用于物料的检查和质量的保证。根据本发明的应用，所述装置包括一评估单元29及一与其连接成为测量传感器27的线圈。另外，某些涡流类型检测装置作为～参考传感器31，另一具有一参考线材13a的线圈可与所述评估单元29连接。在这种安排下，可减少或避免检测装置25a的偏移的发生，由此可优化被检线材13的检测范围和精度。评估单元29以含有几个大约在5Hz到300kHz之间的不同频率的序列对测量传感器27进行控制。所述的启动是以正弦信号实现的。所述的启动信号也可以是由多个正弦信号的叠加构成。可连续地或以一组脉冲的形式实现所述的启动。评估单元29从信号的阻尼特性和(或)从可被这些信号影响的其它测定变量之中确定在一些检测频率或所有检测频率下阻抗Z的有功组分R_i，和无功组分I_i；，其中下角i的值可以是在1和例如8之间的整数。为替代检测阻抗Z或除检测阻抗Z以外，可对其他受励磁信号的阻尼特性或受由励磁信号产生的感应或涡流影响的测定变量进行检测。

检得的读数转送到控制装置3或由控制装置3调用。

图2所示为由检测装置25a在检测频率f₁＝25Hz，f₂＝80Hz，f₃a＝250Hz，f₄＝630Hz，f₅s＝1.6kHz，f₇＝10kHz，f₈＝25kHz时对4根以WA，WB，WC，WD标示的不同的线材13进行评估或检测得出的读数，其中每一标示的线材按序地在每一检测频率f_i组别中首先显示有功组分Ri，随后显示无功组分I_i。在座标上的标度为相对一参考阻抗值的换算读数。人们可清楚地看出，在某些检测频率f_i下被评定的的阻抗以及以WA，WB，WC，WD标示的线材13的阻抗带有典型数值的有功和无功组分。这些数值对应于可由不同的特性确定的相应线材13特征例如：化学成分、结构组成、机械内应力、表面处理、导电率、导磁率、温度、外径、横截面表面的形状等。

这些特性，在不改变成型机11设置的情况下，把线材13屈曲成弹簧15可导致弹簧15的实际特性偏离要求的额定特性。因此，例如一螺旋形弹簧的内径或外径可能是太小或太大和(或)弹簧15的节距与要求的弹簧节距有偏差。还有可能是虽然弹簧15与设定的大小和形状相符，但仍具有一与额定值不同的弹簧常数。

这些偏差可通过人工鉴定，例如通过观察控制和(或)测量。人们可随后通过用户界面17对控制装置3作出指令，要求成型机11适合于随后制造再具有要求特性的弹簧15的指示。然后可根据经验评估数据进行设置或修正。

图3所示为一可行的启动函数，它适合成型机11a用于制造一褥垫弹簧。水平方向x对应于弹簧制造期间线材13的前移长度。在垂直的方向Y所示为弯曲器11a的偏转或位置或定向。两坐标方向的换算是每一坐标方向相对其最大坐标值经标准化后以使每一座标的数值范围在0与1之间。K₁标记的控制曲线对应于一适合弯曲器11a用于一真正的参考线材的理想的启动函数。控制装置3可将每一要制造弹簧类型的这样的控制曲线储存在一存储器(未显示)内。可通过例如多项函数的参数或傅立叶系数或另外以一查找表等储存控制曲线，其中可储存例如平均地分布在线材全长的一百个支承位置上的对应偏转数值。

如果以启动函数K₁制造的弹簧15其特性偏离要求的特性，因而例如由于线材特性的改变造成弹簧15的外径太大或太小，或弹簧节距在容限范围以外，例如超出一预定的额定值的2％或5％，控制装置3可利用一适应的启动函数K₂(图3中用一虚线表示)使制造的弹簧15再具有要求的特性。可通过将例如储存在表内的启动值与一校正系数相乘和(或)与一校正系数相加或相减以实现使这样的控制函数的适应。这样的校正适合于在所有的支承位置上实现，但也可以在个别的支承位置或支承位置组上以不同的校正数值实现。当然，  可以一适应地改变启动数值的方式以保留非几何形状的弹簧特性例如弹簧常数或提供渐进弹簧一适当的函数以保留不同的线材特性，其中弹簧15的形状，例如它们的弹簧节距，可以不相同。可选择地或另外地利用设有适当检测传感器33的第二检测装置25b对弹簧的特性偏差进行自动检测。因此，可利用一基于照相机的图片处理系统(未显示)对例如一端环的外直径和(或)绕组的最狭窄的内直径和(或)弹簧节距进行检测。与启动函数K₁的手工适应相似，控制装置3、启动函数K1或启动数值可通过第二检测装置25b的测定变量自动地适应各自的支承位置或当这些被测定变量处于控制装置3设置的容限范围以外时，马上进行校正。可利用预设在控制装置3的处理指令实现控制函数K₁的适应。控制装置3还包括一监视装置(未显示)或一种算法以确定a)由检测传感器33检测到的弹簧特性和(或)这些偏离额定特性的弹簧特性偏差的启动函数和(或)这些启动函数的修正和b)由所述检测传感器检测到的弹簧特性之间的相关性。

所述的算法可考虑到在成型机前面的测量传感器27检测到的线材特性与随后制成的弹簧15之间的检测时延和所起的影响。

下面以例子说明一种评估这样的相关性的可能性：

在开始设置卷簧机1的操作后，可通过控制装置3自动地或者通过一操作者启动一训练模式。控制装置将第一检测装置25a为每一要制造的弹簧所确定的数值存储成数据集，假定要制造的弹簧的特性处于预定允许的容差范围之内。

为例如二百组数据集的每一组数据集提供一标记，以使每一组数据集明确地为相应弹簧类型分配到启动函数K₁。  这启动函数K₁同样地以一查找形式放置在控制装置3的存储器内，其中记载有平均地分布在为制造弹簧15的线材的长度上的例如一百个支承位置。储存在支承位置的数值对应于弯曲器11a在这些支承位置的位置上的启动数值。  控制装置3可从早先储存的可读数据集的平均值或中位数计算出第一参考数据集，并将所述第一参考数据集储存。此外控制装置3可直接地将已被过滤及没有随机干扰的读数储存。  第一参考数据集相应地代表第一检测装置25a的一组不需启动函数K₁校正的数值。

同样地，控制装置3可自动地或通过人工指令建立另外的参考数据集，例如假如以下各项中有一项判据成立时：

-最初的启动函数K₁变了一新的或校正过的启动函数K₂以便要制造的弹簧15具有要求的额定特性

-第一检测装置25a的一个或多个被测定变量与包含在早先储存的参考数据集的数值之间有很大差别

-控制装置3从第二检测装置25b检测到的测定变量的改变确定弹簧特性与同样地储存在控制装置的一存储介质之中的标称值之间有很大差别。

第二和每一另外的参考数据集代表第一检测装置25a的一组数值需要在启动函数K₁或另一启动函数K₂、K₃等作出修正才能制造出具有要求特性的弹簧15。在第一或更多的参考数据集形成后，它们例如可包括例如线材13在一个或多个频率下的有功阻抗和无功阻抗部分，控制装置3从训练模式转为不需进一步评估参考数据集的操作模式。控制装置3现开始一比较算法，它把测量传感器27检测到并储存为参考数据集的线材特性与在最初的启动函数K₁通过例如多回归或多元连接执行的修正建立一关系，并找出这些变量之间的相关性。同时，除测量传感器27的测定变量或参考数据集的数据外，还考虑到测定变量的线性和非线性函数或储存在参考数据集的数据。然后得到为制造弹簧所需的启动函数的相关性，或从原本的启动函数K₁及测量传感器27检测到的测定变量或参考数据集的数据推算它们与原本的启动函数K₁之间的差别。  在确定相关函数时，控制装置3可限制被测定变量的数量或储存在数据集的相应数据，以便只考虑到那些对相关函数有重大影响的参数。

如果存在这样的相关性，控制装置2在改变成型机11的启动函数时除考虑到已储存的原本启动函数K₁外，人们还会考虑到测量传感器27检测到的读数及为启动成型机11的分配到的修正数值或相关函数。

编号一览表

1      卷簧机

3      机械控制器

5      输线装置

5a，b  线材牵引滚轮

7      线材成形装置

9      供应组件

9a，b  支承滚轮

11     成型器

11a    弯曲器

13     线材

15     弹簧

17     用户界面

19     监控显示器

21     键盘

23     设备界面

25     检测装置

25a    第一检测装置

25b    第二检测装置

27     测量传感器

29     评估单元

31     参考传感器

33     检测传感器

Claims (9)

1.一种用于制造弹簧(15)的卷簧机(1)，它包括：一线材传送装置(5)；及一线材成形装置(7)，后者由一机器控制装置(3)控制并具有至少一电子控制的成型机(11)；在所述卷簧机(1)中，一检测装置(25a)的至少一测量传感器(27)被安排在相对于行将成形的传送方向的前面的所述成型机(11)，其中，所述的线材成形装置(7)可受到一由测量传感器(27)检测到的测定变量的影响，其特征在于，所述的检测装置(25a)包括可对阻抗和/或可受感应电流或涡流影响的测定变量进行检测的装置。

2.根据权利要求1所述的卷簧机(1)，其特征在于，所述的测量传感器(27)设计成可以利用无接触的方式对一个或多个测定变量进行检测。

3.根据权利要求1所述的卷簧机(1)，其特征在于，所述的测量传感器(27)包括一检测线圈。

4.根据权利要求1所述的卷簧机(1)，其特征在于，所述的检测装置(25a)包括一参考传感器(31)。

5.根据权利要求1所述的卷簧机(1)，其特征在于，所述的机器控制装置(3)包括：输入装置(21)和/或检测传感器(33)，用于输入和/或检测弹簧特性或与预定或预设的标称值有偏移的弹簧特性偏差和/或用于输入标称值。

6.一种可用于对根据权利要求1至5任一权项所述的卷簧机(1)的执行的方法，其特征在于，所述一个或多个成型机(11，11a，11b)的控制取决于一个或多个预定或预设的启动函数(K₁)以及所述检测装置(25a)的测定阻抗和/或可受感应电流或涡流影响的测定变量。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的机器控制装置(3)把检测装置(25a)的测定变量储存并对所述变量作进一步处理。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的机器控制装置(3)以自动方式或人工指令方式将检测装置(25a)的测定变量处理成参考数据集，所述的参考数据集也对成型机(11，11a，11b)在制造弹簧(15)的控制上构成影响。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的机器控制装置(3)确定所述的参考数据集与所述成型机(11，11a，11b)的启动函数之间的相关性。

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