CN103328124B - 辊子型材料给送装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开用于将诸如带状板材料的工件间歇性地给送至冲床或类似的机器的辊子型材料给送装置。所述装置包括框架、第一受驱给送辊子、第二给送辊子、布置用于与第一受驱给送辊子驱动接合地旋转的第一驱动电机、布置用于与第一驱动电机驱动接合地旋转的第一旋转位置传感器、以及第二驱动电机。

Description

辊子型材料给送装置及方法

相关申请交叉参考

本申请要求2010年8月23日提交的美国临时申请序列号61/376,025的较早提交日期的35U.S.C.§119（e）下的优先权，所述美国临时申请序列号61/376,025的内容纳入本文加以参考。

技术领域

本发明通常涉及材料给送装置，并且特别地涉及用于将诸如带状板材料的工件间歇地给送至冲床或类似的机器的辊子型材料给送装置。

背景技术

现有的辊子型材料给送装置利用一对辊子，以用于在辊子之间夹持工件并间歇地给送工件。许多这样的辊子给送装置利用高性能伺服电机以用于旋转辊子。这样的装置的示例呈现为1998年授予Gentile等人的US5,808,465，所述US5,808,465的公开内容纳入本文加以参考。US5,808,465的装置利用高性能伺服电机，所述伺服电机用于旋转间歇地给送带状板材料工件的一对辊子。

当必须增加辊子的长度以适应更宽的带状工件时产生现有辊子型材料给送装置的第一局限性。当辊子宽度增加时，辊子惯性增加，因此导致性能水平降低或者替代地导致需要更大功率的电机。为了满足更大功率电机的需求，有两个选择是可行的。增加电机直径，或者增加电机长度。假如电机直径被增加，则由此产生的电机将的确能够产生更大的扭矩，然而电机的惯性被增加，并且由此产生的整个系统的性能提升很小。假如电机长度被增加，则由于在将电机线圈以高的长度-直径比缠绕于电机上时的约束，对长度的增加产生实际的限制。

当增加辊子的长度以适应更宽的带状工件时导致现有辊子型材料给送装置的第二局限性。当辊子宽度增加时，辊子的扭转刚度降低。当装置的扭转刚度降低时，由于在驱动辊子的高性能伺服电机和保持于辊子之间的工件之间的辊子的卷紧或扭转，给送装置的准确性降低。此外，间歇性给送工件的速率下降。间歇性给送能够发生的速率受限于高性能伺服电机能够可控地启动和停止辊子移动并随后工件移动的能力。高性能伺服电机的控制能力与受控的系统（在这个例子中为给送装置的辊子）的刚度直接相关。

因此，本发明提供能够高速间歇性给送宽带状工件的电伺服电机受驱辊子型给送装置，所述辊子型给送装置利用具有改进的长度-直径比的低惯性电机以用于改进生产能力。

本发明提供能够高速间歇性给送宽带状工件且具有改进的扭转刚度和改进的准确性和可控性的电伺服电机受驱辊子型给送装置。

发明内容

在一个大体的方面中，这个申请公开用于间歇性给送工件的装置。特别地，该装置包括框架、第一受驱给送辊子、第二给送辊子、布置用于与第一受驱给送辊子驱动接合地旋转的第一驱动电机、布置用于与第一驱动电机驱动接合地旋转的第一旋转位置传感器、以及第二驱动电机。

附图说明

为使本发明被清晰地理解并且被容易地实践，本发明将结合以下数字进行描述，其中类似的附图标记代表相同的或类似的元件，所述附图被纳入说明书并且组成说明书的一部分，其中：

图1为根据本发明的实施例的辊子型材料给送装置的正立体图；

图2为根据本发明的实施例的辊子型材料给送装置的侧视图；

图3为根据本发明的实施例的辊子型材料给送装置的大体上沿图2的线A-A的剖视图；并且

图4为根据本发明的实施例的辊子型材料给送装置的大体上沿图2的线B-B的剖视图；

图5为根据本发明的实施例的辊子型材料给送装置的部分分解图；

图6为根据本发明的实施例的辊子型材料给送装置的实施例的示意图；以及

图7为根据本发明的实施例的辊子型材料给送装置的另一个实施例的示意图。

具体实施方式

应当理解的是，已经简化本发明的附图和描述以说明与清楚理解本发明相关的元件，与此同时为了清楚而去除已知的其他元件。本领域的技术人员将认识到为了实现本发明其他元件是必需的和/或需要的。然而，因为这些元件在本领域中已知，并且因为这些元件不便于更好地理解本发明，所以本文中不提供这些元件的讨论。将参考附图在下文中提供详细的描述。

为了下文的描述，术语“上部的”、“下部的”、“竖直的”、“水平的”、“轴向的”、“顶部的”、“底部的”、及其派生词如其在附图中所指向的涉及本发明。然而，应当被理解的是，除了相反地明确说明的之外，本发明可以采取各种替代的配置。也应当被理解的是，在附图中说明的以及在以下说明书中描述的特定元件仅为本发明的示范性实施例。因此，与本文公开的实施例相关的具体的尺寸、方位、以及其他物理特性不被理解为限制性的。

将参考附图在下文中描述根据本发明的实施例。图1-7示出根据本发明的实施例的给送装置的结构。描述的辊子型给送装置的实施例将诸如金属带或板等的工件给送至压床、冲床等。应当被理解的是，辊子型给送装置可以与其他材料一同使用或者与需要间歇性给送工件的其他类型的机器组合使用。

在图1中概括描绘的给送装置1设置有框架2。

第一受驱给送辊子3通过轴承101和102可旋转地支承于框架2中。

第一驱动电机500被操作地连接至受驱给送辊子轴3的第一端部。第二驱动电机600被操作地联接至受驱给送辊子轴3的与第一驱动电机500相对的端部。第一和第二驱动电机500和600优选地为永磁无刷伺服电机。

第二给送辊子4被布置为大体上平行于第一受驱给送辊子3，并且通过轴承103、104可旋转地支承于可移动辊子支撑件5中。可移动辊子支撑件5通过轴承105和106可旋转地支承于枢转轴6上（图4）。枢转轴6被固定地安装至框架2。

在说明的实施例中，第二给送辊子4也为通过概括描述的第一和第二传动设备200和300的受驱辊子。

工件400被说明为在第一受驱给送辊子3和第二给送辊子4之间。

作用力产生致动器8和9安装于框架2和可移动辊子支撑件5之间。在这个实施例中，作用力产生致动器8和9被描述为柔性囊型气动致动器。作用力产生致动器8和9与可移动辊子支撑件5配合以产生第二给送辊子4和第一受驱给送辊子3之间的夹持力以用于将工件400夹持于其之间。虽然作用力产生致动器8和9被描述为柔性囊型气动致动器，但是应当被理解的是任何能够产生力的致动器应当被认为在本发明的领域内。这些致动器包括但不限于气动或液压气缸、电机以及螺钉型致动器（screwtypeactuators）、线型电机等。

第一驱动电机500（图3）包括外壳501、静止的绕组设备502、具有中空端部504的电机转子轴503、永磁体513、端部板509、以及旋转位置反馈设备505。

第一驱动电机外壳501刚性地附接至框架2。

静止的绕组设备502和端部板509被固定地附接至电机外壳501。永磁体513被固定地附接至电机转子轴503，所述电机转子轴503分别通过轴承506和507可旋转地支承于外壳501和端部板509中。

第一驱动电机转子轴503的中空端部504布置成用于通过无键摩擦联接构件508与第一受驱给送辊子轴3驱动接合。

旋转位置反馈设备505优选地为传感器。在本实施例中，旋转位置反馈设备505为同步解析器并且包括反馈设备转子515和反馈设备定子525。反馈设备转子515被固定地附接至电机转子轴503以用于与其一同旋转。反馈设备定子525被固定地附接至端部板509。

描述的部件的配合布置通过旋转反馈设备505为感应提供电机转子轴503与静止的绕组设备502的相对旋转位置以及受驱给送辊子轴3与框架2的相对旋转位置。

第二驱动电机600包括外壳601、静止的绕组设备602、具有中空端部604的电机转子轴603、永磁体613、端部板609、以及旋转位置反馈设备605。

第二驱动电机外壳601刚性地附接至框架2。

静止的绕组设备602和端部板609被固定地附接至电机外壳601。永磁体613被固定地附接至电机转子轴603，所述电机转子轴603分别通过轴承606和607可旋转地支承于外壳601和端部板609中。

第二驱动电机转子轴603的中空端部604布置成用于通过无键摩擦联接构件608与第一受驱给送辊子轴3驱动接合。

旋转位置反馈设备605优选地为传感器。在本实施例中，旋转位置反馈设备605为同步解析器并且包括反馈设备转子615和反馈设备定子625。反馈设备转子615被固定地附接至电机转子轴603以用于与其一同旋转。反馈设备定子625被固定地附接至端部板609。

描述的部件的配合布置通过旋转反馈设备605为感应提供电机转子轴603与静止的绕组设备602的相对旋转位置以及受驱给送辊子轴3与框架2的相对旋转位置。

虽然这个实施例将驱动电机转子轴503和603描述为分别具有中空端部504和604以及作为便于快速移除驱动电机500和600的摩擦无键联接件的联接构件508和608，但是应当被理解的是，处于驱动接合的驱动电机转子轴503和603的轴端部与受驱给送辊子轴3的任何组合应当被认为在本发明的范围内。这些配置可以包括但不限于：键和固定螺丝布置、刚性型轴联接件（rigidtypeshaftcouplings）、风箱型柔性联接件（bellowstypeflexiblecouplings）、柔性束型联接件（flexiblebeamtypecouplings）、分轴和轴环布置（splitshaftandshaftcollararrangements）、无键毂联接件（keylesshubcouplings）等。

图5详细地说明概括描述的传动设备200。前述传动设备300为对称设计的。因此，图5还能够被认为是说明传动设备300的。

传动设备200包括驱动齿轮201，所述驱动齿轮201刚性地附接至受驱给送辊子轴3以用于与其一同旋转。传动设备200还包括与驱动齿轮201驱动接合的受驱齿轮202并且所述受驱齿轮202被轴承203可旋转地支承。轴承203被支承销204支承，所述支承销204被固定地安装至框架2。受驱齿轮202包括驱动键205。虽然驱动键205被示出为受驱齿轮202的整体部件，但是应当强调的是驱动键205能够为被固定地附接至受驱齿轮202的分离部件。

传动设备200进一步包括被固定地附接至第二给送辊子4的受驱键206。传动设备200进一步包括中央联接件207。中央联接件207包括驱动键槽208和受驱键槽209。驱动键槽208和受驱键槽209分别与驱动键205和受驱键206滑动接触和驱动接合。驱动键205和驱动键槽208布置为垂直于受驱键206和受驱键槽209。将驱动元件205和208布置为垂直于受驱元件206和209的这种布置容许第二给送辊子4在径向上移动，与此同时维持齿轮201和202的驱动接合而不造成其之间的空隙和间隙。需要第二给送辊子4在径向上移动以适应不同的工件400的厚度或者用于打开和关闭第二给送辊子4以便于将工件400装载至机器。

虽然描述的本发明的实施例描述为：附接至受驱齿轮202的驱动键205与中央联接件键槽208滑动接触并且驱动接合、并且附接至第二给送辊子4的受驱键206与中央联接件键槽209滑动接触并且驱动接合，但是应当强调的是键和键槽能够被容易地互换。键、键槽、和中央联接件布置的所有组合（其中驱动元件布置为垂直于受驱元件）应当被认为在本发明的范围内。

传动设备200和300布置成用于驱动与第一受驱给送辊子3配合的第二给送辊子4，以使得第一和第二传动设备200和300的传动比等于第一受驱给送辊子3和第二给送辊子4的直径比。

图6说明连接至控制设备700的给送装置1。控制系统700包括运动控制器710、人机交互界面720、伺服驱动器730、以及伺服驱动器740。

运动控制器710包括用于分别从旋转位置反馈设备505和605接收信号的输入部711和712。运动控制器710还包括用于分别向伺服驱动器730和740产生命令信号的输出部715和716。运动控制器710进一步包括用于从人机交互界面720接收数据的通信输入部719。

人机交互界面720包括用于将信息传达至人类操作者的显示设备721、用于将数据输出至运动控制器710的通信输出部722、以及用于从人类操作者接收输入的输入系统723。人类操作者输入参数可以包括但不限于：所需的转位距离（indexdistance）、给送设备给送长度、辊子夹持力、所需的与压机的定时关系（诸如间歇性给送动作开始时间以及间歇性给送动作结束时间）等。在本发明的上下文中给送动作开始和结束时间通常依据冲床曲轴角度进行描述。为了简明易懂，冲床和冲床曲轴未被说明，原因在于这些在本领域中是普遍和已知的。

在描述的实施例中，输入系统723为触屏交互界面。应当被理解的是任何能够从人类操作者接收输入的输入系统应当被认为在本发明的范围内。这些输入系统包括但不限于：计算机键盘、诸如计算机鼠标或触控板的计算机指向设备、数字拇指轮等。

伺服驱动器730和740分别包括用于从运动控制器710接收命令信号的输入部731和741。伺服驱动器730和740进一步分别包括用于向伺服电机500和600供给能量的输出部732和742。输出部732和742优选地为彼此位移120度的三相输出。这样的三相电机输出在本领域中已知用于向永磁无刷伺服电机供给能量。

运动控制器710处理来自通信输入部719的人类操作者输入数据以及来自输入部711和712的旋转位置数据以生成命令输出715和716。由运动控制器710执行的处理算法可以包括但不限于：闭环速度控制、闭环位置控制、单个电机换向算法（individualmotorcommutationalgorithms）、向前给送控制算法（feedforwardcontrolalgorithms）、运动轮廓生成（motionprofilegeneration）、弱磁算法（fieldweakeningalgorithms）等。

图7说明具有连接至替代的控制设备800的给送装置1。控制系统800包括运动控制器810、人机交互界面820、伺服驱动器830、以及伺服驱动器840。

运动控制器810包括用于分别从伺服驱动器830和840接收通信信号的输入部811和812。运动控制器810还包括用于分别向伺服驱动器830和840产生命令信号的输出部815和816。运动控制器810进一步包括用于从人机交互界面820接收数据的通信输入部819。

人机交互界面820包括用于将信息传达至人类操作者的显示设备821、用于将数据输出至运动控制器810的通信输出部822、以及用于从人类操作者接收输入的输入系统823。人类操作者输入参数可以包括但不限于：给送设备给送长度、辊子夹持力、间歇性给送动作开始时间、间歇性给送动作结束时间等。在本发明的上下文中给送动作开始和结束时间通常依据冲床曲轴角度进行描述。为了简明易懂，冲床和冲床曲轴未被说明，原因在于这些在本领域中是普遍和已知的。

在描述的实施例中，输入系统823为触屏交互界面。应当被理解的是任何能够从人类操作者接收输入的输入系统应当被认为在本发明的范围内。这些输入系统包括但不限于：计算机键盘、诸如计算机鼠标或触控板的计算机指向设备、数字拇指轮等。

伺服驱动器830和840分别包括用于从运动控制器810接收命令信号的输入部831和841。伺服驱动器830和840还分别包括用于向伺服电机500和600供给能量的输出部832和842。输出部832和842优选地为彼此位移120度的三相输出。这样的三相电机输出在本领域中已知用于向永磁无刷伺服电机供给能量。

伺服驱动器830和840进一步分别包括用于从旋转位置反馈设备505和605接收信号的输入部833和843。伺服驱动器830和840进一步分别包括用于将数据传达至运动控制器810的通信输出部835和845。伺服驱动器830和840分别处理来自输入部833和843的旋转位置反馈数据以及输入部831和841的命令信号以分别生成能量供给输出832和842。伺服驱动器830和840的处理算法可以包括但不限于：闭环电流控制、闭环速度控制、闭环位置控制、电机换向算法、弱磁算法等。

在这个实施例中，伺服驱动器830和840分别通过通信输出部835和845将未处理的数据、部分处理的数据、或完整处理的数据传达至运动控制器810。通信数据可以包括但不限于：旋转位置数据、电机绕组电流、电机速度等。

运动控制器810处理来自通信输入部819的人类操作者输入数据以及来自输入部811和812的通信数据以生成命令输出部815和816。由运动控制器810执行的处理算法可以包括但不限于：闭环速度控制、闭环位置控制、单个电机换向算法、向前给送控制算法、运动轮廓生成、区段减弱算法等。

正如以上所述，虽然本发明已经依据在申请中的具体的实施例进行描述，但是本领域的技术人员在本文的指导下能够产生额外的实施例和修改而不脱离本发明的精神或不超出本发明的范围。

因此，应当理解的是本文的附图和描述仅提出用于方便理解本发明并且不应当被认作限制本发明的范围。

Claims (23)

1.用于间歇性地给送工件的装置，所述装置包括：

框架；

由所述框架支承的第一受驱给送辊子；

由所述框架支承并且布置为大体上平行于所述第一受驱给送辊子的第二给送辊子；

布置成与所述第一受驱给送辊子驱动接合地旋转的第一驱动电机；

布置成与所述第一受驱给送辊子驱动接合地旋转的第二驱动电机；

布置成与所述第一驱动电机配合地旋转的第一旋转位置传感器；

第一传动装置，所述第一传动装置布置成驱动与所述第一受驱给送辊子配合的所述第二给送辊子，以使得第一传动装置的传动比等于第一受驱给送辊子和第二给送辊子的直径比；以及

第二传动装置，所述第二传动装置布置成驱动与所述第一受驱给送辊子配合的所述第二给送辊子，以使得第二传动装置的传动比等于第一受驱给送辊子和第二给送辊子的直径比；

其中第一传动装置包括：

附接至第一受驱给送辊子的第一驱动齿轮；

布置为与第一驱动齿轮驱动接合的第一受驱齿轮；

用于将所述第一受驱齿轮联接至所述第二给送辊子的第一居中联接构件；

彼此滑动接合的第一驱动键和第一驱动键槽；以及

彼此滑动接合的第一受驱键和第一受驱键槽；

其中所述第一受驱齿轮包括所述第一驱动键和所述第一驱动键槽中的一个，并且其中所述第一居中联接构件包括所述第一驱动键和所述第一驱动键槽中的另外一个；

其中所述第二给送辊子包括所述第一受驱键和所述第一受驱键槽中的一个，并且其中所述第一居中联接构件包括所述第一受驱键和所述第一受驱键槽中的另外一个；

其中所述第一驱动键和所述第一驱动键槽构造用于将旋转运动从所述第一驱动键和所述第一驱动键槽传递至所述第一受驱键和所述第一受驱键槽；

其中所述第一驱动键和所述第一驱动键槽布置为垂直于所述第一受驱键和所述第一受驱键槽；

其中第二传动装置包括：

附接至第一受驱给送辊子的第二驱动齿轮；

布置为与第二驱动齿轮驱动接合的第二受驱齿轮；

用于将所述第二受驱齿轮联接至所述第二给送辊子的第二居中联接构件；

彼此滑动接合的第二驱动键和第二驱动键槽；以及

彼此滑动接合的第二受驱键和第二受驱键槽；

其中所述第二受驱齿轮包括所述第二驱动键和所述第二驱动键槽中的一个，并且其中所述第二居中联接构件包括所述第二驱动键和所述第二驱动键槽中的另外一个；

其中所述第二给送辊子包括所述第二受驱键和所述第二受驱键槽中的一个，并且其中所述第二居中联接构件包括所述第二受驱键和所述第二受驱键槽中的另外一个；

其中所述第二驱动键和所述第二驱动键槽构造用于将旋转运动从所述第二驱动键和所述第二驱动键槽传递至所述第二受驱键和所述第二受驱键槽；

其中所述第二驱动键和所述第二驱动键槽布置为垂直于所述第二受驱键和所述第二受驱键槽。

2.根据权利要求1所述的装置，其中第一驱动电机和第二驱动电机为永磁无刷伺服电机。

3.根据权利要求1所述的装置，其中第一驱动电机和第二驱动电机布置为与第一受驱给送辊子摩擦驱动接合。

4.根据权利要求1所述的装置，其中第一驱动电机和第二驱动电机布置为与第一受驱给送辊子脱离以用于安装和移除。

5.根据权利要求1所述的装置，进一步包括布置成与所述第二驱动电机配合地旋转的第二旋转位置传感器。

6.根据权利要求5所述的装置，进一步包括：

控制设备，第一伺服驱动器和第二伺服驱动器。

7.根据权利要求6所述的装置，其中控制设备进一步包括：

用于从第一和第二旋转位置传感器接收位置信号的第一和第二位置传感器输入部；

用于向第一伺服驱动器发送第一命令信号的第一命令信号输出部；以及

用于向第二伺服驱动器发送第二命令信号的第二命令信号输出部。

8.根据权利要求7所述的装置，其中第一伺服驱动器包括用于向第一驱动电机供给能量的第一输出部和第一命令信号输入部；并且

其中第二伺服驱动器包括用于向第二驱动电机供给能量的第二输出部和第二命令信号输入部。

9.根据权利要求8所述的装置，其中控制设备能够接收来自人类操作者的输入数据。

10.根据权利要求9所述的装置，其中数据输入能够被改变。

11.根据权利要求9所述的装置，其中输入数据包括所需的转位距离。

12.根据权利要求9所述的装置，其中输入数据包括所需的与冲床的定时关系。

13.根据权利要求8所述的装置，其中第一和第二命令信号包括换向命令。

14.根据权利要求8所述的装置，其中第一和第二命令信号包括电流命令值。

15.根据权利要求8所述的装置，其中用于向第一和第二驱动电机供给能量的第一和第二伺服驱动器的输出部为三相输出部；并且

其中第一和第二伺服驱动器利用控制设备的第一和第二命令信号以用于分别对第一和第二驱动电机进行独立的换向。

16.根据权利要求5所述的装置，进一步包括：

具有位置传感器输入部和输出部的第一伺服驱动器，所述第一伺服驱动器的位置传感器输入部用于从第一旋转位置传感器接收位置信号，所述第一伺服驱动器的输出部用于向第一驱动电机供给能量；以及

具有位置传感器输入部和输出部的第二伺服驱动器，所述第二伺服驱动器的位置传感器输入部用于从第一旋转位置传感器接收位置信号，所述第二伺服驱动器的输出部用于向第二驱动电机供给能量。

17.根据权利要求16所述的装置，其中用于向第一和第二驱动电机供给能量的第一和第二伺服驱动器的输出部为三相输出部；并且

其中第一和第二伺服驱动器利用第一和第二旋转位置传感器的位置信号以用于分别对第一和第二驱动电机进行独立的换向。

18.根据权利要求16所述的装置，其中第一伺服驱动器进一步包括命令信号输入部和通信信号输出部，并且其中第二伺服驱动器进一步包括命令信号输入部和通信信号输出部。

19.根据权利要求18所述的装置，其中进一步包括控制设备，所述控制设备包括：

用于分别从第一和第二伺服驱动器通信信号输出部接收通信信号的第一和第二通信信号输入部，

分别连接至第一和第二伺服驱动器的命令信号输入部的第一和第二命令信号输出部。

20.根据权利要求19所述的装置，其中控制设备能够接收来自人类操作者的输入数据。

21.根据权利要求20所述的装置，其中数据输入能够被改变。

22.根据权利要求20所述的装置，其中输入数据包括所需的转位距离。

23.根据权利要求20所述的装置，其中输入数据包括所需的与压机的定时关系。