CN103914019A - 一种工位旋转精确定位控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种工位旋转精确定位控制装置，本装置包括一端连接有驱动电机的输入轴，输入轴上套设固定有凸轮状的角度分割器，本装置还包括套设固定在输入轴上的定位挡块，定位挡块上设有缺口部，缺口部在垂直于输入轴轴线方向上的投影落在凸轮状角度分割器的停止角在垂直于输入轴轴线方向上的投影内部；光电开关的光信号发射端与光信号接收端分设在定位挡块的缺口部的两侧；光电开关的输出端与控制器的输入端相连，控制器的输出端与变频器的输入端相连，变频器与驱动电机的控制端相连。本装置解决了采用普通电机驱动角度分割器时由于惯性作用产生的前冲或者滞后问题，提高了工件旋转定位的精准度，具有结构简单、使用方便和成本较低的优点。

Description

一种工位旋转精确定位控制装置

技术领域

本发明属于工位旋转定位控制技术领域,具体涉及一种工位旋转精确定位控制装置。

背景技术

在自动化流水生产过程中，工件往往通过工位旋转的方式完成不同加工任务。工位旋转是一种间歇式的输出运动，即通过驱动电机驱动输入轴转动，输入轴上套设固定有角度分割器，所述角度分割器上环绕设置有凸部，所述凸部与分度盘下侧的沿分度盘的圆周方向均匀分布的若干滚柱相配合，以实现输出轴的间歇转动。

现有技术中在实现工位旋转精确定位时通常采用以下两种方法：一是采取步进电机或伺服电机驱动，但在负荷较大的场合，必须选用大功率步进电机或伺服电机及驱动器，造价十分昂贵；二是采取普通电机驱动角度分割器，但角度分割器由静止到运动以及再由运动到静止时，由于其惯性力大，从而在驱动电机转速偏高时很容易造成工位旋转的前冲或滞后，为提高工位旋转定位精度往往采用降低驱动电机转速的办法，即在速度可调节的使用场所，往往限定驱动电机的速度上限，但这种做法又降低了产能。

发明内容

本发明提出一种工位旋转精确定位控制装置，用于解决现有技术中采用普通电机驱动角度分割器时由于惯性作用产生的前冲或者滞后问题，本发明不仅提高了工件旋转定位的精准度，具有结构简单、使用方便和成本较低的优点。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种工位旋转精确定位控制装置，包括设置在箱体上的输入轴，所述输入轴的一端连接有驱动电机，所述输入轴上套设固定有凸轮状的角度分割器，还包括如下组成部分：

定位挡块，其套设固定在输入轴上，所述定位挡块上设有缺口部，所述缺口部在垂直于输入轴轴线方向上的投影落在所述凸轮状角度分割器的停止角在垂直于输入轴轴线方向上的投影内部；

光电开关，所述光电开关的光信号发射端与光信号接收端分设在定位挡块的缺口部的两侧；所述光电开关的输出端与控制器的输入端相连，所述控制器的输出端与变频器的输入端相连，所述变频器与驱动电机的控制端相连；

所述光电开关与定位挡块相配合以使得驱动电机在以下两种状态切换：当光信号发射端发出的光信号穿过所述缺口部而被光信号接收端接收时，驱动电机处于低速运转状态；当光信号发射端发出的光信号被定位挡块的本体阻挡而不能被光信号接收端接收时，驱动电机处于高速运转状态。

所述凸轮状角度分割器的停止角是指输出轴静止时输入轴所旋转的角度；驱动角则是指输入轴驱使输出轴分度所需旋转的角度。凸轮状角度分割器的停止角和驱动角的和为360°。

本发明还可以通过以下步骤进一步实现。

进一步，所述输入轴的远离驱动电机的一端伸出在角度分割器箱体的外侧，所述定位挡块套设固定在输入轴的远离驱动电机的一侧的端部。

所述定位挡块呈圆盘状，所述定位挡块上的缺口部呈扇形，且所述缺口部设置在定位挡块的外缘处。

所述扇形缺口部的圆心角为30°。

所述光电开关为NPN输出型光电开关。

所述控制器为三菱FX1N-60MR-001，变频器为三菱FR-D720S。

本发明的有益效果在于：

1）、本发明在输入轴上设置有带缺口的定位挡块，同时定位挡块缺口的两侧分别设置光电开关的光信号发射端和光信号接收端，并使光电开关的输出端与控制器的输入端相连。当驱动电机驱动输入轴转动时，输入轴同时带动带有缺口的定位挡块转动，当定位挡块的缺口部转动到光信号发射端和光信号接收端之间时，所述光信号接收端接收到光信号发射端发射来的光信号，此时光电开关的输出端向控制器发出信号，控制器接收到此信号后通过变频器控制驱动电机低速旋转；当定位挡块转动至其本体横挡在光信号发射端和光信号接收端之间时，所述光信号发射端所发出的光信号发射被定位挡块阻挡而不能被光信号接收端接收，此时光电开关的输出端向控制器发出另一种信号，控制器接收到此信号后通过变频器控制驱动电机高速旋转。

由于缺口部在垂直于输入轴轴线方向上的投影落在所述凸轮状角度分割器的停止角在垂直于输入轴轴线方向上的投影内部，也即定位挡块的缺口部与凸轮状角度分割器的停止角的位置相对应，因此当凸轮状角度分割器在驱动电机的作用下由高速运转状态转变成低速运转状态时，凸轮状角度分割器也恰好由驱动角转动运行至其停止角处；当凸轮状角度分割器在驱动电机的作用下由低速运转状态转变成高速运转状态时，输入轴带动凸轮状角度分割器也恰好由停止角运行至其驱动角处。

由上述可知，本发明使角度分割器在一个转动周期（360°旋转）内有快速和慢速两种运行速度。当角度分割器运行在驱动角时，驱动电机是高速运转的，此时高速运转速度可任意调节而又不必限定速度上限；在角度分割器运行在停止角时，驱动电机慢速运转，因此本发明不会造成工位旋转的前冲或滞后，可以控制工位旋转并精确定位。

2）、由于输入轴在一个转动周期（360°旋转）内的大多数时间里，是在驱动电机的作用下高速运转的，且高速运转时的旋转速度可任意调节又不必受上限速度限制，因此本发明可以大大提高生产效率，从而增大了产能。

3）、本发明针对不同的生产要求，可以随意设定，可操作空间大，降低成本，节约资源；同时本发明结构简单、操作方便，实用性能高，适于各种生产环境。

4）、本发明中的控制器为三菱FX1N-60MR-001，变频器为三菱FR-D720S。光电开关为NPN输出型光电开关，操作方便，稳定性好，易于维护、检修。

附图说明

图1为本发明的左视图。

图2为图1的主视图。

图3为图1的右视图。

图4为定位挡块的示意图。

图5为图1的控制系统电路图。

图6为本发明的工作流程示意图。

图中标注符号的含义如下：

10—角度分割器  11—输出轴  12—输入轴    13—螺栓

20—定位挡块    21—缺口部  22—非缺口部  23—光电开关

30—控制器      40—变频器  50—驱动电机

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。

参照图1、图2和图3，一种工位旋转精确定位控制装置，包括控制器30、变频器40和角度分割器箱体10，角度分割器箱体10上设有输入轴12和输出轴11，输入轴12的一端连接有驱动电机50，输入轴12上设有凸轮状的角度器分割器，输入轴12的远离驱动电机50的另一端设有用螺栓13固定锁紧的定位挡块20，所述定位挡块20设置在光电开关23的光信号发射端与光信号接收端之间的位置上。

所述控制器为三菱FX1N-60MR-001，变频器为三菱FR-D720S，光电开关为欧姆龙E3S-GS3E4凹槽型光电开关。

如图1、4所示，定位挡块20为圆盘状，且定位挡块20在其外侧圆周处设有圆心角α为30°的扇形缺口，所述扇形缺口将定位挡块20分为如下两部分：缺口部21和非缺口部22。

所述缺口部21沿输入轴12周向的两侧缘与输入轴轴心连接而形成的夹角ɑ小于所述凸轮状角度分割器的停止角。

如图5所示，控制器30的输入端连接光电开关23的输出端，控制器30的输出端连接变频器40的输入端，变频器40的输出端与驱动电机50的控制端相连。

由图5可知各部分之间的连接关系如下：光电开关23的输出端接三菱FX1N-60MR-001即PLC的输入点X24，PLC的输出点Y0，Y1分别接变频器40的输入端子STF（正转启动）和RL（低速），PLC的输出公共端子COMO接变频器40的输入公共端子SD，变频器40输出端子U、V、W接三相异步电机50。当Y0接通时变频器40驱使驱动电机50高速运转，驱动电机50的转速可在变频器40的操作面板上任意设定；当Y0、Y1同时接通时变频器40驱使驱动电机50低速运转，其转速也可在变频器40的操作面板上任意设定，但此时驱动电机50的转速必须比高速运转时的转速小；当Y0、Y1同时断开时变频器40停止驱动所述驱动电机50转动。

下面结合附图对本发明的工作过程做详细说明。

参照图1，通过螺栓13将定位挡块20锁紧固定在输入轴12的远离驱动电机50的一端，并确保定位挡块20上的扇形缺口部21与凸轮状角度分割器的停止角相对应；固定光电开关23的位置，确保定位挡块20转动时，缺口部21将会自光电开关23的光信号发射端与光信号接收端之间通过。

如图6所示，在普通驱动电机50的作用下，定位挡块20逆时针旋转，当光信号被非缺口部22阻挡而不能穿过时，光电开关23由亮变暗，光电开关23产生脉冲下降沿信号给PLC，此时PLC控制变频器40驱使驱动电机50带动输入轴12快速旋转；当定位挡块20逆时针旋转至光信号穿过缺口部21时，光电开关23由暗变亮，光电开关23产生脉冲上升沿给PLC，此时PLC控制变频器40驱使驱动电机50带动输入轴12慢速运行。

图6中光电开关产生的脉冲下降沿和脉冲上升沿信号作为PLC的输入信号，用于控制变频器40。

本实施例将定位挡块的360°圆心角分为330°的非缺口部圆心角和30°的缺口部圆心角两部分，即非缺口部22的圆心角与缺口部21的圆心角占360°圆心角的比例分别为11/12和1/12。则在一个旋转周期T内（即输入轴转动360°），输入轴有11T/12的时间快速运行，另外T/12的时间慢速运行。因为输入轴在T/12的时间内有慢速运行的缓冲，因此输入轴在11T/12的时间内快速运行时不会造成工位旋转的前冲或滞后。

Claims (6)

1.一种工位旋转精确定位控制装置，包括设置在箱体（10）上的输入轴（12），所述输入轴（12）的一端连接有驱动电机（50），所述输入轴（12）上套设固定有凸轮状的角度分割器，其特征在于还包括如下组成部分：

定位挡块（20），其套设固定在输入轴（12）上，所述定位挡块（20）上设有缺口部（21），所述缺口部（21）在垂直于输入轴（12）轴线方向上的投影落在所述凸轮状角度分割器的停止角在垂直于输入轴（12）轴线方向上的投影内部；

光电开关（23），所述光电开关（23）的光信号发射端与光信号接收端分设在定位挡块（20）的缺口部（21）的两侧；所述光电开关（23）的输出端与控制器（30）的输入端相连，所述控制器（30）的输出端与变频器（40）的输入端相连，所述变频器（40）与驱动电机（50）的控制端相连；

所述光电开关（23）与定位挡块（20）相配合以使得驱动电机（50）在以下两种状态切换：当光信号发射端发出的光信号穿过所述缺口部（21）而被光信号接收端接收时，驱动电机（50）处于低速运转状态；当光信号发射端发出的光信号被定位挡块（20）的本体阻挡而不能被光信号接收端接收时，驱动电机（50）处于高速运转状态。

2.根据权利要求1所述的一种工位旋转精确定位控制装置，其特征在于：所述输入轴（12）的远离驱动电机（50）的一端伸出在角度分割器箱体（10）的外侧，所述定位挡块（20）套设固定在输入轴（12）的远离驱动电机（50）的一侧的端部。

3.根据权利要求1所述的一种工位旋转精确定位控制装置，其特征在于：所述定位挡块（20）呈圆盘状，所述定位挡块（20）上的缺口部（21）呈扇形，且所述缺口部（21）设置在定位挡块（20）的外缘处。

4.根据权利要求1所述的一种工位旋转精确定位控制装置，其特征在于：所述光电开关（23）为NPN输出型光电开关。

5.根据权利要求1所述的一种工位旋转精确定位控制装置，其特征在于：所述控制器（30）为三菱FX1N-60MR-001，变频器（40）为三菱FR-D720S。

6.根据权利要求3所述的一种工位旋转精确定位控制装置，其特征在于：所述扇形缺口部（21）的圆心角（ɑ）为30°。