CN105382847A - 一种智能真空吸盘装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能真空吸盘装置，包括真空吸盘和控制单元，控制单元包括控制盒体以及容置固定于控制盒体内的三组六位四通集成阀、真空发生器、控制电路模块和通信模块；相对于通用真空吸盘气动系统具有噪音小、节约能源、适用性强等特点。智能真空吸盘装置既能独立工作，又能与有线通信或无线通信方式组成生产线。智能真空吸盘装置可在现场编程组态，实现控制的网络化、精确性、灵活性。对从新途径发展中国制造业具有重要意义。

Description

一种智能真空吸盘装置

技术领域

本发明涉及工业制造设备技术领域，具体说是一种具有一体化结构的智能真空吸盘装置。

背景技术

真空吸盘是制造业中用来抓取零件的一种重要的气动元件，在生产线中极为常见。通常的这种气动系统由吸盘、真空发生器、电磁换向阀、压力继电器、PLC等组成。PLC发出控制指令，控制电磁换向阀进行气路切换，压缩空气通过真空发生器，真空发生器产生负压。真空发生器和吸盘相连，最终完成吸盘的真空状态，吸住工件。

设计时，根据生产线功能确定吸盘及控制构架，产品性价比高，但柔性差，控制系统体积大。如果联网，需采用高性能、高价格的PLC。并且，工作时，如果要吸住工件，压缩空气要一直通过真空发生器，才能产生持续的真空，这会造成能源浪费。

目前，产品的更新换代速度很快，需要不断调整生产线的工艺及装备来适应生产产品的升级。但是，应用上述通用真空吸盘气动系统的生产线如果调整，只能对整个控制硬件进行重新设计组合，周期长、成本高。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种智能真空吸盘装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种智能真空吸盘装置，包括真空吸盘和控制单元，所述控制单元包括控制盒体以及容置固定于所述控制盒体内的三组六位四通集成阀、真空发生器、控制电路模块和通信模块，所述控制盒体固定在所述真空吸盘上，所述三组六位四通集成阀包括压缩空气进气口、出气口、吸盘接口、吸盘接口以及由3个两位两通电磁换向阀D3、D1和D2通过气管依次串联连接组成的气动回路（如图4连接），所述压缩空气进气口连通在所述两位两通电磁换向阀D3和D1之间的气管上，压缩空气出气口连通在两位两通电磁换向阀D3另一端的气管上，所述吸盘接口连通在所述两位两通电磁换向阀D1和D2之间的气管上，吸盘接口连通在两位两通电磁换向阀D2另一端的气管上，吸盘接口与所述真空吸盘的真空进气接头相连通，吸盘接口与所述真空发生器相连通，所述通信模块和3个两位两通电磁换向阀分别与所述控制电路模块连接。

本发明进一步的设计方案中，上述控制电路模块包括微控制器、输入开关、光电隔离电路、驱动电路和继电器，所述两位两通电磁阀及常闭两位三通电磁阀分别通过所述继电器与所述驱动电路连接，所述输入开关和所述驱动电路通过所述光电隔离电路与所述微控制器连接，所述通信模块与所述微控制器连接，所述控制盒体上设有固定所述输入开关的控制面板。

本发明进一步的设计方案中，上述控制单元还包括与所述真空吸盘的进气管道相连通的压力传感器，所述压力传感器固定于所述控制盒体内，并与所述微控制器连接。

本发明进一步的设计方案中，上述微控制器还具有与PLC或单片机或PC连接的通信总线接口。智能真空吸盘装置能够与PC、PLC或其它微控制器进行有线通信连接，或图2中26（无线通信模块）与PC、PLC或其它微控制器进行无线通信连接。和PC通信时，在PC软件上能够设置真空吸盘的“负压压力”；“负压建立的速度”；“负压消失速度”；设置自动模式下的吸盘的“真空与常压时间值”。

本发明进一步的设计方案中，上述控制盒体包括金属盒体和非金属盒盖，所述金属盒体固定在所述真空吸盘上。

本发明具有以下突出的有益效果：

本发明的智能真空吸盘装置是一体化结构，体积较通用真空吸盘气动系统大大减小。并且，吸住工件时，不需要压缩空气一直通过本智能真空吸盘装置，会有压力传感器检测负压压力，当压力不足时，会由微控制器控制压缩空气进入继续产生负压。当达到所需压力时，再停止压缩空气供给。另外，负压压力可以由真空控制盒中的微控制器实时调控。所以，相对于通用真空吸盘气动系统具有噪音小、节约能源、适用性强等特点。智能真空吸盘装置既能独立工作，又能与其他智能单元通信（有线通信或无线通信方式）组成生产线。智能真空吸盘装置可在现场编程组态，实现控制的网络化、精确性、灵活性。对从新途径发展中国制造业具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的智能真空吸盘装置B-B剖正视图；

图2为本发明的智能真空吸盘装置A-A剖俯视图；

图3为本发明的智能真空吸盘装置左视图；

图4为位四通集成阀气路图；

图5为控制电路模块连接示意图；

图中，1-吸盘支座；2-密封圈；3-真空吸盘；4-吸盘定位与固定螺栓；5-控制盒体的金属盒体；6-压力传感器；7-连接套筒；8-吸盘真空进气接头；9-真空发生器进气口弯头；10-智能真空吸盘装置安装架连接螺栓；11-智能真空吸盘装置安装架；12-智能真空吸盘装置安装架安装孔；13-控制盒体的非金属盒盖；14-连接气管1；15-真空发生器；16-连接气管2；17-消音器；18-压缩空气进气口；19-吸盘支座固定套筒；20-控制电路模块与通信模块连接电缆；21-压力传感器与控制电路模块连接电缆；22-三组六位四通集成阀与控制电路模块连接电缆；23-三组六位四通集成阀；24-三组六位四通集成阀安装螺栓；25-控制电路模块；26-通信模块；27-电路板固定螺柱；28-控制面板；29-控制面板与控制电路模块连接电缆，30-压缩空气出气口；31-三组六位四通集成阀吸盘接口；32-三组六位四通集成阀吸盘接口。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明:

参见图1，本发明中的一种智能真空吸盘装置，包括真空吸盘和控制单元，控制单元包括控制盒体以及容置固定于控制盒体内的三组六位四通集成阀、真空发生器、控制电路模块和通信模块，控制盒体包括金属盒体和非金属盒盖，金属盒体固定在真空吸盘上。三组六位四通集成阀包括压缩空气进气口、出气口、吸盘接口、吸盘接口以及由3个两位两通电磁换向阀D3、D1和D2通过气管如图4依次串联连接组成的气动回路，压缩空气进气口连通在两位两通电磁换向阀D3和D1之间的气管上，压缩空气出气口连通在两位两通电磁换向阀D3另一端的气管上，吸盘接口连通在两位两通电磁换向阀D1和D2之间的气管上，吸盘接口连通在两位两通电磁换向阀D2另一端的气管上，吸盘接口与真空吸盘的真空进气接头相连通，吸盘接口与真空发生器相连通，通信模块和3个两位两通电磁换向阀分别与控制电路模块连接。控制电路模块包括微控制器、输入开关、光电隔离电路、驱动电路和继电器，两位两通电磁阀及常闭两位三通电磁阀分别通过继电器与驱动电路连接，输入开关和驱动电路通过光电隔离电路与微控制器连接，通信模块与微控制器连接，控制盒体上设有固定输入开关的控制面板。控制单元还包括与真空吸盘的进气管道相连通的压力传感器，压力传感器固定于控制盒体内，并与微控制器连接。微控制器还具有与PLC或单片机或PC连接的通信总线接口。

智能真空吸盘装置主体具体结构详述如下：参见图1、图2和图3；

1——吸盘支座：用于真空吸盘的安装及负压空气的进入；吸盘支座具有外螺纹，便于吸盘支座固定套筒安装。

2——密封圈：安装在真空吸盘与吸盘支座之间，用于真空密封。

3——真空吸盘：当有真空时，用于吸取工件。

4——吸盘定位与固定螺栓：连接真空吸盘与真空控制盒体，起到连接与定位的作用。

5——控制盒体的金属盒体：固定在真空吸盘后端，内部有三组六位四通集成阀、压力传感器、真空发生器、电路板等。

6——压力传感器：用于检测负压压力。

7——连接套筒：具有外螺纹，与吸盘支座固定套筒内螺纹配合，安装在吸盘支座固定套筒上。

8——吸盘真空进气接头：安装在连接套筒上，负压空气（真空）从此口进入。

9——真空发生器进气口弯头：一端与真空发生器相连，另一端连接三组六位四通集成阀。用于压缩空气的进入，使真空发生器产生真空。

10——智能真空吸盘装置安装架连接螺栓：连接智能真空吸盘装置安装架与真空控制盒体。

11——智能真空吸盘装置安装架：连接真空控制盒体，用于智能真空吸盘装置的定位与安装。

12——智能真空吸盘装置安装架安装孔：通过连接螺栓，用于智能真空吸盘装置的定位与安装。

13——控制盒体的非金属盒盖：安装在真空控制盒体上，起到密封作用。另外由于是非金属材料，便于无线通信信号通过。

14——连接气管1：一端插入真空发生器进气口弯头，另一端插入三组六位四通集成阀接口。压缩空气通过连接气管1进入真空发生器。

15——真空发生器：产生真空（负压空气）。

16——连接气管2：一端插入三组六位四通集成阀接口，另一端插入吸盘真空进气接头。负压空气通过连接气管2进入吸盘。

17——消音器：消除真空发生器通过高压空气时产生的噪音。

18——压缩空气进气口：是智能真空吸盘装置的压缩空气的进气口。

19——吸盘支座固定套筒：吸盘支座固定套筒具有内螺纹，与吸盘支座外螺纹配合，把真空吸盘和真空控制盒固定到一起。另外压力传感器也安装在吸盘支座固定套筒上。

20——控制电路模块与通信模块连接电缆：用于控制电路模块与无线通信模块之间的数据传输。

21——压力传感器与控制电路模块连接电缆：把压力传感器检测到的吸盘中的气压压力传输给控制电路模块中的微控制器。

22-三组六位四通集成阀与控制电路模块连接电缆：实现控制电路模块对三组六位四通集成阀中电磁换向阀控制信号的传输，最终实现对气动回路的控制。

23——三组六位四通集成阀：三组六位四通集成阀在原理上由3个两位两通电磁换向阀集成，实现对气路的转换。具体见图4。

24——三组六位四通集成阀安装螺栓：用于三组六位四通集成阀在真空控制盒体上的定位与安装。

25——控制电路模块：完成通信功能。对数、模输入信号进行处理，并发出数、模拟量输出信号。例如：读入压力传感器参数，对气动回路进行控制。具体见图5。

26——无线通信模块：无线信号的发射与接收。

27——电路板固定螺柱：用于安装控制电路模块和无线通信模块。

28——控制面板：和控制电路模块相连，包括三个部分。按键部分包括：“手动/自动”，“真空吸”，“真空放”，“真空增大”，“真空减小”。这些按键用于对智能真空单元的设置、启动、停止、真空加、真空减等控制；LED用于显示吸盘负压压力；通信总线接口用于微控制器与PC或其它智能单元的有线通信。

29——控制面板与控制电路模块连接电缆：用于面板上的按键信号，LED，通信总线信号在接口到控制电路模块的传输。

三组六位四通集成阀体

参见图4：

三组六位四通集成阀体是智能真空吸盘装置的重要组成部分，其中集成了3个两位两通电磁换向阀，原理如图4虚线框中所示气动回路。根据控制电路模块控制信号，完成对吸盘真空的控制。

D1、D2、D3为两位两通电磁阀线圈，由微控制器控制。

18——压缩空气进气口：和图1中18同一接口。外部压缩空气进人智能真空吸盘装置的接口。

30——三组六位四通集成阀压缩空气出气口：和图1中的14（连接气管1）相连，三组六位四通集成阀中的压缩空气通过连接气管1进入真空发生器。

31——三组六位四通集成阀负压空气进气口：连接真空发生器的真空端口。使负压空气进入三组六位四通集成阀。

32——三组六位四通集成阀吸盘接口：和图1中的16（连接气管2）相连，负压空气通过三组六位四通集成阀吸盘接口和连接气管2进入吸盘。

控制电路模块

参见图5：控制电路模块是智能真空吸盘装置的控制核心。功能是检测数字量输入信号、模拟量输入信号，发出数字量输出信号，模拟量输出信号，读入压力传感器的参数，对气动回路进行控制，并完成通信功能。

图5中的控制电路模块包括微控制器、输入开关、光电隔离电路、驱动电路和继电器等。微控制器具有并行总线、串行总线接口，同时具有模拟量输入口、模拟量输出口。能够完成开关量的输入，模拟量输入，压力传感器的数据，通信模块数据输入。之后对上述信号按程序做相应处理后，可以通过图示接口进行开关量输出，模拟量输出，通信模块数据输出。

图5的31a为输入信号。输入开关量信号包括：手动/自动（开关量1），真空吸（开关量2），真空放（开关量3），真空增大（开关量4），真空减小（开关量5）；31b为微控制器和PC或其它智能单元的有线通信接口。

图5中41为开关量输出信号，通过图2中22（三组六位四通集成阀与控制电路模块连接电缆）对三组六位五通集成阀进行控制，具体开关量输出信号为：电磁阀K1连接图4中D1；电磁阀K2连接图4中D2；电磁阀K3连接图4中D3；电磁阀K4（备用）。

图5中42通过图2中20（控制电路模块与通信模块连接电缆）与无线通信模块进行数据传输。

图5中43通过图2中21（压力传感器与控制电路模块连接电缆）输入气压的数值。

图5中44连接电源，完成对控制电路模块的供电。

智能真空吸盘装置的工作原理和操作使用

（1）单机运行

1）设置智能真空吸盘装置运行参数。

首先，设备上电。其次，图3中的28（控制面板）的通信总线接口与PC进行有线通信连接，或图2中26（无线通信模块）与PC进行无线通信连接。第三，通信连接成功后，在PC软件上设置真空吸盘的“负压压力”；“负压建立的速度”；“负压消失速度”；设置自动模式下的吸盘的“真空与常压时间值”。

2）智能真空吸盘装置真空阶段。

图3中的28（控制面板）中的“手动/自动”按钮，拨到手动，按“真空吸”按钮。

产生真空阶段：

控制电路模块发出与预先设置的“负压建立速度”相对应的PWM控制信号，经功放，控制图4中D3、D2按照PWM得电，D1失电——真空发生器产生真空——通过D2通路在真空吸盘内产生真空度。

真空保压阶段：压力传感器测量设定的真空度——若吸盘内真空度达到设定值——D1、D2、D3失电——真空吸盘内产生真空隔离进行保压——压力传感器测量设定的真空度——若吸盘内真空度下降——D3、D2按照PWM得电——若吸盘内真空度达到设定值——D1、D2、D3失电。此过程往复进行，避免了持续压缩空气噪音，并且节约了能源。

按图3中的28（控制面板）中的“真空增大”或“真空减小”按钮后，再按“真空吸”按钮后，吸盘的真空压力值相应的增大或减小。

3）智能真空吸盘装置回常压阶段。

图3中的28（控制面板）中的“手动/自动”按钮，拨到手动，按“真空放”按钮。

控制电路模块发出与预先设置的“负压消失速度”相对应的PWM控制信号，经功放，控制图4中D1按PWM得电，D2、D3失电——高压气体进入真空吸盘——压力传感器测量到零压——D1失电。

4）智能真空吸盘装置自动运行

把图3中的28（控制面板）中的“手动/自动”按钮，拨到自动。控制电路模块发出与预先设置的“负压压力”，“负压建立的速度”，“负压消失速度”，“真空与常压时间值”等参数产生相应的控制信号，按照上述“真空阶段”“常压阶段”过程，按照设定的真空与常压时间值进行真空——常压的往复运行。

把图3中的28（控制面板）中的“手动/自动”按钮，拨到手动，停止运行。

（2）与PC联网运行

首先，设备上电。其次，图3中的28（控制面板）的通信总线接口与PC进行有线通信连接，或图2中26（无线通信模块）与PC进行无线通信连接。这时PC可实时监控智能真空吸盘装置的“负压压力”，“负压建立的速度”，“负压消失速度”，“真空与常压时间值”。如果在PC软件上修改控制参数又可实时改变智能真空吸盘装置运行。

（3）与PLC、单片机或其它智能单元联网运行

首先，设备上电。其次，图3中的28（控制面板）的通信总线接口与PLC、单片机或其它智能单元进行有线通信连接，或图2中26（无线通信模块）与PLC、单片机或其它智能单元进行无线通信连接。这时PLC、单片机或其它智能单元可实时监控智能真空吸盘装置的“负压压力”，“负压建立的速度”，“负压消失速度”，“真空与常压时间值”。如果PLC、单片机或其它智能单元根据事先编写的程序修改控制参数又可实时改变智能真空吸盘装置运行。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种智能真空吸盘装置，包括真空吸盘（3）和控制单元，其特征在于，所述控制单元包括控制盒体以及容置固定于所述控制盒体内的三组六位四通集成阀、真空发生器（15）、控制电路模块（25）和通信模块（25），所述控制盒体固定在所述真空吸盘（3）上，所述三组六位四通集成阀包括压缩空气进气口（18）、出气口（30）、吸盘接口（31）、吸盘接口（32）以及由3个两位两通电磁换向阀D3、D1和D2通过气管依次串联连接组成的气动回路，所述压缩空气进气口（18）连通在所述两位两通电磁换向阀D3和D1之间的气管上，压缩空气出气口（30）连通在两位两通电磁换向阀D3另一端的气管上，所述吸盘接口（32）连通在所述两位两通电磁换向阀D1和D2之间的气管上，吸盘接口（31）连通在两位两通电磁换向阀D2另一端的气管上，吸盘接口（32）与所述真空吸盘（3）的真空进气接头相连通，吸盘接口（31）与所述真空发生器（15）相连通，所述通信模块（25）和3个两位两通电磁换向阀分别与所述控制电路模块（25）连接。

2.根据权利要求1所述的智能真空吸盘装置，其特征在于，所述控制电路模块（25）包括微控制器、输入开关、光电隔离电路、驱动电路和继电器，所述两位两通电磁阀及常闭两位三通电磁阀分别通过所述继电器与所述驱动电路连接，所述输入开关和所述驱动电路通过所述光电隔离电路与所述微控制器连接，所述通信模块（25）与所述微控制器连接，所述控制盒体上设有固定所述输入开关的控制面板（28）。

3.根据权利要求2所述的智能真空吸盘装置，其特征在于，所述控制单元还包括与所述真空吸盘（3）的进气管道相连通的压力传感器（6），所述压力传感器（6）固定于所述控制盒体内，并与所述微控制器连接。

4.根据权利要求2-3所述的任一智能真空吸盘装置，其特征在于，所述微控制器还具有与PLC或单片机或PC连接的通信总线接口。

5.根据权利要求4所述的任一智能真空吸盘装置，其特征在于，所述控制盒体包括金属盒体（5）和非金属盒盖，所述金属盒体（5）固定在所述真空吸盘（3）上。