CN109166723A - 喷油器高精度自动绕线装置及其方法 - Google Patents

喷油器高精度自动绕线装置及其方法 Download PDF

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Abstract

一种喷油器高精度自动绕线装置及其方法，涉及一种自动绕线装置及其方法，装置包括张力控制机构、主绕线机构、线圈抽头绕制机构、控制系统；控制系统分别与张力控制机构、主绕线机构、线圈抽头绕制机构连接。方法包括步骤S1.等待开始、S2.绕制线圈的第一个抽头、S3.绕制线圈、S4.绕制线圈的第二个抽头、S5.断线处理、S6.取走线圈。本发明通过张力控制机构、主绕线机构、线圈抽头绕制机构以及控制系统之间的协作，可精准控制线圈在绕制过程中的速度及绕线位置，使绕出的线排布均匀、一致性较好，可保证绕线过程中线的松紧程度适宜，满足了高精度计量喷油器对绕线的要求，还具有精度好、效率高、合格率高的特点，易于推广使用。

Description

喷油器高精度自动绕线装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种自动绕线装置及其方法，特别是一种喷油器高精度自动绕线装置及其方法。
背景技术
为了保证产品性能一致性，高精度计量喷油器对绕线装置的要求较高，不仅要保证绕线过程中线的松紧程度适宜，同时要保证线圈排布整齐有序，保证线圈电感、电阻等关键参数的一致性，使喷油器的电磁力、开启时间及关闭时间达到设计要求。但目前，国内的喷油器生产厂家主要是手动绕制，存在一致性差、精度差、效率低等缺点，无法满足高精度计量喷油器对绕线的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种喷油器高精度自动绕线装置及其方法，以满足高精度计量喷油器对绕线的要求。
解决上述技术问题的技术方案是：一种喷油器高精度自动绕线装置，包括有：
用于使绕线过程中线材的张力保持稳定的张力控制机构；
用于在线圈骨架上绕制线材的主绕线机构；
用于将线材缠绕到线圈骨架的引出端子上，同时在最后一个引出端子绕制完毕后将线材切断的线圈抽头绕制机构；
用于协调控制主绕线机构及线圈抽头绕制机构，同时实现对绕线过程中绕线速度及位置精确控制的控制系统；
所述的控制系统分别与张力控制机构、主绕线机构、线圈抽头绕制机构连接。
本发明的进一步技术方案是：所述的张力控制机构包括电子张力器、导向轮，所述的电子张力器用于使绕线过程中线材的张力保持稳定, 让线圈能整齐地绕制同时避免出现绕线松垮或拉断的情况，该电子张力器安装在放线架上，且电子张力器与控制系统的输入输出端连接；所述的导向轮安装在线圈抽头绕制机构的顶端，用于对线材进行导向。
本发明的再进一步技术方案是：所述的主绕线机构包括排线机构、直绕线圈骨架插销、多轴高精度伺服电机，所述的排线机构可作前后移动，该排线机构用于将导向轮上的线材并排输出，排线机构包括排线架、驱动排线架前后移动的步进电机，排线架与步进电机的输出轴连接，排线架上均匀设有多个排线针；所述的直绕线圈骨架插销数量与排线针一致，分别安装在对应排线针的下方，各个直绕线圈骨架插销的输入端分别与位于机壳内部的多轴高精度伺服电机的各个输出轴连接，各个直绕线圈骨架插销上分别安装有待绕线的线圈骨架，多轴高精度伺服电机、排线机构步进电机的输入端分别与控制系统的输出端连接。
本发明的再进一步技术方案是：所述的线圈抽头绕制机构包括升降机构、线头左右移动机构、断线机构；所述的导向轮安装在升降机构的顶端，所述的线头左右移动机构安装在升降机构上，该线头左右移动机构通过左右上下移动将线材缠绕到线圈骨架的引出端子上；所述的断线机构包括多个均匀安装在直绕线圈骨架插销一侧的销；该升降机构、线头左右移动机构、断线机构分别与控制系统的输出端连接。
本发明的再进一步技术方案是：所述的控制系统包括PLC，该PLC 安装于机架的壳体内部。
本发明的另一技术方案是：一种喷油器高精度自动绕线方法，该方法包括如下步骤：
S1. 等待开始
线材通过张力控制机构的电子张力器进行张力的稳定调节后，依次经过导向轮、排线机构的排线针，再缠绕到断线机构的销上，此时喷油器高精度自动绕线装置待机等待开始生产；
S2. 绕制线圈的第一个抽头
当线圈骨架送到工位并且控制系统收到开始指令后，控制系统控制线圈抽头绕制机构的升降机构上下运动及线头左右移动机构左右移动，在线圈骨架上引出端子的一端绕制线圈两个抽头中的第一个抽头；
S3. 绕制线圈
控制系统控制主绕线机构开始在线圈骨架上绕制线圈，此时多轴高精度伺服电机精确同步联动带动线圈骨架旋转，同时排线机构精确协同前后移动以绕制多层线圈；
S4. 绕制线圈的第二个抽头
控制系统控制线圈抽头绕制机构的升降机构上下运动及线头左右移动机构左右移动，在线圈骨架上引出端子的另一端绕制线圈两个抽头中的第二个抽头；
S5. 断线处理
控制系统控制线圈抽头绕制机构的排线机构前后移动及线头左右移动机构左右移动将线材缠绕到断线机构的销后进行断线处理；
S6. 取走线圈
控制系统通知外部自动化上下料机构将绕制好的线圈取走；重复步骤S2至步骤S6，实现连续自动化生产。
本发明的再进一步技术方案是：在步骤S1中，电子张力器的张力控制精度为±0.5g。
本发明的再进一步技术方案是：在步骤S3中，排线机构的结构精度为0.02 mm以内，软件分辨率0.001 mm。
本发明的再进一步技术方案是：在步骤S3中，多轴高精度伺服电机精确同步联动带动线圈骨架旋转以及排线机构精确协同前后移动是通过如下控制方法实现：
分别向控制系统输入线径参数、绕线转速参数、绕线层数参数、排线位置参数，控制系统进行机械间隙补偿、丝杆精度补偿、调头补偿后，根据该线径参数、绕线转速参数、绕线层数参数、排线位置参数以及排线位置恒定张力计算得出排线位移调整参数以及排线转速调整参数，然后向多轴高精度伺服电机输出排线转速调整参数，向排线机构输出排线位移调整参数，从而控制多轴高精度伺服电机精确同步联动带动线圈骨架旋转以及排线机构精确协同前后移动。
本发明的更进一步技术方案是：排线位移与排线位置恒定张力的计算关系式为：
y(x)=-4250.2cos(2πfx)-1015.3sin(2πfx)+4257.2，其中，f为排线位置恒定张力，该f=6.338×10-6，y 为升降机构（301）上下移动的位移，x为线头左右移动机构（302）左右移动的位移。
由于采用上述结构，本发明之喷油器高精度自动绕线装置及其方法与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.绕出的线一致性好
由于本发明包括有张力控制机构、主绕线机构、线圈抽头绕制机构、控制系统；所述的控制系统分别与张力控制机构、主绕线机构、线圈抽头绕制机构连接。本发明通过张力控制机构、主绕线机构、线圈抽头绕制机构以及控制系统之间的协作，可精准控制线圈在绕制过程中的速度及绕线位置，使绕出的线排布均匀、整齐有序，一致性较好，保证线圈电感、电阻等关键参数的一致性，使喷油器的电磁力、开启时间及关闭时间达到设计要求。
2.可保证绕线过程中线的松紧程度适宜
由于本发明包括有张力控制机构，通过该张力控制机构对张力的精确控制，可保证绕线过程中线的松紧程度适宜，让线圈能整齐地绕制同时避免出现绕线松垮或拉断的情况。
进一步地，本发明的张力控制机构包括电子张力器、导向轮，其中电子张力器的张力控制精度为±0.5g，通过该高精度的电子张力器，可确保绕线过程中线的松紧程度。
3.满足高精度计量喷油器对绕线的要求
由于本发明不仅可保证绕线过程中线的松紧程度适宜，还可使绕出的线排布均匀、整齐有序，一致性较好，保证线圈电感、电阻等关键参数的一致性，使喷油器的电磁力、开启时间及关闭时间达到设计要求。因此，本发明可满足高精度计量喷油器对绕线的要求。
4. 精度好
本发明的张力控制机构采用了张力控制精度为±0.5g的电子张力器，其精度较好。
另外，本发明在绕制线圈时，多轴高精度伺服电机精确同步联动是通过多轴电机精确同步联动模型算法来实现，该算法可以精准控制线圈在绕制过程中的速度及绕线位置，使绕出的线排布均匀整齐，而且排线机构201的结构精度为0.02 mm以内，软件分辨率0.001 mm，其精度较好。
5. 效率高
本发明通过张力控制机构、主绕线机构、线圈抽头绕制机构以及控制系统之间的协作，可实现线圈的自动绕线，相对人工绕线，大大提高了工作效率。
6.合格率高
本发明通过张力控制机构、主绕线机构、线圈抽头绕制机构以及控制系统之间的协作，可实现线圈的自动绕线，避免了人为干预，绕出来的线整齐有序，一致性较好，其合格率较高。
另外，本发明在绕制线圈骨架两端线时，控制系统还能自动平缓减速有效避免将线绕到线圈骨架外产生不合格品。
下面，结合附图和实施例对本发明之喷油器高精度自动绕线装置及其方法的技术特征作进一步的说明。
附图说明
图1：实施例一所述本发明之喷油器高精度自动绕线装置的主视图，
图2：图1的左视图
图3：图1的立体结构示意图。
在上述附图中，各附图标记说明如下：
1-张力控制机构，101-电子张力器，102-导向轮，
2-主绕线机构，201-排线机构，2011-排线针，202-直绕线圈骨架插销，
3-线圈抽头绕制机构， 301-升降机构，302-线头左右移动机构，
303-断线机构，3031-销，
4-放线架，5-机壳。
具体实施方式
实施例一：
一种喷油器高精度自动绕线装置，包括张力控制机构1，主绕线机构2、线圈抽头绕制机构3；控制系统；所述的控制系统分别与张力控制机构1、主绕线机构2、线圈抽头绕制机构3连接。其中：
所述的张力控制机构1用于使绕线过程中线材的张力保持稳定，让线圈能整齐地绕制同时避免出现绕线松垮或拉断的情况。该张力控制机构1包括电子张力器101、导向轮102，电子张力器101安装在放线架4上，该电子张力器101的张力控制精度为±0.5g，且电子张力器101与控制系统的输入输出端连接；所述的导向轮102安装在线圈抽头绕制机构3的顶端，用于对线材进行导向。
所述的主绕线机构2用于在线圈骨架上绕制线材，包括排线机构201、直绕线圈骨架插销202、多轴高精度伺服电机，所述的排线机构201可作前后移动，该排线机构201用于将导向轮102上的线材并排输出，排线机构201包括排线架、驱动排线架前后移动的步进电机，排线架与步进电机的输出轴连接，排线架上均匀设有多个排线针2011；所述的直绕线圈骨架插销202数量与排线针2011一致，分别安装在对应排线针2011的下方，各个直绕线圈骨架插销202的输入端分别与位于机壳5内部的多轴高精度伺服电机的各个输出轴连接，各个直绕线圈骨架插销202上分别安装有待绕线材的线圈骨架，多轴高精度伺服电机、排线机构201步进电机的输入端分别与控制系统的输出端连接。
所述的线圈抽头绕制机构3用于将线材缠绕到线圈骨架的引出端子上，同时在最后一个引出端子绕制完毕后将线材切断；该线圈抽头绕制机构3包括升降机构301、线头左右移动机构302、断线机构303；所述的导向轮102安装在升降机构301的顶端，所述的线头左右移动机构302安装在升降机构301上，该线头左右移动机构302包括左右平移气缸及位置传感器，它通过左右上下移动将线材缠绕到线圈骨架的引出端子上；所述的断线机构303包括多个均匀安装在直绕线圈骨架插销202一侧的销3031；该升降机构301、线头左右移动机构302、断线机构303分别与控制系统的输出端连接。
所述的控制系统用于协调控制主绕线机构2及线圈抽头绕制机构3，同时实现对绕线过程中绕线速度及位置精确控制；该控制系统包括PLC，该PLC 安装于机架的壳体内部。
实施例二：
一种喷油器高精度自动绕线方法，该方法包括如下步骤：
S1. 等待开始
线材通过张力控制机构1的电子张力器101（张力控制精度为±0.5g）进行张力的稳定调节后，依次经过导向轮102、排线机构201的排线针2011，再缠绕到断线机构303的销3031上，此时喷油器高精度自动绕线装置待机等待开始生产；
S2. 绕制线圈的第一个抽头
当线圈骨架送到工位并且控制系统收到开始指令后，控制系统控制线圈抽头绕制机构3的升降机构301上下运动及线头左右移动机构302左右移动，在线圈骨架上引出端子的一端绕制线圈两个抽头中的第一个抽头；
S3. 绕制线圈
控制系统控制主绕线机构2开始在线圈骨架上绕制线圈，此时多轴高精度伺服电机精确同步联动带动线圈骨架旋转，同时排线机构201精确协同前后移动以绕制多层线圈，排线机构201的结构精度为：机械部分在0.02 mm以内，软件分辨率0.001 mm；
S4. 绕制线圈的第二个抽头
控制系统控制线圈抽头绕制机构3的升降机构301上下运动及线头左右移动机构302左右移动，在线圈骨架上引出端子的另一端绕制线圈两个抽头中的第二个抽头；
S5. 断线处理
控制系统控制线圈抽头绕制机构3的排线机构201前后移动及线头左右移动机构302左右移动，将线材缠绕到断线机构303的销3031后进行断线处理；
S6. 取走线圈
控制系统通知外部自动化上下料机构将绕制好的线圈取走；重复步骤S2至步骤S6，实现连续自动化生产。
在上述步骤S3中，多轴高精度伺服电机精确同步联动带动线圈骨架旋转以及排线机构精确协同前后移动是通过如下控制方法实现：
分别向控制系统输入线径参数、绕线转速参数、绕线层数参数、排线位置参数，控制系统进行机械间隙补偿、丝杆精度补偿、调头补偿后，根据该线径参数、绕线转速参数、绕线层数参数、排线位置参数以及排线位置恒定张力计算得出排线位移调整参数以及排线转速调整参数，然后向多轴高精度伺服电机输出排线转速调整参数，向排线机构输出排线位移调整参数，从而控制多轴高精度伺服电机精确同步联动带动线圈骨架旋转以及排线机构精确协同前后移动。
排线转速与排线位置恒定张力的计算关系为公知技术，v=P/f，v为排线转速，P为多轴高精度伺服电机功率，f为排线位置恒定张力。
排线位移与排线位置恒定张力的计算关系式为：
y(x)=-4250.2cos(2πfx)-1015.3sin(2πfx)+4257.2，其中，f为排线位置恒定张力，该f=6.338×10-6，y 为升降机构（301）上下移动的位移，x为线头左右移动机构（302）左右移动的位移。

Claims (10)

1.一种喷油器高精度自动绕线装置，其特征在于：包括有：
用于使绕线过程中线材的张力保持稳定的张力控制机构（1）；
用于在线圈骨架上绕制线材的主绕线机构（2）；
用于将线材缠绕到线圈骨架的引出端子上，同时在最后一个引出端子绕制完毕后将线材切断的线圈抽头绕制机构（3）；
用于协调控制主绕线机构（2）及线圈抽头绕制机构（3），同时实现对绕线过程中绕线速度及位置精确控制的控制系统；
所述的控制系统分别与张力控制机构（1）、主绕线机构（2）、线圈抽头绕制机构（3）连接。
2.根据权利要求1所述的喷油器高精度自动绕线装置，其特征在于：所述的张力控制机构（1）包括电子张力器（101）、导向轮（102），所述的电子张力器（101）用于使绕线过程中线材的张力保持稳定, 让线圈能整齐地绕制同时避免出现绕线松垮或拉断的情况，该电子张力器（101）安装在放线架（4）上，且电子张力器（101）与控制系统的输入输出端连接；所述的导向轮（102）安装在线圈抽头绕制机构（3）的顶端，用于对线材进行导向。
3.根据权利要求2所述的喷油器高精度自动绕线装置，其特征在于：所述的主绕线机构（2）包括排线机构（201）、直绕线圈骨架插销（202）、多轴高精度伺服电机，所述的排线机构（201）可作前后移动，该排线机构（201）用于将导向轮（102）上的线材并排输出，排线机构（201）包括排线架、驱动排线架前后移动的步进电机，排线架与步进电机的输出轴连接，排线架上均匀设有多个排线针（2011）；所述的直绕线圈骨架插销（202）数量与排线针（2011）一致，分别安装在对应排线针（2011）的下方，各个直绕线圈骨架插销（202）的输入端分别与位于机壳（5）内部的多轴高精度伺服电机的各个输出轴连接，各个直绕线圈骨架插销（202）上分别安装有待绕线的线圈骨架，多轴高精度伺服电机、排线机构（201）步进电机的输入端分别与控制系统的输出端连接。
4.根据权利要求3所述的喷油器高精度自动绕线装置，其特征在于：所述的线圈抽头绕制机构（3）包括升降机构（301）、线头左右移动机构（302）、断线机构（303）；所述的导向轮（102）安装在升降机构（301）的顶端，所述的线头左右移动机构（302）安装在升降机构（301）上，该线头左右移动机构（302）通过左右上下移动将线材缠绕到线圈骨架的引出端子上；所述的断线机构（303）包括多个均匀安装在直绕线圈骨架插销（202）一侧的销（3031）；该升降机构（301）、线头左右移动机构（302）、断线机构（303）分别与控制系统的输出端连接。
5.根据权利要求4所述的喷油器高精度自动绕线装置，其特征在于：所述的控制系统包括PLC，该PLC 安装于机架的壳体内部。
6.一种喷油器高精度自动绕线方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
S1. 等待开始
线材通过张力控制机构（1）的电子张力器（101）进行张力的稳定调节后，依次经过导向轮（102）、排线机构（201）的排线针（2011），再缠绕到断线机构（303）的销（3031）上，此时喷油器高精度自动绕线装置待机等待开始生产；
S2. 绕制线圈的第一个抽头
当线圈骨架送到工位并且控制系统收到开始指令后，控制系统控制线圈抽头绕制机构（3）的升降机构（301）上下运动及线头左右移动机构（302）左右移动，在线圈骨架上引出端子的一端绕制线圈两个抽头中的第一个抽头；
S3. 绕制线圈
控制系统控制主绕线机构（2）开始在线圈骨架上绕制线圈，此时多轴高精度伺服电机精确同步联动带动线圈骨架旋转，同时排线机构（201）精确协同前后移动以绕制多层线圈；
S4. 绕制线圈的第二个抽头
控制系统控制线圈抽头绕制机构（3）的升降机构（301）上下运动及线头左右移动机构（302）左右移动，在线圈骨架上引出端子的另一端绕制线圈两个抽头中的第二个抽头；
S5. 断线处理
控制系统控制线圈抽头绕制机构（3）的排线机构（201）前后移动及线头左右移动机构（302）左右移动将线材缠绕到断线机构（303）的销（3031）后进行断线处理；
S6. 取走线圈
控制系统通知外部自动化上下料机构将绕制好的线圈取走；重复步骤S2至步骤S6，实现连续自动化生产。
7.根据权利要求6所述的喷油器高精度自动绕线方法，其特征在于：在步骤S1中，电子张力器（101）的张力控制精度为±0.5g。
8.根据权利要求6所述的喷油器高精度自动绕线方法，其特征在于：在步骤S3中，排线机构（201）的结构精度为0.02 mm以内，软件分辨率0.001 mm。
9.根据权利要求6所述的喷油器高精度自动绕线方法，其特征在于：在步骤S3中，多轴高精度伺服电机精确同步联动带动线圈骨架旋转以及排线机构精确协同前后移动是通过如下控制方法实现：
分别向控制系统输入线径参数、绕线转速参数、绕线层数参数、排线位置参数，控制系统进行机械间隙补偿、丝杆精度补偿、调头补偿后，根据该线径参数、绕线转速参数、绕线层数参数、排线位置参数以及排线位置恒定张力计算得出排线位移调整参数以及排线转速调整参数，然后向多轴高精度伺服电机输出排线转速调整参数，向排线机构输出排线位移调整参数，从而控制多轴高精度伺服电机精确同步联动带动线圈骨架旋转以及排线机构精确协同前后移动。
10.根据权利要求9所述的喷油器高精度自动绕线方法，其特征在于：排线位移与排线位置恒定张力的计算关系式为：
y(x)=-4250.2cos(2πfx)-1015.3sin(2πfx)+4257.2，其中，f为排线位置恒定张力，该f=6.338×10-6，y 为升降机构（301）上下移动的位移，x为线头左右移动机构（302）左右移动的位移。
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