CN109437074A - 基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机，其包括装置外壳、升降定位系统和旋盖装置。所述升降定位系统通过粗、精两种调节模式实现旋盖装置的精密定位；所述旋盖装置利用减摩旋转和高压驱动，实现旋盖装置轴向直线运动及转动两种运动形式的一体化；同时，通过超声减摩效应控制旋盖装置的自锁、解锁，实现对其行为的精确控制。本发明不仅解决了传统旋盖机旋盖效率低及旋盖不到位等技术问题，且大幅度提高旋盖机的精确度及稳定性，延长使用寿命，降低生产成本。在日化、食品、医药等行业中具有突出的推广价值和广阔的市场前景。

Description

基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机

技术领域

本发明涉及一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机，属于包装机械技术领域。

背景技术

瓶装商品在食品、饮料、酒业、日化用品、医药行业、农业等行业中都有应用，瓶装商品包装形式应用的广泛性，也给旋盖机造就了更为宽广的市场发展空间。在大型的全自动高速包装生产线上，旋盖机一般与灌装机组装在一起进行联动，这样使生产线更加紧凑。但现有旋盖机普遍存在效率低、稳定性差、操作复杂和成本较高等问题，使得旋盖机在需求场合的使用受限，甚至有特殊要求的商品在使用中不得不采用昂贵、低效的人工劳动力替代廉价、高效的机械设备，由此导致生产成本提高。当前市场上急需一种高效而又稳定的产品来实现生产成本的降低。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种具有效率高、定位精度高、操作简单、成本较低等特点的基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机。

本发明所采用的技术方案：

为达到上述目的，本发明提供了一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机，该旋盖机包括装置外壳、升降定位系统和旋盖装置，其中，所述装置外壳安装在升降定位系统的外围框架上，所述旋盖装置固定在升降定位系统上；所述装置外壳包括外壳罩A、外壳罩B、外壳罩C、外壳罩D和固定螺栓，所述固定螺栓将外壳罩A和外壳罩C安装在支撑板前后两端，所述外壳罩B和外壳罩D通过固定螺栓安装固定在外壳罩A和外壳罩C上；所述升降定位系统包括粗位移调节器、上轴承、支撑板、支撑轴、矩形螺纹轴、下轴承、基座、精位移调节器、传动圆盘、从动杆、连接螺栓、旋盖机安装板、销钉、固定板Ⅰ、固定板Ⅱ、固定板Ⅲ、连接杆、精密弹簧和固定螺钉，所述粗位移调节器与矩形螺纹轴上端螺纹连接，所述矩形螺纹轴的上端与支撑板通过上轴承连接，其下端与基座通过下轴承连接，所述两个支撑轴对称分布于矩形螺纹轴两侧，其中，所述支撑轴的上端与支撑板螺纹连接，其下端与基座螺纹连接，所述精位移调节器与传动圆盘末端螺纹连接，所述从动杆通过连接螺栓安装在传动圆盘上，所述从动杆与旋盖机安装板通过销钉连接，所述固定板Ⅰ的上端与固定板Ⅱ通过对应螺钉连接，其下端和固定板Ⅲ通过对应螺钉连接，所述连接杆利用固定螺钉分别与固定板Ⅱ和固定板Ⅲ连接，所述精密弹簧套在连接杆上，其上端与旋盖机安装板接触；所述旋盖装置包括压电元件、定子基体、导气机构、螺纹驱动轴、橡胶密封圈、活塞组件、封盖、外联机构、锁紧螺钉和旋盖头。

优选，所述定子基体包括基体上端部内螺纹孔、基体下端部内螺纹孔、外棱面和安装孔，所述导气机构上端部设置有导气机构外螺纹，所述螺纹驱动轴包括驱动轴内螺纹孔、驱动轴外螺纹和密封圈凹槽Ⅰ，所述活塞组件外端设置有密封圈凹槽Ⅱ，所述封盖上端部设置有封盖外螺纹，所述外联机构下端部设置有连接轴，所述旋盖头包括上端部圆孔和硅胶瓶盖套；所述定子基体的外棱面上，绕圆周方向设置有2n个平面，每个平面设置有a片压电元件，且每片压电元件均胶粘于平面中心位置，以使定子基体产生轴向振动，所述基体下端部内螺纹孔与驱动轴外螺纹螺纹连接，所述定子基体的安装孔用于旋盖装置在旋盖机安装板上的安装固定，所述导气机构外螺纹与基体上端部内螺纹孔螺纹连接，所述导气机构的下端部与活塞组件的上端部螺纹连接，所述螺纹驱动轴的上端部通孔内的密封圈凹槽Ⅰ及活塞组件外圆周上的密封圈凹槽Ⅱ均放置橡胶密封圈，所述封盖外螺纹与驱动轴内螺纹孔螺纹连接，所述外联机构上端部与封盖下端部采用螺纹连接，所述旋盖头的上端部圆孔通过锁紧螺钉与外联机构的连接轴连接，所述硅胶瓶盖套置于旋盖头内部。

优选，所述外壳罩A、外壳罩B、外壳罩C和外壳罩D均可采用铝合金材料；所述压电元件可采用PI或NEC公司的产品；所述橡胶密封圈可采用O型密封圈。

优选，所述旋盖头及其内置的硅胶瓶盖套均具有可替换性，可根据不同工况需求安装不同型号的旋盖头或硅胶瓶盖套。

优选，所述连接螺栓的安装位置与传动圆盘圆心的距离为m，其中，m的取值范围为5~10cm。

优选，或为一种基于d₁₅模式超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机，所述旋盖装置包括压电剪切片、下基座、上基座、安装螺钉、导气机构、螺纹驱动轴、橡胶密封圈、活塞组件、封盖、外联机构、锁紧螺钉和旋盖头；其中，所述导气机构上端部设置有导气机构外螺纹，所述螺纹驱动轴包括驱动轴内螺纹孔、驱动轴外螺纹和密封圈凹槽Ⅰ，所述下基座包括上端部内螺纹孔、下端部内螺纹孔、压电片下凹槽、固定孔和固定螺纹孔，所述上基座包括固定通孔和压电片上凹槽；所述安装螺钉通过上基座的固定通孔与所述下基座的固定螺纹孔固定连接，所述下基座绕圆周方向设置有2n个压电片下凹槽，所述上基座绕圆周方向对应设置有2n个压电片上凹槽；所述压电剪切片胶粘固定于压电片下凹槽与压电片上凹槽之间，以使下基座产生径向振动；所述下基座的下端部内螺纹孔与驱动轴外螺纹螺纹连接；所述下基座的固定孔用于旋盖装置在旋盖机安装板上的安装固定；所述导气机构外螺纹与下基座的上端部内螺纹孔螺纹连接。

优选，或为一种基于d₃₃模式超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机，所述旋盖装置包括超声减摩组件、上封盖、导气机构、螺纹驱动轴、橡胶密封圈、活塞组件、封盖、外联机构、锁紧螺钉和旋盖头；其中，所述导气机构上端部设置有导气机构外螺纹，所述螺纹驱动轴包括驱动轴内螺纹孔、驱动轴外螺纹和密封圈凹槽Ⅰ，所述超声减摩组件包括封盖螺纹孔、基体内螺纹孔Ⅰ、压电叠堆凸台、压电叠堆、挡块、沉头通孔、超声减摩基体、预紧螺栓和基体内螺纹孔Ⅱ，所述上封盖包括封盖通孔和封盖固定孔；所述上封盖通过螺钉穿过封盖固定孔与超声减摩组件的封盖螺纹孔连接；所述超声减摩组件的基体内螺纹孔Ⅰ与导气机构外螺纹螺纹连接，所述压电叠堆两端分别与压电叠堆凸台和挡块连接，所述挡块设置于超声减摩基体两侧，且两组压电叠堆、压电叠堆凸台和挡块相对安装于超声减摩组件内，以使超声减摩基体产生径向振动，所述超声减摩组件的沉头通孔用于旋盖装置在旋盖机安装板上的安装固定，所述超声减摩组件的基体内螺纹孔Ⅱ与驱动轴外螺纹螺纹连接。

优选，所述一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机运行之前，通过升降定位系统的粗调模式，调节旋盖装置到瓶盖的上方，距离为L处，其中，L的取值范围为10~15cm，再使用精调模式，实现旋盖装置的精确定位；开始运行后，外接激励信号激励压电元件，激励电压的输出频率达到定子基体的共振频率后，基于超声振动的减摩效应，基体下端部内螺纹孔与驱动轴外螺纹间的摩擦系数降至临界解锁条件，同时高压气体经由导气机构的直通孔及活塞组件的内腔充入至螺纹驱动轴的内腔下端部，螺纹驱动轴的内腔下端部气体加压膨胀，使螺纹驱动轴的内腔上、下端部气压出现压差，从而推动螺纹驱动轴进行运动输出，此时螺纹驱动轴有轴向直线运动及转动两种运动形式；瓶盖安装完成瞬间，外接激励信号及高压气体同时暂停输入，基体下端部内螺纹孔与驱动轴外螺纹间的摩擦系数达到自锁条件，旋盖装置实现自锁，从而使螺纹驱动轴快速停止运动输出，防止旋盖装置对瓶盖造成损坏；再次恢复外接激励信号和高压气体的输入，使旋盖装置实现减摩效应，同时由导气机构的L型通孔充入高压气体直接进入螺纹驱动轴内腔上端部，螺纹驱动轴的内腔上端部气体加压膨胀，使螺纹驱动轴的内腔上、下端部气压出现压差，从而推动螺纹驱动轴运动，实现旋盖装置的复位运动。

本发明的有益效果：

一：本发明所述升降定位系统通过粗、精两种调节模式相结合，实现了旋盖装置的精确定位，结构简单，运行稳定，能有效的提升旋盖机旋盖的成功率；

二：所述旋盖装置利用螺纹驱动轴的减摩旋转和气动系统的高压驱动，实现了旋盖装置轴向直线运动及转动两种运动形式的耦合，结构简单，运行稳定，能有效的提升旋盖机旋盖的成功率；

三：所述旋盖装置通过定子基体上的压电元件产生超声振动控制螺纹副的自锁、解锁，实现对螺纹驱动轴行为的精确控制，结构简单，运行稳定，进一步有效的提升旋盖机旋盖的成功率；

四：所述旋盖装置在不同规格的瓶型切换时只需更换旋盖头型号和压电元件输入信号参数即可，可节约大量调整时间及设备成本，提高整机工作效率，设计更人性化。

本发明不仅解决了传统旋盖机旋盖效率低及旋盖不到位等技术问题，且可实现旋盖机的高精度定位，大幅度提高旋盖机的稳定性，延长其使用寿命，降低生产成本。在日化、食品、医药等行业中具有突出的推广价值和广阔的市场前景。

附图说明

图1所示为本发明提出的一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的局部剖视图；

图2所示为本发明提出的一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的结构示意图Ⅰ；

图3所示为本发明提出的一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的结构示意图Ⅱ；

图4所示为本发明提出的一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的升降定位系统的结构示意图；

图5所示为本发明提出的一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的升降定位系统的局部结构示意图；

图6所示为本发明提出的一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的旋盖装置的半剖视图；

图7所示为本发明提出的一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的定子基体的局部剖视图；

图8所示为本发明提出的一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的螺纹驱动轴的局部剖视图；

图9所示为本发明提出的一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的导气机构与活塞组件的组合结构示意图；

图10所示为本发明提出的一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的封盖和外联机构的组合结构示意图；

图11所示为本发明提出的一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的旋盖头半剖视图；

图12所示为本发明提出的一种基于d₁₅模式超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的旋盖头半剖视图；

图13所示为本发明提出的一种基于d₁₅模式超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的下基座的局部剖视图；

图14所示为本发明提出的一种基于d₁₅模式超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的上基座的结构示意图；

图15所示为本发明提出的一种基于d₃₃模式超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的旋盖头半剖视图；

图16所示为本发明提出的一种基于d₃₃模式超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的超声减摩组件的局部剖视图；

图17所示为本发明提出的一种基于d₃₃超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的上封盖的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1~图11说明本实施方式，本实施方式提供了一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的具体实施方式，所述一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的具体实施方式表述如下：

如图1所示，所述一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机包括装置外壳1、升降定位系统2和旋盖装置3；其中，所述升降定位系统2构成该旋盖机主体支撑架，所述装置外壳1安装在升降定位系统2的外围框架上，其用于升降定位系统2的半封闭式包装，所述旋盖装置3固定在升降定位系统2上。

如图2~3所示，所述装置外壳1包括外壳罩A1-1、外壳罩B1-2、外壳罩C1-3、外壳罩D1-4和固定螺栓1-5；所述固定螺栓1-5将外壳罩A1-1和外壳罩C1-3固定安装在支撑板2-3前后两端；所述外壳罩B1-2和外壳罩D1-4通过固定螺栓1-5安装固定在外壳罩A1-1和外壳罩C1-3上；所述四个外壳罩均可采用铝合金材料。

如图4~5所示，所述升降定位系统2包括粗位移调节器2-1、上轴承2-2、支撑板2-3、支撑轴2-4、矩形螺纹轴2-5、下轴承2-6、基座2-7、精位移调节器2-8、传动圆盘2-9、从动杆2-10、连接螺栓2-11、旋盖机安装板2-12、销钉2-13、固定板Ⅰ2-14、固定板Ⅱ2-15、固定板Ⅲ2-16、连接杆2-17、精密弹簧2-18和固定螺钉2-19；所述粗位移调节器2-1与矩形螺纹轴2-5上端螺纹连接；所述矩形螺纹轴2-5上端与支撑板2-3通过上轴承2-2连接，其下端与基座2-7通过下轴承2-6连接，其中，转动粗位移调节器2-1使固定板Ⅱ2-15与固定板Ⅲ2-16在矩形螺纹轴2-5上做升降运动；所述两个支撑轴2-4对称分布于矩形螺纹轴2-5两侧，其中，所述支撑轴2-4上端与支撑板2-3螺纹连接，其下端与基座2-7螺纹连接，共同构成升降定位系统主体支撑架；所述精位移调节器2-8与传动圆盘2-9末端螺纹连接；所述从动杆2-10通过连接螺栓2-11安装在传动圆盘2-9上，其中，连接螺栓2-11的安装位置与传动圆盘2-9的圆心距离为m，m的取值范围为5~10cm，本具体实施方式中距离m为8cm；所述从动杆2-10与旋盖机安装板2-12通过销钉2-13连接，形成转动副；所述固定板Ⅰ2-14上端与固定板Ⅱ2-15通过对应螺钉连接，其下端和固定板Ⅲ2-16通过对应螺钉连接；所述连接杆2-17利用固定螺钉2-19分别与固定板Ⅱ2-15和固定板Ⅲ2-16连接；所述精密弹簧2-18套在连接杆2-17上，其上端与旋盖机安装板2-12接触，且随旋盖机安装板2-12与固定板Ⅲ2-16之间的距离变化而伸缩变形。

如图6~11所示，所述旋盖装置3包括压电元件3-1、定子基体3-2、导气机构3-3、螺纹驱动轴3-4、橡胶密封圈3-5、活塞组件3-6、封盖3-7、外联机构3-8、锁紧螺钉3-9和旋盖头3-10；所述定子基体3-2包括基体上端部内螺纹孔3-2-1、基体下端部内螺纹孔3-2-2、外棱面3-2-3和安装孔3-2-4，所述导气机构3-3上端部设置有导气机构外螺纹3-3-1，所述螺纹驱动轴3-4包括驱动轴内螺纹孔3-4-1、驱动轴外螺纹3-4-2和密封圈凹槽Ⅰ3-4-3，所述活塞组件3-6外端设置有密封圈凹槽Ⅱ3-6-1，所述封盖3-7上端部设置有封盖外螺纹3-7-1，所述外联机构3-8下端部设置有连接轴3-8-1，所述旋盖头3-10包括上端部圆孔3-10-1和硅胶瓶盖套3-10-2；其中，所述压电元件3-1可采用PI或NEC公司的产品，所述橡胶密封圈3-5可采用O型密封圈；所述定子基体3-2的外棱面3-2-3上，绕圆周方向设置有2n个平面，每个平面设置有a片压电元件3-1，且每片压电元件3-1均胶粘于平面中心位置，以使定子基体3-2产生轴向振动，本实施方式中n为6，压电片个数a为1；所述基体下端部内螺纹孔3-2-2与驱动轴外螺纹3-4-2螺纹连接；所述定子基体3-2的安装孔3-2-4用于旋盖装置3在旋盖机安装板2-12上的安装固定；所述导气机构外螺纹3-3-1与基体上端部内螺纹孔3-2-1螺纹连接，所述导气机构3-3的下端部与活塞组件3-6的上端部螺纹连接；所述螺纹驱动轴3-4的上端部通孔内的密封圈凹槽Ⅰ3-4-3及活塞组件3-6外圆周上的密封圈凹槽Ⅱ3-6-1均用于放置橡胶密封圈3-5，保证旋盖机内腔良好的气密性；所述封盖外螺纹3-7-1与驱动轴内螺纹孔3-4-1螺纹连接；所述外联机构3-8的上端部与封盖3-7的下端部采用螺纹连接；所述旋盖头3-10的上端部圆孔3-10-1通过锁紧螺钉3-9与外联机构3-8的连接轴3-8-1连接，所述旋盖头3-10内置可更换的硅胶瓶盖套3-10-2，且旋盖头3-10亦可更换，根据不同需求安装不同型号的旋盖头3-10或硅胶瓶盖套3-10-2，可大幅度降低生产成本。

具体实施方式二：结合图8、9、12~14说明本实施方式，本实施方式提供了一种基于d₁₅模式超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的旋盖装置3的具体实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述旋盖装置3包括压电剪切片3-11、下基座3-12、上基座3-13、安装螺钉3-14、导气机构3-3、螺纹驱动轴3-4、橡胶密封圈3-5、活塞组件3-6、封盖3-7、外联机构3-8、锁紧螺钉3-9和旋盖头3-10；其中，所述压电剪切片3-11可采用PI或NEC公司的产品，所述导气机构3-3上端部设置有导气机构外螺纹3-3-1，所述螺纹驱动轴3-4包括驱动轴内螺纹孔3-4-1、驱动轴外螺纹3-4-2和密封圈凹槽Ⅰ3-4-3，所述下基座3-12包括上端部内螺纹孔3-12-1、下端部内螺纹孔3-12-2、压电片下凹槽3-12-3、固定孔3-12-4和固定螺纹孔3-12-5，所述上基座3-13包括固定通孔3-13-1和压电片上凹槽3-13-2；所述安装螺钉3-14通过上基座3-13的固定通孔3-13-1与所述下基座3-12的固定螺纹孔3-12-5固定连接，所述下基座3-12绕圆周方向设置有2n个压电片下凹槽3-12-3，所述上基座3-13绕圆周方向对应设置有2n个压电片上凹槽3-13-2，本实施方式中n为6；所述压电剪切片3-11胶粘固定于压电片下凹槽3-12-3与压电片上凹槽3-13-2之间，以使下基座3-12产生径向振动；所述下基座3-12的下端部内螺纹孔3-12-2与驱动轴外螺纹3-4-2螺纹连接；所述下基座3-12的固定孔3-12-4用于旋盖装置3在旋盖机安装板2-12上的安装固定；所述导气机构外螺纹3-3-1与下基座3-12的上端部内螺纹孔3-12-1螺纹连接；其他组成和其他连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图8、9、15~17说明本实施方式，本实施方式提供了一种基于d₃₃模式超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机的旋盖装置3的具体实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述旋盖装置3包括超声减摩组件3-15、上封盖3-16、导气机构3-3、螺纹驱动轴3-4、橡胶密封圈3-5、活塞组件3-6、封盖3-7、外联机构3-8、锁紧螺钉3-9和旋盖头3-10；其中，所述导气机构3-3上端部设置有导气机构外螺纹3-3-1，所述螺纹驱动轴3-4包括驱动轴内螺纹孔3-4-1、驱动轴外螺纹3-4-2和密封圈凹槽Ⅰ3-4-3，所述超声减摩组件3-15包括封盖螺纹孔3-15-1、基体内螺纹孔Ⅰ3-15-2、压电叠堆凸台3-15-3、压电叠堆3-15-4、挡块3-15-5、沉头通孔3-15-6、超声减摩基体3-15-7、预紧螺栓3-15-8和基体内螺纹孔Ⅱ3-15-11，所述压电叠堆3-15-4可采用PI或NEC公司的产品，所述上封盖3-16包括封盖通孔3-16-1和封盖固定孔3-16-2；所述上封盖3-16通过螺钉穿过封盖固定孔3-16-2与超声减摩组件3-15的封盖螺纹孔3-15-1连接；所述超声减摩组件3-15的基体内螺纹孔Ⅰ3-15-2与导气机构外螺纹3-3-1螺纹连接，所述压电叠堆3-15-4两端分别与压电叠堆凸台3-15-3和挡块3-15-5连接，所述挡块3-15-5设置于超声减摩基体3-15-7两侧，且两组压电叠堆3-15-4、压电叠堆凸台3-15-3和挡块3-15-5相对安装于超声减摩组件3-15内，以使超声减摩基体3-15-7产生径向振动，所述超声减摩组件3-15的沉头通孔3-15-6用于旋盖装置3在旋盖机安装板2-12上的安装固定，所述超声减摩组件3-15的基体内螺纹孔Ⅱ3-15-11与驱动轴外螺纹3-4-2螺纹连接；其他组成和其他连接关系与具体实施方式一相同。

本发明的工作原理如下：

所述一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机运行之前，通过升降定位系统的粗调模式，调节旋盖装置到瓶盖的上方，距离为L处，其中，L的取值范围为10~15cm，本实施方式中距离L为10cm，再使用精调模式，实现旋盖装置的精确定位；开始运行后，外接激励信号激励压电元件，激励电压的输出频率达到定子基体的共振频率后，基于超声振动的减摩效应，定子基体的下端部内螺纹孔与螺纹驱动轴的上端部外螺纹间的摩擦系数降至临界解锁条件，同时高压气体经由导气机构直通孔及活塞组件充入至螺纹驱动轴的内腔下端部，螺纹驱动轴的内腔下端部气体加压膨胀，使螺纹驱动轴的内腔上、下端部气压出现压差，从而推动螺纹驱动轴进行运动输出，此时螺纹驱动轴有轴向直线运动及转动两种运动形式；瓶盖安装完成瞬间，外接激励信号及高压气体同时暂停输入，定子基体的下端部内螺纹孔与螺纹驱动轴的上端部外螺纹间的摩擦系数达到自锁条件，旋盖装置实现自锁，从而使螺纹驱动轴快速停止运动输出，防止对瓶盖造成损坏；再次恢复外接激励信号和高压气体的输入，使旋盖装置实现减摩效应，同时由导气机构L型通孔充入高压气体直接进入螺纹驱动轴内腔上端部，螺纹驱动轴内腔上端部气体加压膨胀，使螺纹驱动轴的内腔上、下端部气压出现压差，从而推动螺纹驱动轴运动，实现旋盖装置的复位运动。

综合上述内容，本发明所述升降定位系统通过粗、精两种调节模式相结合，实现旋盖装置的精密定位；所述旋盖装置利用螺纹驱动轴的减摩旋转和气动系统的高压驱动，实现了旋盖装置轴向直线运动及转动两种运动形式的一体化；所述旋盖装置通过定子基体上的压电元件产生超声振动控制螺纹副的自锁、解锁，并能实现对螺纹驱动轴行为的精确控制；所述旋盖装置在不同规格的瓶型切换时只需更换旋盖头型号和压电元件输入信号参数即可，可节约大量调整时间及设备成本，提高整机工作效率，设计更人性化。本发明不仅解决了传统旋盖机旋盖效率低及旋盖不到位等技术问题，且可实现旋盖机的高精度定位，大幅度提高旋盖机的稳定性，延长其使用寿命，降低生产成本。在日化、食品、医药等行业中具有突出的推广价值和广阔的市场前景。

Claims (8)

1.一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机，其特征在于，该种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机包括装置外壳（1）、升降定位系统（2）和旋盖装置（3），其中，所述装置外壳（1）安装在升降定位系统（2）的外围框架上，所述旋盖装置（3）固定在升降定位系统（2）上；所述装置外壳（1）包括外壳罩A（1-1）、外壳罩B（1-2）、外壳罩C（1-3）、外壳罩D（1-4）和固定螺栓（1-5），所述固定螺栓（1-5）将外壳罩A（1-1）和外壳罩C（1-3）安装在支撑板（2-3）前后两端，所述外壳罩B（1-2）和外壳罩D（1-4）通过固定螺栓（1-5）安装固定在外壳罩A（1-1）和外壳罩C（1-3）上；所述升降定位系统（2）包括粗位移调节器（2-1）、上轴承（2-2）、支撑板（2-3）、支撑轴（2-4）、矩形螺纹轴（2-5）、下轴承（2-6）、基座（2-7）、精位移调节器（2-8）、传动圆盘（2-9）、从动杆（2-10）、连接螺栓（2-11）、旋盖机安装板（2-12）、销钉（2-13）、固定板Ⅰ（2-14）、固定板Ⅱ（2-15）、固定板Ⅲ（2-16）、连接杆（2-17）、精密弹簧（2-18）和固定螺钉（2-19），所述粗位移调节器（2-1）与矩形螺纹轴（2-5）上端螺纹连接，所述矩形螺纹轴（2-5）的上端与支撑板（2-3）通过上轴承（2-2）连接，其下端与基座（2-7）通过下轴承（2-6）连接，所述两个支撑轴（2-4）对称分布于矩形螺纹轴（2-5）两侧，其中，所述支撑轴（2-4）的上端与支撑板（2-3）螺纹连接，其下端与基座（2-7）螺纹连接，所述精位移调节器（2-8）与传动圆盘（2-9）末端螺纹连接，所述从动杆（2-10）通过连接螺栓（2-11）安装在传动圆盘（2-9）上，所述从动杆（2-10）与旋盖机安装板（2-12）通过销钉（2-13）连接，所述固定板Ⅰ（2-14）的上端与固定板Ⅱ（2-15）通过对应螺钉连接，其下端和固定板Ⅲ（2-16）通过对应螺钉连接，所述连接杆（2-17）利用固定螺钉（2-19）分别与固定板Ⅱ（2-15）和固定板Ⅲ（2-16）连接，所述精密弹簧（2-18）套在连接杆（2-17）上，其上端与旋盖机安装板（2-12）接触；所述旋盖装置（3）包括压电元件（3-1）、定子基体（3-2）、导气机构（3-3）、螺纹驱动轴（3-4）、橡胶密封圈（3-5）、活塞组件（3-6）、封盖（3-7）、外联机构（3-8）、锁紧螺钉（3-9）和旋盖头（3-10）。

2.根据权利要求1所述一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机，其特征在于，所述定子基体（3-2）包括基体上端部内螺纹孔（3-2-1）、基体下端部内螺纹孔（3-2-2）、外棱面（3-2-3）和安装孔（3-2-4），所述导气机构（3-3）上端部设置有导气机构外螺纹（3-3-1），所述螺纹驱动轴（3-4）包括驱动轴内螺纹孔（3-4-1）、驱动轴外螺纹（3-4-2）和密封圈凹槽Ⅰ（3-4-3），所述活塞组件（3-6）外端设置有密封圈凹槽Ⅱ（3-6-1），所述封盖（3-7）上端部设置有封盖外螺纹（3-7-1），所述外联机构（3-8）下端部设置有连接轴（3-8-1），所述旋盖头（3-10）包括上端部圆孔（3-10-1）和硅胶瓶盖套（3-10-2）；所述定子基体（3-2）的外棱面（3-2-3）上，绕圆周方向设置有2n个平面，每个平面设置有a片压电元件（3-1），且每片压电元件（3-1）均胶粘于平面中心位置，以使定子基体（3-2）产生轴向振动；所述基体下端部内螺纹孔（3-2-2）与驱动轴外螺纹（3-4-2）螺纹连接；所述定子基体（3-2）的安装孔（3-2-4）用于旋盖装置（3）在旋盖机安装板（2-12）上的安装固定；所述导气机构外螺纹（3-3-1）与基体上端部内螺纹孔（3-2-1）螺纹连接，所述导气机构（3-3）的下端部与活塞组件（3-6）的上端部螺纹连接；所述螺纹驱动轴（3-4）的上端部通孔内的密封圈凹槽Ⅰ（3-4-3）及活塞组件（3-6）外圆周上的密封圈凹槽Ⅱ（3-6-1）均放置橡胶密封圈（3-5）；所述封盖外螺纹（3-7-1）与驱动轴内螺纹孔（3-4-1）螺纹连接；所述外联机构（3-8）的上端部与封盖（3-7）的下端部采用螺纹连接；所述旋盖头（3-10）的上端部圆孔（3-10-1）通过锁紧螺钉（3-9）与外联机构（3-8）的连接轴（3-8-1）连接，所述硅胶瓶盖套（3-10-2）置于旋盖头（3-10）内部。

3.根据权利要求1所述一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机，其特征在于，所述外壳罩A（1-1）、外壳罩B（1-2）、外壳罩C（1-3）和外壳罩D（1-4）均可采用铝合金材料；所述橡胶密封圈（3-5）可采用O型密封圈。

4.根据权利要求1所述一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机，其特征在于，所述旋盖头（3-10）及其内置的硅胶瓶盖套（3-10-2）具有可替换性，可根据不同工况需求安装不同型号的旋盖头（3-10）或硅胶瓶盖套（3-10-2）。

5.根据权利要求1所述一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机，其特征在于，所述连接螺栓（2-11）的安装位置与传动圆盘（2-9）圆心的距离为m，其中，m的取值范围为5~10cm。

6.根据权利要求1所述一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机，其特征在于，为一种基于d₁₅模式超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机，所述旋盖装置（3）包括压电剪切片（3-11）、下基座（3-12）、上基座（3-13）、安装螺钉（3-14）、导气机构（3-3）、螺纹驱动轴（3-4）、橡胶密封圈（3-5）、活塞组件（3-6）、封盖（3-7）、外联机构（3-8）、锁紧螺钉（3-9）和旋盖头（3-10）；其中，所述导气机构（3-3）上端部设置有导气机构外螺纹（3-3-1），所述螺纹驱动轴（3-4）包括驱动轴内螺纹孔（3-4-1）、驱动轴外螺纹（3-4-2）和密封圈凹槽Ⅰ（3-4-3），所述下基座（3-12）包括上端部内螺纹孔（3-12-1）、下端部内螺纹孔（3-12-2）、压电片下凹槽（3-12-3）、固定孔（3-12-4）和固定螺纹孔（3-12-5），所述上基座（3-13）包括固定通孔（3-13-1）和压电片上凹槽（3-13-2）；所述安装螺钉（3-14）通过上基座（3-13）的固定通孔（3-13-1）与所述下基座（3-12）的固定螺纹孔（3-12-5）固定连接，所述下基座（3-12）绕圆周方向设置有2n个压电片下凹槽（3-12-3），所述上基座（3-13）绕圆周方向对应设置有2n个压电片上凹槽（3-13-2）；所述压电剪切片（3-11）胶粘固定于压电片下凹槽（3-12-3）与压电片上凹槽（3-13-2）之间，以使下基座（3-12）产生径向振动；所述下基座（3-12）的下端部内螺纹孔（3-12-2）与驱动轴外螺纹（3-4-2）螺纹连接；所述下基座（3-12）的固定孔（3-12-4）用于旋盖装置（3）在旋盖机安装板（2-12）上的安装固定；所述导气机构外螺纹（3-3-1）与下基座（3-12）的上端部内螺纹孔（3-12-1）螺纹连接。

7.根据权利要求1所述一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机，其特征在于，为一种基于d₃₃模式超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机，所述旋盖装置（3）包括超声减摩组件（3-15）、上封盖（3-16）、导气机构（3-3）、螺纹驱动轴（3-4）、橡胶密封圈（3-5）、活塞组件（3-6）、封盖（3-7）、外联机构（3-8）、锁紧螺钉（3-9）和旋盖头（3-10）；其中，所述导气机构（3-3）上端部设置有导气机构外螺纹（3-3-1），所述螺纹驱动轴（3-4）包括驱动轴内螺纹孔（3-4-1）、驱动轴外螺纹（3-4-2）和密封圈凹槽Ⅰ（3-4-3），所述超声减摩组件（3-15）包括封盖螺纹孔（3-15-1）、基体内螺纹孔Ⅰ（3-15-2）、压电叠堆凸台（3-15-3）、压电叠堆（3-15-4）、挡块（3-15-5）、沉头通孔（3-15-6）、超声减摩基体（3-15-7）、预紧螺栓（3-15-8）和基体内螺纹孔Ⅱ（3-15-11），所述上封盖（3-16）包括封盖通孔（3-16-1）和封盖固定孔（3-16-2）；所述上封盖（3-16）通过螺钉穿过封盖固定孔（3-16-2）与超声减摩组件（3-15）的封盖螺纹孔（3-15-1）连接；所述超声减摩组件（3-15）的基体内螺纹孔Ⅰ（3-15-2）与导气机构外螺纹（3-3-1）螺纹连接，所述压电叠堆（3-15-4）两端分别与压电叠堆凸台（3-15-3）和挡块（3-15-5）连接，所述挡块（3-15-5）设置于超声减摩基体（3-15-7）两侧，且两组压电叠堆（3-15-4）、压电叠堆凸台（3-15-3）和挡块（3-15-5）相对安装于超声减摩组件（3-15）内，以使超声减摩基体（3-15-7）产生径向振动，所述超声减摩组件（3-15）的沉头通孔（3-15-6）用于旋盖装置（3）在旋盖机安装板（2-12）上的安装固定，所述超声减摩组件（3-15）的基体内螺纹孔Ⅱ（3-15-11）与驱动轴外螺纹（3-4-2）螺纹连接。

8.一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机驱动方法，该驱动方法基于权利要求1所述一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机实现，其特征在于，所述一种基于超声减摩效应的半自动式高精度旋盖机运行之前，通过升降定位系统（2）的粗调模式，调节旋盖装置（3）到瓶盖的上方，距离为L处，其中，L的取值范围为10~15cm，再使用精调模式，实现旋盖装置（3）的精确定位；开始运行后，外接激励信号激励压电元件（3-1），激励电压的输出频率达到定子基体（3-2）的共振频率后，基于超声振动的减摩效应，基体下端部内螺纹孔（3-2-2）与驱动轴外螺纹（3-4-2）间的摩擦系数降至临界解锁条件，同时高压气体经由导气机构（3-3）的直通孔及活塞组件（3-6）的内腔充入至螺纹驱动轴（3-4）的内腔下端部，螺纹驱动轴（3-4）的内腔下端部气体加压膨胀，使螺纹驱动轴（3-4）的内腔上、下端部气压出现压差，从而推动螺纹驱动轴（3-4）进行运动输出，此时螺纹驱动轴（3-4）有轴向直线运动及转动两种运动形式；瓶盖安装完成瞬间，外接激励信号及高压气体同时暂停输入，基体下端部内螺纹孔（3-2-2）与驱动轴外螺纹（3-4-2）间的摩擦系数达到自锁条件，旋盖装置（3）实现自锁，从而使螺纹驱动轴（3-4）快速停止运动输出，防止旋盖装置（3）对瓶盖造成损坏；再次恢复外接激励信号和高压气体的输入，使旋盖装置（3）实现减摩效应，同时由导气机构（3-3）的L型通孔充入高压气体直接进入螺纹驱动轴（3-4）的内腔上端部，螺纹驱动轴（3-4）的内腔上端部气体加压膨胀，使螺纹驱动轴（3-4）的内腔上、下端部气压出现压差，从而推动螺纹驱动轴（3-4）运动，实现旋盖装置（3）的复位运动。