CN110386423A

CN110386423A - 振动系统的控制装置和工件输送装置

Info

Publication number: CN110386423A
Application number: CN201811275578.2A
Authority: CN
Inventors: 前田峰尚; 木村哲行; 大西孝信
Original assignee: Fukuma Co Ltd
Current assignee: Fukuma Co Ltd; Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2018-04-19
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2019-10-29
Also published as: TW201943625A; JP6820484B2; TWI769301B; JP2019193340A; KR20190122122A

Abstract

本发明提供一种振动系统的控制装置和工件输送装置。提供一种振动系统的控制装置，该振动系统的控制装置被适用于零件送料器、超声波马达等利用了振动的装置，可稳定·高效率地使这些装置驱动。该振动系统的控制装置在通过通用的驱动指令来对谐振频率不同为f1、f2的两个振动系统(1、2)进行驱动之际被利用，该振动系统的控制装置具备：第一振幅检测器(61)和第二振幅检测器(62)，其对各振动系统(1、2)的振动的振幅进行检测；差分器(63)，其对由这些振幅检测部件(61、62)检测到的振幅进行比较；以及追踪部件(7)，其以使经由差分器(63)获得的两振幅的偏差成为0的方式追踪驱动指令的频率f。

Description

振动系统的控制装置和工件输送装置

技术领域

本发明涉及振动系统的控制装置和工件输送装置，其被适用于零件送料器、超声波马达等利用了振动的装置，可稳定·高效率地使这些装置驱动。

背景技术

一直以来，公知有如椭圆振动零件送料器、行波型的零件送料器、超声波马达等那样具有多个振动系统、且以单一频率使这多个振动系统驱动来发挥各种功能的装置。在此，多个振动系统也包括由多个构造物构成的振动系统、具有多个振动方向的振动系统、同一构造物的多个振动模式中的任一者。

在这样的装置中，为了使输送部效率良好地振动，大多以该多个振动系统的谐振频率成为相近的值的方式进行设计·调整，以这些谐振频率附近的频率进行驱动。另外，提出了根据多个振动系统中的一个振动系统的谐振频率对驱动频率进行调节的控制(参照例如专利文献1、2)。

专利文献1示出了超声波马达的驱动电路，构成为，对驱动频率进行控制，以使与驱动状态相应的电压(从驱动检测用的压电元件获得的电压)与向压电体施加的施加电压(向两个电极中的一个施加的施加电压)之间的相位差成为预先设定好的相位差。

另一方面，专利文献2示出了椭圆振动零件送料器的驱动控制装置，构成为，以水平方向振动和垂直方向振动中的任一者的振幅最大的方式设定输出频率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公平07-2023号公报

专利文献2：日本特开平11-227926号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，一般而言，在本发明中作为对象的椭圆振动零件送料器、行波型的零件送料器中，两个振动系统的谐振频率存在偏离。特别是在行波型零件送料器中，利用了空间上的相位偏离了90°的两个驻波模式，但振动部不是对称形状，因此，易于产生谐振频率的偏离，难以进行使其一致这样的调整。另外，发现了谐振频率因温度变化等而变化的现象，在该情况下，并不限于以各振动系统的谐振频率相同的方式变化，也想到偏离变大的情况。

因此，在以往的基于一个振动系统的谐振频率对驱动频率进行调整的控制中，由于谐振频率的偏离的影响而导致装置整体的效率不会成为最大。另外，想到如下等问题：各振动系统的振动的响应倍率之差变大，为了在一部分振动系统产生需要的振幅，需要过大的激振力，或振幅在一部分振动系统不足。

本发明是着眼于这样的问题而做成的，目的在于实现振动系统的控制装置和工件输送装置，该振动系统的控制装置和工件输送装置不是如以往那样对1个振动系统的谐振频率进行追踪，而是通过进行控制，以使以两个振动系统的谐振频率之间的振动的响应倍率大致相等的频率进行驱动，来谋求问题的解决。

用于解决问题的方案

本发明为了解决该问题，采取了如下那样的手段。

即，本发明的振动系统的控制装置在通过通用的驱动指令对谐振频率不同的两个振动系统进行驱动之际被利用，其特征在于，振动系统的控制装置具备：振幅检测部件，其对各所述振动系统的振动的振幅进行检测；比较部件，其对由这些振幅检测部件检测到的振幅进行比较；追踪部件，其以使经由所述比较部件获得的两振幅的偏差成为0的方式追踪所述驱动指令的频率。

通过进行这样的控制，能够以振幅大致一致的频率对两个振动系统进行驱动。并且，该频率位于两个振动系统的谐振频率之间，因此，与基于一个振动系统的谐振频率对驱动频率进行调整的控制相比，各振动系统的振动的响应倍率之差变小，防止为了在一部分振动系统中产生需要的振幅而需要过大的激振力、或振幅在一部分振动系统中不足，可效率良好地控制装置整体。而且，仅是控制成振幅一致，因此，与利用驱动指令与振动系统的响应之间的相位差来搜寻谐振频率的情况等相比，控制也变得简单。

在该情况下，期望的是，所述追踪部件包括：控制量计算部，其基于经由所述比较部件获得的振幅的偏差并使用至少比例项和积分项来计算控制量；以及频率调节器，其使频率向与偏差的正负相应的方向增减与所述控制量相应的量。

只要振幅一致，就不调整频率。另一方面，振幅的偏差越大，越从振幅一致的频率偏离，因此，频率的调整量根据偏差而变大。并且，通过包括比例项和积分项的控制，能够迅速地达到目标值。

另外，优选的是构成为，具备：增益乘法部，其将向所述两个振动系统中的任一者输入的驱动指令乘以增益；以及增益除法部，其将由该振动系统的振幅检测部件检测到的检测信号除以所述增益，利用该增益除法部进行了除法后的检测信号向所述比较部件输入。

这样的话，将本发明适用到如椭圆振动系统那样振幅比较大地不同的两个振动系统，或适用于如行波零件送料器那样对机械误差进行修正而使振幅一致的目的等，能够以通用的驱动指令使两个振动系统基于同一频率以恰当的振幅振动。而且，由振幅检测部件检测的信号中的一个除以增益而对偏差进行比较，因此，能够调整成针对两个振动系统取得了平衡的频率。

另外，也优选构成为，具备将由所述两个振动系统中的任一者的振幅检测部件检测的检测信号除以增益的增益除法部，由该增益除法部进行了除法后的检测信号向所述比较部件输入。

在如此构成的情况下，通过以激振信号的大小在两个振动系统中相等、响应倍率成为预定的比率这样的频率进行驱动，振幅比也成为预定的比率。在该情况下，不取决于振幅比的设定值，能够使向两个振动系统的激振信号的大小相等，因此，驱动器等放大器的动作稳定。

并且，优选的是，具备：输送部，其以载置着工件的状态输送该工件；以及行波产生部件，其通过合成相位不同的两个驻波来产生行波，该行波用于使所述输送部挠曲振动，将上述振动系统的控制装置应用于所述行波产生部件中的两个驻波的生成来构成工件输送装置。

若是这样的工件输送装置，则可从两个驻波恰当地生成行波而进行高效率的输送。

或者，也优选的是，具备：输送部，其以载置着工件的状态输送该工件；椭圆振动产生部件，其通过合成输送方向和与输送方向交叉且包含铅垂分量在内的方向的两个振动来使所述输送部椭圆振动，将上述振动系统的控制装置应用于所述椭圆振动产生部件中的两个振动的生成而构成工件输送装置。

若是这样的工件输送装置，则可由两个振动恰当地生成椭圆振动而进行高效率的输送。

发明的效果

根据以上进行了说明的本发明，能够提供一种新的有用的振动系统的控制装置和工件输送装置，在将该振动系统的控制装置和工件输送装置适用到零件送料器、超声波马达等利用了振动的装置的情况下，可稳定·高效率地使它们进行驱动。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的振动系统的控制装置的框图。

图2是表示该实施方式中的控制的概要的图表。

图3是表示该实施方式中的控制的概要的图表。

图4是表示作为本发明的工件输送装置的构成例的零件送料器的图。

图5是针对构成该零件送料器的振动盘送料器的控制框图。

图6是针对构成该零件送料器的直进式送料器的控制框图。

图7是表示本发明的变形例的与图1相对应的框图。

图8是表示该变形例中的控制的概要的图表。

图9是表示本发明的工件输送装置的变形例的图。

图10是表示与本发明对比的以往的控制的概要的图表。

附图标记说明

1、第一振动系统；2、第二振动系统；7、追踪部件；51、振动检测部件(第一振动检测器)；52、振动检测部件(第二振动检测器)；63、比较器(差分器)；71、控制量计算部(PI控制部)；72、频率调节部；81、增益乘法部；82、增益除法部；f1、f2、谐振频率；BZ、LZ、行波产生部件；Pz、椭圆振动产生部件；PF、工件输送装置(零件送料器)；T1、t1、t2、tx、输送部。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。

图1是以框图表示本实施方式的振动系统的控制装置C的图。该控制装置C具有第一振动系统1、第二振动系统2，该第一振动系统1、第二振动系统2具有各振动系统1、2的谐振频率f1、f2为相近的值这样的振动部(1x、2x)。作为这样的谐振频率f1、f2为相近的值这样的振动系统，例如可列举出以多个振动模式使具有空间上的相位差的多个部位激振来产生行波的零件送料器等的超声波振动系统、通过沿着XZ方向或者YZ方向的振动而产生椭圆振动的平面输送装置等的弹簧质量阻尼器振动系统等。

具体而言，第一振动系统1、第二振动系统2分别被第一激振器11、第二激振器21激振。

由发送器等驱动指令生成部3生成的、频率可变的正弦波、矩形波等周期信号被第一放大器12、第二放大器22放大而向第一激振器11、第二激振器21输入。由驱动指令生成部3生成的驱动指令的频率设为从外部可变。另外，放大器12、22的放大率设为相等。对于第二激振器21，为了以第一振动系统1为基准而向第二振动系统2赋予相对的相位差，将来自驱动指令生成部3的周期信号在移相器4中错开相位而由第二放大器22放大得到的该周期信号输入该第二激振器21。

即，来自驱动指令生成部3的周期信号向第一放大器12输入，并且，利用相位器4使相位错开后向第二放大器22输入。

在此，若是通常的控制，则驱动指令生成部3构成为，以第一振动系统1的谐振频率f1和第2振动系统2的谐振频率f2中的任一频率生成驱动指令，利用移相器4附加90°的相位差而对两振动系统1、2进行驱动。

然而，如前述那样以第一振动系统1的谐振频率f1驱动整体的控制在第二振动系统2中成为从谐振频率f2偏离了的驱动，因此，想到产生如下各种问题：响应倍率之差在其与第一振动系统1之间变大，为了在第二振动系统2中产生需要的振幅而在第二放大器22需要过大的激振力，或振幅不足等。这在以第二振动系统2的谐振频率f2驱动整体的情况下，状况也同样。

因此，本实施方式设置有：作为振动检测部件的第一振动检测器51和第二振动检测器52，其对所述各振动系统1、2的振动进行检测；作为振幅检测部件的第一振幅检测器61和第二振幅检测器62，其从这些振动检测器51、52所检测到的振动信号对振幅进行检测；作为比较部件的差分器63，其对由这些振幅检测器61、62检测到的振幅进行比较；追踪部件7，其以使经由比较部件63获得的两振幅的偏差成为0的方式追踪驱动指令生成部3中的驱动指令的频率。

在该情况下，第一振动检测器51、第二振动检测器52所检测的是从第一振动系统1、第二振动系统2的振动部1x、2x取出来的位移信号彼此、速度信号彼此和加速度信号彼此中的任一者。

追踪部件7构成为，包括：作为控制量计算部的PI控制部71，其基于经由差分器63获得的振幅的偏差并使用至少比例项和积分项计算控制量Δf；以及频率调节器72，其使频率f向与偏差的正负相应的方向增减与所述控制量Δf相应的量。

例如，如图2所示，在第二振动系统2的谐振频率f2比第一振动系统1的谐振频率f1高的情况下，根据由第二振幅检测器62检测的振幅A2和由第一振幅检测器61检测的振幅A1之间的大小关系进行下述那样的频率的变更。

在A2＜A1时(参照图2的(a))，变更成f＝f+Δf。

在A2>A1时(参照图2的(b))，变更成f＝f-Δf。

Δf是由PI控制部72计算出的控制量，两振动系统1、2的振幅的偏差越大，则Δf被计算为越大的值。

由此，驱动指令生成部3所输出的驱动指令的频率被朝向使两振动系统1、2的振幅的偏差为0的方向、即如图3所示那样使两振动系统1、2的振幅一致这样的频率f0修正。

此时，在该实施方式中，设置有：增益乘法部81，其将向第二振动系统2输入的驱动指令乘以增益系数Kα；以及增益除法部82，其将从该第二振动系统2的第二振幅检测部件52检测的检测信号除以所述增益系数Kα，将由该增益除法部82进行了除法后的检测信号向差分器63输入。

由此，第一振动系统1和第二振动系统2的振幅比成为1：Ka。另外，来自第二振幅检测器62的输出信号在成为1/Kα倍之后，与第一振幅检测器61的输出信号进行比较。并且，以该偏差成为0的方式调节驱动频率。

若如此构成，则针对第二振动系统2，指令信号被Kα倍后，振动检测值被1/Kα倍，因此，在偏差的运算所使用的信号中，这些增益被取消。因此，对于响应倍率相等的频率，偏差成为0。因而，通过本实施方式的控制方法，能够以响应倍率相等的频率、也就是说两个谐振频率f1、f2之间的频率f进行驱动。这样的频率f与两个振动系统1、2的谐振频率f1、f2中的任一者都接近，响应倍率较高，因此，能够使两振动系统1、2效率良好地振动。另外，即使产生谐振频率f1、f2的变化等，也与之相对应地自动调整驱动频率。

通过如此使振动的响应倍率之差在第一振动系统1与第二振动系统2之间变小，在一个振动系统中需要过大的激振力这样的问题、一个振动系统的振幅不足这样的问题被消除。另外，与以一个谐振频率进行驱动这样的情况相比，需要的电力整体变小。

而且，驱动频率被自动调整，因此，消除以手工作业对第一振动系统1、第二振动系统2的谐振频率f1、f2进行摸索这样的劳力和时间。即，为了对谐振频率进行追踪，无需对相位差进行检测，或进行频率扫描，因此，检测电路变得单纯，控制变得容易。

另外，不仅利用驱动频率，而且利用激振信号的增益Kα将第一振动系统1与第二振动系统2的振幅比控制成1：Ka，因此，驱动状态稳定，并且，能够根据应用对象积极地设定振幅比。在并行进行使振幅恒定的控制的情况下，利用第一振动系统、第二振动系统中任一者的振幅检测信号来进行控制即可，由此，另一个振动系统的振幅也被控制成恒定。

另外，追踪部件7构成为，包括：PI控制部71，其基于经由差分器63获得的振幅的偏差并使用至少比例项和积分项计算控制量；以及频率调节器72，其使频率向与偏差的正负相应的方向增减与控制量Δf相应的量，因此，振幅的偏差越大，与偏差相应地，频率的调整量越大。并且，能够利用包括比例项和积分项的控制迅速地达到目标值。

在以上内容中，在如例如超声波马达、行波型零件送料器那样期望两个振动模式的振幅相等的情况下，Ka＝1。

图3所示的是谐振频率f1、f2偏离了的两个振动系统的频率响应函数的例子。如从图可知那样，在等效质量、等效刚度这样的振动特性接近、且谐振频率少许偏离这样的两个振动系统中，响应倍率的图表交叉的点存在于各谐振频率之间。

因此，本实施方式的构成对于在构造上无论如何两个振动系统的谐振频率都易于产生偏离的行波型零件送料器特别有效。

图4表示作为本实施方式的振动系统的控制装置C所适用的一个例子的作为工件输送装置的零件送料器PF。该零件送料器PF包括：振动盘送料器Bf，其使所投入的工件沿着螺旋输送部T1爬坡；以及直进式送料器Lf，其利用排列输送部t1对从该振动盘送料器Bf排出的工件进行排列、方向判别等而仅使适当姿势的工件通过，并且使不恰当的工件经由返回输送部t2返回振动盘送料器Bf。

如图5所示，其中的振动盘送料器Bf经由使用了压电元件的第一激振器11和第二激振器21使位于送料器主体底面的圆环状的振动区域中的第一区域且以0°模式进行振动的第一振动系统1的振动部1x以及位于第二区域且以90°模式进行振动的第二振动系统的振动部2x激振，从而构成了行波产生部件BZ，该行波产生部件BZ通过合成相位不同的驻波来产生行波，该行波用于使所述输送部T1挠曲振动。

并且，在将上述控制装置C适用于该振动盘送料器Bf的情况下，如下构成即可：被图1和图2所示的第一放大器12、第二放大器22放大后的周期信号向行波产生部件BZ的第一激振器11、第二激振器21输入，第一振动系统1(1x)、第二振动系统2(2x)的振动经由第一振动检测器51、第二振动检测器52取出。在图5中省略控制装置C(参照图1和图2)的其他部分，构成和控制方法与上述实施方式的构成和控制方法相同。

在对这样的零件送料器PF进行驱动的情况下，惯例是各激振部1x、2x中的谐振频率f1、f2视作大致相同而进行驱动，若将压电元件粘贴于振动部1x、2x的底面，则存在由于压电元件的发热而多个激振点处的谐振频率变化百分之几、驻波比降低而输送效率明显受损的可能性，但利用经由控制装置C的控制，可有效地解决该问题。

另一方面，如图6所示，图4的直进式送料器Lf经由使用了压电元件的第一激振器11和第二激振器12使位于送料器主体底面的长圆状的振动区域中的第一区域且以0°模式进行振动的第一振动系统1的振动部1x以及位于第二区域且以90°模式进行振动的第二振动系统的振动部2x激振，从而构成了行波产生部件LZ，该行波产生部件LZ通过合成相位不同的驻波来产生行波，该行波用于使所述输送部t1、t2挠曲振动。

并且，在将上述控制装置C应用于该直进式送料器Lf的情况下，如下构成即可：被图1和图2所示的第一放大器12、第二放大器22放大后的周期信号向行波产生部件LZ的第一激振器11、第二激振器21输入，第一振动系统1(1x)、第二振动系统2(2x)的振动经由第一振动检测器51、第二振动检测器52取出。在图6中也省略控制装置C(参照图1和图2)的其他部分，构成和控制方法与上述实施方式的构成和控制方法相同。

以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但各部分的具体的构成并不只被限定于上述的实施方式。

例如，所述实施方式中的控制量计算部使用了PI控制，但并不限于此，能够采用使两个信号的大小一致这样的各种控制方法。

另外，也可以是，不是将增益Kα赋予于向第2放大器22输入的输入信号，而是将增益Kα赋予于向第一放大器12输入的输入信号，不是将增益1/Kα赋予于第二振幅检测器52的输出信号，而是赋予于第一振幅检测器51的输出信号。在该情况下，第一振动系统1、第二振动系统2的振幅比成为Ka：1。

而且，也可以是图7这样的、不对向第二放大器22输入的输入信号赋予增益Kα，仅使第二振幅检测器62的输出信号除以增益Kα。在该情况下，激振信号的大小在第一振动系统1、第二振动系统2中相等，以响应倍率之比成为1：Kα这样的频率被驱动，从而振幅比成为1：Kα(参照图8)。在该情况下，不依赖于振幅比的设定值，就能够使向两个振动系统输入的激振信号的大小相等，因此，驱动器(放大器等)的动作稳定。不过，可设定的放大比的范围依赖于两个振动系统1、2的特性。因而，在两个振动系统1、2的谐振频率f1、f2接近，在任何频率下响应倍率之差都小这样的情况下，成为可设定的振幅比的范围变窄的倾向。

另外，图9所示的是作为工件输送装置的椭圆振动零件送料器PF，其具备：输送部tx，其以载置着工件的状态输送该工件；以及椭圆振动产生部件Pz，其通过合成输送方向(X方向和/或Y方向)和与输送方向交叉且包含铅垂分量在内的方向(Z方向)的两个振动来使输送部tx椭圆振动。椭圆振动产生部件Pz包括：第一振动系统1，其通过利用激振器(压电元件)11使第一板簧11a激振，来使输送部tx沿着Z方向振动；以及第二振动系统2，其通过利用激振器(压电元件)21使第二板簧21a激振，来使输送部tx沿着X方向和/或Y方向振动。并且，通过图1的第一放大器12使该椭圆振动产生部件Pz的两个振动系统1、2中的第一振动系统1的激振器11激振，通过图1的第二放大器22使第二振动系统2的激振器21激振，只要将从这些振动系统1、2经由振动检测器51、52取出来的振动的信号输入到图1的第一振幅检测器61和第二振幅检测器62，就可依据上述内容恰当地控制椭圆振动。

其他的构成也在不脱离本发明的主旨的范围内可进行各种变形。

Claims

1.一种振动系统的控制装置，其在通过通用的驱动指令对谐振频率不同的两个振动系统进行驱动之际被利用，其特征在于，

该振动系统的控制装置具备：

振幅检测部件，其对各所述振动系统的振动的振幅进行检测；比较部件，其对由这些振幅检测部件检测到的振幅进行比较；以及追踪部件，其以使经由所述比较部件获得的两振幅的偏差成为0的方式追踪所述驱动指令的频率。

2.根据权利要求1所述的振动系统的控制装置，其中，

所述追踪部件包括：控制量计算部，其基于经由所述比较部件获得的振幅的偏差并使用至少比例项和积分项来计算控制量；以及频率调节器，其使频率向与偏差的正负相应的方向增减与所述控制量相应的量。

3.根据权利要求1或2所述的振动系统的控制装置，其中，

该振动系统的控制装置具备：

增益乘法部，其将向所述两个振动系统中的任一者输入的驱动指令乘以增益；以及增益除法部，其将由该振动系统的振幅检测部件检测到的检测信号除以所述增益，由该增益除法部进行了除法后的检测信号向所述比较部件输入。

4.根据权利要求1或2所述的振动系统的控制装置，其中，

该振动系统的控制装置具备将由所述两个振动系统中的任一者的振幅检测部件检测到的检测信号除以增益的增益除法部，由该增益除法部进行了除法后的检测信号向所述比较部件输入。

5.一种工件输送装置，其特征在于，

该工件输送装置具备：

输送部，其以载置着工件的状态输送该工件；以及行波产生部件，其通过合成相位的不同的两个驻波来产生行波，该行波用于使所述输送部挠曲振动，权利要求1～4中任一项所述的振动系统的控制装置被应用于所述行波产生部件中的两个驻波的生成。

6.一种工件输送装置，其特征在于，

该工件输送装置具备：

输送部，其以载置着工件的状态输送该工件；椭圆振动产生部件，其通过合成输送方向和与输送方向交叉并包含铅垂分量在内的方向的两个振动来使所述输送部进行椭圆振动，权利要求1～4中任一项所述的振动系统的控制装置被应用于所述椭圆振动产生部件中的两个振动的生成。