CN114625185A - 基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料裁剪的控制装置及其控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料裁剪的控制装置及其控制系统，控制装置包括Y方向丝杆传动机构；3Z方向丝杆传动机构；位移检测震动抑制切割模块；待切割异形柔性材料；柔性切割面板组成；控制系统由电容式位移计，频谱分析仪，信号发生器，PD调节器，移相器，加法器音圈电机驱动块以及音圈动子组成；通过电容式位移计检测其与刀片间的距离变化，随后经过频谱分析仪分析距离变化的信息，根据幅度大小采用主要的三个频带的抖动信号进行有针对性的消除。并通过不同权重实现多重信号的叠加消除，以此实现刀片在加工作业过程中抖动的削弱，实现高质量加工。
Description
技术领域
本发明属于异形柔性材料的高效裁剪作业领域，具体涉及一种基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料裁剪的控制装置及其控制系统
背景技术
针对于柔性材料的裁剪，目前已有的切割机床设备已经可以实现智能化，信息化裁剪了，但针对不同的材料的裁剪稳定性的要求不同，这对我们进行裁剪作业的工作稳定性提出了更高的要求。
在进行高效裁剪作业的时候，目前已有的裁剪方式由于传动机构较为沉重，使得刀具在每次加减速过程中产生较大的运动加速度，这反映在裁剪效果中为刀具的微弱抖动。即使是刚性较好的设备，由于传动系统的冗余度会导致刀具端的轻微颤抖，这对于精细裁剪以及高效裁剪是需要极力避免的。
另一方面不同韧性以及硬度的材料对于裁剪作业中刀具的作用力形式不同，特别是对于不均匀的材料进行切割时，刀具会受到非周期性的随机冲击，这对于高效裁剪作业会极大的影响裁剪的质量。
发明内容
发明目的：本发明提供一种基于通过电容式微位移检测技术实现刀具裁剪过程中轴向的抖动，并通过其轴向安置的音圈电机高频振动抑制实现刀具加工过程中抖动的消除，实现高效裁剪。
技术方案：一种基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料裁剪的控制装置，包括在长方体框架结构上端面设有柔性切割面板，该柔性切割面板上铺设待切割异形柔性材料；所述长方体框架结构一侧设有X方向同步带传动机构，在所述X方向同步带传动机构上方铺设有实现Y方向运动的Y方向丝杆传动机构，该Y方向丝杆传动机构横跨柔性切割面板设置；在所述Y方向丝杆传动机构上设有实现Z方向运动的Z方向丝杆传动机构；所述X方向同步带传动机构和Y方向丝杆传动机构设有间隔距离，所述Y方向丝杆传动机构和Z方向丝杆传动机构相互连接；所述Z方向丝杆传动机构上固定安装有位移检测震动抑制切割模块，实现Z方向的位移；
所述位移检测震动抑制切割模块包括固定支架，该固定支架一端固定于Z方向丝杆传动机构上；所述固定支架在靠近固定端的固定孔中固定有旋转驱动电机；所述旋转驱动电机的轴与主动同步带轮固定链接，所述固定支架在远离固定端的一端设有从动同步带轮，该从动同步带轮通过同步带与主动同步带轮链接并传递动力。
具体地，所述从动同步带轮与连接轴固定连接，并与固定支架远离固定端的一端通孔同轴连接；所述连接轴下端的端面固定于扭转固定盒上部；所述扭转固定盒内部开有T形槽。
具体地，所述固定支架为T型，该固定支架下端的两侧对称设有一对伸长侧板，一对所述伸长侧板之间设有刀轴；所述伸长侧板上分别固定设有刀轴外磁环；所述两个刀轴外磁环中心固定安装有刀轴内磁环，且刀具内磁环固定于刀轴上，在刀轴的中心处竖直固定有刀具。
具体地，所述一对伸长侧板的对称内侧另一端固定安装有圆筒状的电容式位移计，通过测量电容式位移计到刀具侧面的距离检测刀具的抖动频率及幅度。
具体地，所述其中一个伸长侧板内侧固定安装有圆筒状的音圈电机驱动块，该音圈电机驱动块上同轴心固定设有音圈动子，且音圈动子固定在刀轴上，由音圈电机驱动块带动刀轴与刀具实现轴向高频微位移。
具体地，所述刀轴两端为六边形，在六边形的每个侧面上按圆周阵列固定安装有一圈动子磁铁，即6个动子磁铁，所述T形固定支架与驱动板固定连接，驱动板位于伸长侧板的一侧；所述动子磁铁与固定安装于驱动板对应六边形空槽内六边面上的转动驱动电磁铁一一对应。
一种基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料裁剪的控制系统，其特征在于：通过电容式位移检测探头实现刀具轴向的运动抖动，并通过主动式控制音圈电机实现自主可控的抖动抑制，具体实现步骤如下：该控制系统由电容式位移计，频谱分析仪，信号发生器，PD调节器，移相器，加法器音圈电机驱动块以及音圈动子组成。
刀具微位移通过电容式位移计进行检测，得到时域信号，继而通过频谱分析将时域信号转化为频域，可以得到刀片抖动的运动频率，振幅以及相位信息；通过对比信号振幅强度，得到一阶震动频率f1，二阶震动频率f2，以及三阶震动频率f3，并将其震动频率分别输入信号发生器产生对应的震动正弦波；而三个频率的震动其振幅不同，分别定义为权重1，2，3，通过PD回路进行信号振幅调节，随后将原始抖动信号对应的相位加上偏移a；即当此频率的振幅最大时为相应的反向最大振幅，实现此频率震动信号的抵消；最后将3通道的噪声低消信号，通过放大器后驱动音圈电机驱动块，配合音圈动子，实现刀片在其对应频率的抖动信号的消除，实现刀片加工过程中的震动抑制。
具体地，所述采用的位移检测震动抑制切割模块，实现震动抑制的方法为：通过电容式位移计测量其与刀片侧面的距离，在刀具作业抖动的过程中可以实时测量刀具抖动的信息，经过傅立叶变化转化为频域并分析其频率，幅度，相位，随后通过在音圈电机驱动块施加相应的信号抵消刀具的抖动。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、针对于异形柔性材料的高效裁剪作业，提出了一种基于通过电容式微位移检测技术实现刀具裁剪过程中轴向的抖动，并通过其轴向安置的音圈电机高频振动抑制实现刀具加工过程中抖动的消除，实现高效裁剪。
2、通过电容式位移计检测其与刀片间的距离变化，随后经过频谱分析仪分析距离变化的信息，根据幅度大小采用主要的三个频带的抖动信号进行有针对性的消除。并通过不同权重实现多重信号的叠加消除，以此实现刀片在加工作业过程中抖动的削弱，实现高质量加工
3、X方向的抖动通过电容式微位移监测装置来实现抖动测量，并采用频谱分析仪，通过分析抖动噪声的频带，实现噪声主动抑制。
4、采用权重调节PD实现不同频率主动补偿信号的分配，结合移相器实现多频带噪声同时抑制技术，提高了系统的抗干扰能力。
附图说明
图1为本发明的一种基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料裁剪的控制系统的框架图。
图2为本发明的一种基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料裁剪的控制系统的控制流程图。
图3为本发明的一种基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料的裁剪装置的总体示意图。
图4为本发明的一种基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料的裁剪装置的位移检测震动抑制切割模块的等轴侧视图。
图5为本发明的一种基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料的裁剪装置的位移检测震动抑制切割模块的主视图。
图6为本发明的一种基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料的裁剪装置的位移检测震动抑制切割模块的左视图。
图7为本发明的一种基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料的裁剪装置的位移检测震动抑制切割模块的A-A剖视图。
图8为本发明的一种基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料的裁剪装置的位移检测震动抑制切割模块的B-B剖视图。
图中：1X方向同步带传动机构；2Y方向丝杆传动机构；3Z方向丝杆传动机构；4位移检测震动抑制切割模块；5待切割异形柔性材料；6柔性切割面板。
4-1固定支架；4-2旋转驱动电机；4-3主动同步带轮；4-4同步带；4-5从动同步带轮；4-6连接轴；4-7T形固定支架；4-8驱动板；4-9刀轴；4-10刀片；4-11动子磁铁；4-12转动驱动电磁铁；4-13刀轴外磁环；4-14刀轴内磁环；4-15音圈电机驱动块；4-16音圈动子；4-17电容式位移计。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
如图1、2所示，本发明的一种基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料裁剪的控制系统，由电容式位移计，频谱分析仪，信号发生器，PD调节器，移相器，加法器音圈电机驱动块以及音圈动子组成。
刀片微位移通过电容式位移计进行检测，得到时域信号，继而通过频谱分析将时域信号转化为频域，可以得到刀片抖动的运动频率，振幅以及相位信息。通过对比信号振幅强度，得到一阶震动频率f1，二阶震动频率f2，以及三阶震动频率f3，并将其震动频率分别输入信号发生器产生对应的震动正弦波。而三个频率的震动其振幅不同，分别定义为权重1，2，3，通过PD回路进行信号振幅调节，随后将原始抖动信号对应的相位加上偏移a。即当此频率的振幅最大时为相应的反向最大振幅，实现此频率震动信号的抵消。最后将3通道的噪声低消信号，通过放大器后驱动音圈电机驱动块，配合音圈动子，实现刀片在其对应频率的抖动信号的消除，实现刀片加工过程中的震动抑制，达到高效高质量加工的效果。
如图3所示，本发明的一种基于悬挂震动抑制用于异形柔性材料的裁剪装置由2Y方向丝杆传动机构；3Z方向丝杆传动机构；4位移检测震动抑制切割模块；5待切割异形柔性材料；6柔性切割面板组成。在长方体框架结构的X方向同步带传动机构的上方，铺设有实现Y方向运动的Y方向丝杆传动机构，在所述Y方向丝杆传动机构上，安设有实现Z方向运动的Z方向丝杆传动机构。
悬挂震动抑制切割模块固定安装于Z方向丝杆传动机构的移动块上，在其带动下实现Z方向的位移。
所述待切割异形柔性材料放置于长方体的柔性切割面板上，所述柔性切割面板放置于X方向同步带传动机构的固定机体上。
如附图4-8所示为所述位移检测震动抑制切割模块，包括4-1固定支架；4-2旋转驱动电机；4-3主动同步带轮；4-4同步带；4-5从动同步带轮；4-6连接轴；4-7T形固定支架；4-8驱动板；4-9刀轴；4-10刀片；4-11动子磁铁；4-12转动驱动电磁铁；4-13刀轴外磁环；4-14刀轴内磁环；4-15音圈电机驱动块；4-16音圈动子；4-17电容式位移计。
长臂状固定支架一段固定于Z方向丝杆传动机构的移动块上，靠近固定端的固定孔中固定有旋转驱动电机，其轴与主动同步带轮固定链接与固定于固定支架外端的从动同步带轮通过同步带链接并传递动力。
所述从动同步带轮与连接轴固定连接，并与固定支架远端的通孔同轴连接。连接轴下端的端面固定于长方行的T形固定支架上部中心处；
所述T形固定支架下部开有对称分布的两侧板，在Y方向开有同轴的通孔，其中固定有刀轴外磁环，在两侧的刀轴外磁环中心固定安装有刀轴内磁环，其极性与刀轴外磁环相反，并且刀轴内磁环固定于刀轴上，在刀轴的中心处固定有刀片。因此刀片与刀轴内磁环通过刀轴固定连接，其通过刀具外磁环实现径向非接触定位，在Z向承载上呈非线性载荷。即在刀具受到的冲击越大的情况下，刀具受到的下部工作架的动态承载力越强，运动阻力越大，保证了Z向的抗冲击性。所属下部工作架下端的固定通孔两外侧在刀轴的轴向方向上，对称固定有固定端盖，实现刀轴的轴向定位。
所述圆柱轴状的刀轴两端为6边形构造，在每个侧面上圆周阵列固定安装有一圈6个动子磁铁，其与固定安装于驱动板对应六边形空槽内六边面上的转动驱动电磁铁一一对应。在施加交变电流的情况下，由固定于驱动板上的转动驱动电磁铁带动刀具轴实现非接触式旋转运动，并留有一定的运动轴中心偏差冗余度，保证了在冲击大，边形大，轴心偏离的情况下仍然可以实现有效的驱动。所述驱动板与T字形下部工作架固定连接。
所述T形固定支架下部开有对称分布的两侧板的对称内侧一端固定安装有圆筒状的音圈电机驱动块，所述圆筒状音圈电机驱动块与T形固定支架下部开有对称分布的两侧板的通孔同轴安装固定；所述圆筒状音圈动子固定安装在刀轴上与音圈电机驱动块同轴间隙配合。通过驱动音圈电机驱动块实现音圈动子带动刀轴与刀片实现轴向高频微位移。
所述T形固定支架下部开有对称分布的两侧板的对称内侧另一端固定安装有圆筒状的电容式位移计，通过测量电容式位移计到刀片侧面的距离检测其刀片的抖动频率及幅度。
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料裁剪的控制装置，其特征在于：包括在长方体框架结构上端面设有柔性切割面板，该柔性切割面板上铺设待切割异形柔性材料；所述长方体框架结构一侧设有X方向同步带传动机构，在所述X方向同步带传动机构上方铺设有实现Y方向运动的Y方向丝杆传动机构，该Y方向丝杆传动机构横跨柔性切割面板设置；在所述Y方向丝杆传动机构上设有实现Z方向运动的Z方向丝杆传动机构；所述X方向同步带传动机构和Y方向丝杆传动机构设有间隔距离，所述Y方向丝杆传动机构和Z方向丝杆传动机构相互连接；所述Z方向丝杆传动机构上固定安装有位移检测震动抑制切割模块，实现Z方向的位移；
所述位移检测震动抑制切割模块包括固定支架，该固定支架一端固定于Z方向丝杆传动机构上；所述固定支架在靠近固定端的固定孔中固定有旋转驱动电机；所述旋转驱动电机的轴与主动同步带轮固定链接，所述固定支架在远离固定端的一端设有从动同步带轮，该从动同步带轮通过同步带与主动同步带轮链接并传递动力。
2.根据权利要求1所述的基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料裁剪的控制装置，其特征在于：所述从动同步带轮与连接轴固定连接，并与固定支架远离固定端的一端通孔同轴连接；所述连接轴下端的端面固定于扭转固定盒上部；所述扭转固定盒内部开有T形槽。
3.根据权利要求1所述的基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料裁剪的控制装置，其特征在于：所述固定支架为T型，该固定支架下端的两侧对称设有一对伸长侧板，一对所述伸长侧板之间设有刀轴；所述伸长侧板上分别固定设有刀轴外磁环；所述两个刀轴外磁环中心固定安装有刀轴内磁环，且刀具内磁环固定于刀轴上，在刀轴的中心处竖直固定有刀具。
4.根据权利要求3所述的基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料裁剪的控制装置，其特征在于：所述一对伸长侧板的对称内侧另一端固定安装有圆筒状的电容式位移计，通过测量电容式位移计到刀具侧面的距离检测刀具的抖动频率及幅度。
5.根据权利要求1所述的基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料裁剪的控制装置，其特征在于：所述其中一个伸长侧板内侧固定安装有圆筒状的音圈电机驱动块，该音圈电机驱动块上同轴心固定设有音圈动子，且音圈动子固定在刀轴上，由音圈电机驱动块带动刀轴与刀具实现轴向高频微位移。
6.根据权利要求1所述的基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料裁剪的控制装置，其特征在于：所述刀轴两端为六边形，在六边形的每个侧面上按圆周阵列固定安装有一圈动子磁铁，即6个动子磁铁，所述T形固定支架与驱动板固定连接，驱动板位于伸长侧板的一侧；所述动子磁铁与固定安装于驱动板对应六边形空槽内六边面上的转动驱动电磁铁一一对应。
7.一种基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料裁剪的控制系统，其特征在于：通过电容式位移检测探头实现刀具轴向的运动抖动，并通过主动式控制音圈电机实现自主可控的抖动抑制，具体实现步骤如下：该控制系统由电容式位移计，频谱分析仪，信号发生器，PD调节器，移相器，加法器音圈电机驱动块以及音圈动子组成。
刀具微位移通过电容式位移计进行检测，得到时域信号，继而通过频谱分析将时域信号转化为频域，可以得到刀片抖动的运动频率，振幅以及相位信息；通过对比信号振幅强度，得到一阶震动频率f1，二阶震动频率f2，以及三阶震动频率f3，并将其震动频率分别输入信号发生器产生对应的震动正弦波；而三个频率的震动其振幅不同，分别定义为权重1，2，3，通过PD回路进行信号振幅调节，随后将原始抖动信号对应的相位加上偏移a；即当此频率的振幅最大时为相应的反向最大振幅，实现此频率震动信号的抵消；最后将3通道的噪声低消信号，通过放大器后驱动音圈电机驱动块，配合音圈动子，实现刀片在其对应频率的抖动信号的消除，实现刀片加工过程中的震动抑制。
8.根据权利要求7所述的基于电容位移检测震动抑制用于异形柔性材料裁剪的控制系统，其特征在于：所述采用的位移检测震动抑制切割模块，实现震动抑制的方法为：通过电容式位移计测量其与刀片侧面的距离，在刀具作业抖动的过程中可以实时测量刀具抖动的信息，经过傅立叶变化转化为频域并分析其频率，幅度，相位，随后通过在音圈电机驱动块施加相应的信号抵消刀具的抖动。
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