CN117184911B - 一种磁力管道输送调速装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及管道传输技术领域，具体为一种磁力管道输送调速装置及方法。所述磁力管道输送调速装置包括电磁线圈、控制组件、控制器和若干传感器；所述电磁线圈安装在管道外壁，所述控制组件并联在电磁线圈两侧；所述控制组件和传感器与控制器电性连接；所述控制组件包括储能元件和能量消耗元件；所述能量消耗元件与电磁线圈并联，所述储能元件与能量消耗元件并联；所述储能元件串联储能开关，所述能量消耗元件串联耗能开关。在管道送料过程中，在安装本装置的管道任意位置灵活调整被输送物料的飞行速度，在阻力大的位置助力提速，在速度过快的位置可以降低速度。
Description
技术领域
本发明涉及管道传输技术领域，具体为一种磁力管道输送调速装置及方法。
背景技术
通过压缩空气经由送钉管，将紧固件从送料机吹送到拧紧位置，是紧固件自动化组装领域自动输送物料的常用方法。但实际应用时，若螺钉在管内飞行速度太快，动能过大，螺钉在送料末端与机械结构接触被停止时，动能转化为接触部位的变形，导致螺钉头部发生变形，或者是螺钉端部的螺牙变形，使螺钉发生变形失效。若螺丝在管内飞行速度太慢，送钉距离过长时，螺钉在钉管内的动力不足，容易发生中途卡钉的情况，造成生产线停机。若在送钉管中间串联接入其它提速或者缓速机构，送钉管与机构之间的接缝会成为送钉过程中螺钉卡住的风险，降低系统的可靠性。
在申请公开号为CN101590951A的中国发明专利中，公开了一种磁力管道传输的方法及装置，将线圈安装在管道壁外，与控制机相连，用于通电后产生磁力线，当传输器在起始位置时，传感器产生感应，依次对管道外壁的控制线圈通电，产生磁力，全部运动过程结束。但上述结构无法控制传输速度，在实际应用时存在一定的局限，
因此需要一种非接触式的效果可调的管道输送调速装置及方法，可在螺钉送料过程中，通过安装本装置，可以在任意位置灵活调整螺钉的飞行速度，在阻力大的位置给螺钉助力提速，在速度过快的位置可以降低速度。
发明内容
为避免现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种磁力管道输送调速装置及方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种磁力管道输送调速装置，包括电磁线圈、控制组件、控制器和若干传感器；所述电磁线圈安装在管道外壁，所述控制组件并联在电磁线圈两侧；所述控制组件和传感器与控制器电性连接；
所述控制组件包括储能元件和能量消耗元件；所述能量消耗元件与电磁线圈并联，所述储能元件与能量消耗元件并联；所述储能元件串联储能开关，所述能量消耗元件串联耗能开关；
所述传感器至少包括一个位于电磁线圈前方的第一前馈传感器。
所述传感器设置在管道外侧，用于检测被输送件的位置。电磁线圈前方即为被输送件进入电磁线圈一端的方向；反之，电磁线圈后方即为被输送件离开电磁线圈一端的方向。
更进一步地：所述控制组件还包括充能元件，所述充能元件与储能元件并联。
所述充能元件可以给蓄能装置提前充能，传感器感应到送钉管内螺钉飞过，控制器收到信号，输入控制器，控制器打开开关元件，储能元件能量通过线圈，线圈中通过大电流，产生强磁场。
进一步地：所述传感器还包括一个位于电磁线圈中部的中位传感器，用于检测被输送件是否通过电磁线圈中部。
进一步地：所述传感器还包括一个位于电磁线圈前方，与第一前馈传感器间隔一定距离的第二前馈传感器。
进一步地：所述传感器还包括一个位于电磁线圈后方的第一反馈传感器。
进一步地：所述传感器还包括一个位于电磁线圈前方，与第一前馈传感器间隔一定距离的第二前馈传感器、一个位于电磁线圈后方的第一反馈传感器和一个位于电磁线圈后方，与第一反馈传感器间隔一定距离的第二反馈传感器。
进一步地：控制器为专用PCB控制板、PC板卡或PLC控制器中任意一种。
进一步地：所述传感器为接近传感器、光电传感器、激光传感器、超声波传感器或霍尔传感器中任意一种。
一种磁力管道输送调速方法，采用上述一种磁力管道输送调速装置，包括加速控制和减速控制；
当加速控制时，被输送件触发第一前馈传感器，控制器打开储能开关，储能元件能量通过电磁线圈，延时一定时间或触发中位传感器后，控制器关闭储能开关，打开耗能开关。
当减速控制时，被输送件触发第一前馈传感器，延时一定时间或触发中位传感器后，控制器打开储能开关，储能元件能量通过电磁线圈。
需要说明的是，当所述磁力管道输送调速装置只包括第一前馈传感器时，通过第一前馈传感器发出被输送件经过的信号，并通过传感器有信号的时间，结合被输送件长度，计算出此位置的被输送件飞行速度，为控制器提供前馈信号，通过被输送件飞行速度计算加速、减速的输出能量。
当所述磁力管道输送调速装置包括第一前馈传感器和第二前馈传感器时，因被输送件依次经过两个传感器，两个传感器依次发出的信号之间存在时间差，通过这个时间差，结合传感器之间的间距，控制系统可以测得此位置的被输送件飞行速度，为控制系统提供前馈信号，通过被输送件飞行速度计算加速、减速的输出能量。
当所述磁力管道输送调速装置包括第一前馈传感器和第一反馈传感器时，由第一前馈传感器发出被输送件经过的信号；再由第一反馈传感器发出确认被输送件经过的信号，且通过传感器有信号的时间，结合被输送件长度，计算出被输送件的初始飞行速度和调速后飞行速度，为控制系统提供反馈信号，用于计算下一次的加速、减速的输出能量。
当所述磁力管道输送调速装置包括第一前馈传感器、第二前馈传感器、第一反馈传感器和第二反馈传感器时，因被输送件会依次经过两个前馈传感器时，根据通过时间差，结合传感器之间的间距，控制系统可以测得此位置的被输送件飞行速度，为控制系统提供前馈信号；并且还会依次经过两个反馈传感器，根据通过时间差，结合传感器之间的间距，控制系统可以测得此位置的被输送件飞行速度，为控制系统提供反馈信号。其中，前馈信号用于修正本次输送的能量，反馈信号用于修正下一次的能量。因此，每一次调速的能量计算会同时考虑本次的前馈速度和上一次的反馈速度。
根据电磁原理，由于磁通总是倾向于穿过磁阻最小的路径，因此螺钉在穿过电磁线圈内部时，会朝磁阻最小的方向移动，当螺钉从电磁线圈中心移开时，磁路的磁阻会增大，此时螺钉的加速力变为减速力，为防止螺钉被拉回以及最大程度加速，当加速控制时，被输送件触发第一前馈传感器，控制器打开储能开关，储能元件能量通过电磁线圈，此时螺钉从左侧到线圈中央为加速过程。延时一定时间或触发中位传感器后，即螺钉通过电磁线圈中部，控制器关闭储能开关，打开耗能开关，消耗电磁线圈能量以最大程度减小右半侧的反向减速效果，使加速效果最大化。
综上，本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1、在螺钉送料过程中，在输送管的任意位置安装本装置，通过电磁线圈的通电，灵活调整螺钉的飞行速度，在阻力大的位置给螺钉助力提速，在速度过快的位置可以降低速度。通过在不同的位置接通线圈以及不同位置的传感器触发，可以实现中途加速、中途减速效果。
2、本发明保证送料速度的同时保护螺钉不受损，帮助螺钉飞过阻力特别大的位置，在超远距离送钉时起到中继加速的作用。采用非接触式调速的方式，所有机构均在送钉管的外部，不用把钉管从中间断开串联接入机构，保证了钉管的完整性，管道内不会有接缝、台阶，极大的避免了卡住螺钉，也避免接触螺钉表面而损伤螺钉。
3、设置若干传感器，采用了螺钉进入、离开的速度值作为前馈、反馈信号，来计算输出的能量，实现非接触精确控制，减速过程柔和。安装在线圈中间位置的传感器，在螺钉到达线圈正中间后即可给电磁线圈卸载，防止螺钉被反向磁力往回拉而减速实现中途提速应用中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所述磁力管道输送调速装置的整体结构示意图。
图2为本发明实施例2所述磁力管道输送调速装置的整体结构示意图。
图3为本发明实施例7所述磁力管道输送调速装置的整体结构示意图。
图4为本发明实施例3所述磁力管道输送调速装置的整体结构示意图。
图5为本发明实施例所述PID算法控制图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-电磁线圈，2-能量消耗元件，3-耗能开关，4-储能元件，5-储能开关，6-充能元件，71-第一前馈传感器，72-第二前馈传感器，73-第一反馈传感器，74-第二反馈传感器，8-中位传感器。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1所示为本发明较佳实施例，一种磁力管道输送调速装置，包括电磁线圈1、控制组件、控制器和若干传感器；所述电磁线圈1安装在管道外壁，所述控制组件并联在电磁线圈1两侧；所述控制组件和传感器与控制器电性连接；
所述控制组件包括储能元件4和能量消耗元件2；所述能量消耗元件2与电磁线圈1并联，所述储能元件4与能量消耗元件2并联；所述储能元件4串联储能开关5，所述能量消耗元件2串联耗能开关3；
所述传感器包括一个位于电磁线圈1前方的第一前馈传感器71、一个位于电磁线圈1前方，与第一前馈传感器71间隔一定距离的第二前馈传感器72、一个位于电磁线圈1后方的第一反馈传感器73和一个位于电磁线圈1后方，与第一反馈传感器73间隔一定距离的第二反馈传感器74。
如图1所示，所述传感器设置在管道外侧，用于检测被输送件的位置。图中箭头所指方向即为螺钉的飞行传输方向，电磁线圈1前方即为被输送件进入电磁线圈1一端的方向；反之，电磁线圈1后方即为被输送件离开电磁线圈1一端的方向。
所述控制组件还包括充能元件6，所述充能元件6与储能元件4并联。所述充能元件6可以给储能元件4提前充能，传感器感应到送钉管内螺钉飞过，控制器收到信号，控制器打开开关元件，储能元件4能量通过电磁线圈1，电磁线圈1中通过大电流，产生强磁场。
实施例2：
如图2所示，一种磁力管道输送调速装置，本实施例与实施例1的区别仅在于，所述传感器还包括一个位于电磁线圈中部的中位传感器，用于检测被输送件是否通过电磁线圈中部。
实施例3：
如图4所示，一种磁力管道输送调速装置，本实施例与实施例1的区别仅在于，所述传感器只包括第一前馈传感器71和第二前馈传感器72。
实施例4：
一种磁力管道输送调速方法，采用实施例1所述的一种磁力管道输送调速装置，包括加速控制和减速控制；
当加速控制时，被输送件触发第一前馈传感器71，控制器打开储能开关5，储能元件4能量通过电磁线圈1，延时一定时间后，控制器关闭储能开关5，打开耗能开关3。
当减速控制时，被输送件触发第一前馈传感器71，延时一定时间后，控制器打开储能开关5，储能元件4能量通过电磁线圈1。
其中，延时时间根据现场调试得出，需保证被输送件经过电磁线圈1中部后，进行后续步骤。
实施例5：
一种磁力管道输送调速方法，采用实施例2所述的一种磁力管道输送调速装置，包括加速控制和减速控制；
当加速控制时，被输送件触发第一前馈传感器71，控制器打开储能开关5，储能元件4能量通过电磁线圈1，被输送件触发中位传感器8后，控制器关闭储能开关5，打开耗能开关3。
当减速控制时，被输送件触发第一前馈传感器71，再触发中位传感器8后，控制器打开储能开关5，储能元件4能量通过电磁线圈。
实施例6：
本发明还可通过设置目标速度Vs，结合传感器测得的前馈信号和反馈信号，实现对被输送件的精准调速。
如图2所示，基于实施例2所述磁力管道输送调速装置，当所述磁力管道输送调速装置包括第一前馈传感器71、第二前馈传感器72、第一反馈传感器73和第二反馈传感器74时，因被输送件会依次经过两个前馈传感器，根据通过时间差，结合传感器之间的间距，控制系统可以根据下式测得此位置的被输送件飞行速度，为控制系统提供前馈信号。
被输送件再依次经过两个反馈传感器，根据通过时间差，结合传感器之间的间距，控制系统可以测得此位置的被输送件飞行速度，为控制系统提供反馈信号：
其中，前馈信号用于修正本次输送的能量，反馈信号用于修正下一次的能量；结合图5所示PID算法控制图计算电磁线圈的通电时间因此，基于实施例2所述磁力管道输送调速装置进行调速时，每一次的调速能量计算会同时考虑本次的前馈速度和上一次的反馈速度。
当被输送件触发第一前馈传感器71后，根据实施例5中所述的调速方法进行加速或减速控制。
实施例7：
如图3所示，采用的磁力管道输送调速装置与实施例2所述磁力管道输送调速装置的区别在于，本实施例传感器包括第一前馈传感器71和第一反馈传感器73。由第一前馈传感器71发出被输送件经过的信号；再由第一反馈传感器73发出确认被输送件经过的信号。通过第一前馈传感器71、第一反馈传感器73有信号的时间，结合被输送件长度，计算出两个位置的被输送件飞行速度，为控制系统提供反馈信号，用于计算下一次的加速、减速的输出能量。
其中，前馈信号，
反馈信号，
结合图5所示PID算法控制图计算电磁线圈的通电时间。
实施例8：
如图4所示，采用实施例3所述的一种磁力管道输送调速装置，当只有前馈信号时，基于前馈信号求得的速度，采用线性法、拟合函数法或查表法中任意一种形式计算电磁线圈通电时间。
根据下式求得前馈信号螺钉速度：
所述线性法公式如下：T＝a*Vin+b；
其中T为电磁线圈通电时间，a为速度调整系数，b为固定通电时间。所述拟合函数法计算公式如下：T＝f(Vin)；f(Vin)是一个以v为自变量的函数，这个函数是根据已知的若干组最优(Vin,T)数据点拟合得到。
所述查表法是在程序内置了若干最优的离散数据组合，(V1<V2<V3<…Vn)，将最优的离散数据制成表格：
| 进入速度Vin | 最优时间T |
| V1 | T1 |
| V2 | T2 |
| V3 | T3 |
| … | … |
| Vn | Tn |
若实际测得速度符合Vi-1<Vin≤Vi，对应表内的最佳数据(Vi-1,Ti-1)，(Vi,Ti)，则
根据上式求得电磁线圈的通电时间T。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种磁力管道输送调速方法，其特征在于，包括加速控制和减速控制；
当加速控制时，被输送件触发第一前馈传感器，控制器打开储能开关，储能元件能量通过电磁线圈，延时一定时间或触发中位传感器后，控制器关闭储能开关，打开耗能开关；
当减速控制时，被输送件触发第一前馈传感器，延时一定时间或触发中位传感器后，控制器打开储能开关，储能元件能量通过电磁线圈；
当所述磁力管道输送调速装置包括第一前馈传感器、第二前馈传感器、第一反馈传感器和第二反馈传感器时，控制系统根据下式为控制系统提供前馈信号Vin和反馈信号Vout：
其中，前馈信号用于修正本次输送的能量，反馈信号用于修正下一次的能量，结合PID算法控制计算电磁线圈的通电时间；
当所述磁力管道输送调速装置包括第一前馈传感器和第一反馈传感器时，控制系统根据下式为控制系统提供前馈信号Vin和反馈信号Vout：
计算出两个位置的被输送件飞行速度，为控制系统提供反馈信号，用于计算下一次的加速、减速的输出能量，结合PID算法控制计算电磁线圈的通电时间；
当所述磁力管道输送调速装置只有前馈信号时，基于前馈信号求得的速度，采用线性法、拟合函数法或查表法中任意一种形式计算电磁线圈通电时间。
2.一种磁力管道输送调速装置，适用于权利要求1所述的一种磁力管道输送调速方法，其特征在于，包括电磁线圈、控制组件、控制器和若干传感器；所述电磁线圈安装在管道外壁，所述控制组件并联在电磁线圈两侧；所述控制组件和传感器与控制器电性连接；
所述控制组件包括储能元件和能量消耗元件；所述能量消耗元件与电磁线圈并联，所述储能元件与能量消耗元件并联；所述储能元件串联储能开关，所述能量消耗元件串联耗能开关；
所述传感器至少包括一个位于电磁线圈前方的第一前馈传感器。
3.根据权利要求2所述的一种磁力管道输送调速装置，其特征在于，所述控制组件还包括充能元件，所述充能元件与储能元件并联。
4.根据权利要求2所述的一种磁力管道输送调速装置，其特征在于，所述传感器还包括一个位于电磁线圈中部的中位传感器，用于检测被输送件是否通过电磁线圈中部。
5.根据权利要求2或4中任一项所述的一种磁力管道输送调速装置，其特征在于，所述传感器还包括一个位于电磁线圈前方，与第一前馈传感器间隔一定距离的第二前馈传感器。
6.根据权利要求2或4中任一项所述的一种磁力管道输送调速装置，其特征在于，所述传感器还包括一个位于电磁线圈后方的第一反馈传感器。
7.根据权利要求2或4中任一项所述的一种磁力管道输送调速装置，其特征在于，所述传感器还包括一个位于电磁线圈前方，与第一前馈传感器间隔一定距离的第二前馈传感器、一个位于电磁线圈后方的第一反馈传感器和一个位于电磁线圈后方，与第一反馈传感器间隔一定距离的第二反馈传感器。
8.根据权利要求2所述的一种磁力管道输送调速装置，其特征在于，控制器为专用PCB控制板、PC板卡或PLC控制器中任意一种。
9.根据权利要求2所述的一种磁力管道输送调速装置，其特征在于，所述传感器为接近传感器、光电传感器、激光传感器、超声波传感器或霍尔传感器中任意一种。
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