RU225541U1

RU225541U1 - ULTRASONIC CUTTING DEVICE

Info

Publication number: RU225541U1
Application number: RU2023127384U
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Лбов; Сергей Николаевич Вьюгинов; Александр Александрович Новик; Алексей Александрович Новик; Алена Александровна Вьюгинова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ИНЛАБ - Ультразвук"
Filing date: 2023-09-28
Publication date: 2024-04-23

Abstract

Полезная модель относится к технологиям резки и разделения изделий. Устройство для ультразвуковой резки содержит станину со столом для размещения нарезаемых изделий и узлом перемещения блока управления ультразвуковым ножом по двум координатам с направляющей линейного привода, на которой установлен блок управления ультразвуковым ножом и нож. Нож выполнен с возможностью вертикального перемещения и поворота и установлен с возможностью совместного перемещения с блоком управления ультразвуковым ножом. Внутри блока управления ультразвуковым ножом расположен присоединенный к ультразвуковому ножу ультразвуковой преобразователь, выполненный с возможностью соединения с ультразвуковым генератором, и программируемый контроллер управления устройством. Устройство для ультразвуковой резки включает блок оптического измерения формы и размеров изделия, состоящий из оптических датчиков, передающих информацию о форме и размере изделия на программируемый контроллер. Указанный блок выполнен с возможностью совместного перемещения с ультразвуковым ножом. Техническим результатом полезной модели является повышение точности измерения формы и размеров нарезаемого продукта. 1 ил. The utility model relates to technologies for cutting and separating products. The device for ultrasonic cutting contains a frame with a table for placing cut products and a unit for moving the ultrasonic knife control unit along two coordinates with a linear drive guide on which the ultrasonic knife control unit and the knife are installed. The knife is made with the possibility of vertical movement and rotation and is installed with the possibility of joint movement with the ultrasonic knife control unit. Inside the ultrasonic knife control unit there is an ultrasonic transducer attached to the ultrasonic knife, configured to connect to an ultrasonic generator, and a programmable device control controller. The device for ultrasonic cutting includes a unit for optical measurement of the shape and size of the product, consisting of optical sensors that transmit information about the shape and size of the product to a programmable controller. The specified block is designed to move together with the ultrasonic knife. The technical result of the utility model is to increase the accuracy of measuring the shape and dimensions of the cut product. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к технологиям резки и разделения изделий. Она может применяться в обрабатывающей, пищевой, кондитерской промышленности и т.п., где требуется производить нарезку изделий и продуктов с высокой производительностью, точностью и минимальными деформациями. В частности может быть использована для нарезки на куски и ломтики различных видов продуктов, таких как торты, пирожные, батончики, бисквитные рулеты, мармелад, пастила, халва, нуга, рахат-лукум, начинки для конфет, сыры и других, а также для нарезки любых вязких, вязкоупругих продуктов, изделий и сырья.The utility model relates to technologies for cutting and separating products. It can be used in the manufacturing, food, confectionery industries, etc., where it is required to cut products and products with high productivity, accuracy and minimal deformation. In particular, it can be used for cutting into pieces and slices of various types of products, such as cakes, pastries, bars, sponge rolls, marmalade, pastille, halva, nougat, Turkish delight, candy fillings, cheeses and others, as well as for slicing any viscous, viscoelastic products, products and raw materials.

Известно, что ультразвуковые ножи позволяют осуществлять резку различных изделий и продуктов практически без трения, значительно снижая трение в зоне реза. В документе SU 1620314 A1 «Ультразвуковой инструмент для резки вязких материалов» описан ультразвуковой нож специальной формы. Ультразвуковой инструмент для резки вязких материалов выполнен в виде стержня с резьбовым элементом на входном торце и режущей частью с клиновидной заточкой на выходном, соединенного с ультразвуковой головкой.It is known that ultrasonic knives allow cutting of various products and products with virtually no friction, significantly reducing friction in the cutting area. The document SU 1620314 A1 “Ultrasonic cutting tool for viscous materials” describes a specially shaped ultrasonic knife. An ultrasonic tool for cutting viscous materials is made in the form of a rod with a threaded element at the input end and a wedge-shaped cutting part at the output end, connected to an ultrasonic head.

Недостаток рассматриваемого ультразвукового устройства - это то, что оно является ручным, что ограничивает его производительность и точность выполнения резов.The disadvantage of the ultrasonic device in question is that it is manual, which limits its productivity and cutting accuracy.

Известно устройство, приведенное в патенте CN 108308225 A «Ultrasonic wave cake cutting machine». Устройство, предназначенное для нарезки тортов, содержит механизм перемещения стола под ультразвуковым ножом в двух координатах с возможностью его вращения, перемещение осуществляется посредством ременных передач и двигателей, ультразвуковой нож установлен с возможностью вертикального перемещения.The device shown in patent CN 108308225 A “Ultrasonic wave cake cutting machine” is known. The device intended for slicing cakes contains a mechanism for moving the table under the ultrasonic knife in two coordinates with the possibility of its rotation, the movement is carried out by means of belt drives and motors, the ultrasonic knife is installed with the possibility of vertical movement.

Как видно из описания конструкции известного устройства и его работы, устройство обеспечивает возможность управления процессом ультразвуковой резки по двум координатам, что позволяет, управляя механизмом перемещения, осуществлять нарезку как круглых, так и прямоугольных изделий без контакта с оператором в автоматическом режиме с высокой производительностью.As can be seen from the description of the design of the known device and its operation, the device provides the ability to control the ultrasonic cutting process in two coordinates, which allows, by controlling the movement mechanism, to cut both round and rectangular products without contact with the operator in automatic mode with high productivity.

Однако недостатком данного устройства является отсутствие возможности точного позиционирования нарезаемого изделия относительно ультразвукового ножа, что снижает точность геометрии и увеличивает разброс по массе нарезанных кусков.However, the disadvantage of this device is the inability to accurately position the cut product relative to the ultrasonic knife, which reduces the accuracy of the geometry and increases the spread in the mass of the cut pieces.

Известно устройство, приведенное в патенте CN 109156490 A «А kind of device cutting саке». Устройство, предназначенное для нарезки тортов, содержит механизм перемещения ультразвукового ножа по двум координатам с возможностью его поворота, перемещение осуществляется с помощью линейных приводов, ультразвуковой нож установлен с возможностью вертикального перемещения, в рабочей зоне установлен подвижный картридж для нарезаемых изделий, управление осуществляется с помощью программируемого контроллера.The device shown in the patent CN 109156490 A “A kind of device cutting sake” is known. The device intended for slicing cakes contains a mechanism for moving an ultrasonic knife along two coordinates with the possibility of rotating it, the movement is carried out using linear drives, the ultrasonic knife is installed with the possibility of vertical movement, a movable cartridge for cut products is installed in the working area, control is carried out using a programmable controller.

Как видно из описания конструкции известного устройства и его работы, устройство обеспечивает возможность перемещения ультразвукового ножа в двух направлениях, точность позиционирования нарезаемых изделий обеспечивается за счет помещения их в подвижный картридж фиксированного размера, что позволяет в автоматическом режиме осуществлять нарезку изделий.As can be seen from the description of the design of the known device and its operation, the device provides the ability to move the ultrasonic knife in two directions; the positioning accuracy of the cut products is ensured by placing them in a movable cartridge of a fixed size, which allows cutting products automatically.

Однако недостатком данного устройства является его узкая специализация - возможность точного позиционирования нарезаемого изделия относительно ультразвукового ножа реализована только для изделий, в точности соответствующих по размеру картриджу.However, the disadvantage of this device is its narrow specialization - the ability to accurately position the cut product relative to the ultrasonic knife is implemented only for products that exactly match the size of the cartridge.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому устройству является устройство, приведенное в патенте CN 107637623 А «Саке cutter device». Устройство, предназначенное для нарезки тортов, содержит механизм перемещения ультразвукового ножа по двум координатам с возможностью его поворота, перемещение осуществляется с помощью линейных приводов. Ультразвуковой нож установлен с возможностью вертикального перемещения, над рабочей зоной установлена камера, реализующая принцип технического зрения для определения геометрии нарезаемого изделия. Камера производит фотографирование изделия, программируемый контроллер обрабатывает полученное изображение и определяет форму, размер и положение изделия в пикселях, затем данные переводятся в миллиметры, что позволяет осуществлять нарезку изделий любой формы и размера.The closest set of essential features to the proposed device is the device shown in patent CN 107637623 A “Sake cutter device”. The device intended for slicing cakes contains a mechanism for moving an ultrasonic knife along two coordinates with the possibility of its rotation; the movement is carried out using linear drives. The ultrasonic knife is installed with the ability to move vertically; a camera is installed above the working area, implementing the principle of technical vision to determine the geometry of the product being cut. The camera takes a photograph of the product, a programmable controller processes the resulting image and determines the shape, size and position of the product in pixels, then the data is converted into millimeters, which allows cutting products of any shape and size.

Однако недостатком данного устройства является невысокая точность определения размеров изделия, связанная как со способом измерения, так и неподвижным расположением камеры на станине устройства, тогда как ультразвуковой нож подвижен. При таком способе измерения неизбежно будут возникать мертвые зоны - участки съемки, загораживаемые элементами устройства, и ошибки, связанные с постоянным изменением положения ножа относительно положения камеры. Кроме того, системы технического зрения являются сложными и ресурсоемкими, требовательными к программному обеспечению, освещению, свойствам фотографируемых поверхностей и т.д.However, the disadvantage of this device is the low accuracy of determining the dimensions of the product, which is associated both with the measurement method and the fixed location of the camera on the device frame, while the ultrasonic knife is movable. With this measurement method, dead zones will inevitably arise - shooting areas blocked by device elements, and errors associated with constant changes in the position of the knife relative to the position of the camera. In addition, technical vision systems are complex and resource-intensive, demanding on software, lighting, properties of photographed surfaces, etc.

Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является создание устройства, обеспечивающего в установке ультразвукового резания возможность измерения формы и размеров изделия и позиционирования ультразвукового ножа относительно нарезаемого продукта, его краев и центра, любой формы и размера без мертвых зон и накопления ошибок измерений, связанных с относительным движением ультразвукового ножа и измерительного устройства, с минимальными требованиями к условиям и обработке измерений.The problem to be solved by the stated technical solution is the creation of a device that provides, in an ultrasonic cutting installation, the ability to measure the shape and dimensions of a product and position the ultrasonic knife relative to the product being cut, its edges and center, of any shape and size without dead zones and accumulation of measurement errors, associated with the relative movement of the ultrasonic knife and the measuring device, with minimal requirements for conditions and measurement processing.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемое устройство, так же как и известное, содержит устройство перемещения ультразвукового ножа по двум координатам, возможностью вертикального перемещения и поворота ножа, управление посредством программируемого контроллера, но в отличие от известного в предлагаемом устройстве введен блок оптического измерения формы и размеров изделия, положения его краев и центра, содержащий оптические датчики, расположенный рядом с ультразвуковым ножом, перемещающийся вместе с ним, что позволяет осуществлять измерение размеров изделий точностью ±0,1 мм и осуществлять точное позиционирование ультразвукового ножа относительно нарезаемого изделия любой формы и размеров, при этом программируемый контроллер обрабатывает входящие с оптических датчиков электрические сигналы.The problem is solved due to the fact that the proposed device, like the known one, contains a device for moving an ultrasonic knife in two coordinates, the possibility of vertical movement and rotation of the knife, control through a programmable controller, but unlike the known one, an optical measurement unit is introduced in the proposed device shape and size of the product, the position of its edges and center, containing optical sensors, located next to the ultrasonic knife, moving with it, which allows measuring the dimensions of products with an accuracy of ±0.1 mm and accurately positioning the ultrasonic knife relative to the cut product of any shape and sizes, while the programmable controller processes electrical signals incoming from optical sensors.

Достигаемым техническим результатом является повышение точности измерения формы и размеров нарезаемого продукта. Повышение точности измерения формы и размеров нарезаемого продукта обеспечивается за счет того, что устройство ультразвуковой нарезки оснащено блоком оптического измерения формы и размеров изделия, состоящим из оптических датчиков, передающих сигналы программируемому контроллеру, что позволяет в автоматическом режиме с высокой точностью определять положение краев и центра нарезаемого изделия любой формы: прямоугольной, круглой, треугольной и др. и затем в соответствии с программой нарезки производить нарезку на куски любого необходимого размера и формы. При этом отсутствуют мертвые зоны и накопление ошибок измерений вследствие относительного движения ультразвукового ножа и измерительного устройства, так как оптический блок расположен в непосредственной близости от ультразвукового ножа и перемещается вместе с ним. На программируемый контроллер поступают электрические сигналы с оптических датчиков.The achieved technical result is to increase the accuracy of measuring the shape and size of the cut product. Increasing the accuracy of measuring the shape and size of the cut product is ensured due to the fact that the ultrasonic cutting device is equipped with an optical measurement unit for the shape and size of the product, consisting of optical sensors that transmit signals to a programmable controller, which allows you to automatically determine the position of the edges and center of the cut product with high accuracy. products of any shape: rectangular, round, triangular, etc. and then, in accordance with the cutting program, cut into pieces of any required size and shape. In this case, there are no dead zones and accumulation of measurement errors due to the relative movement of the ultrasonic knife and the measuring device, since the optical unit is located in close proximity to the ultrasonic knife and moves with it. The programmable controller receives electrical signals from optical sensors.

Техническое решение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 приведен внешний вид устройства.The technical solution is illustrated in the drawings, where in FIG. 1 shows the appearance of the device.

Устройство для ультразвуковой резки содержит станину 1, стол для размещения нарезаемых изделий 2, узел перемещения 3 блока управления ультразвуковым ножом 4 по двум координатам, х и у, выполненный с использованием линейных приводов и двигателей. Управление приводами и всеми блоками и узлами устройства осуществляется с помощью программируемого контроллера 5. Ультразвуковой нож 6 установлен через блок управления ультразвуковым ножом 4 на направляющей линейного привода с возможностью вертикального перемещения и поворота. Вертикальное перемещение и поворот осуществляются с использованием двигателей, расположенных в блоке управления ультразвуковым ножом 4 и управляются посредством программируемого контроллера 5. Внутри блока 4 также расположен присоединенный к ультразвуковому ножу ультразвуковой преобразователь 7, соединенный с ультразвуковым генератором, расположенным вне станины устройства. Рядом с ультразвуковым ножом 6 расположен, перемещающийся вместе с ним, блок оптического измерения формы и размеров изделия 8, состоящий из оптических датчиков, передающих информацию на программируемый контроллер 5, управляющий устройством.The device for ultrasonic cutting contains a frame 1, a table for placing cut products 2, a unit for moving 3 of the control unit for the ultrasonic knife 4 along two coordinates, x and y, made using linear drives and motors. The drives and all blocks and components of the device are controlled using a programmable controller 5. The ultrasonic knife 6 is installed through the ultrasonic knife control unit 4 on the linear drive guide with the possibility of vertical movement and rotation. Vertical movement and rotation are carried out using motors located in the control unit of the ultrasonic knife 4 and controlled by a programmable controller 5. Inside the block 4 there is also an ultrasonic transducer 7 attached to the ultrasonic knife, connected to an ultrasonic generator located outside the device frame. Next to the ultrasonic knife 6 there is located, moving with it, an optical measurement unit for the shape and dimensions of the product 8, consisting of optical sensors that transmit information to the programmable controller 5 that controls the device.

Устройство работает следующим образом. Нарезаемое изделие произвольной формы помещается на стол 2, в программируемый контроллер 5 вводится программа нарезки: количество и форма кусков, необходимость обрезки краев и т.д. Программируемый контроллер 5 подает управляющий сигнал на приводы узла перемещения 3 блока управления ультразвуковым ножом 4. Блок управления ультразвуковым ножом 4 начинает перемещение по двум координатам по заданной программе, при этом на программируемый контроллер поступают сигналы с оптических датчиков блока оптического измерения формы и размеров изделия 8, обрабатывая которые программируемый контроллер получает информацию о форме и размерах изделия, положению центра и краев с точностью не менее ±0,1 мм. После обработки поступившей информации программируемый контроллер формирует управляющие сигналы для узла перемещения 3 и блока управления ультразвуковым ножом 4 в соответствии с заданной программой нарезки. В соответствии с этим ультразвуковой нож приводится в движение: перемещается по координатам х и у, совершает повороты на необходимые углы, производит рез, опускаясь и проходя сквозь нарезаемое изделие. Во время осуществления реза программируемый контроллер передает сигнал включения на ультразвуковой генератор и ультразвуковой преобразователь 7. Деформации нарезаемого изделия, например, для кондитерских изделий, такие как замятие краев, крошение краев, выдавливание начинок и др. минимальны за счет снижения трения в зоне реза благодаря ультразвуковым колебаниям ножа. За счет снижения трения также повышается скорость резки вязких и вязкоупругих изделий.The device works as follows. The cut product of any shape is placed on table 2, the cutting program is entered into the programmable controller 5: the number and shape of the pieces, the need to trim the edges, etc. The programmable controller 5 supplies a control signal to the drives of the movement unit 3 of the control unit for the ultrasonic knife 4. The control unit for the ultrasonic knife 4 begins moving along two coordinates according to a given program, while the programmable controller receives signals from the optical sensors of the unit for optical measurement of the shape and size of the product 8, by processing which the programmable controller receives information about the shape and dimensions of the product, the position of the center and edges with an accuracy of at least ±0.1 mm. After processing the received information, the programmable controller generates control signals for the movement unit 3 and the ultrasonic knife control unit 4 in accordance with the specified cutting program. In accordance with this, the ultrasonic knife is set in motion: it moves along the x and y coordinates, makes turns at the required angles, makes a cut, lowering and passing through the product being cut. During the cutting process, the programmable controller transmits the switching signal to the ultrasonic generator and ultrasonic transducer 7. Deformations of the cut product, for example, for confectionery, such as jamming edges, crumbling edges, squeezing out fillings, etc., are minimal due to reduced friction in the cutting area thanks to ultrasonic knife vibrations. By reducing friction, the cutting speed of viscous and viscoelastic products also increases.

Измерение предложенным оптическим способом формы и размеров изделия необходимо для того, чтобы обеспечить в устройстве ультразвукового резания возможность точного позиционирования ультразвукового ножа относительно нарезаемого продукта, его краев и центра, любой формы и размера в автоматическом режиме. Предложенное техническое решение дает возможность осуществлять ультразвуковую нарезку изделий любой формы и размеров: прямоугольной, круглой, треугольной и др. с высокой точностью, обеспечивая повторяемость геометрии и массы нарезаемых кусков.Measuring the shape and dimensions of the product using the proposed optical method is necessary in order to provide the ultrasonic cutting device with the ability to accurately position the ultrasonic knife relative to the product being cut, its edges and center, of any shape and size in automatic mode. The proposed technical solution makes it possible to carry out ultrasonic cutting of products of any shape and size: rectangular, round, triangular, etc. with high accuracy, ensuring repeatability of the geometry and mass of the cut pieces.

Как видно из описания устройства и его работы, устройство реализует свое назначение - измерение формы и размеров изделия и позиционирования ультразвукового ножа относительно нарезаемого продукта, его краев и центра, любой формы и размера без мертвых зон и накопления ошибок измерений, связанных с относительным движением ультразвукового ножа и измерительного устройства, с минимальными требованиями к условиям и обработке измерений, при этом достигается технический результат - повышение точности измерения формы и размеров нарезаемого продукта.As can be seen from the description of the device and its operation, the device realizes its purpose - measuring the shape and size of the product and the positioning of the ultrasonic knife relative to the product being cut, its edges and center, of any shape and size without dead zones and the accumulation of measurement errors associated with the relative movement of the ultrasonic knife and a measuring device, with minimal requirements for the conditions and processing of measurements, while achieving a technical result - increasing the accuracy of measuring the shape and dimensions of the cut product.

Claims

A device for ultrasonic cutting, containing a frame with a table for placing cut products and a unit for moving the ultrasonic knife control unit in two coordinates with a linear drive guide, on which the ultrasonic knife control unit and the knife are installed, made with the possibility of vertical movement and rotation and installed with the possibility of joint movement with the ultrasonic knife control unit, while inside the ultrasonic knife control unit there is an ultrasonic transducer attached to the ultrasonic knife, configured to connect to an ultrasonic generator, and a programmable device control controller, characterized in that it includes a unit for optical measurement of the shape and dimensions of the product, consisting of optical sensors that transmit information about the shape and size of the product to a programmable controller, and is designed to move together with an ultrasonic knife.