TWI589370B

TWI589370B - 用於以固定的張力及量將金屬線饋送至操作機器的方法及裝置

Info

Publication number: TWI589370B
Application number: TW102146502A
Authority: TW
Inventors: 堤席亞諾巴瑞
Original assignee: Ｂｔｓｒ國際股份有限公司
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2017-07-01
Also published as: JP2016504247A; US20150314982A1; US9663321B2; BR112015013452B1; TW201433378A; ITMI20122185A1; ES2630067T3; EP2935067A1; KR101834053B1; WO2014097027A1; MY170041A; CN104870351A; RU2015129070A; JP6235607B2; KR20150096436A; CN104870351B; RU2636326C2; EP2935067B1; BR112015013452A2

Description

用於以固定的張力及量將金屬線饋送至操作機器的方法及裝置

本發明係有關一種用於將金屬線饋送至根據對應獨立請求項之前言之機器的方法及裝置。這些請求項之導言部分可參閱EP 0926 090。

已知有許多須將金屬線捲繞至實體構件之工業製程(電動馬達、線圈等之製造)，該實體構件可呈不同形狀，可由不同材料製成，並可為成品的一部分，或僅可用於生產步驟期間。

金屬線饋送裝置被用在這些製程中，使金屬線能以固定的張力饋送到機器。此種裝置或饋送器包括一個或更多個輪子或滑輪，供一個或更多根金屬線圈在被從支持線圈拾取後，捲繞於其上，這些金屬線圈從該支持線圈解捲。金屬線最好捲繞若干線圈，以防止在饋送步驟期間滑掉。

此種滑輪藉電動馬達及控制單元旋轉安置，該電動馬達由電子命令控制，且該控制單元依負載單元(或其他張力感測器)所偵測到的金屬線張力，或依該金屬線所處工作前進狀態，設定旋轉速度，以維持張力值於固定設定範圍內。

金屬線被饋送到滑輪，其被捲繞至該滑輪而無滑動，電子控制單元不僅能在機器的各個操作步驟期間保持固定的張力，亦以絕對精確度測量饋送金屬線量(LWA)；這例如藉裝在馬達內部或外部之霍爾感測器、應用到馬達之編碼器、或適於偵測該馬達所作轉數之其他感測器來進行。

因此，在上述製程中，為保證成品之恆定性和品質，張力之控制很根本。

施加到金屬線之張力可能還會導致金屬線之拉伸，從而減小其橫截面。此一事實以及改變金屬線之機械特徵(大小)亦帶來產品本身之總電阻的變化，如第二歐姆定律所指出，金屬線之電阻R事實上直接與其長度成正比，並與其橫截面成反比。

在例如用於生產電線圈的一些捲繞製程中，其根本之道不僅在於以固定張力饋送金屬線，亦在於確保每一成品(線圈)存在有同量的金屬線，這是具有所需阻抗(電阻)值之成品的基本要件。

特別是，於電線圈的生產中，在其生產期間保證對每件饋送相同金屬線量(LWA)意指標準化生產和增高品質以及成品之重複性。測量和控制饋送金屬線量(LWA)意指除了能夠完全相同地生產線圈外，亦在多位置機器上生產。

通常在這些機器上，金屬線的張力(藉饋送器從線圈解捲)依金屬線的直徑(根據表列關係)設定。這是很好的起始值，惟未考慮到饋送器下游的摩擦，這事實上會造成金屬線藉以有效捲繞至構件之真實張力的變化，並因此造成成品之電特徵之改變。顯然，這種摩擦差異在生產過程中可能變化(例如因污物之累積而產生)，或從一位置移到另一位置，使得具均質、可重複性之生產實際上係不可能的。

已知專用於金屬線並允許該控制之各種饋線裝置(或簡言之饋送器)，該裝置包括完全機械饋送器及機電饋送器，然而它們有各種缺點。

機械張力調整裝置例如必須就位置逐一並在整個製程期間手動調整和控制。這些界定「開放迴路饋送控制系統」，其無法糾正製程期間(來自線圈之金屬線輸入張力變化、彈簧之一之損壞或失校準、輸入金屬線剎制內部之積垢等...)所引發的任何錯誤。

此外，在上述類型的饋送器中提供單一工作張力，使得不同張力無法設定用於包裝步驟、工作步驟和裝載步驟。

最後，作為單一裝置，完全機械饋送器送料不允許金屬線一般藉以饋送到機器之全部張力範圍。因此，需要一些饋送裝置，且它們有一些須以機械方式修改，以便能夠在任何類型的金屬線上工作。

不像純粹機械者，機電裝置或饋送器具有電動馬達，旋轉滑輪受制於該電動馬達，且來自線圈之金屬線捲繞至其上，供在通過毛毡金屬線制動器之後，以及遭遇承受均衡彈簧移動式機械手臂之前，捲繞至少一轉。電控制單元不但作馬達之控制操作，且能夠測量該臂的位置，並依此位置，增加或減少馬達之速度，結果，增加或減少金屬線之饋送速度(實際上使用該臂作為對加速和制動的控制)。

這些饋送器亦有上述主要機械裝置之缺點，該缺點在於，它們被提供來使用移動式手臂張緊金屬線並作為「開放迴路」來操作而無對成品實際控制。

最後，已知有電子制動裝置，其不但設置恢復移動臂來用於安置在饋送器之輸出的裝載單元(或其他等效張力偵測器)，亦設置該裝置之控制單元，其使用所偵測到的張力值來調整一般位於補償器臂上游之預制動。一種此類解決方案例如說明於EP 0424770中。

然而，即使此種解決方案解決上述裝置的一些問題，它卻有各種缺點：例如，儘管在閉合迴路上操作，在任何情況下，上述裝置均無法以低於自線圈解捲之張力的張力饋送金屬線，該構件只能擋住金屬線，從而增大此種張力。

義大利專利申請案MI12011A001983揭示一種能饋送金屬線之裝置，該裝置測量其張力，並藉閉合迴路饋送控制使其與預定、可程式化值一致(減少或增加它)。以這種方式，該裝置不僅能剎制金屬線，還能從對應源線圈以解捲更低(且不僅更高)的張力來將其饋送。

這種已知的裝置使得其可設定相同的金屬線饋送張力，用於其經受的整個製程，或分化成在不同機器操作步驟中具有不同張力(包裝、工作、裝載)；這以完全自動方式或藉與機器間之介面來進行。

此種裝置或饋送器，儘管最適地運轉，仍控制和調整在金屬線離開該裝置之前饋送的一般金屬線的張力。然而，金屬線的張力可能會在其進至機器之行程期間離開饋送器之後發生變化，特別是例如因一般已知為金屬線導引之若干機械通道而變化，該金屬線導引正如所指，具有從饋送器引導該金屬線至該機器實際處理其的點。因此，在從饋送器出來之金屬線的張力與處理點附近之該金屬線之張力間，會有因行程期間之摩擦而產生的差別。從而，該差別可能在饋送金屬線中造成物理差異(橫截面和長度)，並因此使產品之電阻值變化。

在這種狀況下，上述之已知饋送裝置無法自主地干預，以防止上述缺點；因此，該裝置正因為其在控制迴路外而無法自動補償發生在其下游的情形。此外，金屬線之可行物理修改係不常發生的情況，並因此不可預測(但可隨時間變化)：考慮例如機械通道(金屬線導引)造成的摩擦，其可能例如因存在於金屬線上或隨著其滑動而沉積在其上之潤滑劑量而改變其發生率。

同樣地，在饋送器上游之金屬線解捲張力的變化可能造成金屬線之物理特徵(橫截面、長度、電阻)變化，從而導致成品之電阻值的變化；儘管其以固定張力饋送金屬線，前述現象卻在饋送器所操作之張力控制迴路外。

相同的缺點可能因用於製程之金屬線本身之生產公差而造成。

US2009/178757說明一種調整輪胎之強化電纜線之張力的方法。此種方法說明一種用於藉饋送器將自線圈捲繞至機器之金屬線捲繞之系統。屬於捲線機之機器接收以預定和所欲張力饋送之電纜線，該預定和所欲張力受到連接至控制單元之張力感測器控制。

饋送器包括其致動器所驅動之旋轉構件，電纜線捲繞至其上，在到達機器之前捲繞成一個或更多個線圈。在饋送期間，旋轉構件下游之金屬線饋送速度受到控制，速度資料被控制單元用來命令此等元件之致動器，以控制金屬線之張力。

該解決方案既未說明且未暗示饋送至機器之金屬線或金屬電纜線之量控制，亦未在饋送期間維持此量於固定值。

本發明之目的在於提供一種方法和系統，其不管饋送金屬線之特徵如何，係允許對供至處理其之機器之金屬線之張力及量作最適控制，在毛細管線的情況下亦是如此。

特別是，本發明之一目的在於提供所述類型之系統，這使得能維持饋送至處理其之機器之金屬線之量固定，以補償捲繞金屬線之構件(通常是塑膠捲筒)之任何機械公差。

本發明之又一目的在於，提供上述類型之系統，其能夠補償繞有金屬線之構件沿路至機器所施加之機械摩擦，摩擦可能沿金屬線之路徑，從一個至另一個構件，並從一個另一個位置變化。

熟於本技藝之人士當知之這些和其他目的藉根據後附申請專利範圍之用於饋送金屬線至機器之系統和方法實現。

1‧‧‧饋送器

2‧‧‧本體

2A‧‧‧窗口

3‧‧‧正面

4，5‧‧‧側面

7，8‧‧‧平行構件

9,10‧‧‧輥子

12‧‧‧金屬線制動器

14‧‧‧第一滑輪

15‧‧‧第二滑輪

16，17‧‧‧電動馬達

18‧‧‧控制單元

21‧‧‧自由端

22‧‧‧輥子

25‧‧‧張力感測器

33‧‧‧顯示器

34‧‧‧鍵盤

50‧‧‧測量構件

60‧‧‧測量構件

100‧‧‧機器

170‧‧‧裝置

200‧‧‧線圈

F‧‧‧金屬線

為了更清楚理解本發明，僅舉非限制性例子，附加以下圖式，其中：第1圖顯示根據本發明用於饋送金屬線之系統的示意性正視圖。

第2圖顯示第1圖中之系統沿第1圖之線2-2之橫剖面視圖。

參考上述圖式，在此顯示一種個用於饋送金屬線之裝置，其舉例來說係說明於MI2011A001983者。顯然，饋送裝置可為任何其他已知類型，只要其設有如先前在本文之前文所說明，用於控制和主動調整金屬線之張力的手段即可。圖式中之饋送器整體以元件符號1標示，並包括本體2或殼體，其具有正面3以及側面4和5。這些側面4和5由覆蓋元件封閉，其一者(即，面4)未顯示在第2圖中，供視覺看到本體2內部。

平行構件7和8在正面3上或與其結合並自其突出(參考第1圖，從本體2之下部開始)，其支承自由旋轉在固定於個別構件之銷上之對應槽輥9或10。較佳地由陶瓷製成之每一輥9、10之目的在於界定金屬線 F從線圈(未顯示)至饋送器1並自此至機器100的軌跡，該機器100製造如以元件符號標示200之金屬線F之線圈。輥子由陶瓷(或相當的低摩擦係數材料)製成之目的在於最小化金屬線與輥子間的摩擦，最小化接觸期間損傷金屬線的可能性。

本體2包括金屬線制動器12，金屬線F與金屬線制動器12在輥子9之出口協作，且其具有在輸入至裝置中穩定金屬線及使用通常的毛毡(未顯示)消除可能之石蠟殘渣(來自先前操作之的抽拉步驟)的任務。來自金屬線制動器12的此種金屬線遇見第一滑輪14，金屬線在傳至第二滑輪15之前，捲繞至該第一滑輪14(供部分旋轉或若干轉)，兩個該等滑輪為與本體2結合並在操作中受到亦與此本體結合之控制單元18控制和命令之電動馬達16與17(分別地)所驅動。

移動恢復臂或補償器20被拘束至後者，並在自由端21具有較佳通過輥子22(亦由陶瓷等製成)之金屬線F通道，此種金屬線F自滑輪15出來(並通過本體2之窗口2A)而到達該輥子22。此種移動臂位於本體2內部，後者的面3後方。

將金屬線從輥子22(或固定的、相當的通道構件)通過窗口2，然後到亦連接到控制單元18之例如為裝載單元之張力感測器25，其自該張力感測器25退出而通行至輥子10，並被供至機器。

控制單元18能藉感測器25測量金屬線之張力，並調整作用於個別馬達16與17上之滑輪14與15 的旋轉速度從而控制，並使該金屬線之張力與在控制單元18中設定之可程式化之預定值一致(例如依金屬線F在機器100中接受之各種操作步驟而定)，該控制單元18可為微處理器，並有記憶體(或與其協作)，其中一個或更多張力資料例如對應於上述操作步驟，以表形式存儲在該記憶體中。

此種預定張力值可大於或小於金屬線從線圈解捲之張力。

本體2亦支承顯示器33，該顯示器33由控制單元18顯示裝置之操作狀況(所測得之張力、預定張力、饋送速度等...)所控制。此種顯示器亦顯示操作參數，其可使用鍵盤34來設定。

本體2亦提供(圖式中未顯示)連接器，藉此，饋送器可電動，經由標準或專用場匯流排(RS485、CANBUS、乙太網...)，以讀取其狀況(測量張力、速度、可能警報狀況)，或將其操作程式化(操作張力、操作模式，...)。此種本體亦提供0-10V的直流輸入，用於以模擬模式程式化操作張力，和啟動-停止輸入，用於指示裝置機器是否處於操作模式，以及一個或更多個數位輸入，藉此，根據各種操作步驟(包裝、工作、裝載，...)，程式化不同操作之張力。

能夠測量金屬線F之直徑之至少一個構件50及/或能夠測量包括金屬線F(例如電線圈)之成品之阻抗(或電阻)值之構件60連接至饋送器1，特別是連接至控制單元18。此外，用於程式化此種單元、用於讀取其資料或與其通信以在任何所欲時候修改饋送器1之操作模式之裝置170可以無線模式(Wi-Fi)或藉物理連接，被連接至此種單元。

更具體地，直接或間接與本控制單元18介接之構件50被安置在饋送器1和機器100間的任何點。這是用於測量金屬線F之直徑的構件，其像是電子表，例如光學或雷射，電子結算裝置或類似構件。

至於構件60，其為電阻或阻抗偵測器，例如係透過金屬線F獲得之線圈之歐姆偵測器。此構件60如同構件50，直接或間接介接本控制單元18。此種連接可透過該單元與該構件(50或60)間的任何通信頻道，像是例如場匯流排(RS485，CANBUS，MODBUS，PROFIBUS，...)或設於此二元件間之特定輸入(模擬輸入0-10V，輸入4-20mA，數位，輸入，...)。

在饋送至機器期間，已知金屬線若承受過高張力，即會「伸展」，並因此，此張力使其直徑變化。隨著後者變化，金屬線本身之特徵(特別是電，諸如電阻率)以及饋送至機器100之金屬線量變化。

為了防止後者有關金屬線F過度張緊之缺點，本發明藉由控制馬達16與17，提供藉饋送器1，以固定張力饋送，以依需要，藉饋送器1調整金屬線之張緊，從而達到金屬線之恆定體送。二感測器(未顯示)與電動馬達16和17結合，其偵測旋轉速度及/或轉數或其部分微轉動(像是安裝於各馬達內部或外部之霍爾感測器、與後者結合之編碼器或其他本身已知之等效感測器)。這些構件被連接到控制單元18，該控制單元18根據這些感測器接收到之資料，辨識從滑輪4及5饋送之金屬線量。

控制單元18從而根據預定調定點的值，以固定張力，繼續饋送金屬線至機器，若饋送金屬線之張力值異於預定調定點，即作用於馬達16與17上，修改其轉速(且從而改變滑輪14與15之轉速)。該控制單元18繼續測量饋送金屬線量(LWA)，並將此值與預定調定點值比較，以張力之調定點值操作，可能調整將其調整，以實現饋送至機器之金屬線量之恆定。

饋送金屬線量之預定值可為預設值或自學值；其在任何情況下可使用鍵盤34或藉裝置170修改。

顯然，界定與固定張力下金屬線饋送之第一控制迴路並行之第二控制迴路之上述饋送金屬線量(或LWA)控制亦可藉顯然連接至上述控制單元18之另一控制單元進行。

亦提供根據一個或更多個校正範圍，例如依設定張力，進行校正的可能性，在此範圍內，LWA的可能錯誤被補償。一旦饋送金屬線量(LWA)在該範圍外，即產生對機器100及/或操作者發信通知異常饋送狀況(滑輪25之軸承堵塞，輥子25破損等)之誤差信號和警報。

該控制單元18顯然能記住張力趨勢、所生產之每一工件之LWA計量，以確保所生產工件之完整可追溯性和其量。

顯然，可在饋送器1的下游，藉連接至該饋送器之控制單元18之感測器(例如此饋送器1與機器100間在旋數及轉數上控制之滑輪)進行特徵之偵測(亦即，在恰當例子中，饋送金屬線量)。

由於本發明，因而可以正確及固定張力饋送金屬線至機器，以維持其至少在預定值內，該預定值可程式化或可與參考樣本、饋送金屬線量之對應值相比較。

這在於，與本發明相關之裝置能使用與馬達16和17結合之感測器或藉位於饋送器1下游之饋送金屬線量之偵測構件所接收到之資訊，關閉第二調整迴路。

例如，一旦偵測到金屬線量減少，該控制單元18即接收到對應資料，並根據已知控制算法P，PI，PD，PID或FOC(場定向控制)，在馬達16及17上操作，使其加速或減速，修改金屬線之參考張力值(將其減少)，使得饋送金屬線量之對應修改至預定(增加)可被偵測到。從而，在具有該金屬線量之此種新張力下，該金屬線被饋送到機器。

饋送器1能保證該第二次調整迴路之閉合，且不改變其物理特徵(長度、橫截面、電阻...)，饋送金屬線。為了保證所欲饋送金屬線量之值，此種裝置控制二馬達16及17之扭矩，調整金屬線之張力，此二馬達16及17移動捲繞金屬線之滑輪14及15。從而，該裝置能夠在自線圈解捲期間，藉由控制二馬達16及17，俾可於饋送器1下游維持所欲饋送金屬線量，保證於輸出之金屬線之張力(藉感測器25控制)大於或小於在從線圈解捲期間出現者。

顯然，饋送器1(特別是於申請案MI2011A001983中所說明，顯示於圖式中者)亦能藉其其控制和調整迴路，自該體送器調整於輸出之金屬線F之張力，以保持其恆定及等於可程式化值，但在任何情況下，容許饋送金屬線量恆定，此量與預定值一致。

雖然已經說明本發明之一實施例，卻可作成其他實施例(像是控制單元18或感測器25與本體2未結合者)，同時保持在以下申請專利範圍之保護範圍內。

例如，饋送器1可為與機器100結合之多數個不同金屬線饋送器之一，該機器100具有能夠同時生產多數個線圈200之多數個操作頭，每一者具有至少一條金屬線，其具有與其他線圈之金屬線相同之物理特徵，且每一者具有與其他線圈相同之金屬線量。

於此情況下，所有饋送器1連接到單一控制單元(其可：在此種饋送器之一的內部，像是例如控制單元18；裝置170；或插入機器100之單元)，其驗證各個饋送器所饋送之每根金屬線的張力，及導至機器100之此種金屬線量。上述控制單元將每一饋送器1所偵測到的張力和量值與所有金屬線之共同調定點加以比較；在所偵測到之張力或量值與對應調定點值間有差異情況下，控制單元作用在偵測到差異之特定金屬線之饋送器上，並以對第1圖和第2圖中之饋送器1說明之相同方式，作用在滑輪14與15之馬達16與17上，調整金屬線之張力值或量，以使此種後者之值符合與所欲調定點值一致。

此種解決方案亦落入後附申請專利範圍之保護範疇內。