专利名称：一种棉签机的取料同步装置和方法
技术领域：
本发明涉及棉签机装置领域，具体的说涉及一种棉签机的取料同步装置和方法。
背景技术：
目前棉签机的取料装置基本上是采用气缸推进的，即取料时启动一个短行程气 缸，取料完成后换一个长行程气缸高速推进，实现机械手大臂快速横移，将棉签送至包装 机，两气缸的推行速度近似模拟棉签输送链条的平移速度，达到取料和送料同步。但由于气 缸速度的不可控性，因而只能是近似同步而实际并不同步，其同步误差可达Imm以上，这样 不免会造成取料时发生故障，而且故障率高，并且调试较困难，一旦出现故障，就会使得生 产线停止，给生产带来不便，增加了生产成本。中国专利局于1996年5月8日公告了专利号为95236708. 4的专利，名称为数控 医用棉签机。该棉签机除具有棉杆送进旋转部分和药棉送进轧断部分，还具有出签数控部 分；所述的棉杆送进旋转部分由洗杆机构、推杆机构、空心转轴组成，在洗杆机构的下方设 置推杆机构，推杆机构的两边为空心转轴；药棉送进轧断部分由送棉机构和轧棉机构组成； 出签数控部分由出签皮带和数控齿轮组构成，由数控齿轮组控制出签皮带轴，使出签皮带 上的棉签到一定数量后落入包装袋中。该棉签机的棉杆和药棉的送进过程仍然采用纯机械 式操作，只是在棉签的送出过程中采用数控齿轮组来控制送出节奏。该数控医用棉签机纯 机械式的取料，其推杆机构的运作仍然存在着不可控性整个过程的衔接存在较大的误差， 易出现故障。
发明内容
本发明主要解决了 目前棉签机纯机械式的取料过程中，由于气缸运动的不可控 性导致取料出现较大误差，造成生产故障的问题；提供了取料与送料精确同步、避免出现生 产故障的一种棉签机的取料同步装置和方法。本发明采用的技术方案为一种棉签机的取料同步装置，其包括竖直放置的大底板、固定在大底板上的从动 链轮、与主动链轮啮合的棉签输送链条、一端固定在大底板一侧上部的轨道底板、固定在轨 道底板上的两条矩形导轨、与两条矩形轨道嵌套连接且可以相对轨道滑动的滑块、固定在 滑块上且与棉签输送带相配合的横移机械手臂、固定在大底板另一侧上部的伺服电机座和 伺服电机、固定在伺服电机转轴上的主动同步带轮、固定在导轨底板另一端且位于两导轨 之间的从动同步带轮、固定在主动同步带轮和从动同步带轮上的同步皮带、与同步皮带连 接且固定在横移机械手臂上的同步皮带固定板、压板组件；所述的压板组件固定在导轨底 板的另一端，所述压板组件包括与导轨底板固定连接的气缸和与气缸推杆连接的压板，所 述的主动链轮的转轴还与异步电机连接，异步电机外设有与之连接的变频器；所述的伺服 电机外设有与之连接的伺服驱动器，伺服驱动器和变频器均与PLC连接。主动链轮的转动由异步电机来驱动，同时异步电机的频率由变频器来控制，进而达到变频器来控制主动链轮的转动以及棉签输送链条的输送速度；变频器与PLC连接，将 输出频率实时反馈给PLC，PLC经过一定运算输出相应频率的驱动脉冲给伺服驱动器，即将 棉签输送链条的输送速度信息传递给伺服驱动器；由于横移机械手臂是由同步皮带来带动 横移，且同步皮带由伺服电机来驱动，伺服驱动器通过实时得到的驱动脉冲信息并经过一 定的运算对伺服电机输出相应的驱动电流，使得横移机械手臂的横移速度与棉签输送链条 的速度达到精确同步，实现取料零误差。作为优选，所述变频器和PLC之间采用RS-485通讯连接，通讯模式为MODBUS ASCII。RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等优点。作为优选，所述的PLC外还设有与之连接的触摸屏；触摸屏可以用于参数设定与 显示，如显示变频器的输出频率；机械手取料后高速横移送料和高速返回时，PLC发给伺服 驱动器的脉冲频率参数，即高速横移速度和高速返回速度，原点复归的脉冲频率等，以及机 械手每次取料根数；并且借助触摸屏的软键根据设计需要对机器进行操作，如通过PLC对 棉签机进行操作，如启动自动运行程序，或切换手动运行程序以及在手动模式下对棉签机 的所有动作进行单项操作，便于调试机器。作为优选，所述的导轨底板在靠近压板的一端设有光电开关，大底板在导轨底板 的远离压板的一端上方设有一个光电开关，所述的横移机械手臂上固定一个与光电开关相 配合的信号板；所述的两个光点开关的信号输出端与PLC连接。导轨底板的远离压板一端为横移机械手臂的取料时所在位置，即横移机械手臂的 原点，设在大底板上光电开关用于横移机械手臂的原点复归；原点复归时，横移机械手臂向 原点方向移动时，横移机械手臂上固定的信号板也向该光电开关靠拢，当大底板上的光电 开关发现目标，即给PLC —个信号，PLC检测到信号上升沿，立即指令伺服驱动器使得伺服 电机转换很慢的速度运行；当信号板刚刚越过原点，给PLC —个信号，PLC检测到信号下降 沿，立即指令伺服驱动器使得伺服电机停止并制动，使横移机械手臂精确复归到原点位置。导轨底板在靠近压板的一端为横移机械手臂的放料时所在位置，即横移机械手臂 的终点，设在导轨底板上光电开关用于横移机械手臂的终点复归；终点复归时，横移机械手 臂向终点方向移动时，横移机械手臂上固定的信号板也向该光电开关靠拢，当导轨底板上 的光电开关发现目标，即给PLC —个信号，PLC检测到信号上升沿，立即指令伺服驱动器使 得伺服电机转换很慢的速度运行；当信号板刚刚越过终点，给PLC —个信号，PLC检测到信 号下降沿，立即指令伺服驱动器使得伺服电机停止并制动，使横移机械手臂精确复归到终 点位置。作为优选，所述的异步电机为4极交流异步电机。一种棉签机的取料同步方法对棉签输送链条的速度进行可控设置，并实时提取 棉签输送链条的速度或驱动棉签输送链条结构的运动频率；通过实时提取棉签输送链条的 速度，计算出机械手臂的实时横移速度，使得横移机械手臂的横移速度和棉签输送链条的 速度达到精确同步，并对横移机械手臂的横移速度进行实时调速。其中棉签输送链条的速度可控设置采用4极交流异步电机控制与棉签输送链条 啮合的主动链轮转速来达到，同时采用变频器来调节4极交流异步电机的转速。所述的变频器外连接一个PLC，PLC实时读取变频器的输出频率，PLC与变频器之间采用RS-485的通讯模式。横移机械手臂的横移速度的控制通过控制带动横移机械手臂移动的同步皮带移 动速度来达到，通过PLC读取变频器的输出频率进而推算出棉签输送链条的步进速度，并 输出相应频率的脉冲驱动给交流伺服系统，交流伺服系统接通过一定的计算控制同步皮带 运动的主动同步带轮转动频率，最终实现横移机械手臂与棉签输送链的速度达到精确同
止
少ο本发明取得的有益效果横移机械手臂与棉签输送链的速度达到精确同步，避免 出现生产故障；提高生产效率，节约生产成本。
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明控制流程示意图；图中1、主动链轮，2、棉签输送链条，3、伺服电机座，4、伺服电机，5、同步皮带，6、 第一光电开关，7、横移机械手臂，8、大底板，9、导轨底板，10、导轨，11、第二光电开关，12、从 动同步带轮，13、从动链轮，14、压板组件，15、信号板。
具体实施例方式下面结合
和具体实施方式
对本发明做进一步的说明；实施例一种棉签机的取料同步装置(参见附图1、2)，其包括竖直放置的大底板 8、固定在大底板8上的从动链轮13、与主动链轮1啮合的棉签输送链条2、一端固定在大底 板8 —侧上部的轨道底板9、固定在轨道底板9上的两条矩形导轨10、与两条矩形轨道10 嵌套连接且可以相对轨道滑动的滑块、固定在滑块上且与棉签输送带相配合的横移机械手 臂7、固定在大底板8另一侧上部的伺服电机座3和伺服电机4、固定在伺服电机转轴上的 主动同步带轮、固定在导轨底板9另一端且位于两导轨10之间的从动同步带轮12、固定在 主动同步带轮和从动同步带轮12上的同步皮带5、与同步皮带5连接且固定在横移机械手 臂7上的同步皮带固定板、压板组件14 ；所述的压板组件14固定在导轨底板9的另一端， 所述的主动链轮1的转轴还与异步电机连接，异步电机外设有与之连接的变频器；所述的 伺服电机4外设有与之连接的伺服驱动器，伺服驱动器和变频器均与PLC连接(参见附图 2)。所述的导轨底板9在靠近压板的一端设有第一光电开关6，大底板8在导轨底板9的远 离压板的一端上方设有第二光电开关11，所述的横移机械手臂7上固定一个与光电开关相 配合的信号板15 ；所述的两个光点开关的信号输出端与PLC连接。在取料的过程中分别对棉签输送链条2和横移机械手臂7的运行速度进行可控设 置对棉签输送链条2速度控制采用变频器和4极交流异步电机配合方式，通过变频器的输 出频率来调节4极交流异步电机的转速，进而达到改变主动链轮1的转速以及棉签输送链 条2的传输速度；横移机械手臂7的横移由同步皮带5来带动，同时同步皮带5由伺服电机 4来驱动，通过伺服驱动器来控制伺服电机4的转动进而调节同步皮带5的移动速度以及横 移机械手臂7的横移速度。变频器与PLC以RS-485通讯模式连接，变频器将输出频率反馈 给PLC，PLC实时读取变频器的输出频率信息即棉签输送链条2的速度信息，通过计算输送 相应频率的驱动脉冲给伺服驱动器，伺服驱动器根据接收的驱动脉冲信息和预先设置好的电子齿轮参数运算出横移机械手臂7需要横移的速度，向伺服驱动电机发出驱动脉冲使得 皮带带动横移机械手臂7横移，同时保证横移机械手臂7的移动速度与棉签输送链条2速 度同步。PLC还外接一个触摸屏，从触摸屏上可以读取变频器的输出频率以及棉签输送链条 2的速度，同时可以通过触摸屏向PLC发出改变变频器的输出频率的信息，进而改变棉签输 送链条2的移动速度以及其它装置的运行速度。 工作时，通过触摸屏将棉签输送链条2的速度和横移机械手臂7的取料时取料的 棉签根数等参数进行设置；参数设置后，PLC向变频器发出信号，变频器控制4极交流异步 电机一定的运转速度运行，同时4极交流异步电机驱动输送链条以设定的速度运动；PLC也 实时读取从变频器反馈回来的变频器当前输出频率，PLC经一定运算将反馈回来的信息以 相应频率的脉冲发送给伺服驱动器，伺服驱动器结合接收到的脉冲和预先设置好的电子齿 轮参数计算出伺服电机4转速，并向伺服电机4输出相应的电流，使得伺服电机4驱动横移 机械手臂7运动的速度与棉签输送链条2的速度同步(参见附图2)。棉签输送链条2 — 定的速度将棉签输送到预定位置，伺服电机4驱动同步皮带带动横移机械手臂7以与棉签 输送链条相同的速度同步横移，同时机械手下降将一定数量的棉签吸附后上升，伺服电机4 驱动同步皮带带动横移机械手臂7转换为送料速度，在导轨10上高速移动，横移机械手臂 7到将要达终点时，第二光电开关11检测到信号板15并反馈给PLC相关信息，PLC再将信 息传递给伺服驱动器，使得横移机械手臂7在终点处停下，压板组件14将棉签取下；棉签取 走后，伺服电机4驱动使得横移机械手臂7返回，在将要到达原点时，第一光电开关6检测 到信号板15并将信息反馈给PLC，PLC再将信息传递给伺服驱动器，使得横移机械手臂7在 原点处停下，等待棉签输送链条2将棉签输送到位，并开始取料。
权利要求
一种棉签机的取料同步装置，其特征在于其包括竖直放置的固定板、固定在固定板上的从动链轮、与主动链轮啮合的棉签输送链条、一端固定在固定板一侧上部的轨道底板、固定在轨道底板上的两条矩形导轨、与两条矩形轨道嵌套连接且可以相对轨道滑动的滑块、固定在滑块上且与棉签输送带相配合的横移机械手臂、固定在固定板另一侧上部的伺服电机座和伺服电机、固定在伺服电机转轴上的主动同步带轮、固定在导轨底板另一端且位于两导轨之间的从动同步带轮、固定在主动同步带轮和从动同步带轮上的同步皮带、与同步皮带连接且固定在横移机械手臂上的同步皮带固定板、压板组件；所述的压板组件固定在导轨底板的另一端，所述的主动链轮的转轴还与异步电机连接，异步电机外设有与之连接的变频器；所述的伺服电机外设有与之连接的伺服驱动器，伺服驱动器和变频器均与PLC连接。
2.根据权利要求1所述的一种棉签机的取料同步装置，其特征在于所述变频器和PLC 之间采用RS-485通讯连接，通讯模式为MODBUS ASCII。
3.根据权利要求1或2所述的一种棉签机的取料同步装置，其特征在于所述的PLC外 还设有与之连接的触摸屏。
4.根据权利要求3所述的一种棉签机的取料同步装置，其特征在于所述的导轨底板 在靠近压板的一端设有一个光电开关，固定板在导轨底板的远离压板的一端上方设有一个 光电开关，所述的横移机械手臂上固定一个与光电开关相配合的信号板；所述的两个光点 开关的信号输出端与PLC连接。
5.根据权利要求4所述的一种棉签机的取料同步装置，其特征在于所述的异步电机 为4极交流异步电机。
6. 一种棉签机的取料同步方法，其特征在于对棉签输送链条的速度进行可控设置， 并实时提取棉签输送链条的速度或驱动棉签输送链条结构的运动频率；通过实时提取棉签 输送链条的速度，计算出机械手臂的实时横移速度，使得横移机械手臂的横移速度和棉签 输送链条的速度达到精确同步，并对横移机械手臂的横移速度进行实时调速。
7.根据权利要求6所述的一种棉签机的取料同步方法，其特征在于棉签输送链条的 速度可控设置采用4极交流异步电机控制与棉签输送链条啮合的主动链轮转速来达到，同 时采用变频器来调节4极交流异步电机的转速。
8.根据权利要求7所述的一种棉签机的取料同步方法，其特征在于所述的变频器外 连接一个PLC，PLC实时读取变频器的输出频率，PLC与变频器之间采用RS-485的通讯模式。
9.根据权利要求8所述的一种棉签机的取料同步方法，其特征在于横移机械手臂的 横移速度的控制通过控制带动横移机械手臂移动的同步皮带移动速度来达到，通过PLC读 取变频器的输出频率进而推算出棉签输送链条的步进速度，并输出相应频率的脉冲驱动给 交流伺服系统，交流伺服系统接通过一定的计算控制同步皮带运动的主动同步带轮转动频 率，最终实现横移机械手臂与棉签输送链的速度达到精确同步。
10.根据权利要求8所述的一种棉签机的取料同步方法，其特征在于PLC外接一个触 摸屏，通过触摸屏可以查询读取变频器的输出频率，同时通过触摸屏设置PLC的参数。
全文摘要
本发明涉及棉签机装置领域，具体的说涉及一种棉签机的取料同步装置和方法。本发明对棉签机的棉签输送链条和横移机械手臂进行速度控制，用异步电机对棉签输送链条驱动，同时用变频器进行调速；PLC与变频器构建RS-485通讯，实时读取变频器当前输出频率，经一定运算，PLC输出相应频率的脉冲驱动交流伺服器以及伺服电机，令横移机械手臂跟随棉签输送链条以相同速度精确同步横移，实现取料同步。本发明的横移机械手臂与棉签输送链的速度达到精确同步，避免出现生产故障；能够提高生产效率，节约生产成本。
文档编号B65B57/14GK101905757SQ20101023585
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月23日 优先权日2010年7月23日
发明者熊家祥, 陈国成 申请人:兰溪市万成机电制造有限公司