醫用膠帶自動纏繞機的自動換卷裝置的製作方法

2023-09-22 17:20:55

本實用新型涉及自動化機械，尤其涉及醫用膠帶自動纏繞機。

背景技術：

醫用膠布的高速發展和廣泛應用，要求醫用膠帶的纏繞機械具有更高的精度、更高的生產率和更大的柔性。

傳統上採用單軸纏繞機，纏繞裝置的定位由人工完成，且纏繞、手動切割以及上下料都在一根軸上完成，加工效率低，對工人的熟練程度要求很高，且無法根據工人的熟練程度調整纏繞速度，從而廢品率較高。

目前廣泛採用的半自動纏繞機主要用於小卷芯中小批量生產，但是自動化程度有限，只能完成卷繞功能，對人工操作的依賴程度較大。

綜上，目前的膠帶纏繞機存在以下不足，其一，傳統機器自動化程度低，除了卷料功能外，其他諸多功能均需要由操作工完成，是典型的重複性勞動，並且傳統單軸纏繞機纏繞、手動切割以及上下料都在一根軸上完成，導致加工效率大大降低。其二，人工成本逐年上升，據了解目前操作該機器的工人年薪約5萬/年，而該產品有數條產線，因此人工總成本較高，另外根據實地觀察，操作嫻熟的工人生產單個產品需15秒鐘，產品長度控制不準確和膠帶跑偏等質量問題有待解決。

其中，為了實現從半自動膠帶纏繞機到全自動醫用膠帶纏繞機的技術跨越，自動換卷裝置是機器換人的核心裝置。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題就是提供一種醫用膠帶自動纏繞機的自動換卷裝置，解決自動換卷的難題，從而為實現醫用膠帶自動纏繞機的全自動化奠定技術基礎。

為解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案：醫用膠帶自動纏繞機的自動換卷裝置，用於醫用膠帶自動纏繞機的自動換卷，其中，醫用膠帶自動纏繞機設有四工位轉盤，所述四工位轉盤沿周向依次均勻設有用於自動完成膠帶卷芯軸上料的自動上料工位、自動完成膠帶卷繞的自動卷繞工位、自動換卷工位、將完成卷繞後的膠帶卷卸下的自動下料工位，所述四工位轉盤對應自動上料工位、自動卷繞工位、自動換卷工位、自動下料工位各設有一個用於定位膠帶卷芯軸的定位軸，所述自動換卷裝置包括將卷繞完成後的膠帶卷餘料與原料膠帶切斷分開並使切斷分開後的原料膠帶端頭部與處於卷繞工位上的膠帶卷芯軸黏結的自動裁切及黏結裝置，以及與自動換卷工位對應定位軸上膠帶卷配合轉動從而使切斷後的膠帶卷餘料繼續卷繞在膠帶卷上的自動卷餘料裝置；所述自動裁切及黏結裝置包括安裝有裁切刀片的刀架以及帶動刀架動作從而使裁切刀片將膠帶切斷的裁切氣缸，所述刀架上設有對切掉膠帶卷餘料後的原料膠帶端頭部進行擠壓，從而實現原料膠帶端頭部與自動卷繞工位對應的定位軸上放置的膠帶卷芯軸黏結的擠壓黏結塊，所述自動卷餘料裝置包括卷餘料輥，所述卷餘料輥與自動換卷工位對應的定位軸上放置的膠帶卷最外層膠帶貼合以壓緊膠帶並且隨膠帶一起滾動。

優選的，所述擠壓黏結塊由橡膠皮或硬海綿製成，所述擠壓黏結塊設有與膠帶卷芯軸外圓配合的圓弧缺口。

優選的，所述卷餘料輥安裝於安裝支架上，所述安裝支架設於高度調節支架上，所述高度調節支架設有調節滑槽，所述安裝支架設有沿調節滑槽滑動以調節卷餘料輥高度的調節柱，所述高度調節支架上設有將調節柱固定在調節滑槽內以固定卷餘料輥高度的緊定螺釘。

優選的，所述自動卷繞裝置包括用於放置膠帶原料卷的放料輥軸、與自動卷繞工位上定位軸聯動的收料輥軸，所述收料輥軸將放料輥軸放出的膠帶向定位軸輸送並使定位軸上的膠帶卷芯軸卷繞膠帶，所述放料輥軸和收料輥軸之間設有用於控制膠帶張力的張力控制機構。

優選的，所述張力控制機構包括設有張力控制輥的重錘以及對應重錘上限位和下限位設置的上限位傳感器和下限位傳感器，所述張力控制輥在重錘重力作用下將膠帶向下拉以實現膠帶輸送的張力控制，所述上限位傳感器和下限位傳感器與張力控制器連接，所述張力控制器在上限位傳感器檢測到重錘超過上限位時增大放料輥軸轉速，在下限位傳感器檢測到重錘超過下限位時降低放料輥軸轉速以將膠帶張力控制在設定範圍內。

優選的，所述張力控制機構與放料輥軸之間設有自動糾偏機構，所述自動糾偏機構包括橫向滑軌及滑動安裝於橫向滑軌上的絲槓滑臺，所述絲槓滑臺設有使膠帶通過的糾偏控制輥軸以及與步進電機輸出軸聯動的絲槓，所述步進電機在膠帶發生橫向偏移時驅動絲槓滑臺沿橫向滑軌滑動以修正橫向偏差。

本實用新型採用的技術方案，通過四工位轉盤的轉動，實現工位轉換，將完成卷繞的膠帶卷從自動卷繞工位移動到自動換卷工位，然後通過自動裁切及黏結裝置使完成纏繞的膠帶卷餘料與原料膠帶分離，並且實現原料膠帶端頭部與處於自動卷繞工位上的膠帶卷芯軸黏結，最後，由於分離後的膠帶卷存在一部分餘料外露，本實用新型通過自動卷餘料裝置使膠帶卷餘料最後纏繞在膠帶卷上。因此，實現了自動換卷，解決了醫用膠帶自動纏繞機的自動換卷難題。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步描述：

圖1為本實用新型的總體結構示意圖；

圖2為自動上料裝置在狀態一時的結構示意圖；

圖3為自動上料裝置在狀態二時的結構示意圖；

圖4為自動上料裝置在狀態三時的結構示意圖；

圖5為自動上料裝置在狀態四時的結構示意圖；

圖6為自動卷繞裝置的結構示意圖；

圖7為自動裁切及黏結裝置在未動作狀態時的結構示意圖；

圖8為自動裁切及黏結裝置在裁切狀態時的結構示意圖；

圖9為自動卷餘料裝置的結構示意圖；

圖10為自動下料裝置的結構示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，醫用膠帶自動纏繞機，包括設有工作檯面的機架1，該機架1包括型材架，型材架的底部四角設有帶剎車轉向輪和不帶剎車轉向輪以方便移動和在移動到位後的定位，型材架的上部一側設有工作檯架，使整個型材架整體呈L型，工作檯面11設於工作檯架的內側面上，呈豎直設置。在工作檯面11上設有四工位轉盤12，所述四工位轉盤12沿周向依次均勻設有自動上料工位、自動卷繞工位、自動換卷工位、自動下料工位，在工作檯架的內側設有步進電機，步進電機通過帶傳動帶帶動主軸轉動，以使該四工位轉盤12每次轉動90度，這樣四工位轉盤每轉動一次，實現一次工位轉換。當自動卷繞工位卷繞完畢後，自動上料工位、自動下料工位和自動換卷工位同時工作，四工位交替連續工作，通過重疊操作時間來減少耗時，提高生產效率。

其中，四工位轉盤12對應自動上料工位、自動卷繞工位、自動換卷工位、自動下料工位各設有一個用於定位膠帶卷芯軸14的定位軸13，膠帶卷芯軸14 用於纏繞膠帶卷，定位軸13與直流電機的輸出軸聯接，直流電機安裝於工作檯架內，通過直流電機控制定位軸的轉速以及實現無極調速，而且在卷繞過程中，四個工位上的定位軸都是同方向轉動，以在自動卷繞工位卷繞完畢後，使自動上料工位、自動下料工位和自動換卷工位同時工作。

該醫用膠帶自動纏繞機設有將膠帶卷芯軸14自動輸送至自動上料工位對應定位軸上的自動上料裝置2、將膠帶自動卷繞在自動卷繞工位對應定位軸的膠帶卷芯軸上的自動卷繞裝置3、將卷繞完成後的膠帶卷餘料與原料膠帶切斷分開並使切斷分開後的原料膠帶端頭部與處於自動卷繞工位上的膠帶卷芯軸14黏結的自動裁切及黏結裝置4、與自動換卷工位對應定位軸上膠帶卷芯軸配合轉動從而使切斷後的膠帶卷餘料繼續卷繞在膠帶卷上的自動卷餘料裝置5、將自動下料工位對應定位軸上的膠帶卷卸下的自動下料裝置6。其中，自動裁切及黏結裝置4、自動卷餘料裝置5組合形成自動換卷裝置，自動換卷裝置是機器換人的核心裝置，將完成卷繞的膠帶卷移動到自動換卷工位，並使完成纏繞的膠帶卷餘料與原料膠帶分離，同時實現切斷分開後的原料膠帶端頭部與處於自動卷繞工位上的膠帶卷芯軸黏結，另外分離後的膠帶卷存在一部分餘料外露，通過自動卷餘料裝置5使膠帶卷餘料最後纏繞在膠帶卷上。

本醫用膠帶自動纏繞機的膠帶卷芯軸供應狀態是散裝的，如圖1所示，因此使用振動盤21完成排序，通過雙氣缸間歇進料機構23完成自動間歇進料，最後通過推送氣缸24將等待區的膠帶卷芯軸14壓入並嵌套在定位軸13上。具體的，如圖1至圖5所示，所述自動上料裝置2包括將膠帶卷芯軸14進行自動排序並送出的振動盤21、與振動盤出料口連接並使膠帶卷芯軸按序輸送的上料軌道22、將膠帶卷芯軸推送至自動上料工位對應定位軸上的膠帶卷芯軸推送機構，即推送氣缸24。

其中，工作檯面11與水平面垂直，振動盤21設於工作檯面上方，所述上料軌道22包括與振動盤出料口相接的圓弧段和將膠帶卷芯軸輸送至自動上料工位的定位軸的豎直段，所述上料軌道22設有與膠帶卷芯軸軸端的端板配合的軌道槽，以使膠帶卷芯軸14在上料軌道22上輸送時，不至於脫離上料軌道22。所述自動上料裝置2還包括對應上料軌道豎直段下部設置的雙氣缸間歇進料機構23，所述雙氣缸間歇進料機構23包括上下水平設置的上氣缸和下氣缸，所述上氣缸用於控制膠帶卷芯軸間隙進料，所述下氣缸用於使膠帶卷芯軸定位在正對自動上料工位的定位軸上，從而使膠帶卷芯軸推送機構將膠帶卷芯軸14推送至定位軸13上。

如圖2所示，自動上料裝置在狀態一時，上氣缸和下氣缸的活塞杆都伸出，下氣缸活塞杆阻擋住上氣缸活塞杆放下的膠帶卷芯軸，並將其定位在正對自動上料工位的定位軸處，同時阻擋住上方膠帶卷芯軸，避免其落下，等待推送氣缸24將膠帶卷芯軸14推送至自動上料工位的定位軸上。

如圖3所示，自動上料裝置在狀態二時，推送氣缸24將膠帶卷芯軸14推送至自動上料工位的定位軸上，上氣缸的活塞杆伸出，下氣缸的活塞杆回縮，此時，上氣缸活塞杆阻擋住上方膠帶卷芯軸，避免其落下。

如圖4所示，自動上料裝置在狀態三時，上氣缸和下氣缸的活塞杆都伸出，上氣缸活塞杆阻擋住上方膠帶卷芯軸，避免其落下，下氣缸活塞杆等待上氣缸活塞杆放下的膠帶卷芯軸下落。

如圖5所示，自動上料裝置在狀態四時，上氣缸的活塞杆回縮並使膠帶卷芯軸落下，下氣缸的活塞杆伸出，阻擋住上氣缸活塞杆放下的膠帶卷芯軸，並將其定位在正對自動上料工位的定位軸處，等待上氣缸的活塞杆伸出，以再次回到狀態一。

上述四個狀態循環往復，雙氣缸間歇進料機構23直接通過上下兩個氣缸的配合，在重力作用下，實現物料的間歇進料，該方式結構非常簡單，方便調試和檢修，市面上的小氣缸價格也非常便宜。

卷繞功能是膠帶自動纏繞機的基礎功能，如圖6所示，自動卷繞裝置3包括用於放置膠帶原料卷的放料輥軸31、與自動卷繞工位上定位軸聯動的收料輥軸34，大卷的膠帶原料卷通過放料輥軸31，放出原料膠帶，然後依次經過張力控制機構32、自動糾偏機構33，並通過收料輥軸34分擔拉力，自動卷繞工位上對應的定位軸與收料輥軸聯動實現膠帶卷芯軸卷繞膠帶。

其中，放料輥軸31處安裝有計數傳感器，放料輥軸31安裝於傳動軸上，傳動軸由放料電機驅動，計數傳感器包括磁鐵和霍爾傳感器，磁鐵安裝於傳動軸上，霍爾傳感器與磁鐵相隔一定距離，工作過程中膠帶卷帶動傳動軸轉動，磁鐵也一同轉動，從而通過霍爾傳感器感知放料輥軸轉過的圈數，進而計算獲得放出的膠帶長度，實現膠帶長度的控制。因此，可以通過轉速基數來精確控制纏繞的長度，可以調節放料電機轉速實現無級調速，可根據操作者的熟練性，手動調節纏繞速度。

按照張力控制方法的自動化程度區分，從低到高分為手動張力控制、半自動張力控制和全自動張力控制。手動張力控制的原理，首先根據檢測到的張力，然後通過操作者來調節電機輸出轉矩，適用於低速、低精度的復卷設備；半自動張力控制原理，首先計算當前放卷輥的卷徑，一般使用計數輥軸儀器，然後通過調節電機的輸出轉矩，實現放卷張力穩定控制，屬於開環控制方式，適用於中低速場合；全自動張力控制原理，首先通過張力傳感器讀取張力信號，然後經過數模轉換，與設定參考信號比較，其差值經過計算、放大後，調節勵磁電流來控制放卷張力，屬於全閉環控制方式，該方式能自動減少轉速和料卷抖動帶來的張力波動，適用於精度要求高的場合。但是該全自動張力控制技術，成本較高，因此，選用重錘方式的張力控制機構，由於醫用膠帶自動纏繞機卷繞轉速偏低，該方式控制張力生產的產品滿足要求。

其中，所述張力控制機構32包括設有張力控制輥323的重錘322以及對應重錘上限位和下限位設置的上限位傳感器和下限位傳感器，在重錘重力作用下，張力控制輥323將膠帶向下拉，重錘滑動安裝於重錘引導杆321上。選用重錘方式的張力控制機構，通過傳感器監測重錘位置，經過控制系統處理，控制放料輥軸轉速，將重錘控制在上下限位之間，從而將張力控制在一定範圍內。

上限位傳感器和下限位傳感器與張力控制器連接，重錘在上下限位之間運動，當張力變大時，重錘上移，若上限位傳感器檢測到重錘超過上限位，經過控制器處理，最終通過增大放料輥軸轉速，從而將張力控制在設定範圍內；當張力變小時，重錘下移，若下限位傳感器檢測到重錘超過下限位，經過控制器處理，最終通過降低放料輥軸轉速，從而將張力控制在設定範圍內。該張力控制方式結構簡單，調試和檢修方便，製作成本低。

膠帶卷在由放料輥軸31向收料輥軸34輸送過程，由於零部件安裝精度、設備運作穩定性等因素，在輸送過程中會有橫向偏移現象，這回影響後續的卷繞，因此需要採用自動糾偏機構來32減少偏移的影響。

具體是在張力控制機構33與放料輥軸31之間設有自動糾偏機構32，所述自動糾偏機構32包括橫向滑軌333及滑動安裝於橫向滑軌上的絲槓滑臺331，所述絲槓滑臺設有使膠帶通過的糾偏控制輥軸332以及與步進電機輸出軸聯動的絲槓，所述步進電機在膠帶發生橫向偏移時驅動絲槓滑臺沿橫向滑軌滑動以修正橫向偏差。自動糾偏機構32採用光電糾偏機原理，對應橫向兩端位置設有光電檢測開關，通過光電檢測開關去檢測單邊的位置，通過拾取位置偏差信號，將位置偏差信號進行邏輯運算，然後產生控制信號，經由驅動器控制步進電機轉動，帶動絲槓滑臺移動，達到修正橫向偏差目的。該糾偏機具有安裝便捷，糾偏效果好，行變小等特點。

另外，也可以採用氣液糾偏機構，其根據氣壓、液壓伺服原理，基於氣壓傳感對流方式檢查材料邊緣，檢出器出口產生氣壓比差，感應腔調反映訊號，調節左右油腔油量，起到自動糾偏作用，具有性能穩定，反應靈敏，操作方便，維修便利等特點。但糾偏機構相比上述光電糾偏機構質量和體積較大，不方便安裝，因此優選採用光電糾偏機構。

如圖7和圖8所示，所述自動裁切及黏結裝置4包括安裝有裁切刀片44的刀架43以及帶動刀架動作從而使裁切刀片將膠帶切斷的裁切氣缸42，所述刀架上設有對切掉膠帶卷餘料後原料膠帶的端頭部進行擠壓，從而實現原料膠帶端頭部與自動卷繞工位對應的定位軸上放置的膠帶卷芯軸黏結的擠壓黏結塊45。其中，裁切氣缸42安裝於氣缸支架41上，氣缸支架41上安裝有直線滑軌47，氣缸支架41沿直線滑軌47滑動。擠壓黏結塊45由橡膠皮或硬海綿製成，擠壓黏結塊45設有與膠帶卷芯軸外圓配合的圓弧缺口，以實現切掉膠帶卷餘料後原料膠帶的端頭正好貼合在膠帶卷芯軸外圓上。擠壓黏結塊45通過壓緊塊46固定在刀架上。

該自動裁切及黏結裝置4裁切和黏膠帶的原理是在膠帶有一定的張力下，刀片垂直於膠帶寬面，裁切氣缸快速伸出，帶動刀片，切斷膠帶；膠帶切斷後，原料膠帶的端頭部在橡膠皮(或硬海綿)的作用下，與新的膠帶卷芯軸表面黏結，最後裁切氣缸回程，準備下次工作。本實用新型採用的自動裁切及黏結裝置4是考慮到裁剪和黏膠帶的運動方向具有一致性，力的作用範圍內具有重合的作用點，故將兩個功能結合在一個機構上實現，具有結構緊湊的優點。

如圖9所示，所述自動卷餘料裝置5包括卷餘料輥51，所述卷餘料輥51設於自動換卷工位對應的定位軸正下方，由於在卷繞過程中，自動換卷工位對應的定位軸也是轉動的，因此自動卷餘料裝置無需驅動，卷餘料輥51與自動換卷工位對應的定位軸上放置的膠帶卷芯軸上膠帶卷最外層膠帶貼合併壓緊膠帶，並且隨膠帶卷一起轉動，即可將膠帶卷餘料最終卷繞在膠帶卷上。

鑑於卷餘料輥51安裝尺寸受到膠帶的具體厚度影響，故該自動卷餘料裝置設置有高度調節機構來調節高度。高度調節機構具體包括安裝支架52，所述卷餘料輥安裝於安裝支架上，所述安裝支架設於高度調節支架53上，所述高度調節支架設有調節滑槽，所述安裝支架設有沿調節滑槽滑動以調節卷餘料輥高度的調節柱，所述高度調節支架上設有將調節柱固定在調節滑槽內以固定卷餘料輥高度的緊定螺釘54。

如圖10所示，所述自動下料裝置6包括將膠帶卷芯軸從定位軸撥下的下料叉板63、驅動下料叉板向外側推送的第一下料氣缸61、與第一下料氣缸的活塞杆連接，用於驅動下料叉板水平平移的第二下料氣缸62。其中，所述下料叉板設有U形的叉口且叉口為口部寬而底部窄的結構，叉口叉合在定位軸上並推動膠帶卷芯軸內側端，使膠帶卷芯軸沿定位軸向外滑動，最終從定位軸上落下。第一下料氣缸61和第二下料氣缸62組成雙直線往復氣缸組合，其採用的氣缸為常用常見的直線往復氣缸，該氣缸價格相對便宜，運作可靠，形成兩個方向的直線往復運動，從而帶動下料叉板63動作。該自動下料裝置結構簡單，可以避免與機器的幹涉撞擊，而且動作簡單，耗時少。