電子凸輪無觸點程序控制器的製作方法

2023-05-02 22:19:16 1

專利名稱：電子凸輪無觸點程序控制器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及機械運行過程中使用的程序控制器。
長久以來組合凸輪開關的結構，一直沿用機械凸輪觸壓微動開關方式，用予完成控制過程所需的開關量。就是今天該控制方式仍在機械製造行業中廣泛採用。這種形式的程序控制器，廣泛應用在印染機械、起重機械、鍛壓機械及普通工具機等方面。但是，由於這種傳統的凸輪觸點程序控制器重量大，幾何尺寸也大，可靠性差、易損壞、壽命短、控制精度低等缺點，如無錫振華機械製造廠製造的SLK2系列可調凸輪控制器即屬此類。為了保證一定的定位精度，它還需要有相當強度的金屬結構保證其運行壽命，從結構上採用中凸輪與外凸輪分度端面的齧脫嚙合，在凸輪外徑面上標刻度。分度單位為2.5°，解析度僅5°，重複定位精度為±1.5°，由於機械結構觸點與凸輪是彈性接觸，不能高速切換，易產生彈性疲勞變形，造成接觸不良，出現火花及彈簧片斷裂，因而不能在易燃易爆環境中應用。再由於機械磨損和觸點電蝕、運行精度及可靠性隨運行速度和時間而下降。這樣就不適應現代高速和長周期運行的要求了。繼而又出現了接近開關凸輪結構的無接觸控制方式，它的控制方式的核心是感應式接近開關與具有一定端面積的金屬結構垂直感應，由於所需的金屬結構感應端面積必須是足夠大，而重量增加，也降低了控制精度，又由於負載能力差(最大負載電流I≤120MA)，極易損壞等弊病，如西德波殊公司(BOSCH CO.)生產的PH1 PH2型輥板式高速自動包裝機等所用的控制裝置，無錫振華機械廠改進型凸輪控制器LSK1－08型凸輪感應發訊器均屬此類。由於過小的凸輪外緣缺口與覆蓋於接近開關所需的垂直感應面內，致使感應開關不能敏銳地截止與導通。這樣與外緣缺口相應夾角就不能很小，最小工作角度≥10°(指凸輪感應片最小工作面所對應的轉角)，小夾角必然失控，這樣便失去了工作可靠性和控制精度。
本實用新型的目的是提供一種適宜長周期、高速度、高定位精度、高抗幹擾、具有交直流重負載能力、控制特性可選擇並具有獨立的控制電平輸出、而適宜防火防爆環境中使用，結構科學合理的電子凸輪無觸點程序控制器。
本實用新型的特徵是傳動軸上可調組合凸輪，由極薄的且具有相當強度的金屬或非金屬材料製成的，每個凸輪由二個凸輪葉片組成，與每個組合凸輪相配合的是凹槽傳感器，每個凹槽傳感器與電路板相配合，電路板上有與凹槽傳感器數量相等的功能結構完全相同的控制單元電路構成。由組合凸輪等機械構件與電子線路配合完成無接觸紅外光傳感，無觸點大功率重載輸出，實現生產過程及機械加工程序的控制。直接拖動電阻或電磁負載。諸如電磁閥、電磁製動器及離合器。它是機械行業技術進步及產品配套有較高水平的更新換代產品。主要用於起重、鍛壓、包裝、印染、印刷機械及其他通用機械自動生產線及需要高控制速度、高定位精度、強幹擾環境、易燃易爆環境中的設備配套。
技術指標交流負載50Hz12V－220V2A直流負載5V－－36V0.5A
重複定位精度0.03mm控制電平輸出10V頻率響應10KHz最高軸轉速1000轉／分組合凸輪可調範圍0°－－360°組合凸輪控制角可調範圍1°－－359°直流負載短路保護特徵允許短時短路本實用新型解決方案，可進一步用以下
。
圖1為本實用新型示意圖(主視圖)。圖中(1)軸，(2)軸承，(3)電路板，(4)器架，(5)底座，(6)凹槽傳感器，(7)託盤，(8)分度盤，(9)指針，(10)護罩，(11)定位螺栓，(12)組合凸輪，(13)調正環，(14)螺栓。
圖2為實用新型示意圖(左視圖)。圖中(5)底座，(10)護罩，(12)組合凸輪，(6)凹槽傳感器，(14)螺栓，(15)固定螺釘。
圖3為本實用新型組合凸輪(12)葉片。
圖4為本實用新型組合凸輪(12)與凹槽傳感器(6)的相互位置示意圖。圖中(12)組合凸輪，(6)凹槽傳感器。
圖5為本實用新型直流負載時電路板(3)上若干相同功能控制單元電路。圖中(GO1，GO2)光電藕荷器，(LED1，LED2)分別是光電藕荷器(GO1、GO2)內紅外發光二極體，(K)開關，(BG1)是光電藕荷器(GO1)內光電管，(R1，R2，R3，R4，R5，R7)電阻，(HF1，HF2，HF3，HF4)門電路，(BG2)開關管，(LED3，LED4，LED5)發光二極體，(BG3，BG4)是光電藕荷器(GO2)內的達林頓開關管，(GK)功率開關管，(FZ)負載，(ZL1，ZL2)整流電源，(B)變壓器，(HL)恆流二極體，(D)二極體，(WY)三端集成穩壓電路，(C1，C2，C3)濾波電容。
圖6為本實用新型交流負載時電路板(3)上若干相同功率控制單元電路。圖中(GO1，GO2)光電藕荷器，(LED1，LED2)分別是光電藕荷器(GO1，GO2)內紅外發光二極體，(BG1)光電管，(BG2)開關管，(R1－R9)電阻，(HF1－HF4)門電路，(K)開關，(LED3，LED4)發光二極體，(2CS)光控二極雙向開關管，(STR)雙向可控矽開關，(FZ)負載，(ND)氖燈，(ZL1)整流器，(WY)三端集成穩壓電路。
本實用新型具有一個器架(4)和底座(5)，器架(4)左端和右端的軸承座中設有軸承(2)，軸承(2)中設有軸(1)，在軸(1)上裝有組合凸輪(12)，組合凸輪(12)與軸(1)通過定位螺栓(11)固定，定位螺栓(11)可調整組合凸輪(12)與軸(1)的鬆緊和組合凸輪(12)在軸(1)上的位置。軸(1)左端上安裝有託盤(7)和帶有刻度的分度盤(8)，分度盤(8)上面有指針(9)。軸(1)的右端安有調正環(13)。器架(4)上通過螺栓(14)安有電路板(3)。電路板(3)上設有與組合凸輪(12)相對應位置的凹槽傳感器(6)。每個組合凸輪(12)由二個凸輪葉片組成，凸輪可調範圍為0°－－360°，可控制角度為1°－－359°，每個組合凸輪(12)與一個凹槽傳感器(6)相配合，每個凹槽傳感器與一個功能控制單元電路相配合，該控制器內的電路板(3)由與凹槽傳感器數量相等的功能結構完全相同的功能控制單元電路組成。
直流負載控制單元電路見圖5，凹槽傳感器(6)是帶有凹槽的光電藕荷器(GO1)組成，組合凸輪(12)在傳動軸(1)的帶動下轉動。當組合凸輪(12)上，等於夾角的缺口通過光電藕荷器(GO1)凹槽中心時，光電藕荷器(GO1)內紅外發光二極體(LED1)發出的紅外光束，射到光電管(BG1)產生光電流，在電阻R2上形成電壓降，使A點是高電平，經門電路(HF1)反向後B點低電平，同時使由門電路(HF2，HF3，HF4)構成的觸發器被置位，觸發器輸出端D呈低電平，E呈高電平，反之組合凸輪(12)缺口偏離光電藕荷器(GO1)凹槽中心，光電藕荷器(GO1)內紅外發出二極體(LED1)發出的紅外光束，被凸輪片遮擋射不到光電管(BG1)上，無光電流產生，電阻R2上無電壓降，A點呈低電平，經門電路(HF1)反向後，B點高電平，同時門電路(HF2，HF3，HF4)構成的觸發器被重新罩住，觸發器輸出端D高電平E低電平，簡言之，即光電藕荷器(GO1)凹槽中心無遮擋時，觸發器輸出端D低電平，E高電平；光電藕荷器(GO1)凹槽被遮擋後觸發器輸出端D高電平，E低電平，由開關(K)選擇遮擋或無遮擋方式，並通過開關(K)將觸發輸出端D或E電平變化由F點，經電阻R4送到G端，同時由F點經過電阻R3使開關管(BG2)飽和導通或截止，如F點高電平，開關管(BG2)導通，，則開關管(BG2)集電極負載，光電藕荷器(GO2)內紅外發光二極體(LED2)及發光二極體(LED3)同時發光，發光二極體(LED3)作定位指示，紅外發光二極體(LED2)射出的紅外光束，照到光電藕荷器(GO2)內達林頓開關管(BG3，BG4)使其飽和導通，並將由三端集成穩壓電路構成的功率開關(GK)控制端I接地，功率開關(GK)導通，負載(FZ)接功率開關輸出端K與地端N，供負載整流電源(ZL1)正極輸出端接功率開關(GK)輸入端Z，供負載交流電源由外接變壓器(B)，當功率開關管(GK)導通後，接在功率開關(GK)輸出端的恆流二極體(HL)向發光二極體(LED4)提供穩定發光電流，以適應不同負載電壓下恆定的亮度，並聯在功率開關管(GK)輸入端Z與輸出端K的反向聯接二極體(D)，使在電容性負載時，如電源(ZL1)短路，而防止電流倒灌損壞功率開關管(GK)，當負載短路時，功率開關管(GK)內設的晶片過熱及短路保護電路，使其功率開關管(GK)不受損壞。整流電源(ZL2)正極輸出端L接三端集成穩壓電路(WY)輸入端，三端集成穩壓電路(WY)輸出端M接有成串聯接的電阻R7發光二極體(LED5)，同時也向各功能單元電路提供穩定直流電源。
交流負載控制單元電路見圖6，凹槽傳感器(6)是帶有凹槽的光電藕荷器(GO1)構成的，組合凸輪(12)在軸(1)的帶動下轉動，當組合凸輪(12)上等於夾角缺口通過光電藕荷器(GO1)凹槽中心時，光電藕荷器(GO1)內紅外發光二極體(LED1)發出紅外光束射到光電管(BG1)產生光電流，在電阻R2上產生電壓降，使A點呈高電平，經門電路(HF1)反向後B點低電平，同時由門電路(HF2，HF3，HF4)構成的觸發器被置位，觸發器輸出端D呈低電平，E高電平，反之組合凸輪(12)缺口偏離光電藕荷器(GO1)凹槽中心，光電藕荷器(GO1)內紅外發出二極體(LED1)發出的紅外光束被凸輪遮擋，照射不到光電管(BG1)上，無光電流產生，電阻R2上無電壓降，A點呈低電平，經門電路(HF1)反向後B點高電平，同時由門電路(HF2，HF3，HF4)構成的觸發器被重新置位，觸發器輸出端D高電平，E低電平。簡言之，即光電藕荷器(GO1)凹槽中心無遮擋時，觸發器輸出端D低電平，E高電平，光電藕荷器(GO1)凹槽被遮擋後，觸發器輸出端D高電平，E低電平，由開關(K)選擇遮擋或無遮擋控制方式，並通過開關(K)將觸發器輸出端D或E電平的變化由F點經電阻(R4)送到G端，同時由F點經過電阻(R3)使開關管(BG2)飽和導通或截止。如F點高電平，開關管(BG2)導通，則開關管(BG2)集電極負載光電藕荷器(GO2)內紅外發光二極體(LED2)及發光二極體(LED3)同時發光，發光二極體(LED3)作定位指示，紅外發光二極體(LED2)射出的紅外光束射到光電藕荷器(GO2)內光控二極雙向開關管(2CS)，I端，串聯限流電阻(R6)用來控制光控二極雙向開關管(2CS)導通後流過最大觸發電流，使雙向可控矽開關(STR)在額定負載下保持最佳觸發，雙向可控矽開關(STR)輸出端K，經過負載(FZ)接交流電源N端，並聯在雙向可控矽開關(STR)兩端Z、K上的電阻(R7)電容(C1)構成串聯(RC)保護迴路，並聯在雙向可控矽開關(STR)兩端Z、K上的成串聯接的電阻(R8)氖燈(ND)作發光指示，由於雙向可控矽開關(STR)導通後電壓降遠小於氖燈(ND)引燃電壓，因而氖燈(ND)熄滅，整流器(ZL1)正極輸出端L接三端集成穩壓電路(WY)輸入，三端集成穩壓電路(WY)輸出端M接有成串聯接的電阻(R9)發光二極體(LED4)作電源指示。同時也向各功能控制單元電路提供穩定直流電源。
本實用新型使用方法如下打開護罩(4)接好電源，按設計程序要求可逐次調整組合凸輪控制點，首先將組合凸輪軸(1)轉到零刻度，即分度盤(8)零刻度對準指針(9)，放鬆凸輪定位螺栓(11)，轉動組合凸輪(12)的一片凸輪使發光二極體(LED3)剛好發光，旋緊定位螺栓(11)，再將凸輪軸(1)轉到設計角度，分度盤(8)示值對準指針(9)，轉動另一個凸輪使發光二極體(LED3)再次發光，旋緊定位螺栓(11)。組合凸輪可裝有多組，此兩次發光示值之間的缺口角度即為控制角度，撥動開關K即可得到與缺口控制相反的控制特性。
本實用新型的特點在於採用帶凹槽的光電藕荷器(GO1)無觸點、無磨損受控於凸輪葉片，又由於採用大功率器件直接輸出帶負載，因而無火花、無電蝕現象，能在易燃易爆環境中應用，由於控制過程是電子線路完成的，功能控制單元電路與負載電路採用光電藕荷器來隔離及光藕荷，因而具有極高的隔離阻抗，高的傳輸特性，因而具有高的抗幹擾性能，提高了可靠性，直流負載時，其功率輸出具有國內外類似產品所不具備的過載短路保護功能，因而壽命長，該樣機連續帶載運行性能穩定、控制可靠，各項指標達到設計值。又因為具有比可編程序控制器易理解、掌握、易操作，故此它優良性能不但可以提高與之配套機械設備控制水平，也能提高與之同類產品在市場的競爭能力，同時也為進口機械設備維修配套提供了保證。
權利要求1.一種用於機械運行過程中使用的電子凸輪無觸點程序控制器，由器架(4)，底座(5)，軸承(2)，軸(1)，組合凸輪(12)，凹槽傳感器(6)和電路板(3)組成，其特徵在於a、在軸(1)上裝有組合凸輪(12)，並通過定位螺栓(11)予以固定。軸(1)左端裝有託盤(7)和帶有刻度的分度盤(8)，分度盤(8)上面有指針(9)，軸(1)的右端安有調正環(13)；b、在器架(4)上通過螺栓(14)安有電路板(3)；c、每個組合凸輪(12)由二個凸輪葉片組成，每個組合凸輪與一個凹槽傳感器(6)相配合，每個凹槽傳感器與一個電路控制單元相配合，控制器中的電路板(3)由與凹槽傳感器(6)數量相等的功能結構完全相同的功能控制單元電路構成。
2.根據權利要求1所述的控制器，其特徵在於組合凸輪(12)葉片中的材質可選自不透光的金屬或非金屬材質。
3.根據權利要求1所述的控制器，其特徵在於組合凸輪(12)控制角可調範圍為1°－－359°。
4.根據權利要求1所述的控制器，其特徵在於直流負載時，電路板(3)上相同的功能控制單元之一，由光電藕荷器(GO1)構成的凹槽傳感器(6)的門電路(HF1、HF2、HF3、HF4)構成的觸發器，在工作狀態時，選擇開關(K)，通過電阻(R4)將控制電平輸出到G，工作狀態指示(LED3)達林型光電藕荷器(GO2)由可調集成穩壓電路構成功率開關(GK)，保護二極體(D)，恆流二極體(HL)，發光二極體(LED4)聯接組成電子控制電路，在電路板(3)上還設有整流電源(ZL2)，濾波電容(C2)，穩壓電路(WY)，發光指示管(LED5)，整流電源(ZL1)，濾波電容(C3)。
5.根據權利要求1所述的控制器，其特徵在於除機械結構相同之外，在交流負載時，電路板(3)上若干相同功能控制單元之一，圖6示，由光電藕荷器(GO1)，構成傳感器、觸發器是由門電路(HF1、HF2、HF3、HF4)構成，工作狀態選擇開關(K)，通過電阻(R4)將控制電平輸出到G，工作狀態指示(LED3)，光控雙向開關型光電藕荷器(GO2)，雙向可控矽功率開關(STR)，保護元件電阻(R7)，電容(C1)，發光指示氖燈(ND)，聯接組成控制電路，在電路板(3)上還設有整流電源(ZL1)，濾波電容(C2)，穩壓電路(WY)，發光二極體(LED4)。
6.根據權利要求4、5所述的控制器，其特徵在於撥動工作狀態選擇開關(K)，可任意選擇組合凸輪(12)遮擋與無遮擋控制特性。
專利摘要本實用新型特徵是傳動軸上有可調整組合凸輪，凸輪下面是電路板，電路板上有與組合凸輪數量相等的功能結構完全相同的功能控制單元電路構成，由機械與電子線路配合完成無接觸紅外光傳感，無觸點大功率重載輸出，實現生產過程及機械加工程序控制，直接拖動電阻可電磁負荷。具有高可靠性，開關速度快，尤其是在直流負荷下具有可靠過載及短路保護功能，它具有比可編程序控制器使用簡便優點。本控制器主要用於起重、鍛壓、包裝、印染、印刷機械及其它通用機械、自動生產線和需要高控制速度、高定位精度、強高干擾環境、易燃易爆環境使用。
文檔編號G05B19/04GK2099331SQ9122778
公開日1992年3月18日 申請日期1991年11月8日 優先權日1991年11月8日
發明者鳳鳴祥, 鳳鳴傑 申請人:鳳鳴祥