用于将非铁导电坯板分离的电动力设备和方法与流程

文档序号：11716081阅读：194来源：国知局

本发明通常涉及用于处理非铁导电物体的自动系统。更具体地，本发明的一些方面涉及自动设备、系统和相关方法，其用于在处理和操作期间将非铁导电板件金属或复合坯板以电动力的方式分离。在示例性的冲压操作中，例如，这种坯板经由材料处理机器人的操作而被自动地供应到冲压机。冲压机的工具和压模表面其后将所接收的坯板形成为期望的形状。为了有助于冲压操作，一堆相同构造的坯板被置于在冲压机附近。机器人的末端执行器被运动到该一堆坯板上方的位置。最上方的坯板随后经由末端执行器而被抓持并从该坯板堆提起并供应到冲压机。

技术实现要素：

本发明提供一种电动力设备和相关方法，其用于在冲压操作期间或在任何其他操作期间(其中期望的是将最上方坯板从这种坯板堆分离)将导电非铁导电坯板分离。设备让定位在所述堆边缘附近的线性感应机器(lim)定子的多相交流(ac)绕组通电。lim定子的通电产生行进的波状磁场，其又经由lim原理在坯板中的最上方的那个坯板中感应出电流。最上方坯板中的感应电流与行进的波状磁场相互作用，以产生提升力，其足以将最上方坯板从邻近坯板分离，且由此从所述堆的其余部分分离。结果，本方法的目的是减少或消除对压缩空气、表面凹痕、或其他坯板分离技术的依赖。

在具体实施例中，设备包括多相lim定子、多相电压或电流源、和控制器。lim定子可以相对于所述堆的角部或边缘定位，在具体实施例中两个lim定子沿所述堆的共用边缘在相反角部处使用。替换地，多个lim定子可以沿共用边缘、沿相反的侧、或沿所述堆的边缘以交错布置方式定位。

控制器被编程为经由电源命令多相电压或电流供应到多相lim定子的相绕组，多相电压或电流具有固定或可变幅度和频率。这产生如上所述的行进波状磁场，由此在最上方坯板中感应出电流。与感应的电流一起，行进的波状磁场在最上方坯板上产生提升力，其具有足够的量以将最上方坯板从所述堆分开。

多相lim定子具有至少三个槽道。在一个可行构造中，多相电压或电流具有三个相且多相lim定子具有至少六个槽道。

还公开一种方法，用于将布置成堆的导电非铁导电坯板分离。方法包括将坯板堆的边缘定位在具有lim定子的电动力设备附近。lim定子限定定子槽道，其被缠绕有多相ac绕组。另外，方法包括经由多相电源对lim定子的ac绕组供应ac电压或电流，以产生行进的波状磁场且还在所述堆的最上方坯板中感应出电流。作为方法的一部分，使用感应电流和行进的波状磁场在最上方坯板上产生提升力，该力具有的量足以用于将最上方坯板从所述堆中的邻近坯板分离。

根据本发明的一个方面，提出一种用于将布置成堆的导电非铁坯板分离的电动力设备，所述电动力设备包括：

线性感应机器(lim)定子，相对于所述堆定位，lim定子具有多个定子槽道，所述多个定子槽道被多相交流(ac)定子绕组缠绕；

多相电源，其可操作为用于输出多相电压或电流；和

控制器，配置为命令电源为lim定子的定子绕组提供多相电压或电流，由此经由在所述堆中产生行进的波状磁场和在所述堆的最上方坯板中感应出的电流而在最上方坯板上生产力，其中力具有的量足以将最上方坯板从所述堆中的邻近坯板分离。

优选地，其中lim定子具有至少三个定子槽道中。

优选地，其中多相电压或电流具有三个相且lim定子具有至少六个定子槽道。

优选地，其中lim定子包括一对lim定子，其沿所述堆的共用边缘定位在所述堆的不同角部处。

优选地，其中电源是可变电压/可变频率电源。

优选地，其中电源是多相固定电压/固定频率电源。

优选地，电动力设备进一步包括末端执行器，其配置为从所述堆抓持和提升分离的最上方坯板。

优选地，电动力设备进一步包括位置传感器，其配置为检测末端执行器相对于最上方坯板的位置且将检测的位置传递到控制器，且其中控制器配置为使用检测的位置控制末端执行器的操作。

优选地，其中控制器配置为，随着堆的高度减小，命令仅对lim定子的指定部分通电。

根据本发明的另一方面，提出一种用于将布置成堆的导电非铁导电坯板分离的方法，方法包括：

将坯板堆的边缘定位在电动力设备的附近，所述电动力设备具有线性感应机器(lim)定子，lim定子限定多个定子槽道，所述多个定子槽道被多相交流(ac)绕组缠绕；

经由多相电源，对lim定子的ac绕组供应ac电压或电流，以由此生产行进的波状磁场并在所述堆的最上方坯板中感应出电流；

使用感应的电流和行进的波状磁场在所述堆的最上方坯板上产生力，力具有的量足以将最上方坯板从所述堆中的邻近坯板分离。

优选地，其中对lim定子的ac绕组供应ac电压或电流包括：将三个ac电压或电流相供应到至少六个定子槽道。

优选地，其中定位坯板堆的边缘包括：将一对lim定子沿所述堆的共用边缘定位在所述堆的不同角部处。

优选地，其中电源是可变电压/可变频率电源。

优选地，其中电源是多相固定电压/固定频率电源。

优选地，方法进一步包括：使用末端执行器将分离的最上方坯板从所述堆抓持和提升。

优选地，方法进一步包括：使用位置传感器检测末端执行器相对于最上方坯板的位置，将检测的位置传递到控制器，且使用检测的位置控制末端执行器对最上方坯板的抓持和提升。

优选地，方法进一步包括：随着所述堆的高度减小，仅对lim定子的指定部分通电。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。

附图说明

图1是具有示例性电动力设备的系统的示意图，所述示例性电动力设备用于分离导电非铁坯板。

图2是图1的系统中可用的示例性电动力设备的示意图。

图3是导电非铁坯板堆和电动力设备的示意图，针对坯板显示了产生的磁场和电流密度。

图4是波空间分布的曲线图，水平轴线上显示角位置且在垂直轴线上显示幅值。

图5是用于使用如图1所示的电动力设备将导电非铁坯板分离的示例性方法的流程图。

本发明可做出各种修改和替换，且一些代表性实施例已经在附图中通过例子示出且将在本文详细描述。但是，应该理解，本发明的新颖方面并不限于附图中示出的具体形式。相反，本发明覆盖所有修改、等效例、排列、组合、子组合和替换例，其落入所附权利要求限定的本发明的精神和范围内。

具体实施方式

参见附图，其中相同的附标记在几幅图中指示相同的部件，根据可行的示例性实施例的电动力(electrodynamic)系统10如图1所示。系统10可以在使用导电非铁坯板18的制造过程中用作冲压操作的一部分，所述导电非铁坯板18即平坦的导电非磁性材料的板子或板件，例如铝、镁、或具有导电层的层压塑料和/或复合材料。系统10(其元件可以被控制器50使用如图5所示的示例性方法100控制)目的是消除使用压缩空气、边缘凹陷(edgedimpling)或其他分离技术将非铁坯板分离的需要。

如上所述，冲压机操作可以使用材料处理机器人12，为了图示的简要，其一些部分在图1的示意性的插图11所示。这种机器人12可以包括机器人臂13和末端执行器14。在所示的具体构造中，末端执行器14可以经由软管15而被提供真空，使得末端执行器14可对相同构造坯板18的堆16中的最上方的坯板18u的主表面20施加吸力，且由此牢固地抓持和提升最上方的坯板18u。其他实施例可以包括抓持器，其直接抓持坯板18，或使用高速带进给系统(未示出)，以代替机器人12。通过末端执行器14提升的最上方坯板18u随后被供应到冲压机(未示出)，机器人臂13在冲压机和堆16之间来回枢转，直到堆16中的所有坯板18已经被顺序地供应到压机。

如图1所示的系统10包括一个或多个电动力设备40，其每一个可操作为用于，经由从所产生的磁场和感应电流而产生的分离力而将坯板18分离。如下参考图2-4所述，每一个电动力设备40可以包括细长线性感应机器(lim)定子41，其相对于堆16的角部定位。两个这种电动力设备40可以沿堆16的共用边缘23定位在堆16的不同角部。线性感应机器或lim是特殊目的马达，其可用于实现直线运动。通常，在电动力设备40的lim定子41被平衡多相电源电激励时，产生行进的磁通量波，其沿lim定子41的面对坯板18的表面49传播(见图3)。结果，在坯板18中感应出电流。感应的电流与行进的波状磁场相互作用，以生产垂直于堆16的线性力，其施加到堆16，在本文中被称为提升力(f)，如图3所示，由此轻轻地将最上方坯板18u与堆16的其余部分中的坯板18分离。

因为仅需将最上方坯板18u的一个边缘从堆16提升就足以有助于通过末端执行器14抓持最上方坯板18u，所以一对设备40可以沿堆16的共用边缘23定位在堆16的不同角部处，例如钢柱这样的支撑件24在其他两个角部处被使用，保持堆16的期望对准，使得坯板18均匀堆放。

力(f)等于磁场(b)、电流(i)、和给定电导线的长度(l)的乘积，在该例子中最上方坯板18u的材料，即f＝b×i×l。该基本的电磁原理经由方法100获得，以生产“坯板带起(blankfanning)”效应，其中经由电动力设备40以受控且有目的的方式产生力(f)，以将坯板18彼此分离，而不需要压缩空气或其他分离技术。

作为示例性冲压操作的一部分，可选是位置传感器s1可以用于检测末端执行器14相对于最上方坯板18u的位置，所检测的位置(箭头px)被传递到控制器50。传感器s1可以是任何合适的位置传感器，例如但不限于霍耳效应传感器或旋转编码器。控制器50，例如一个或多个计算机装置(具有足够的存储器(m)、处理器(p)、和实施如针对图5所述的方法100的计算机可执行指令)可以与材料处理机器人12(具有例如分离的机器人控制器或马达控制处理器)通信，且被编程为接收所述位置(箭头px)。

图1的控制器50可随后将一组控制信号(箭头22)传递到电动力设备40，如针对图2-4如下所述的，以在堆16中产生如上所述的行进波状磁场。以此方式，设备40对于堆16的控制几乎可以与材料处理机器人12的总体运动密切协调，例如经由闭环或开环反馈控制。同样，随坯板18在冲压过程中被消耗且堆16的高度逐渐减小，控制信号(箭头22)可以使得设备40的仅某些部分被通电。

图2示意性地显示了设备40，其可以包括细长lim定子41、控制器50和交流(ac)电源(ps)54。设备40可以包括过程控制器(cp)52，或处理器控制器52可以与控制器50整合成单个控制器。如果控制器50和52是分离的装置，则过程控制器52可以被编程为控制提升坯板18和将坯板18供应到冲压机中的总体过程，且控制器50可以被编程为将设备40的供电与冲压机操作的总体顺序协调。过程控制器52与ac电源54通信，如通过双头箭头28在图2中所示的，在不同实施例中其可以被实施为多相固定电压/固定频率(fvff)或可变电压/可变频率(vvvf)电源。

如图2所示的lim定子41具有定子芯部42，其例如用层压钢或软磁性复合材料(例如铁粉)构造。定子芯部42限定多个定子槽道43，其被定子绕组44缠绕，如所示的。lim定子41的磁极距与磁极宽的比可以至少是0.1，以获得最佳的性能。定子绕组44经由所示的电线缆45电连接到ac电源54。如通过控制器50和/或控制处理器52命令的，定子绕组44可以被来自ac电源54的ac电压或电流所激励，且由此具有固定或可变的频率或幅度，以便在堆16中感应电流(i)，最佳如图3所示。在可行实施例中，定子芯部42可以具有至少三个定子槽道43，且可以被具有至少两个相的多相电压或电流所激励。在另一实施例中，定子芯部42可以具有至少六个定子槽道43且可以被具有至少三个相的多相电压或电流激励。绕组44的激励则产生示意性地如图1所示的在堆16中且沿lim定子41的表面的行进的波状磁场。

参考图3和4，进一步详细描述了行进的波状磁场的生产。图3显示了细长的lim定子41，其定位为非常接近坯板18的堆16。在lim定子41的定子绕组44经由图2的ac电源54而被通电时，在每一个绕组44附近在堆16中感应出电流(i)。沿与感应电流(i)的方向正交的方向产生磁场(b)(其磁通量线37在图3中正时地表示)。即，在通过通量线37表示的磁通量随各种相电流的变化幅度而改变时，磁通量相对于定子绕组44运动，作为行进的波状磁场。电流(i)被沿与堆16的在设备40附近的边缘23成横向的方向感应出，即进入到从图3的透视图观察的页面中，而磁场(b)被沿从电动力设备40离开且与感应电流(i)的方向正交的方向传递。随供应到定子绕组44的相电流的幅度变化，堆16中的与定子绕组44每一个相反的电流密度46也将改变，由此影响行进的波状磁场(b)。最终，行进的波状磁场(b)将以力(f)对堆16的坯板18中所感应的电流(i)做出反应，该力又将倾向于将最上方坯板18u从堆16的其余部分提升。

波空间分布60如图4所示，用于给定时刻的电动力设备40的示例性三相构造，水平轴线上显示相位角(°)，垂直轴线上显示归一化振幅。随着三相电流ia、ib、和ic在最大和最小幅度(分别是a+和a-)之间相对于彼此异相的震荡，将沿箭头w的方向产生最终的磁动势(mmfr)。结果，图3中的线37所示的磁通量将在图1和3的堆16中向上运动，作为行进的波状磁场，使得力(f)施加到最上方坯板18u。如上所述，力(f)被确定为磁场(b)、电流(i)和导线长度(l)的乘积，即f＝b×i×l。

即，堆16中的所有坯板18将经历力(f)，但是最上方坯板18u(仅是堆16中的不被邻近坯板18从上方对置的坯板18)将倾向于不受阻碍地沿力(f)的方向运动。取决于力(f)，可以实现实际的分离，使得堆16中的最上方坯板18u和下一个坯板18之间形成临时间隙。例如，可以实现最上方坯板18u的约10-20mm的分离，且不多于被使用的磁体的宽度，例如小于约50mm。如果最上方坯板18u保持接触下一个坯板18，则在最上方坯板18u被抓持且被末端执行器14提升时，力(f)保持足以促使最上方坯板18u以从下一个坯板18离开，如图1所示。

在说明性例子中，图1和3的堆16可以包括约350-400个坯板18，其每一个用大约0.80-1.2mm厚且约6.50-7.0kg重的铝板件构造。典型的矩形坯板18可以具有约1.475mx1.835m的主尺寸。对于具有如上所述规格的铝坯板18，在坯板18的两个角部处沿共用边缘23需要约17牛的力(f)，以有助于将最上方坯板18u充分分离，以用于随后通过末端执行器14提升。基于此，所需的磁场(b)可以针对给定应用而容易地确定，且设备40被调节为提供磁场(b)，如本领域技术人员所理解的。

同样，设备40和坯板18的堆16之间的空气隙影响所述力(f)。例如，将这种空气隙从1/8英寸(1/8”)增加到3/8英寸(3/8”)可以将力(f)减少大约一半。定子绕组44的激励频率也影响所述力(f)。例如，对于具有施加到1/8英寸(1/8”)厚的铝坯板18的3/8英寸(3/8”)空气隙的400vac、3相、4极构造来说，激励频率可以小于60hz，例如为40-60hz。图2的lim定子41的占空比(dutycycle)还影响力(f)，在示例性实施例中占空比小于25％，或为5％到25％。由于用于目的应用的低占空比，lim定子41和其相关成本可以最小化。

参见图5，示例性实施例显示了方法100，用于使用图1的电动力设备40将如上所述的坯板18以电动力方式分离。方法100以步骤s102开始，其中电动力设备40定位在坯板18的堆16附近，例如一个电动力设备40沿共用边缘23定位在堆16的相应角部处。例如，含有堆16的拖板可以位于非金属基部上，使得共用边缘23在电动力设备40的附近。一旦堆16被相对于该一对设备40适当地定位，则方法100前进到步骤s104。方法100随后前进到步骤s104。

步骤s104可以确定图1的末端执行器14是否非常接近最上方坯板18u的主表面20。步骤s104可以经由控制器50处理用于传感器sx的位置信号(箭头px)，以确定末端执行器14是否将要与最上方坯板18u的表面20接触。在其他实施例中，图2的过程控制器52可以通知控制器50，末端执行器14将要与主表面20接触。在这种接触将发生时，方法100前进到步骤s106。

在步骤s106，定子绕组44经由图2的电源54而被供应ac电压或电流，使得在堆16中感应出电流(i)。行进的波状磁场(b)和电流(i)沿彼此正交的方向传播。磁场(b)和电流(i)相互作用以生产所需的力(f)，且由此使用感应的电流(i)和行进的波状磁场(b)，步骤s106在最上方坯板18u上产生力(f)。力(f)具有的量足以将最上方坯板18u与堆16中邻近的坯板18分离。作为方法100的一部分，末端执行器14可以被图1的控制器50控制，以例如使用吸力或抓持器提升最上方坯板18u。

步骤s108可以在材料处理机器人12将坯板18供应到冲压机的同时控制电动力设备40的操作。随堆16的高度减小，即坯板18被消耗，步骤s108可以仅让lim定子41的指定部分通电。例如，切换器或继电器(未示出)可以用于逐渐让lim定子41的下部部分通电，使得与堆16的高度降低相关联地，lim定子41的总体“有效高度”逐渐降低。机器人12在坯板18之间运动的循环时间可以为约6秒，或在高速带进给系统中仅为2秒，由此这种实施例中需要在所提供的时间窗中调整lim定子41。

使用如上所述的电动力设备40，铝或其他非铁导电坯板18可以彼此分离，而不使用压缩空气或其他分离技术。通过消除例如将坯板18带起的空气刀或空气喷嘴这样的装置，可以避免成本、空气清洁问题、以及去除使用压缩空气作为工厂设施常见的需求，且相对于空气带起方法增加冲压机操作的吞吐量。吞吐量可以通过将图1的机器人12替换为高速带进给系统而进一步增加，例如通过在将共用边缘23处的最上方坯板18u分离之后对带(未示出)上的最上方坯板18u进行拉动。

附图中的详细的描述和显示是对本发明的支持和描述，而本发明的范围仅通过权利要求限定。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。