专利名称：防偏移的转动辊系统的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及用于支承和转动圆筒形容器的转动辊系统。这些转动辊系统通常用在焊接操作过程中。本发明更特别地涉及用于在被支承的容器或其它工件转动时阻止所述被支承的容器或其它工件轴向运动(轴向偏移，通常也被称为轴向蠕动)的防偏移装置和方法。
背景技术：
上面提到的这种类型的转动辊系统通常包括一对驱动辊，该一对驱动辊彼此横向间隔开，以在第一轴向位置处摩擦接合圆筒形工件的相对两侧；和一对惰辊，所述一对惰辊彼此横向分隔开，以在第二轴向位置处接合工件的相对两侧，该第二轴向位置沿该工件 的转动轴线与该第一轴向位置间隔开。驱动辊连接到马达驱动器，该马达驱动器可操作以使驱动辊转动，由此使该工件绕工件的转动轴线(在本文中称为“工件轴线”)转动。惰辊与驱动辊协作来为工件提供滚动支承，但是惰辊不是由马达驱动的。通常，驱动辊和惰辊绕各自的平行于工件轴线的转动轴线转动。主要由于在工件的圆筒形形状中存在缺陷，工件绕工件轴线的转动可能伴随着工件的稍微轴向偏移，这可能导致焊缝不对准。传统的防偏移转动辊系统通过与偏移量成比例地竖直或水平移动惰辊来控制圆筒形工件或容器的轴向运动。这种方法在控制偏移方面是有效的，但可能导致工件明显的竖直或水平运动，这可能干扰焊接过程。其它的防偏移转动辊系统是基于调整一个或多个所述辊的转动轴线相对于工件轴线倾斜地延伸，以引入抵消偏移的轴向力分量。下面对这种类型的防偏移转动辊系统进行概述。美国专利US2，865，690公开了一种机械式自调节系统，其中一对从动辊16布置成一个与围绕工件周边安装的轮胎6的每个端面抵接。抵接的从动辊16通过相应的杆臂15连接到耳轴支架9a，该耳轴支架支承在工件的一侧上的辊8。耳轴支架9a通过一对平行的枢转连杆9b连接到相对侧的、承载第二辊8的耳轴支架9a，使得两耳轴支架9a和两连杆9b形成平行四连杆机构。当工件处于期望的中立轴线位置时，平行四连杆机构呈矩形的形式，并且辊8的转动轴线a-a平行于工件的转动轴线。在随着从动辊16被检测到出现工件的轴向偏移时，杆臂15将运动传递到平行四连杆机构，使得辊8以及它们的转动轴线相对于工件转动轴线成倾斜角度。螺纹效应使工件返回到其中立轴向位置，并且从动辊16和杆臂15的相应动作使平行四连杆机构返回其矩形状态。英国专利No. 940，261描述了不同的实施例。在图I示出的一个实施例中，转动辊系统的四个辊2中的一个可通过使其副架4绕竖直轴线枢转而被转动，以调整辊2的转动轴线离开其平行于工件轴线的中立定向到达不平行于工件轴线的成角度定向，从而抵消轴向偏移。图2和图3示出的另一个实施例以类似的方式工作，其中补偿辊6的轴5被安装成绕竖直轴线枢转。图4和图5示出了又一个实施例，其中补偿辊13的轴12被安装成绕由枢转销14所限定的轴线枢转，该枢转销正交于辊13与工件之间的接触点处的切向平面延伸。在这个实施例中，辊轴线在中立构型时平行于工件轴线，而且该辊轴线可以在切向平面中枢转成不平行于工件轴线，以抵消轴向偏移。图6教导了另一个实施例，其中在工件相对侧的一对辊25被安装在共用的副架28上，该副架安装成绕由枢转销29限定的竖向枢转轴线枢转运动。辊25的转动轴线在辊25处于中立状态时平行于工件轴线，而且辊25的转动轴线通过使副架28绕枢轴销29枢转而被调整成不平行于工件轴线。最后，图7示出的实施例教导了使用接合工件端面且通过连杆53连接的抵接辊52来使补偿辊50的副架绕竖向轴线枢转。在此，还有，辊轴线在中立状态下平行于工件轴线并且被推动偏离平行以抵消工件的轴向偏移。英国专利No. 1,034, 201公开了一种防偏移调节机构，其中承载用于接合工件的侧面的一对辊13的耳轴支架12枢转地安装在基座或框架10上。耳轴支架12连接到螺杆机构20、21、22，使得螺杆的转动使该耳轴支架12枢转以调整辊轴线从平行于工件轴线的中立定向稍微偏离到倾斜定向，在该倾斜定向中，棍抵消工件的轴向偏移。英国专利No. 2，106，810描述了一种转动辊系统，其中用于接合工件的一组辊20被承载在支撑件30上，该支撑件安装成绕大致竖直的轴32枢转，该轴在横向上朝向工件向内倾斜。当支撑件30处于中立枢转位置时，辊20绕平行于工件轴线的轴线转动。触针22·被偏压以接合工件的端面来检测轴向偏移，并且指示轴向偏移的信号被传送给电子控制机构，用于操作马达44和传动装置以使支撑件30绕轴32枢转，使得辊轴线被调整成不平行于工件轴线，从而阻止所检测到的轴向偏移。美国专利US4，407, 621提出一种转动辊系统，其中三组辊24被安装在可轴向移位的托架3上，并且第四组辊24被安装在可轴向固定的托架上。用于各托架3的机构25、27、29将托架的轴向运动转换成托架上的辊支架15、20绕旋转轴线16的旋转运动，从而调整辊轴线从平行于工件轴线的中立定向偏离到不平行于工件轴线的偏移抵消定向。虽然上面讨论的方案提供了大致足够的效果，但它们在机械方面很复杂。例如，辊支撑件必须安装成绕竖直的或大体竖向(朝向工件倾斜)的轴线枢转，并且必须提供用于整个辊支撑件的枢转机构。在各种情况下，现有技术的方案提供了辊轴线的平行于工件轴线的中立定向。还注意到的是，上面描述的现有技术系统都没有使位于工件一侧上的辊支撑件沿与位于工件另一侧上的辊支撑件相反的枢转方向枢转，以施加附加的轴向力分量来均匀地阻止轴向偏移。
发明内容
本发明是基于下述构思的调整一个或多个辊的转动轴线相对工件轴线倾斜地延伸，从而引入抵消偏移的轴向力分量。然而，本发明提供一种改进的装置，和上面讨论的系统相比，该装置在机械方面更简单并且更有效。根据本发明形成的用于使圆筒形工件转动的转动辊系统总体包括第一马达驱动器；一对驱动辊，该一对驱动辊操作地连接到第一马达驱动器以使工件绕工件轴线转动；和一对惰辊，该一对惰辊与所述一对驱动辊轴向分隔开，并且布置成与工件摩擦滚动接合。该一对惰辊中的至少一个具有始终不平行于工件轴线延伸的转动轴线，并且这样的惰辊由相应的惰轴支承，该惰轴可枢转以调整所述惰辊的转动轴线的定向。惰辊的枢转轴线可平行于工件轴线延伸。在本发明的一个实施例中，该一对惰辊中的每一个具有始终不平行于工件轴线延伸的转动轴线，并且该一对惰轴中的每一个可绕各自的平行于工件轴线延伸的枢转轴线枢转。本发明的转动辊系统还可包括第二马达驱动器，该第二马达驱动器用于使该一对惰轴枢转以调整惰辊轴线的定向；偏移传感器，该偏移传感器布置成检测工件的轴向偏移并且产生表不所检测到的轴向偏移的方向和大小的偏移信号；和控制器，该控制器基于偏移信号向第二马达驱动器发布驱动指令。以这种方式，建立反馈控制环路，由此通过连续且自动地调节惰辊的转动轴线来使轴向偏移最小化。本发明还包含一种在通过转动辊系统使工件绕工件轴线转动时防止圆筒形工件轴向偏移的方法。该方法是基于通过使惰轴枢转来调整惰辊轴线相对于工件轴线的定向 的，该惰棍轴颈安装(journalled)在该惰轴上。
下面参考附图详细地描述本发明图I是根据本发明的一个实施例的转动辊系统的侧视图，其中该转动辊系统显示为支承圆筒形工件；图2是图I中示出的转动辊系统和工件的端视图；图3是图I中示出的转动辊系统和工件的俯视平面图；图4是图I中示出的转动辊系统的单个惰辊组件的放大俯视平面图；图5A是示出了转动辊系统的惰轴的中立枢转位置的示意性透视图；图5B是与图5A的视图类似的视图，其中惰轴被显示为沿第一枢转方向枢转离开中立枢转位置；图5C是与图5A的视图类似的视图，其中惰轴被显示为沿第二枢转方向枢转离开中立枢转位置；图6A是对应于惰轴的中立枢转位置的示意性透视图，其中惰辊的转动轴线与圆筒形工件的转动轴线共面；图6B是与图6A的视图类似但对应于惰轴的非中立枢转位置的视图，其中惰辊的转动轴线与圆筒形工件的转动轴线不共面；以及图7是示出了用于使转动辊系统的一对惰轴枢转以抵消所检测到的轴向偏移的闭环反馈控制系统的示意图。
具体实施例方式最初参考附图中的图I至图3，其中，根据本发明的一个实施例形成的转动辊系统总体用附图标记10来标识。转动辊系统10用来支承圆筒形工件W并且使该工件绕工件轴线WA转动。工件W不被认为是本发明的一部分。转动辊系统10包括沿工件轴线WA彼此间隔开的驱动架12和惰架14。如在图3中最好地看到的，驱动架12支承对称地布置在工件轴线WA的相对两侧上的第一驱动辊组件16A和第二驱动辊组件16B。每个驱动辊组件16A、16B包括用于摩擦接合工件W的外圆筒面的驱动辊18 ;驱动马达20 ;和将驱动马达20连接到驱动辊18的传动机构22，由此，驱动马达20的运行驱动驱动辊18转动，以使工件W绕工件轴线WA转动。由组件16A和16B提供的这一对驱动马达20在此统称为“第一马达驱动器”。本领域技术人员将认识到可以提供单个驱动马达并且通过合适的传动机构将该单个驱动马达联接到组件16A和16B上的两个驱动辊18，这样的单个马达驱动器也被认为是根据本发明的“第一马达驱动器”。惰架14支承对称地布置在工件轴线WA的相对两侧上的第一惰辊组件24A和第二惰辊组件24B。每个惰辊组件24A、24B包括用于摩擦接合工件W的外圆筒面的惰辊26 ;惰轴28，惰辊26以将在下文中参考图4详细描述的新颖方式可转动地轴颈安装在惰轴上；惰辊调整马达30 ;和传动机构32，该传动机构将惰辊调整马达30连接到惰辊26，由此，惰辊调整马达30的运行使相关联的惰轴28绕惰轴的中心枢转轴线34枢转。这一对由组件24A和24B提供的惰轴调整马达30在此统称为“第二马达驱动器”。本领域技术人员将认识到 可以提供单个驱动马达并且通过合适的传动机构将该单个驱动马达连接到组件24A和24B上的两个惰轴，这样的单个马达驱动器也被认为是根据本发明的“第二马达驱动器”。转动辊系统10还包括被布置且被偏压成持续接合工件W的端面的偏移传感器36或环绕工件W的周边设置的导向环，以用于检测工件距基准位置的轴向位移(偏移)并且产生指示所检测到的轴向偏移的大小和方向的偏移信号。偏移传感器36可以呈任何合适的线性位移传感器的形式。通过非限制性实例，偏移传感器36可以是线性编码器、线性变换器、线性电位计、光导纤维位移传感器、激光位移传感器、线性可变差动(LVDT)位移传感器、磁栅式传感器或类似传感器。因为工件W通过转动辊系统10而被转动，并且偏移传感器36的接触末端接合与工件轴线WA径向分隔开的位置处的表面，偏移传感器36的接触末端可设计成用于与工件W的端面低摩擦接触，以使磨损最小化。例如，辊子可以用作偏移传感器36的接触末端。现在将注意力转向附图中的图4，其中示出了惰辊组件24A的详细截面图，应当理解的是，惰辊组件24B是惰辊组件24A的镜像。惰轴28通过一对回转轴承40被可枢转地支承在单元38中，各回转轴承接纳惰轴28的直径减小的外轴颈42，使得惰轴28可绕其中心枢转轴线34枢转。惰轴调整马达30通过传动机构32连接到惰轴28的直径减小的输入部46，使得惰轴调整马达可操作以使惰轴28绕枢转轴线34沿相反的枢转方向枢转。在所示出的实施例中，惰轴28的枢转轴线34可以平行于工件轴线WA延伸。根据本发明，惰辊25被轴颈安装在惰轴28上以绕轴线48转动，该轴线48与惰轴28的枢转轴线34不重合。惰辊26的转动轴线48可以相对于惰轴28的枢转轴线34稍微成角度。在所示出的实施例中，惰轴28包括内圆筒形轴颈50，该内圆筒形轴颈被机加工成限定惰辊26的转动轴线48。惰辊轴线48可延伸成使得其与惰轴28的枢转轴线34在惰辊26的径向和轴向中心点处相交。惰辊26被可转动地安装在内轴颈50上，用于通过由一对相对的端板54限制的回转轴承52绕轴线48转动。因此，辊轴线48可与枢转轴线34可形成非零偏斜角。通过非限制性实例，辊轴线48与枢转轴线34形成大约I度的小偏斜角。通过参考图5A至图5C，可以理解以上述方式将惰辊26安装在惰轴28上的效果，为了进行说明，图5A至图5C中的惰辊26的转动轴线48与惰轴28的枢转轴线34之间的偏斜角被放大。在惰轴28的示意图上提供基准箭头56以表示惰轴28绕枢转轴线34的枢转位置。按照图5A，基准箭头56指向正上方，轴线34和48看起来重合，但是所述轴线实际上不重合。当惰轴28从图5A中的枢转位置绕枢转轴线34沿逆时针方向枢转90度时，现在如图5B所示，偏置的轴颈50和惰轴28的其余部分之间的关系变得很明显。使惰轴28绕枢转轴线34枢转调整了转动轴线48的定向，而轴线34的定向保持不变。类似地，当惰轴28的从图5A中的中立枢转位置绕枢转轴线34沿顺时针方向枢转90度时，如图5C所示，以与图5B相比相反的方式调整转动轴线48的定向。图6A和图6B示意性地示出了惰轴28可如何相对于工件W布置并且绕轴线34枢转以调整惰辊轴线48的定向，从而实现与工件W的中立关系和与工件的防偏移关系，在该中立关系中，不存在轴向力分量(图6A)，在该防偏移关系中，轴向力分量被引入以抵消工件的轴向偏移(图6B)。在图6A中，枢转轴线34平行于工件轴线WA并且与工件轴线WA在平面Pl中共面。此外，惰辊26的转动轴线48不平行于工件轴线WA和枢转轴线34，但是在平面Pl中与工件轴线WA和枢转轴线34共面。在惰轴28的这个枢转位置中，工件转动矢量58和惰辊转动矢量60都垂直于它们各自的轴线WA和48延伸并且正交于公共平面Pl，辊 26没有向工件W施加净轴向力分量。因此，即使辊轴线48不平行于工件轴线WA，也能实现中立状态。这与所有已知的现有技术中的系统形成对比，在现有技术的系统中，辊的转动轴线被定向成平行于工件轴线以实现中立状态。在图6B中，惰轴28绕枢转轴线34枢转，由此将惰辊26的转动轴线48调整成轴线48与工件轴线WA不共面的定向。通过下述事实可以发现这一点枢转轴线34和工件轴线WA在平面Pl内彼此保持共面，而枢转轴线34和转动轴线48在不同的平面P2内彼此共面。因此，工件转动矢量58保存垂直于平面Pl，而辊转动矢量60沿轴向方稍微倾斜，使得合成矢量62包括小的轴向分量。轴向力分量可以用来抵消轴向偏移。在这点上，轴向力分量的方向可通过选择惰轴28的枢转方向来控制。轴向力分量的大小相对于惰轴28从中立枢转位置的枢转位移成比例地增加，并且在惰轴28沿任一枢转方向从中立枢转位置枢转90度时达到最大值。工件上的轴向力的大小还取决于工件W与惰辊26之间的摩擦系数，以及取决于工件重量在驱动辊18与惰辊26之间的分布。理论上，只要相同的摩擦系数施加到驱动辊18和惰辊26上，转动辊系统10的防偏移机构就能对于任何摩擦系数都起作用。只要合成矢量62的角度大于工件轴线WA和惰辊轴线48的最大轴线不重合度，防偏移机构就能对于工件重量在驱动辊18和惰辊26之间的任何分布都起作用。然而，应当认识到的是，随着工件重量越多地从惰辊26转移到驱动辊18，防偏移机构响应得越差。举例来说，对于在表I中列出的辊对准、工件平直度和工件圆度的技术要求下运行的转动辊系统10，推荐工件重量的50%以上由惰辊26支承，更特别地，工件重量的约60%由惰辊26支承而工件重量的约40%由驱动辊18支承。表I
权利要求
1.一种用于使圆筒形工件转动的转动辊系统，所述转动辊系统包括 第一马达驱动器； 一对驱动辊，所述一对驱动辊操作地连接到所述第一马达驱动器，所述一对驱动辊彼此横向间隔开，并且布置成与所述工件摩擦滚动接合以使所述工件绕工件轴线转动； 一对惰辊，所述一对惰辊与所述一对驱动辊轴向间隔开，并且布置成与工件摩擦滚动接合，所述一对惰辊中的至少一个具有不平行于所述工件轴线延伸的转动轴线；和 一对惰轴，所述一对惰轴分别支承所述一对惰辊，所述一对惰轴中的至少一个能够绕所述惰轴的枢转轴线枢转，以调整由所述惰轴所支承的所述惰辊的转动轴线的定向； 其中，至少一个惰辊的转动轴线在所有可能的调整定向上保持不平行于所述工件轴线。
2.根据权利要求I所述的转动辊系统，其中，所述至少一个惰轴的枢转轴线平行于所述工件轴线延伸。
3.根据权利要求2所述的转动辊系统，其中，所述至少一个惰轴的枢转轴线与由所述惰轴所支承的惰辊的转动轴线形成非零偏斜角。
4.根据权利要求2所述的转动辊系统，其中，所述非零偏斜角为大约I度。
5.根据权利要求I所述的转动辊系统，其中，所述一对惰辊中的每一个具有在所有可能的调整定向上不平行于所述工件轴线延伸的转动轴线。
6.根据权利要求5所述的转动辊系统，其中，所述一对惰轴中的每一个能够绕平行于所述工件轴线延伸的枢转轴线枢转。
7.根据权利要求5所述的转动辊系统，其中，所述一对惰轴中的每一个具有中立枢转位置，在所述中立枢转位置中，由所述惰轴所支承的惰辊的转动轴线被定向成与所述工件轴线共面。
8.根据权利要求7所述的转动辊系统，其中，所述一对惰轴中的每一个能够沿第一枢转方向从所述中立枢转位置枢转，以将由所述惰轴所支承的惰辊的转动轴线定向成与所述工件轴线不共面，使得所述惰辊沿第一轴向方向对所述工件施加一力分量，以及所述一对惰轴中的每一个能够沿第二枢转方向从所述中立枢转位置枢转，以将由所述惰轴所支承的惰辊的转动轴线定向成与所述工件轴线不共面，使得所述惰辊沿与所述第一轴向方向相反的第二轴向方向对所述工件施加一力分量。
9.根据权利要求8所述的转动辊系统，还包括 与所述一对惰轴连接的第二马达驱动器，其中，所述第二马达驱动器能操作以枢转所述一对惰轴中的每一个；和 与所述第二马达驱动器连接的控制器，所述控制器用于向所述第二马达驱动器发布控制指令以枢转所述一对惰轴。
10.根据权利要求9所述的转动辊系统，还包括偏移传感器，所述偏移传感器布置成检测所述工件的轴向偏移并且产生偏移信号，所述偏移信号指示所检测到的轴向偏移的大小和方向，所述偏移信号被输入所述控制器，所述控制器被编程以响应于所述偏移信号向所述第二马达驱动器发出指令从而使所述一对惰轴枢转，从而减小所检测到的轴向偏移的大小。
11.在具有与一对惰辊协作以支承圆筒形工件的一对用动力推动的驱动辊的转动辊系统中，所述一对驱动辊能操作以对工件施加力矩从而使所述工件绕工件轴线转动，改进包括 一对惰轴，每一个惰轴能够绕平行于所述工件轴线延伸的相应枢转轴线枢转；和 一对惰辊，每一个惰辊被轴颈安装在所述一对惰轴中的相应惰轴上，以绕与相关联的惰轴的枢转轴线形成非零偏斜角的轴线转动。
12.根据权利要求11所述的改进，其中所述非零偏斜角为大约I度。
13.根据权利要求11所述的改进，其中所述惰轴中的每一个具有中立枢转位置，在所述中立枢转位置中，由所述惰轴所支承的惰辊的转动轴线被定向成与所述工件轴线共面。
14.根据权利要求13所述的改进，其中所述惰轴中的每一个能够沿第一枢转方向从所 述中立枢转位置枢转，以将由所述惰轴所支承的惰辊的转动轴线定向成与所述工件轴线不共面，使得所述惰辊沿第一轴向方向对所述工件施加一力分量，以及所述一对惰轴中的每一个能够沿第二枢转方向从所述中立枢转位置枢转，以将由所述惰轴所支承的惰辊的转动轴线定向成与所述工件轴线不共面，使得所述惰辊沿与所述第一轴向方向相反的第二轴向方向对所述工件施加一力分量。
15.根据权利要求11所述的改进，还包括 与所述惰轴中的每一个连接的马达驱动器，其中所述马达驱动器能操作以使所述惰轴中的每一个绕其枢转轴线枢转；和 与所述第二马达驱动器连接的控制器，所述控制器用于向第二马达驱动器发布控制指令以使所述一对惰轴枢转。
16.根据权利要求15所述的改进，还包括偏移传感器，所述偏移传感器布置成检测所述工件的轴向偏移并且产生偏移信号，所述偏移信号指示所检测到的轴向偏移的大小和方向，所述偏移信号被输入到所述控制器，所述控制器被编程以响应于所述偏移信号向所述马达驱动器发出指令从而使所述一对惰轴枢转，以减小所检测到的偏移信号的大小。
17.一种在使圆筒形工件通过转动辊系统绕工件轴线转动时阻止圆筒形工件轴向偏移的方法，所述方法包括以下步骤 将一对惰辊布置成与所述工件支承接合，其中，所述一对惰辊中的每一个具有始终不平行于所述工件轴线延伸的转动轴线；以及 将所述一对惰辊的转动轴线定向成使得所述一对惰辊对所述工件施加轴向力分量。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括下述步骤检测所述工件的轴向偏移的大小和方向，其中，将所述一对惰辊的转动轴线定向的步骤通过所检测到的轴向偏移的大小和方向来确定。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，将所述一对惰辊的转动轴线定向的步骤通过枢转分别支承所述一对惰辊的一对惰轴来执行。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述一对惰轴中的每一个绕各自的平行于所述工件轴线的枢转轴线枢转。
21.根据权利要求17所述的方法，其中，将一对惰辊布置成与所述工件支承接合的步骤包括将所述一对惰辊定位成支承所述工件的大部分重量。
全文摘要
本发明公开了一种用于使圆筒形工件绕工件轴线转动的转动辊系统，该转动辊系统包括与一对驱动辊协作来支承该工件的一对惰辊。为了阻止工件的轴向偏移，每个惰辊可转动地轴颈安装在相应惰轴上，以使得该惰辊的转动轴线被定向成相对于惰轴的枢转轴线倾斜。惰轴可绕它们各自的枢转轴线枢转以调整惰辊轴线相对于工件的定向，从而引入作用在工件上的轴向力分量来抵消轴向偏移。惰轴的枢转可基于由偏移传感器所产生的信号而被自动控制，所述偏移传感器布置用于检测工件的轴向偏移。
文档编号F16C13/04GK102753848SQ201080056665
公开日2012年10月24日 申请日期2010年11月10日 优先权日2009年11月11日
发明者R·T·弗莱格 申请人:小池阿龙索股份有限公司