使用了加速计的传送系统、皮带和方法

文档序号:4355909阅读:176来源:国知局
专利名称:使用了加速计的传送系统、皮带和方法
使用了加速计的传送系统、皮带和方法
背景技术
本发明总体上涉及传送物品的电动传送机,并且更具体地涉及使用了加速计来测量一个传送物品的传送机的加速度的传送系统。传送机,例如传送皮带,其一种用途是在制造、物流、或运输操作中平稳地运输产品或人员通过更大的装置或从一点运输到另一点。该传送机平稳的线性运动在许多应用中都很重要,例如在运送乘客、制造挤压制品、以及传送易于倾翻的不稳定产品。但是许多可变因素会导致传送皮带的运动不平稳。这些可变因素包括但不限于:该皮带传动系中的波动、该传送皮带中的谐振、耦合的其他系统中的谐振、以及人们在该皮带表面上行走所引起的波动的荷载。这些波动和谐振通过引起速度变化(即加速度)而影响该传送皮带的前进运动,速度变化可能造成乘客推挤、使罐或瓶子倾翻、或使连续的制造过程退化。由于长皮带的累积弹性使该皮带的动态运动难以控制,所以此问题在长的传送系统中尤为明显。在行人运输机中,例如,当乘客在皮带的顶部行走或四处踱步时,其移动的脚部重量建立了一个充当外力函数的周期性荷载。长皮带的弹性常数允许该皮带扩张和压缩到对于该皮带上的乘客来说很明显且讨厌的一个程度。该皮带的动态运动变得有问题。虽然在此实例中移动的脚部重量是产生该外力函数的原因,但长皮带是更有弹性的并且更能经受谐振。因此,需要平稳移动的传送机。所有机械装置都会由于连接杆、齿轮、链条和活塞等部件的运动而产生周期性的加速度。甚至诸如轴、飞轮和圆盘等匀速转动的部件也会由于失衡和跳动(run-out)而产生周期性的加速度。更大装置中的部件如滚柱轴承也会产生特有的周期性加速度。一个或多个维度上的加速度或振动可以通过加速计来测量。用傅里叶分析等多种方法来分析加速计数据可以分离这些不同的来源。当多个机械部件磨损时,它们的频谱和幅值随着时间而改变。此信息可以用来预测故障趋势并支持有计划的维修。传统上,加速计被永久附接到装置上或用磁性底座、夹子、或类似方法被暂时附接。位于机械装置各处的多个加速计提供了所希望的该装置的局部信息,但由于电线的安装和布线等成本和物理限制而是禁止的。因此,需要经济地测量和分析机械系统的磨损特性以预测故障。发明概述体现了本发明特征的传送系统的一种形式包括在传送方向上传送物品的一个传送机和嵌入该传送机中的一个加速计以便产生该传送机的加速度的多个测量值。在本发明的另一方面,一个传送皮带包括一个循环皮带回路和一个嵌入该循环皮带回路中的加速计以便产生该皮带回路的加速度的多个测量值。在本发明的又另一方面,一种用于测量传送机加速度的方法包括:(a)在一个传送方向上驱动具有至少一个嵌入式加速计的一个传送机;并且(b)用该至少一个嵌入式加速计来产生该传送机的加速度的多个测量值。附图简要说明通过参照以下描述、所附权利要求和附图可更好地理解本发明的这些方面和特征,在附图中:


图1为一种体现了本发明特征的传送系统的等距视图,该传送系统包括嵌在移动的传送机中的多个加速计;图2为图1的传送系统的框图;图3为如图1所示传送系统的俯视平面图,进一步显示了在闭环系统中运行的传送机驱动轴上的一个旋转衰减器;图4为如图1所示传送系统的俯视平面图,进一步显示了在闭环系统中运行的传送机空转(idle)轴上的一个旋转衰减器;图5为如图1所示传送系统的俯视平面图,进一步显示了在闭环系统中运行的一个线性衰减器,并且图5A为图5的线性衰减器的放大视图;图6为如图1所示传送系统的俯视平面图,进一步显示了在闭环系统中运行的一个磁性衰减器,并且图6A为图6的磁性衰减器的放大视图;图7为如图1所示传送系统的俯视平面图,进一步显示了在闭环系统中运行的一个涡流衰减器,并且图7A为图7中涡流衰减器的放大视图;图8为如图1所示一个传送系统的俯视平面图,进一步显示了在闭环系统中用作衰减器的多个中间驱动器;图9为如图1所示传送系统的俯视平面图,进一步显示了直接控制闭环系统中的驱动电机速度的一个控制器;图10为如图1所示传送系统的俯视平面图,进一步显示了介入了皮带的线性运动的多个中间旋转衰减器;并且图11为如图1所示传送系统的俯视平面图,进一步显示了沿着该传送系统的长度控制这种衰减作用的施加的多个控制器。详细说明体现了本发明特征的传送系统的一种形式如图1所示。一个传送机,在本实例中显示为支撑在一个运送通道60上的一个传送皮带10,沿着该皮带的循环传送路径的一个运送通道区段15在一个外传送表面22上沿传送方向13运送多个物品12通过一种处理
11。在该运送通道的端部,这些物品从该传送皮带上被传走。在绕过主动链轮18后,该传送皮带10在其回程上绕空转链轮20沿着一个返回区段17回到该运送通道区段15。该主动链轮和空转链轮都被安装在轴68上(图1中仅显示了空转轴)。嵌入皮带10中的一个或多个加速计24产生该皮带中的多个加速度测量值。术语“嵌入”广义上地用来涵盖加速计在传送机中的任何安装形式。嵌入式加速计的实例包括安装在前进的传送机之上或之中、模制到其内、插入其中、层压在其中、焊接至其中、粘结至其上、或以其他方式刚性连接至其上的加速计。这些加速计24可以是感测局部皮带加速度沿着X轴(例如,平行于传送方向13)的分量的单轴加速计、感测加速度沿着X轴和垂直于X轴的I轴(例如,跨越该传送皮带的宽度)的分量的双轴加速计、或感测局部加速度的三个正交分量(例如沿着X和I轴以及延伸经过该传送皮带厚度的z轴)的三轴加速计。在大多数应用中,沿着X轴的皮带加速度是最有意义的且更易控制的,但是沿着其他轴的加速度也可能是有意义的。例如,感测沿着z轴或甚至沿着X轴的加速度的加速计可以用来检测一个落到传送皮带上的物品的冲击。加速计技术的实例包括压电式、压阻式和电容式。基于微型电子机械系统(MEMS)的加速计对紧凑型而言是有用的。在显示了由多排铰接模块构建的模块式塑料传送皮带环路的图1中,这些加速计24是沿着该皮带的长度且跨越其宽度在多个位置处有规律地间隔开的。如图2所示,每个加速计24都连接到该传送皮带10中的一个逻辑电路28上。每个逻辑电路可以由一个已编程的微控制器或由多个硬连线的逻辑元件来实现。常规的信号调节电路部件,如缓冲器、放大器、模数转换器和多路器,可以被插入该加速计与逻辑电路之间。该逻辑电路还可以包括唯一地址或其他标识标记,以便将每个加速计的响应与该传送皮带上的一个特定位置相关联。该标识标记和该加速计的测量值可以储存在一个或多个存储元件29中。这些加速计测量值(加速度的一个、两个或三个分量)被转换成测量信号30,该测量信号由一个发射器32远程发射。该发射器可以是在皮带10外侧上一个导电触点40与沿该皮带侧边的传送机结构中的一个刷子42之间、经由天线34通过无线通信链路36或通过欧姆连接38进行无线发射的一个无线RF发射器,如图1所示。一个接收器33可以被连接到该逻辑电路上,以便从一个远程控制器44(8卩,不位于该传送皮带之上或之中中的一个控制器)处接收指令和控制信号。可以使用其发射器-接收器技术,比如光学或红外技术。嵌入该皮带中的所有这些部件都可由一个电源45 (例如,在该皮带中的一个空腔中被封装在一起的一个或多个蓄电池单元)来供电。替代地,该电源45可以是从该传送机的振动或铰接、热梯度、或者这种处理或传送过程中内在的其他产生能量的效应中收获能量的一个能量收获器。如图1所示,当该嵌入式电源45循环经过一个外部充电装置49时可以替代地通过感应或通过RF充电被供电。一个远程接收器46经由天线48通过该无线通信链路36或欧姆连接38而接收来自嵌入该传送皮带中的接收器33的测量值信号30。该接收器46将该测量值信号发送至该远程控制器44。连接在该控制器44与该天线48或欧姆连接38之间的一个发射器47可以用来将指令和控制信号发送至皮带所携带的这些加速计电路。连接到该控制器44上的一个操作员输入装置50可以用来选择待显示的加速计或报警器设置值或数据。该控制器44还可以用来停止一个驱动这些主主动链轮18的电机52或控制该电机的速度、控制多个中间驱动器62、或者启动一个作用于传送皮带自身的衰减器64。一个视频显示器54可以用来监控系统运行状态和设置值、或者显示报警状态。该控制器还可以使用一个更加清晰地可看见或可听见的报警器56来提醒这种处理中的不规则性。该控制器可以是一个可编程逻辑控制器、膝上计算机、台式计算机、或任何合适的计算机装置。如图3所示,嵌入皮带10中的加速计24用来衰减该皮带中的加速度。其加速度测量值30通过该通信链路36被路由至控制器44。使用了无线控线路或铜控线路61的该控制器响应于该加速计测得的不想要的加速度来对该传送机的驱动轴68’施加衰减作用。在闭环控制系统中通过该控制器控制的Iv旋转裳减器70对该驱动轴施加裳减作用,以便对振动、谐振、粘滑、弦线作用、失衡、跳动、或者引起规律性或间歇性速度变化的其他状态所造成的速度变化进行补偿。图4示出了类似的闭环控制系统,但是该旋转衰减器70作用在空转轴68上以便在沿着该传送路径的这个点处施加衰减作用,例如常规的变速衰减、反张力、或受控的制动。图5和图5A中描绘了在沿着该运送通道路径15的多个位置上施加给传送皮带10的线性衰减。由这些加速计24获得的加速度测量值通过该通信链路36被发射给该控制器44。响应于这些加速度测量值,该控制器启动多个线性衰减器72,这些线性衰减器直接作用于该传送皮带10。与该线性衰减器72相关联的一个启动器74从该控制器接收控制信号61以便增加和减少或以其他方式调节该衰减器对该传送皮带10的外表面22施加的压力。呈可移动垫形式的该线性衰减器72与该运送通道60形成了一个夹具,以便对该皮带10施加一个夹紧力并衰减不想要的加速度。就像模块式塑料传送皮带和运送通道一样,该夹紧垫可以由一种粘弹性材料制成。这些线性衰减器可以沿着该运送通道路径区段15间歇性地施加。图6和图6A描绘了一种使用磁力或电磁力的类似线性衰减系统。在这种形式中,该皮带10’、运送通道60’、或者这两者是由一种粘弹性材料制成的。用多个磁铁73 (永磁铁或电磁铁)来实现这种夹紧力。皮带外部的多个永磁铁或电磁铁73作用于该皮带10’内部的铁质或其他磁性吸引材料或磁铁上,以便在皮带与运送通道之间产生一个夹紧力。替代性地,该皮带外部的铁质或其他磁性吸引材料作用于该皮带内部的多个永磁铁或电磁铁上而产生一个夹紧力。该控制器44调节该固定的吸引材料的电磁力或位置,以获得所期望的夹紧特性。图7和图7A中示出了作用于该传送皮带自身的另一种形式的衰减。在这种形式中,整个传送皮带10’或其多个部分是由一种导电材料制成的。沿该传送皮带10’的长度设置的多个磁场发生器76产生了一个磁场,该皮带穿过该磁场。在该皮带的导电部分中感应出涡电流。这些涡电流产生一个感应磁场,根据楞次定律,该感应磁场与产生该感应场的运动(即,皮带在传送方向13上的运动)方向相反。因此,该施感和感应磁场的交互作用导致与该传送方向13反向地向传送皮带10’施加了一个衰减力。从而,这些磁场发生器为涡电流衰减器。它们可以是这样的永磁铁:其与该皮带之间的距离可以由控制器44控制以便调整磁场和衰减力的幅值;或者是这样的电磁铁:其磁场强度能被该控制器以电子方式控制。通过用铁质或磁性吸引材料来制造该传送皮带10’或其多个部分而实现了类似的衰减形式。在这种情况下,沿着该传送皮带10’的长度所设置的这些磁场发生器76作用于该皮带中的这些铁质或磁性吸引材料上,从而创建总体上对抗该皮带运动的一个力并且因此提供衰减作用。在又另一个形式中,如图8所示,该控制器控制多个中间驱动器62的运行,这些中间驱动器在沿着该运送通道的多个间隔开的位置上与该传送皮带10接合。这些中间驱动器用作衰减器来衰减不想要的皮带加速度。它们还能用作辅助驱动器以帮助该传送机的主驱动器78推动该皮带前进。这种双重功能在长传送机中是特别有用的。该控制器响应于来自这些加速计24的加速度测量值而向每个中间驱动器发送控制信号61,以便衰减皮带运动中不想要的加速度。将该皮带表面的线性运动转换成旋转运动的多个中间旋转衰减器同样可以如图10中那样使用。在此实例中,通过与一个圆形接合元件79接合而使该皮带10的线性运动13被转换成旋转运动,该圆形接合元件可以是与该皮带表面进行摩擦接合的一个摩擦盘或一个轮胎或者是与该皮带中的配合驱动结构进行机械接合的一个链轮。该圆形接合元件79与一个相关联的衰减器70共同作用,这样可以提供粘性流体衰减作用、涡电流衰减作用、磁性衰减作用、摩擦衰减作用、电动机衰减作用、或者再生性衰减作用(通过用发电机向该传送系统提供动力80)。在又另一种形式中,如图9所示,该主传送机驱动器78响应于这些加速计24所提供的皮带加速度反馈而被直接控制。因此,不是控制该皮带动态系统的衰减,而是控制该系统的外力函数,即该皮带驱动器78。来自这些加速计24的加速度测量值30通过该通信链路36被发射给该控制器44。该控制器产生对不想要的加速度进行补偿的一个控制信号61并将该信号应用于该主驱动器78上,在此实例中是应用于一个变频电机驱动器上。
如图1所示,通过将一个或多个加速计24嵌入前进通过处理设备11的一个传送机10中并且嵌在多个传送机部件的附近,基本上可以连续产生这些装置所引起的该传送机中局部加速度的测量值。一个移动的加速计可以用来替代多个静止的加速计并可以提供更高分辨率的数据,该控制器44可以使用该数据来对安装有该传送机的处理设备以及其他附近装置(例如,传送机部件)、特别是在给进或排出边界处进行故障趋势分析,并对必要的维修作出计划。如关于图2已经描述的,若感测到过度的振动或其他超出范围的速度波动,则该控制器可以使用基于加速计的数据进行保护控制,例如,停止这种处理、关闭该传送机电机52或者发出警报56。以此方式,该系统为该传送系统和整个处理提供了补救和预防性保护。
图11中示出了多个控制器44和接收器46,它们沿着该传送机的长度的多个固定位置处被分布在多个独立的控制区域82A-C中。当皮带携带的加速计24进入一个接收器的通信范围时,该接收器区域中的感测被切换成该射程内的加速计或者目前对于这个接收器而言在本地的加速计。耦合到这个接收器上的控制器使用该本地加速计或者该接收器区域中的加速计的测量值来控制一个闭环衰减控制系统中这个区域内的一个相关联衰减器70。当一个加速计前进经过一个本地接收器的区域并进入下一个区域时,它就被传递给了下一个区域中的接收器和控制器。然后,该加速计对于控制下游的下一个区域中的衰减作用的这个控制器而言变为本地的。这种分布式控制系统在长传送机中是特别有用的。
尽管已经参照多个示例性形式详细描述了本发明,但是其他形式也是可能的。例如,这种衰减器控制可以用一种开/关方式或其他经调制的方式来运行。并且,这种衰减作用可以随着皮带速度而线性地或非线性地改变。虽然图11中的分布式控制系统被描述成在每个区域中使用一个单独的控制器,但是也可以使用从所有区域中的接收器接收数据并控制所有衰减器的单一控制器来代替。
权利要求
1.一种传送系统,包括: 一个传送机,该传送机在一个传送方向上沿着一个传送路径来传送多个物品; 一个加速计,该加速计被嵌入该传送机中以便产生该传送机的加速度的多个测量值。
2.如权利要求1所述的传送系统,其中,该加速计是一个单轴加速计。
3.如权利要求1所述的传送系统,其中,该加速计是一个双轴加速计。
4.如权利要求1所述的传送系统,其中,该加速计是一个三轴加速计。
5.如权利要求1所述的传送系统,其中,该传送机是一个模块式塑料传送皮带。
6.如权利要求1所述的传送系统,进一步包括一个嵌入该传送机中的发射器和一个在该传送机之外的接收器,其中该发射器将由该加速计产生的这些加速度测量值发射到该接收器上。
7.如权利要求1所述的传送系统,进一步包括一个处理这些测量值的控制器。
8.如权利要求7所述的传送系统,进一步包括一个由该控制器控制的衰减器,以便响应于这些加速度测量值来衰减该传送机的加速度。
9.如权利要求8所述的传送系统,其中,该衰减器是一个线性衰减器,该线性衰减器对该传送机施加一个力以便衰减该 传送机的加速度。
10.如权利要求9所述的传送系统,包括一个支撑该传送机的运送通道,并且其中该线性衰减器包括与该运送通道相对、面向该传送机的一个可移动垫,其中该垫移动以便将该传送机夹到该运送通道上从而衰减加速度。
11.如权利要求9所述的传送系统,其中该传送机包括磁性吸引材料,该传送系统进一步包括一个支撑该传送机的运送通道,并且其中该线性衰减器包括一个由该控制器操控的磁铁以便将该传送机吸到该运送通道上从而衰减加速度。
12.如权利要求9所述的传送系统,进一步包括一个支撑该传送机的运送通道,其中该运送通道包括磁性吸引材料,并且其中该线性衰减器包括在该传送机中的一个或多个由该控制器操控的磁铁,以便将该运送通道吸到该传送机上从而衰减加速度。
13.如权利要求8所述的传送系统,包括一个支撑并驱动该传送机的传送机驱动系统,其中该驱动系统包括驱动轴和空转轴,并且其中该衰减器是一个旋转衰减器,该旋转衰减器随着这些驱动轴和空转轴中的至少一个运转以便衰减该传送机的加速度。
14.如权利要求8所述的传送系统,其中,该传送机的至少一部分是导电的,并且其中该衰减器包括一个磁场发生器,该磁场发生器在该传送机的导电部分中感测出涡电流以便衰减该传送机的加速度。
15.如权利要求8所述的传送系统,其中,该传送机的至少一部分是由一种磁性吸引材料制成的,并且其中该衰减器包括一个磁场发生器,该磁场发生器创建了一个对抗该传送机在该传送方向上的运动的磁场以便衰减加速度。
16.如权利要求8所述的传送系统,其中,该衰减器包括多个中间驱动器,这些中间驱动器在沿着该传送机的多个间隔开的位置上与该传送机进行驱动接合。
17.如权利要求8所述的传送系统,包括一个用于控制该传送机在该传送方向上的速度的驱动器,其中该控制器响应于这些加速度测量值来调整该传送机的速度以便衰减该传送机的加速度。
18.如权利要求8所述的传送系统,其中,该衰减器是一个旋转衰减器,该旋转衰减器包括一个与该传送机接合的接合元件以便将该传送机在该传送方向上的线性运动转换成旋转运动。
19.如权利要求1所述的传送系统,包括多个加速计,这些加速计在多个间隔开的位置上嵌入该传送机中,从而各自产生该传送机的局部加速度的多个测量值。
20.如权利要求19所述的传送系统,包括多个衰减器,这些衰减器在沿着该传送路径的长度的多个固定位置处被设置在多个单独区域中,以便响应于由经过该区域的一个或多个加速计所得到的这些局部加速度测量值来局部地衰减该传送机的加速度。
21.如权利要求20所述的传送系统,进一步包括: 多个接收器,这些接收器沿着该传送路径被设置在多个固定位置处,其中每个接收器位于这些区域中的一个相关区域中,以便从经过该相关区域的多个加速计接收加速度测量值; 至少一个控制器,该至少一个控制器被耦合到这些接收器上以便接收由经过每个区域的加速计所产生的局部加速度测量值、并且被耦合到这些衰减器上以便在每个区域中控制该传送机的衰减。
22.如权利要求21所述的传送系统,其中,当这些加速计中的一个从这些区域中的一个第一区域进入这些区域中的一个相邻第二区域时,该至少一个控制器将该加速计的局部加速度测量值从与该第一区域相关联切换成与该第二区域相关联。
23.—种传送皮带,包括: 一个循环皮带回路; 一个加速计,该加速计被嵌入该循环皮带回路中以便产生该皮带回路的加速度的多个测量值。
24.如权利要求23所述的传送皮带,进一步包括一个发射器,该发射器被安装在该传送皮带中以便发射该皮带回路的这些加速度测量值。
25.如权利要求23所述的传送皮带,其中,该加速计是一个单轴加速计。
26..如权利要求23所述的传送皮带,其中,该加速计是一个双轴加速计。
27.如权利要求23所述的传送皮带,其中,该加速计是一个三轴加速计。
28.如权利要求23所述的传送皮带,其中,该传送皮带是一个模块式塑料传送皮带。
29.如权利要求23所述的传送皮带,包括多个加速计,这些加速计在多个间隔开的位置上嵌入该传送皮带中,从而各自产生该传送机的局部加速度的多个测量值。
30.一种用于测量传送机的加速度的方法,包括: 在一个传送方向上驱动具有至少一个嵌入式加速计的一个传送机; 用该至少一个嵌入式加速计产生该传送机的加速度的多个测量值。
31.如权利要求30所述的方法,其中,产生加速度测量值包括在沿着该传送机的长度的多个嵌入式加速计位置处产生这些测量值。
32.如权利要求30所述的方法,进一步包括响应于这些加速度测量值而控制该传送机在该传送方向上的运动。
33.如权利要求32所述的方法,其中,控制该传送机的运动包括响应于这些加速度测量值而衰减该传送机的加速度。
34.如权利要求33所述的方法,进一步包括在沿着该传送机的长度的多个衰减位置处衰减该传送机的加速度。
35.如权利要求32所述的方法,其中,控制该传送机的运动包括响应于这些加速度测量值来调整该传送机的速度。
36.如权利要求32所述的方法,其中,控制该传送机的运动包括每当这些加速度测量值超过了一个预定水平就停止该传送机。
37.如权利要求30所述的方法,进一步包括由这些加速度测量值来检测落到该传送机上的一个物品的冲击。
38.如权利要求30所述的方法,其中,该传送机被驱动通过一个处理装置,并且该方法进一步包括由该传送机的这些加速度测量值来分析该处理装置的故障趋势。
全文摘要
在此披露了用于在前进通过处理设备的一个传送机中测量加速度并对其响应而采取补救和预防性动作的传送系统和方法。该传送系统包括带有多个嵌入式加速计的一个传送机,这些加速计产生传送机加速度的测量值。一个控制器使用这些测量值来控制该传送机的速度,以便对不想要的加速度进行补偿或对不想要的加速度进行衰减。该控制器还可以用这些测量值给出关于不想要的加速度的警告或预测相关联的或附近的设备的故障以便可以计划维修、并检测即将发生的故障并停止这种处理。
文档编号B65G43/00GK103180231SQ201180051109
公开日2013年6月26日 申请日期2011年10月17日 优先权日2010年11月2日
发明者约瑟夫·M·德帕索 申请人:莱特拉姆有限责任公司
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