УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕСА И СОРТИРОВКИ ПРЕДМЕТОВ С РАЗВИТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ Российский патент 1998 года по МПК B07C5/28 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборо- и машиностроении для бесконтактного определения веса и сортировки изделий с развитой поверхностью, а также в робототехнике при создании систем силового очувствления манипуляторов.

Известно устройство для сортировки предметов по весу, содержащее вращающийся диск с весовыми чувствительными элементами (см. авт.св. СССР 247546, кл. B 07 C 5/28, 1968).

Низкая надежность данного устройства обусловлена использованием в конструкции механических весоопределяющих элементов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство (см. авт. св. СССР 1421427, кл. B 07 C 5/28 от 1988), которое отличает высокая надежность и простота конструкции. Точность и диапазон сортировки для рассматриваемого устройства задается конструктивно и определяется количеством отводящих транспортеров и настройкой регулируемых дросселей.

Техническая задача состоит в определении веса транспортируемых предметов, позволяющем точнее и в широких пределах осуществлять сортировку по массе.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для бесконтактного определения веса и сортировки предметов с развитой поверхностью, содержащем подающий и отводящие транспортеры, вращающийся диск с расположенными на нем весовыми чувствительными элементами в виде цилиндра, внутри которого соосно выполнена имеющая вход для связи с источником давления через регулируемый дроссель торообразная камера прямоугольного сечения, имеющая кольцевой выход в виде конусообразно расширяющегося к торцу чувствительного элемента канала, охватывающего кольцевой выступ на этом торце, выполненный из пластичного материала; новым является то, что дополнительно установлены блок вычисления веса с датчиком давления и блок управления, а вдоль оси чувствительного элемента выполнен связанный с датчиком давления глухой измерительный канал, выход которого совпадает с нижней плоскостью кольцевого выступа.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид; на фиг. 2 и фиг. 3 - чувствительный элемент; на фиг. 4 - рассчетная схема чувствительного элемента.

Устройство для бесконтактного определения веса и транспортирования предметов с развитой поверхностью состоит из вращающегося диска 1 (фиг. 1) с расположенными на нем по периметру весовыми чувствительными элементами 2, подающего 3 и отводящих 4 транспортеров. Весовой чувствительный элемент 2 (фиг. 2) изготовлен в виде цилиндра, внутри которого симметрично относительно оси цилиндра выполнена торообразная камера 5 прямоугольного сечения, связанная с регулируемым дросселем 6 и источником давления через вход 7. Выход торообразной камеры представляет собой кольцевой канал 8, конусообразно расширяющийся к торцу чувствительного элемента. Выходной срез кольцевого канала охватывает кольцевой выступ 9, выполненный из пластичного материала. Вдоль оси чувствительного элемента выполнен измерительный канал 10. Вход измерительного канала охвачен кольцевым выступом. Измерительный канал связан с блоком вычисления веса 11 через датчик давления 12. Блок управления 13 связан с блоком вычисления веса и с регулируемым дросселем. Транспортируемое изделие 14 показано на фиг. 1 и фиг. 2.

Устройство работает следующим образом.

Изделие по подающему транспортеру поступает в зону действия весовых чувствительных элементов, расположенных по периметру вращающегося диска.

Воздух подается в торообразную камеру в соответствии с программой блока управления, предусматривающей постепенное увеличение расхода. В результате падения давления воздуха в зазоре между весовым чувствительным элементом и изделием, возникающего по закону Бернулли, изделие присасывается к торцу весового чувствительного элемента. При этом суммарное избыточное давление воздуха на изделие направлено в сторону, противоположную силе тяжести и равно в момент присасывания весу изделия. В момент захвата вход измерительного канала герметично закрывается поверхностью изделия, сохраняя в канале характерное значение давления P_о, что обеспечивает независимость результата измерений от динамических воздействий, возникающих при транспортировании изделия.

Используя информацию с блока вычисления веса, блок управления увеличивает расход подаваемого в торообразную камеру воздуха до величины, обеспечивающей надежное удержание изделия.

Устройство с захваченным изделием перемещают на выбранную блоком управления позицию выгрузки, где и прекращают подачу воздуха. Разряжение в зазоре "весовой чувствительный элемент - изделие" исчезает, изделие освобождается и попадает на один из отводящих транспортеров.

Вес изделия в процессе транспортировки определяют по характерному давлению P_о, исходя из следующих закономерностей:
,
где G - вес изделия;
p_i - функция распределения в радиальном направлении избыточного давления воздуха в зазоре (фиг. 3);
r - текущая радиальная координата;
R₁ - внешний радиус кольцевого выступа;
R₂ - радиус цилиндрического весового элемента;
θ - текущая угловая координата (вследствие осесимметричности рассматриваемого элемента на схеме не показана).

Действием разряжения в зоне напротив измерительного канала пренебрегаем из-за сравнительно малых размеров этой зоны.

Распределение давления p_i определим из уравнения Бернулли (Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. - М.: Наука, 1978, с. 840).

P_i=P_к - , (2)
где P_к - избыточное давление воздуха в торообразной камере;
p - плотность воздуха;
U_i - распределение скорости воздуха в зазоре в зависимости от координаты r.

Функцию распределения скорости в зазоре определим по уравнению неразрывности потока (3), из которого следует равенство расходов воздуха, проходящего через цилиндрические сечения с радиусами R₁...r...R₂
U₁•F₁ = U₁•F₁ = U₂•F₂, (3)
где F₁, F_i, F₂ - площади сечений с радиусами R₁, r, R₂.

Скорость потока для сечения F₂ определим на основании уравнения Бернулли с учетом того, что избыточное давление в этом сечении равно нулю
.

Из выражений (3) и (4) получим
.

Таким образом, из (2) и (5)
P_i= P_к•(1-R22

Характерное давление P_о в измерительном канале в момент присасывания изделия вследствие незначительности объема (канала) и эжекции воздуха в зазор равно давлению в сечении с радиусом R₁
P_o= P_к•(1-R22

Вес изделия определим с учетом выражений, приведенных выше
.

Окончательное выражение получим из (7) и (8)
.

Таким образом, вес изделия прямо пропорционален величине характерного давления P_о.

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборо- и машиностроении для бесконтактного определения веса и сортировки изделий с развитой поверхностью, а также в робототехнике при создании систем силового очувствления манипуляторов. Использование предложенного устройства позволяет производить оперативный контроль массы изделия, совмещенный с транспортированием. Техническая задача состоит в определении веса транспортируемых предметов, позволяющем точнее и в широких пределах осуществлять сортировку по массе. Сущность: устройство для бесконтактного определения веса и сортировки предметов с развитой поверхностью, содержащее подающий и отводящие транспортеры, вращающийся диск с расположенными на нем весовыми чувствительными элементами в виде цилиндра, внутри которого соосно выполнена имеющая вход для связи с источником давления через регулируемый дроссель торообразная камера прямоугольного сечения и кольцевой выход в виде конусообразно расширяющегося к торцу чувствительного элемента канала, охватывающего кольцевой выступ на этом торце, выполненный из пластичного материала. В устройстве дополнительно установлены блок вычисления веса с датчиком давления и блок управления, а вдоль оси чувствительного элемента выполнен связанный с датчиком давления глухой измерительный канал, выход которого совпадает с нижней плоскостью кольцевого выступа. Вес транспортируемого изделия определяют по давлению воздуха в измерительном канале в момент захвата изделия. Сортировка осуществляется по программе блока управления. Возможно быстрое изменение алгоритма сортировки. 4 ил.

Устройство для бесконтактного определения веса и сортировки предметов с развитой поверхностью, содержащее подающий и отводящие транспортеры, вращающийся диск с расположенными на нем весовыми чувствительными элементами, выполненными в виде цилиндра, внутри каждого из которых имеется осевая измерительная, выполненная соосно с каналом и имеющая вход для связи с источником давления через регулируемый дроссель торообразная камера прямоугольного сечения, имеющая кольцевой выход в виде конусообразно расширяющегося к торцу чувствительного элемента канала, охватывающего кольцевой выступ на этом торце, выполненный из пластичного материала, отличающееся тем, что в устройстве дополнительно установлены блок вычисления веса с датчиком давления и блок управления, а осевая измерительная полость выполнена в виде цилиндрического канала, верхняя сторона которого связана с датчиком давления, а нижняя совпадает с нижней плоскостью кольцевого выступа.