專利名稱：切割裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明具體涉及以一定間隔切割一卷材(例如用于在裝過濾嘴機器中把香煙與過濾嘴連起來的卷紙)的裝置的控制。本文中的卷材切割包括以一定的間隔在兩個元件之間(其中至少一個最好是轉動件)的配合。切割可以例如是用例如在一個元件上的刀片及另一元件上的砧之間的軋斷的作用來達到。或者，切割可以用例如在本申請人的PCT專利申請WO 94/14583(卷號3643)中所述的超聲方法來達到。
在軋斷及超聲切割中，要求控制互相配合以進行切割的兩切割元件之間的相對位置以使切割力足夠但又不會過分。本發(fā)明具體涉及特別用于上述卷材切割裝置中的自動控制系統(tǒng)。
按照本發(fā)明的周期地把可控制力加到運動件(例如要切割的紙卷)上的裝置，包括一加力件，和產生指示由加力件施加的力及用來控制加力件以便控制其加到運動件上的力的控制電信號的裝置，控制信號借助鎖定放大器產生，該放大器上被加上一個響應力的電信號及一個參考信號，因而鎖定放大器消除或減小了在控制信號中的任何雜音成分。
使用這種裝置，盡管幾乎不可避免地伴隨著來自傳感器的信號的雜音(例如在下面說明的那樣)，但可得到平均切割力或每次切割產生的力(例如)，允許調整其中一個切割元件的位置以便得到要求水平的切割力。例如，在切割裝過濾嘴卷紙(一般稱為“軟木紙”)裝置中，切割元件可調定在一定的位置，使得在沒有卷紙時，在兩切割元件之間只有輕微的接觸，而在使用有卷紙的情形下，會有足夠的但不過分的力施加上足以切斷卷紙，不管切割是用超聲驅動的切割元件或如普通裝過濾嘴機中進行軟木切割的簡單的軋斷切割操作都可做到這樣。
鎖定放大器本身是已知的，在市場上有出售。例如，可參考Cambridge University出版社出版的Paul Horowitz和Winfield Hill著的書“電子技術”。在第2版15.15節(jié)中有“鎖定探測”及其一些應用的說明?？捎脕韺嵤┍景l(fā)明的市場上可得到的鎖定放大器的一個實例是由“Analog Devices”公司生產的AD 630產品(1 Technology Way；P,O,Box 9106,Norwood,MA 02062-9106,USA)。
在附圖中示出了切割裝過濾嘴的紙卷的超聲裝置，在附圖中

圖1是一個切割紙卷的裝置的示意的透視圖；圖2是通過類似的裝置的一部分的縱向剖面圖；圖3是裝置的控制系統(tǒng)的電路圖；圖4A-4D是示出使用裝置時產生的各種信號的圖；和圖5是裝置的一個改型的縱向剖面圖。
圖1示出了一個輥10，一卷裝過濾嘴的紙卷包在其上被傳送，并且前端部由超聲切割裝置切下。該切割裝置包括一個超聲驅動的凸頭12，其與繞著輥10的圓周以一定的角度間隔設置的多個稍微突起的突起元件14配合切斷紙卷。該裝置可更具體地參考申請人的上述PCT專利申請中的圖16,17來說明。突起元件14是比較尖的尖邊的刀片而相配合的凸頭12的表面作為砧；或如圖1所示，元件14構成砧而相配合的凸頭12的邊構成“刀片”。
凸頭12由超聲波驅動以便由超聲壓電致動器16通過助力器18使凸頭12振動朝向及離開輥10。在區(qū)域19，有一個零位移的波節(jié)，凸頭可夾緊在該處以支承整個組件。由于壓電致動器的超聲激勵，在凸頭12的切割端發(fā)生(例如)頻率為20KHz的60-70μm的位移。
圖2是通過另一裝置的外殼20的縱向剖面圖，該裝置包括一凸頭21，裝在內殼體22內并具有一“切割”邊21A。內殼體22由線性軸承24(例如PTFE)可滑動地安裝在外殼20中，使得內殼體可相對主外殼20垂直移動。這種移動由裝置23控制，裝置23有一個主體，由裝在外殼20上的梁26支承著，還有一個活動件28，從主體的下端延伸出并連接到內殼體22的端壁。借助該裝置。砧10的位置可精細地調節(jié)。裝置23可包括一壓電致動器或轉換器，例如由德國的physik儀器公司(德國，Waldbronn,D-76337,PI公司)制造的一種，一個合適的例子是型號為P-841.30的LVPZ轉換器。
在每次切割操作中傳送到砧上的力由一個渦流傳感器30探測出，該傳感器30安裝在內殼體22內并與砧的相對表面稍微隔開。從傳感器30導出的電信號送到圖3中所示的控制電路。
在圖3中，一些電路元件如下C-比較器(10％滯后)；S-總和放大器；P-可編程的邏輯裝置；X-晶體控制振蕩器；R-再觸發(fā)式單穩(wěn)定器；A-模擬開關；D-峰探測器。
參見圖3，渦流傳感器30的模擬電壓輸出與砧離開傳感器的參考面的位移成正比。第一級控制電路修整傳感器信號，除去伴隨著信號的大量雜音。該部分電路基于鎖定放大器32的周圍。電路使用超聲參考信號解調傳感器信號，和要求參考信號和傳感器信號之間有一個控制的相差。參考信號從信號源38接收，并通過相調節(jié)電路元件40供送，在傳感器30到鎖定放大器的電路中還有相調節(jié)裝置34。電路元件31,36,39和42提供任何必要的信號增益。低通過濾器44過濾掉殘余的噪音。半波整流器46除去信號中的不希望部分，增益由電路元件45調節(jié)。圖4A示出修整的傳感器信號的典型的波形，它說明放大器的峰與砧離開傳感器的位移成正比，并因此與切割元件作用的力成正比。當傳感器信號超過預定的門檻值，測出刀片與砧之間有接觸。在刀片與砧接觸期間可產生刀片撞擊外皮的信號(圖4b)。
峰探測器47測出單個的刀片/砧的擾動力，其捕獲在刀撞擊外皮期間產生的修整的傳感器信號的最大水平(參見圖4c)。電流元件61監(jiān)測出過分的切割力，通過自動調節(jié)切割元件或止動機器而防止切割裝置過早的失效。
一個取樣保持電路儲存擾動信號的峰值(其與在各切割操作中作用在砧上的力相當)以產生最大擾動信號(見圖4D)。電路元件50儲存在各次切割中得到的擾動信號，但是在輥10的每轉中由電路元件52重調一次；假定在輥10上有16把刀片，這在實踐中是典型的，元件52可以是a/16的元件。
另一個取樣保持電路54儲存在輥10的每轉中得到的最大信號，一個差分放大器56把各個最大值與參考值比較。得到的信號用來控制驅動壓電致動器23的電路元件58。致動器23產生的用來控制砧的位置的移動量與加到致動器上的電壓成正比。該運動量受控制以保持擾動信號在可接受的范圍內。
圖3示出了用于對砧定位的馬達驅動器60，其是壓電致動器的可能的替換方案。
圖3中所示的電路監(jiān)控最大及最小擾動信號，并可用來把該兩信號保持在可接受的范圍內。例如當最小信號低于可接受的范圍內，并且在不把最大值帶到可接受的范圍外不能由砧10的移動帶到可接受的范圍的情形下，產生一警報信號或者機器自動切斷以允許刀片重磨或手工調節(jié)。
通過用低通過濾器51使最大擾動信號光滑可得到平均的擾動。
通過調整凸頭組件的位置，可由把平均擾動水平控制在一固定值來控制平均切割力。電路元件58有效地作為一個窗口比較器，兩個門檻值設定在一要求的固定值，這樣監(jiān)控平均擾動信號。當平均擾動模擬信號的水平偏離到窗口門檻值的外面，調節(jié)凸頭致動器以使平均擾動恢復到窗口值內。因此通過把平均擾動保持在一個固定水平可達到基本恒定的切割力。窗口的孔隙設定成與致動器的斷續(xù)負荷容量的平均切割力變化的要求的精度相當。
在單個刀片之間磨損的過分的變化受到監(jiān)控以便把一個周期的最大和最小攏動保持在可接受的范圍內。在輥的每個周期(轉)中最大擾動水平儲存在取樣保持電路54中。在刀片輥的下一個周期，與每次切割有關的峰值擾動水平與前一周期儲存的最大擾動比較。該兩信號之間的差值就是切割擾動的變化。該電路提供了自動探測刀片磨損和指示系統(tǒng)已處在切割裝置可自動調節(jié)的極值外，因而不再使全部刀片可保持一致的切割質量的裝置。
代替把凸頭12在輥10的每轉中保持在一個設定位置，可由壓電致動器在適當位置控制，以便在每個切割操作中產生要求的擾動信號。這一改型要求致動器對每一刀片接收一擾動信號，并控制例如在輥的十六分之一轉中砧的位置。更具體地，電路需要儲存在輥的每轉中各刀片的擾動信號，因而刀片下次與砧接合時可合適地定位。
一個類似的控制電路可用來控制在一個普通的軋斷-切割裝置中各刀片的位置，例如在本申請人的US 4372327中所述的類型。為此，與輥上的砧表面配合的轉動刀片的支座最好有如輥上的砧表面一樣多的刀片。在各刀片和輥上的相應的砧表面之間的配合由控制刀片支座的位置的壓電致動器調節(jié)。該位置一般可響應在該情形下由鄰近刀片支座的或裝著刀片支座的一部分的一個傳感器探測的平均或最大擾動信號來調節(jié)?；蛘?，壓電致動器可以重設定刀片支座的位置，以便達到在各刀片和相應的砧之間要求的配合。另一個可能性原則上是刀片支座可對每刀片包括一個分開的壓電致動器。
圖5示出了一個不同的安排，其包括一個軟木切割輥62，該輥設有16片碳化鎢刀片63，以規(guī)則的間隔設在輥的圓周上，刀刃從輥的表面突起。一個超聲凸頭64作為一個砧，與各刀刃配合，在裝過濾嘴軟木紙65通過輥60時，把它切斷，以制出單個的軟木片65A。
總的標為64A的超聲凸頭組件以20KHz的頻率受正弦波的驅動，它的振動位移由如參考第一實施例那樣的助力器放大。由于超聲激勵的結果，在砧64的切割端產生頻率為20KHz的60-70μm的位移。
超聲凸頭組件由兩個彎曲裝置68安裝在基座66上，彎曲裝置固定住凸頭組件的橫向位置，但允許軸向位移。這種用于調整目的的軸向位移可以由粗調裝置70及細調裝置72及壓電致動器74來完成。還設有通過調節(jié)裝置76調節(jié)砧相對刀片輥的垂直度的裝置。
壓電致動器74可膨脹小于90μm，產生一小于800N的力。如圖3所示的電路用來控制致動器74，以便在砧64和各刀片62之間的切割力達到要求的水平。壓電致動器74通過導線78進行與控制電路的連接，在凸頭組件64A上通過裝置80設有供過濾空氣的裝置及電連接。
下面的改型證明是可行的。傳感器30省去了。代替之，申請人發(fā)現(xiàn)在各切割操作中力的作用在用來驅動超聲凸頭的超聲驅動信號中反映出。因此，輸?shù)芥i定放大器的輸入信號可從驅動信號分出。一個參考信號也可以驅動信號分出，借助合適的相調節(jié)可應用到鎖定放大器。
另一個可能的改型如下代替超聲驅動件在適當位置調節(jié)以控制力，可以至少部分由改變超聲振動的振幅來控制該力。
權利要求
1．一種周期地把可控制力加到運動件上的裝置，包括一加力件(12)，和產生指示由加力件施加的力及用來控制加力件以便控制其加到運動件上的力的控制電信號的裝置(30)，控制信號借助鎖定放大器(32)產生，該放大器(32)上被加上一個響應力的電信號及一個參考信號，因而鎖定放大器消除或減小了在控制信號中的任何雜音成分。
2．按照權利要求1的裝置，其特征在于所述的加力件(12)是振動的，最好是超聲振動的，可把力加到運動件上。
3．按照權利要求1或2的裝置，用于以規(guī)則的間隔切斷紙卷(65)形式的運動件，通過加力件(12；64)與紙卷支承件(14；63)的配合使紙卷在兩個元件之間軋斷而進行切割。
4．按照權利要求2或3的裝置，其特征在于所述的響應力的信號由一個探測器(30)產生，所述的探測器(30)安排成測出加力件(21)進行每次切割時的位移量。
5．按照權利要求4的裝置，其特征在于所述的探測器(30)包括一個鄰近加力件(21)安裝的渦流裝置。
6．按照權利要求2和3的裝置，其特征在于所述的加力件由一個超聲驅動器(16；64A)超聲驅動，超聲驅動器由一個振蕩器驅動，振蕩器送到超聲驅動器的驅動信號由切割力的作用修改，響應力的信號及參考信號(帶有必要的相控制)由驅動信號分出。
7．按照權利要求2-6中任一項的裝置，其特征在于所述的加力件施加的力安排成可由控制地位移加力件來控制。
8．按照權利要求7的裝置，其特征在于包括一個壓電致動器(23；74)，所述的加力件由該致動器按需要定位以控制由其施加到運動件上的力。
9．按照權利要求6的裝置，其特征在于由所述的加力件加到運動件上的力安排成通過控制超聲振動的振幅來控制。
10．按照權利要求7-9中任一項的裝置，其特征在于所述的運動件是由轉動的輥支承著的卷紙，所述的輥的圓周上間隔設有多個與加力件配合的切割卷紙的部分，還包括控制電路，使得加力件的位置相對所述的輥的圓周上間隔設的部分控制。
11．一種由加力件周期地把可控制的力加到運動件上的方法，其中，產生一電控制信號，它指示加力件施加的力和用來控制施加的力，控制信號借助鎖定放大器產生，該放大器上被加上一個響應力的信號及一個參考信號，因而鎖定放大器消除或減小了在控制信號中的任何雜音成分。
全文摘要
一種周期地把可控制力加到運動件上的裝置,包括一加力件(12),和產生指示由加力件施加的力及用來控制加力件以便控制其加到運動件上的力的控制電信號的裝置(30),控制信號借助鎖定放大器(32)產生,該放大器(32)上被加上一個響應力的電信號及一個參考信號,因而鎖定放大器消除或減小了在控制信號中的任何雜音成分。
文檔編號B26D5/00GK1216619SQ9719390
公開日1999年5月12日 申請日期1997年4月17日 優(yōu)先權日1996年4月17日
發(fā)明者戴維·C·M·卡特, 彼得·N·科利特 申請人:茂林斯公共有限公司