气动装置和物品分拣系统的制作方法

1.本发明涉及一种气动装置和一种包括该气动装置的物品分拣系统。


背景技术：

2.物品生产率的提高(例如，在制药行业中)需要资源来确保高品质。人们也越来越希望检测整个群体的物品，而不仅仅是一个样本。为此，存在允许精确测量这些物品的每个物理量和成分的在线物品分析装置。一旦分析了这些物品，就决定是否保留这些物品；没有保留的物品被排除在生产线之外。考虑到生产的速度，问题是对物品进行分拣的时间很少。
3.文献us20160016200描述了一种用于在食品行业中分拣产品的气动装置，这些产品例如为种子、或大米或小麦的颗粒。该装置包括电磁阀，每个电磁阀具有一系列空气喷射孔口。这些电磁阀各自包括位于隔间中的进气口；然后，空气经由相应阀被分配到每个孔口，阀通过线圈的通电而打开或者通过弹性构件保持关闭。然而，由于该文献中的气动装置用于分拣种子，所以它具有大量排出空气射流的孔口，所有这些孔口必须具有相同的体积。这使得该气动装置变得笨重且不精确。
4.因此，需要一种在限制所需的整体尺寸的同时允许快速且准确地分拣物品的装置。


技术实现要素：

5.为此，本发明提出了一种气动装置，该气动装置包括：
[0006]-模块，每个模块具有用于供应压缩空气的阀，由每个模块输送的压缩空气射流的强度根据被激活的阀的组合而变化；
[0007]-出口喷嘴，这些出口喷嘴用于根据被激活的模块的数量，将来自这些模块的一股或多股空气射流排出，这些喷嘴具有对齐的出口孔口。
[0008]
在一种变型中，模块相对于喷嘴呈扇状形式(fan-like pattern)。
[0009]
在一种变型中，模块分别具有将压缩空气从阀朝向喷嘴引导的管道，其中阀相对于管道中的压缩空气的流动方向位于管道的任一侧。
[0010]
在一种变型中，阀通过孔口连接到管道，各个阀具有不同的孔口直径。
[0011]
在一种变型中，阀根据孔口的直径沿着管道布置，具有最小直径的孔口的阀相对于喷嘴位于管道的远端。
[0012]
在一种变型中，该装置包括六个模块，每个模块包括至少四个阀，优选地，每个模块包括五个阀。
[0013]
在一种变型中，该装置还包括位于模块的入口处的压力传感器，该压力传感器能够测量阀的连续打开引起的压力损失。
[0014]
本发明还涉及一种用于对物品进行分拣的系统，该系统包括至少一个如上所述的气动装置。
[0015]
根据一种变型，该系统还包括沿行进方向引导物品的通道，喷嘴根据待分拣物品
的特性将该通道中的一股或多股空气射流朝向这些待分拣物品引导。
[0016]
在一种变型中，通道的宽度可以根据物品的特性、横向于物品的行进方向进行调整。
[0017]
在一种变型中，该系统还包括：
[0018]-腔室，该腔室用于分析待分拣物品的特性；
[0019]-至少一个分拣路径，根据在分析腔室中分析的特性，通过致动一股或多股空气射流，使物品朝向该至少一个分拣路径偏转。
[0020]
在一种变型中，该系统还包括控制单元，该控制单元根据在分析腔室中分析的物品的特性来这些模块和这些阀中的全部或部分模块和阀。
[0021]
在一种变型中，控制单元根据阀上游的可用压力来激活这些模块和这些阀中的全部或部分模块和阀。
[0022]
在本文件中，动词“包括”及其变型的使用、以及其变形的使用，决不能排除除了所提到的元素之外的元素的存在。本文中使用“一”、“一个”或“该”来介绍一个元素并不排除多个这些元素的存在。
[0023]
术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文的范围内专门用于区分不同的元素，而不暗示这些元素之间的任何顺序。
[0024]
气动装置的所有优选实施例和所有优点在加以必要的修正后适用于分拣系统。
附图说明
[0025]
本发明的进一步特性和优点将在下面的详细描述中变得显而易见，为了理解本发明的进一步特性和优点，请参考附图，这些附图示出：
[0026]-图1是根据本发明的示例的气动装置的一部分的示意图；
[0027]-图2是该装置的截面图；
[0028]-图3是图2所示的装置的后视图；
[0029]-图4和图5是根据本发明的一个示例的分拣系统的立体图；
[0030]-图6是从分拣系统顶部俯瞰的示意图；
[0031]-图7示出了分拣系统的示意图；
[0032]
附图中的绘图不是按比例绘制的。在附图中，相似的元素通常在附图中由相似的附图标记表示。在本文件的范围内，相同或相似的元素可以具有相同的附图标记。此外，附图中参考数字或字母的存在不能被认为是限制性的，即使这些数字或字母在权利要求中被指出也是如此。
具体实施方式
[0033]
本发明涉及一种气动装置，该气动装置包括模块，每个模块具有用于供应压缩空气的阀。每个模块输送的压缩空气射流的强度根据被激活的阀的组合而变化。该装置还包括出口喷嘴，这些出口喷嘴用于根据被激活的模块的数量来将来自模块的一股或多股空气射流排出，这些喷嘴具有对齐的出口孔口。这样的装置将出口处空气射流数量的调节与空气射流的强度相结合。这允许向需要非常快速地分拣的物品施加精度适合于物品的特性的偏转力，同时限制了该装置的整体尺寸。
[0034]
图1示出了气动装置10的一部分的示意图。装置10包括模块，仅示出了这些模块中的模块100。包括相同元件的其他模块在图2和图3中示出。如图1所示，模块100包括多个阀12，例如四个或五个。这些阀由足够容积(最小5升，最大15升)的罐来供应压缩空气，该罐的压力由精密压力调节器精确调节；这确保了对阀12的尽可能稳定的供应。在图1中，经由供应管道11向阀12供应。在模块100的供应入口处，供应管道11上的压力传感器15能够测量由阀的连续打开引起的压力损失。压力传感器15允许根据入口处存在的压力来校正阀12的开度。这些阀12针对一个模块或在不同模块之间可以是相同的或不同的。当这些阀相同时，这允许更容易控制这些阀；不同阀允许更精细的控制。阀12可以是不同类型的，例如这些阀为比例阀，但优选地是“开/关”型阀。“开/关”阀的响应速度非常快，这在物品高速移动时是一个优势。这些“开/关”阀的尺寸也较小。优选地使用多个较小的阀，而不是使用一个能够在全开时通过大流量的较大的阀。事实上，要打开一个大的阀需要克服更多的力(弹簧的复位力、阀芯和其它要运动的可移动元件的质量的惯性、以及密封件的摩擦力)，从而使打开或关闭时间例如在几毫秒的数量级。为了在非常小的“点火窗口”中产生空气射流，阀12的打开时间小于3毫秒(ms)，优选地，该打开时间小于2ms，更优选地，该打开时间小于1ms。
[0035]
模块100还包括出口喷嘴14，该出口喷嘴用于将来自模块100的空气射流排出。由每个模块100输送的单股压缩空气射流的强度根据被激活的阀12的组合而变化。模块100可以被选择性地激活，并且在每个模块100中，阀12可以被选择性地激活。因此，每股射流与待分拣物品的特性成比例。喷嘴14允许特定于每个模块的空气射流相对于待分拣物品最佳地定位。喷嘴是机加工到外壳16的管道，外壳16然后附接到模块。根据空气射流的特性来选择喷嘴的出口孔口的几何形状。诸如椭圆形等非圆形几何形状可能是有利的。这组喷嘴可以是装置10的可互换的模块化元件，以便适应该装置的使用条件和待分拣物品。喷嘴的出口孔口的直径在1毫米(mm)与8mm之间，优选地，喷嘴的出口孔口的直径在2mm与5mm之间，更优选地，喷嘴的出口孔口的直径在2.5mm与4mm之间，例如喷嘴的出口孔口的直径为3mm，从而获得每个模块的空气射流，以允许有效的分拣。
[0036]
模块100还包括管道18，该管道将压缩空气从阀朝向喷嘴14引导。箭头20表示通过管道18到喷嘴14出口的空气的流动方向。这些阀可以沿着管道18定位在模块内。优选地，这些阀12相对于模块内的管道18中压缩空气的流动方向位于管道18的任一侧；换句话说，这些阀彼此相对(不必彼此面对)或在管道18的任一侧。阀的这种安装允许减少装置中所需的体积(阀占据的空间和管道的体积)。因此，管道18在阀12的高度上更加紧凑。
[0037]
管道18可以包括几个延伸部，这些延伸部的布置考虑了模块内阀的整体尺寸。这些延伸部还允许将这些阀布置在一个模块内以及有关系的多个模块内，从而确保不同模块之间的压力损失相同。管道18的长度尽可能短，以最小化阀的出口孔口和喷嘴的出口孔口之间的距离。
[0038]
管道可以包括第一延伸部181，如上所述，阀12连接到该第一延伸部。管道18可以包括第二延伸部182，该第二延伸部将第一延伸部181在该第二延伸部的端部连接到喷嘴14。选择模块内的第二管道182的布置，以减小装置内模块的整体尺寸。第二延伸部182可以相对于第一延伸部181倾斜，并且该第二延伸部优选地是直的，这产生较少的压力损失。管道181的直径在2mm与5mm之间，优选地在2.5mm与4mm之间，例如为3mm，而管道182的直径在3mm与6mm之间，优选地在3.5mm与5mm之间，例如为4mm——这确保了装置出口处的空气射
流，从而允许有效地分拣物品，同时限制管道的整体尺寸。管道18在其位于模块100出口处的端部183处敞开；喷嘴14位于模块100的端部183，并且将特定于每个模块的压缩空气射流精确地朝向待分拣物品引导。
[0039]
阀12通过出口孔口13连接到管道18，特别是连接到第一延伸部181。每个阀具有不同的孔口直径13。就直径或面积而言，这些管道13之间可能存在关系。这使得空气射流的强度可以改变。在模块100内，如果“x”是阀12的数量，则2
x
是可能的阀开启组合的数量，其中一个组合对应于所有阀被关闭。在模块100内，具有较小直径孔口的阀12相对于喷嘴14位于管道18的远端处；这允许防止由具有较小直径孔口的阀推进到管道18中的气流受到由具有较大直径孔口的阀推进的气流的湍流的干扰。
[0040]
阀的出口孔口在0.4mm与3mm之间，优选地，阀的出口孔口在0.5mm与2.5mm之间。这允许压缩空气快速释放到管道18中，同时限制阀的整体尺寸。
[0041]
图2示出了气动装置10的截面图。装置10安装在外壳80中。喷嘴14被示出位于装置10的出口处，用于排出空气射流20，并且该喷嘴连接到由阀12提供的管道18的端部183。喷嘴14的孔口对齐。喷嘴14的孔口在同一平面上。喷嘴的孔口的间距(中心轴线之间的间距)在3mm与5mm之间，优选地在3.5mm与4.5mm之间，甚至更优选地为4mm，以确保喷嘴是紧凑的，并且空气射流允许有效的分拣。喷嘴14的出口孔口(每个孔口对应于包括几个阀12的模块100)使得射流的布置是平坦的，或者换句话说，空气射流形成平坦的帘幕。射流从孔口并沿射流方向作用的范围为5mm至50mm、优选地为10mm至35mm，即25mm的范围。这允许该装置紧凑，同时提供足够的空间来提供与模块的数量相对应的多股射流，以适应要偏转的物品的特性。
[0042]
模块100内的阀12在管道18、特别是管道182的任一侧的布置对于限制装置10的整体尺寸是特别有利的。图2示出了模块100的上部的一部分阀12和模块100的下部的一部分阀12。如图1和图2所示，三个阀12位于模块100的上部，两个阀位于模块100的下部。
[0043]
模块100可以相对于喷嘴14以扇状形式布置。换句话说，模块100相对于喷嘴14布置在橙色段中。这可以在图2的顶部看到，其中每个模块100的三个阀12围绕喷嘴径向对齐。这允许模块100相对于每个喷嘴14相同地布置，同时确保装置10在外壳80内是紧凑的。这允许保证每个喷嘴具有在长度、几何形状和体积方面完全相同的气流通道。模块100可以是模块化结构；根据装置10的期望性能，使用一个或多个模块，并且这些模块可以组合在一起。模块100可以以几个模块为一组来构建。这使得装置10更容易制造。此外，从“气动”的角度来看，模块100是相同的，因为从一个模块到另一个模块，模块上的阀12以同样的方式连接到喷嘴的出口。因此，每股空气射流的形成具有相同的响应时间。模块化结构也意味着可以大量生产较小的部件。模块100的模块化结构也可以是几个模块100的组，例如三个模块100组合在一起。
[0044]
图3示出了图2所示的装置的后视图，其中模块100的扇形布置更清晰可见。每个模块100中的阀12沿着向喷嘴(不可见)会聚的半径对齐。如图3中的示例所示，模块100在上部具有三个阀12，在下部具有两个阀12；每个模块100中的五个阀12布置在喷嘴14周围的扇形平面中。阀12可以设置在杆22上。
[0045]
本发明还涉及一种包括气动装置10的物品分拣系统。待分拣物品可以是标称物品(标称样品被转向测试站)或不合格物品(杂物、填充很少或没有填充的胶囊等)。通过将多
个模块和每个模块内的多个阀的选择性激活相结合，空气射流适合于物品，从而可以有效地分拣物品。这种系统可用于制药行业，以转移20毫克(mg)到几克的如药片或胶囊(空的或填充的软胶囊)等物品。
[0046]
图4和图5示出了分拣系统30的立体图。该系统包括腔室32，该腔室用于分析待分拣物品的特性。腔室32分析所有物品，气动装置10能够根据在分析腔室32中分析的特性偏转物品。控制单元根据在分析腔室32中分析的物品的特性选择性地激活这些模块100和这些阀12中的全部或部分模块和阀。可以使这些物品加速单独通过微波传感器前面的腔室32，该微波传感器在分拣装置之前允许预测这些物品的质量和/或这些物品的水分含量。该测量腔室32还允许量化物品的速度和物品到达分拣射流的时间。这些物品以5米/秒(m/s)到25m/s的高速度直线行进。物品通过管36离开腔室32。物品经过装置10，装置10根据在腔室32中检测到的不一致或其他标准来操纵物品的偏转。喷嘴14的孔口沿着横向于物品行进方向的轴线对齐。这允许物品被有效地拦截。然后，空气射流横向于物品行进的方向形成一个平面或帘幕。可以使用多个装置10。例如，可以使用两个(图4)、三个或甚至四个装置10，以便更好地适应由物品行进速度所决定的分拣速率。多个装置10中的一个装置可以专用于不一致物品的偏转，而另一个装置10专用于测试采样(可能除了腔室32中的系统分析之外)。这些装置10可以围绕物品的行进方向，例如一个在另一个之上地布置在物品行进的任一侧。
[0047]
该系统可以包括通道34，该通道用于在行进方向上在腔室32的出口处引导物品。通道34允许物品沿着几乎直线的轨迹排队传送。这允许物品一个接一个地呈现给装置10，使得它们更容易偏转。通道包括两个平坦表面341和342以引导物品。
[0048]
通道34的宽度可以横向于待分拣物品的行进方向进行调整。通道的宽度在喷嘴14的排列方向上是可调整的。将平坦表面341和342之间的空间调整为要分拣物品的宽度。根据要分拣产品的规格，可以调整通道34以引导宽度在3mm与25mm之间的物品。根据待分拣物品的特性，喷嘴14将通道34中的一股或多股空气射流朝向这些待分拣物品引导。
[0049]
图6示出了从分拣系统30的顶部俯瞰的示意图。图6示出了如何通过改变被激活的模块的数量，根据物品的宽度调整空气射流—除了每股射流的强度根据每个模块内被激活的阀的组合而变化的事实之外。在腔室32的出口处，物品被导入平坦表面341和342之间的通道34中。对于窄的物品，平坦表面尽可能地靠近在一起，使得单个喷嘴14将空气射流从装置10引导到通道34中。然后激活单个模块100。对于较大的物品，平坦表面被隔开，使得两个喷嘴14将空气射流从装置10引导到通道34中。对于更宽的物品，平坦表面被进一步隔开，使得三个喷嘴14将空气射流从装置10引导到通道34中。根据图6中的示例，对应于六个模块100的激活，多达六个喷嘴14可以分配空气射流。通道34的宽度例如在5mm与50mm之间，优选地在5mm与30mm之间，更优选地在5mm与25mm之间，以适应空气射流的数量。装置10和分拣系统30允许产生可变宽度和强度的射流。这种变化使得系统30是通用的，适用于不同质量、尺寸、几何形状、速度等的物品。
[0050]
图7示出了分拣系统30、特别是具有一个或多个分拣路径38和40的分拣系统的示意图。在腔室32的出口处，物品由通道34引导，然后经过一个或多个装置10的喷嘴前面。待偏转的物品穿过形成幕帘的空气射流20。由于不确定的取样测试或符合性测试，一个或多个装置10根据箭头42、44将物品转移到这些分拣路径中的一个或另一个分拣路径上。未被
分拣的物品沿着箭头46继续它们的轨迹。根据图7，偏转是在竖直平面内操纵的；装置10可以放置在物品行进路线的上方，以使物品朝着下方的路径40偏转，而另一个装置10可以放置在物品行进路线的下方，以使物品朝着上方的路径38偏转。分拣可以在水平平面上进行。
[0051]
选择腔室32的出口与喷嘴14的位置之间的距离，以便允许物品有时间离开腔室32，之后必要时偏转。否则，当物品仍然被管36部分导向和引导时，物品可能已经受到横向力，因此存在阻碍物品偏转的风险。
[0052]
由相应模块100产生的空气射流的数量和每股空气射流的强度根据来自控制单元的输入设定值是可变的。该设定值确定了被激活的模块100的数量和每个模块100内被激活的阀12的组合。因此，每股射流的操作将与该设定值成比例。该设定值是根据在腔室32中分析的几个特性来计算的。考虑了物品的质量，并激活阀12的不同组合以增加或降低射流的强度。物品的速度也被考虑在内，物品达到喷射高度的时刻也被考虑在内。物品的形状和体积也影响被激活的空气射流的数量和强度以及通道34的宽度。施加到物品上的力和阀上游的压力也被考虑在内，以避免损坏物品。这使得即使在数次开启在时间上紧接着出现的情况下，罐不能如此迅速地恢复其标称压力时，也可以保持分拣质量。装置10与待分拣物品之间的距离是保证分拣效率所要考虑的因素。射流的出口(喷嘴14的出口孔口)与物品的移位轴线之间的距离在10mm与40mm之间，优选地在15mm与30mm之间，例如为20mm。这使得可以在偏转最有效的区域中向射流呈现待偏转物品，同时保持待偏转物品的完整性。
[0053]
控制单元包括可编程逻辑控制器(programmable logic controller，plc)、具有高响应数字输出的输入/输出板(包括板载现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)处理器)、和电源控制板(配备有fpga控制器和金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor，mosfet))。这种架构允许几微秒的反应时间，并确保阀打开或关闭时间为几毫秒量级的分拣过程。
[0054]
建立空气射流的顺序如下。plc控制阀12的打开。启动一个或多个阀12的数字输出被开启。从发出命令开始经过的时间取决于所设置的控制系统的架构(plc编程和周期时间、plc与数字输出卡之间的通信、数字输出卡的类型等)。这可能需要1毫秒的时间。然后，电流在相应阀的致动线圈中积聚，直到它达到足够的力来开始移动阀的可移动部件(持续几毫秒)；根据阀的组合，受控阀打开，并且空气开始流动。根据管道和喷嘴的几何形状，空气将需要一段时间才能从喷嘴的孔口出来。最后，建立了射流。首先在短时间段内存在瞬态现象，之后才达到稳定射流。激活信号和射流完全建立的时刻之间的时间间隔小于5ms，优选地小于4ms，更优选地小于3ms，最优选地小于2ms。
[0055]
在一股或多股空气射流的作用下，物品从其大体上笔直的路线朝向一个或多个分拣路径38、40偏转。由于分拣路径38和40、装置10、以及空气射流的数量和强度的适应性调整，偏转的物品不会被损坏。这些物品可以经受新的符合性检查，在该符合性检查中装置10可以被再次实施；这些物品可以返回到主线路，因为它们没有被损坏。
[0056]
以上已经结合特定实施例描述了本发明，这些实施例是说明性的，不应被认为是限制性的。总的来说，对于本领域技术人员来说，显然本发明不限于上面示出和/或描述的示例。

技术特征：
1.一种气动装置(10)，包括：-模块(100)，每个模块具有用于供应压缩空气的阀(12)，由每个模块(100)输送的压缩空气射流的强度根据被激活的阀(12)的组合而变化；-出口喷嘴(14)，所述出口喷嘴用于根据被激活的模块(100)的数量，将来自所述模块(100)的一股或多股空气射流排出，所述喷嘴(14)具有对齐的出口孔口。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述模块(100)相对于所述喷嘴(14)呈扇状形式。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述模块分别具有将压缩空气从所述阀(12)朝向所述喷嘴(14)引导的管道(18)，所述阀(12)相对于所述管道中的所述压缩空气的流动方向位于所述管道的任一侧。4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述阀(12)通过孔口(13)连接到所述管道(18)，各个阀具有不同的孔口直径。5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述阀(12)根据所述孔口(13)的直径沿着所述管道(18)布置，具有最小直径的孔口的阀相对于所述喷嘴(14)位于所述管道(18)的远端。6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，包括六个模块(100)，每个模块(100)包括至少四个阀(12)，优选地，每个模块包括五个阀(12)。7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，还包括位于所述模块的入口处的压力传感器(15)，所述压力传感器能够测量所述阀连续打开引起的压力损失。8.一种用于对物品进行分拣的系统(30)，包括至少一个根据权利要求1至7中任一项所述的气动装置(10)。9.根据权利要求8所述的系统(30)，还包括沿行进方向引导物品的通道(34)，所述喷嘴(14)根据待分拣物品的特性将所述通道(34)中的一股或多股空气射流朝向所述待分拣物品引导。10.根据权利要求9所述的系统(30)，其中，所述通道(34)的宽度能够根据所述物品的特性、横向于所述物品的行进方向进行调整。11.根据权利要求8至10中任一项所述的系统(30)，还包括-腔室(32)，所述腔室用于分析所述待分拣物品的特性；-至少一个分拣路径(38、40)，根据在所述分析腔室(32)中分析的特性，通过致动一股或多股空气射流，使所述物品朝向所述至少一个分拣路径偏转。12.根据权利要求11所述的系统，还包括控制单元，所述控制单元根据在所述分析腔室(32)中分析的物品的特性来激活所述模块(100)和所述阀(12)中的全部或部分模块和阀。13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述控制单元根据所述阀(12)上游的可用压力来激活所述模块(100)和所述阀(12)中的全部或部分模块和阀。

技术总结
本发明涉及一种气动装置(10)，该气动装置包括模块(100)，每个模块具有压缩空气供应阀(12)，由每个模块(100)供应的压缩空气射流的强度根据被激活的阀(12)的组合而变化；以及出口喷嘴(14)，该出口喷嘴用于根据被激活的模块(100)的数量，将来自模块(100)的一股或多股空气射流排出，喷嘴具有对齐的出口孔口。本发明还涉及一种包括该气动装置的物品分拣系统。还涉及一种包括该气动装置的物品分拣系统。还涉及一种包括该气动装置的物品分拣系统。


技术研发人员：弗雷迪
受保护的技术使用者：法玛科技公司
技术研发日：2020.12.22
技术公布日：2023/8/31