一种扭力可调节的磁力耦合式气囊旋盖控制系统及方法与流程

本发明涉及自动化包装设备，具体而言，涉及一种扭力可调节的磁力耦合式气囊旋盖控制系统及方法。

背景技术：

1、食品、医药、日化自动化灌装产线中，旋盖设备是瓶盖封装的核心装置，其扭矩控制精度、夹持稳定性与气密性能直接决定产品包装良品率与生产线运行效率。传统旋盖设备多采用刚性夹爪配合刚性传动结构，夹持过程易划伤、压损瓶盖，且输出扭矩固定，适配性差；同时缺乏自适应过载保护结构，瓶盖旋紧到位后持续刚性输出扭矩，极易出现滑牙、崩裂等封装不良问题。

2、目前市面上主流旋盖技术主要分为磁力耦合控扭、气囊柔性夹持两类，两类技术长期相互割裂，无法兼容集成，存在明显技术短板：磁力耦合式旋盖可实现无接触过载打滑与扭矩调节，但普遍采用刚性夹持结构，易损伤瓶盖，且多数存在磁间隙无锁定、气密结构简单、高速扭矩漂移严重的问题；气囊柔性夹持式旋盖可实现瓶盖无损夹持，但多采用弹簧摩擦片或电机控扭方式，无法实现无级精准调扭，无磁力瞬时卸力保护，且外置气管结构易缠绕漏气，无法适配高速连续生产。

3、专利cn208413792u：一种磁力打滑旋盖头，公开了一种可实现磁力打滑限扭的旋盖头结构，通过磁力耦合实现扭矩过载保护。该专利核心缺陷为：无气囊柔性夹持结构，无法实现瓶盖无损环抱夹持；整机为一体式不可拆分结构，无法单独拆装维护；磁间隙无锁定结构，长期高速运行扭矩易漂移；仅设置单道密封，高速旋转工况下易出现漏气问题，无法适配高气密性要求的产线。

4、专利cn103879934a：一种磁性旋盖装置，公开了一种采用磁性传动的旋盖装置，可实现扭矩调节与过载保护。该专利核心缺陷为：下端采用刚性旋盖模，无气囊柔性夹持结构，易划伤瓶盖外观；整机为一体式不可拆装结构，无法模块化换产维护；未设置磁间隙锁紧结构，高速运行易出现磁隙偏移、扭矩不稳问题；气密层级不足，仅能实现基础密封，无法适配高速连续作业。

5、专利cn222612903u：一种旋盖机的磁力旋盖头，公开了一种带磁力传动的旋盖头结构，可实现磁力段单独拆分。该专利核心缺陷为：无气囊夹紧结构，通气结构仅用于除尘，无法实现柔性夹持与气密供气；无三段分层模块化结构，整机无法实现独立轴向拆分维护；无气囊端面密封结构，气密性能差，无法适配高速灌装产线。

6、专利us5490369：磁力离合旋盖头（国外），公开了一种采用磁力离合的旋盖头结构，可实现扭矩过载保护。该专利核心缺陷为：采用锥形刚性卡爪抓盖，无柔性气囊夹持结构，易损伤瓶盖；无分段模块化结构，无法独立拆装维护；无多级旋转密封结构，高速旋转漏气量大；无气囊密闭腔体，无法实现外侧供气柔性夹持。

7、专利cn204400578u：药品包装筒状磁力耦合旋盖头，公开了一种筒状磁力耦合旋盖头，可实现磁力无接触传扭。该专利核心缺陷为：无中心通气气道，无法实现内置贯通供气；下端采用刚性夹持结构，易划伤、崩边瓶盖，无气囊柔性环抱结构；未设置磁间隙锁定结构，扭矩易漂移；无有效密封结构，气密性能差。

8、专利cn204162392u：磁力耦合旋盖机构，公开了一种磁力耦合旋盖机构，替代传统摩擦片传动。该专利核心缺陷为：气路采用外置管路结构，高速旋转易缠绕、磨损、破裂漏气；采用硬质爪夹持结构，无柔性气囊夹持，易损伤瓶盖；无同轴贯通密闭气道，无法实现全内置气密供气；无磁间隙双向锁定结构，扭矩稳定性差。

9、专利cn101343026a：磁力限矩旋盖装置，公开了一种磁力限矩旋盖装置，可实现扭矩限制。该专利核心缺陷为：无中空通气主轴，无法实现内置贯通供气；无气囊柔性夹持结构，采用刚性花键抓盖，无柔性保护，易损伤瓶盖；未设置磁间隙锁定结构，长期运行扭矩易衰减漂移；无有效密封结构，气密性能无法满足高速产线要求。

10、专利cn203461792u：一种气动柔性夹持扭矩可调的旋盖装置，公开了一种采用气动柔性夹持的旋盖装置，可实现瓶盖无损夹持。该专利核心缺陷为：无钕铁硼磁力耦合结构，扭矩采用弹簧摩擦片调节，易磨损，无法实现无级精细扭矩调节；无磁力过载打滑保护结构，旋紧到位无法瞬时卸力，易出现瓶盖过拧、滑牙缺陷；气路采用外置管路，高速旋转易缠绕漏气。

11、专利cn201309820y：气囊式旋盖头，公开了一种采用气囊夹持的旋盖头，可实现瓶盖柔性夹持。该专利核心缺陷为：完全缺失磁力耦合调扭、过载打滑功能，仅靠外部电机控制扭矩，无瞬时过载保护，易出现瓶盖崩裂、滑牙问题；仅设置单层密封，高速旋转漏气量大，气密稳定性差；无模块化拆分结构，维护换产繁琐。

12、专利cn106430050a：一种旋盖装置，公开了一种采用伺服控制的旋盖装置，可实现自动化旋盖。该专利核心缺陷为：无磁力限扭打滑结构，旋紧后持续加载，无瞬时卸力保护，极易造成瓶盖崩裂、滑牙；无三段模块化拆分结构，维护换产繁琐；仅设置单层密封，高速旋转气密稳定性差；无柔性气囊夹持结构，刚性接触易损伤瓶盖。

13、专利cn102701124a：高适应度及高可靠性旋盖方法及其装置，公开了一种高适配性旋盖装置，采用弹簧离合限扭。该专利核心缺陷为：依靠弹簧离合限扭，无磁力无级调扭结构，扭矩调节精度差，无瞬时过载打滑保护；无贯通同轴气路，无法实现内置气密供气；仅采用弹性环夹持，非密闭气囊结构，无360°全域柔性环抱无损夹持功能。

14、综上，上述11篇现有专利涵盖了目前旋盖领域主流的磁力传扭、柔性气囊夹持、伺服控扭、机械限扭技术方案，各类现有技术均只能解决单一局部问题，结构功能残缺，且均未实现三段同轴模块化快拆结构、磁间隙双向防漂移锁定、全内置三重气密贯通气路、外侧供气全域柔性锁紧、磁力无级稳扭的一体化协同集成。

15、同时，本领域长期存在技术偏见，行业普遍认为磁力传动结构与气囊柔性夹持结构同轴集成易出现气路干涉、密封失效、同轴度偏差、磁间隙偏移等问题，两类技术多独立应用，简单拼接方案也无法解决结构冲突与性能短板。现有技术始终无法同时兼顾高精度无级稳扭、无损柔性夹持、高速高气密、模块化快速维护与瞬时过载防过拧的多重需求，存在明确的技术改进空白。

16、因此，有必要提供一种扭力可调节的磁力耦合式气囊旋盖控制系统及方法用以解决现有旋盖设备中磁力耦合调扭结构与气囊柔性夹持结构难以协同集成、扭矩调节稳定性不足、瓶盖夹持易损伤、过载保护响应不及时以及高速运行气密性能差的至少一个问题。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出了一种扭力可调节的磁力耦合式气囊旋盖控制系统及方法，旨在解决现有旋盖设备中磁力耦合调扭结构与气囊柔性夹持结构难以协同集成、扭矩调节稳定性不足、瓶盖夹持易损伤、过载保护响应不及时以及高速运行气密性能差的至少一个问题。

2、一方面，本发明提出了一种扭力可调节的磁力耦合式气囊旋盖控制系统，包括：

3、上部旋盖驱动组件、磁力耦合传动组件和自适应锁紧套旋盖执行组件，所述上部旋盖驱动组件、磁力耦合传动组件和自适应锁紧套旋盖执行组件为自上而下同轴装配、可独立轴向拆分的三段模块化锁合结构；其中，

4、所述上部旋盖驱动组件内部设有双层同轴独立旋转密封的贯通通气转轴，通气转轴上端设置唯一的内置气源入口；所述通气转轴下端刚性固连磁力耦合传动组件的磁力主动转轴，所述磁力耦合传动组件的磁力随动转轴下端通过旋盖连接法兰静态密封对接自适应锁紧套旋盖执行组件。

5、进一步的，所述上部旋盖驱动组件通过m6内六角圆柱头螺钉与产线的安装板固定；所述上部旋盖驱动组件包括：

6、通气转轴，中部设置有由上到下贯穿的通孔；

7、气管接头，设置在所述通气转轴顶部的气源入口处；

8、普通平键和同步轮，所述普通平键嵌设在所述通气转轴的外侧壁上，所述同步轮安装在所述通气转轴的外侧壁上并位于所述普通平键的外侧；

9、深沟球轴承和旋盖组件基座，所述旋盖组件基座通过深沟球轴承与所述通气转轴外侧壁连接，所述深沟球轴承设置在所述旋盖组件基座的上下两端，所述深沟球轴承用于支承所述通气转轴；

10、轴用挡圈，设置在所述旋盖组件基座底部的深沟球轴承下部。

11、进一步的，所述磁力耦合传动组件包括：

12、磁力主动转轴，通过m4内六角圆柱头螺钉与通气转轴的底部连接，所述磁力主动转轴中部设置有由上到下贯穿的通孔；

13、磁力随动转轴和下磁铁旋盖，所述磁力随动转轴设置在所述磁力主动转轴内，所述磁力随动转轴设置有由上到下贯穿的通孔，所述下磁铁旋盖与磁力随动转轴螺纹连接，所述磁力主动转轴与下磁铁旋盖通过m6凸端内六角紧定螺钉固定；

14、小圆螺母和双列角接触球轴承，所述小圆螺母设置在所述磁力主动转轴与磁力随动转轴之间，且所述小圆螺母还固定在所述磁力随动转轴上；所述双列角接触球轴承设置在所述磁力主动转轴与磁力随动转轴之间，且所述双列角接触球轴承还设置在所述磁力随动转轴上所述小圆螺母的下方；

15、轴承挡套、磁铁垫片和钕铁硼磁铁，所述轴承挡套套设在所述磁力随动转轴上，且所述轴承挡套还位于双列角接触球轴承下方，所述钕铁硼磁铁通过沉头内六角螺栓设置在所述磁力随动转轴上，且所述钕铁硼磁铁设置有两个，上部的钕铁硼磁铁与磁力随动转轴之间设置有磁铁垫片，下部的钕铁硼磁铁与上部的钕铁硼磁铁之间设置有磁力耦合工作间隙。

16、进一步的，所述自适应锁紧套旋盖执行组件包括：

17、旋盖连接法兰，与磁力耦合传动组件连接，所述旋盖连接法兰中部设置有由上到下贯穿的通孔；

18、旋盖座，通过m5内六角圆柱头螺钉与旋盖连接法兰连接；

19、流道夹板，设置在所述旋盖座内部的空腔中；

20、自适应锁紧套，设置在所述流道夹板下部，所述自适应锁紧套还位于所述旋盖座内部的空腔中，所述自适应锁紧套用于径向向内360°环抱瓶盖子；

21、锁紧套压紧旋轴，插设在所述旋盖座、流道夹板和自适应锁紧套中；

22、下旋盖，与所述旋盖座的外部卡接。

23、进一步的，所述扭力可调节的磁力耦合式气囊旋盖控制系统还包括：

24、密封圈一，设置在所述上部旋盖驱动组件和磁力耦合传动组件之间；

25、密封圈二，设置在所述旋盖座和自适应锁紧套之间。

26、进一步的，所述扭力可调节的磁力耦合式气囊旋盖控制系统还包括：

27、密封圈三，设置在所述旋盖连接法兰和旋盖座之间。

28、进一步的，所述扭力可调节的磁力耦合式气囊旋盖控制系统还包括：

29、隔圈，套设在所述通气转轴外侧壁上，所述隔圈还位于同步轮和旋盖组件基座之间。

30、进一步的，所述自适应锁紧套采用柔性材质，包括硅胶、聚氨酯、丁腈橡胶、氟橡胶、全氟橡胶或三元乙丙橡胶。

31、进一步的，所述钕铁硼磁铁采用四分块n/s交替充磁环形排布结构。

32、另一方面，本技术还提供了一种扭力可调节的磁力耦合式气囊旋盖控制方法，包括：

33、根据待旋紧瓶盖子的规格参数和预设旋紧扭矩要求，调节所述磁力耦合传动组件中的磁力耦合工作间隙；通过旋转所述下磁铁旋盖，使所述下磁铁旋盖沿所述磁力随动转轴的螺纹方向移动，以改变所述钕铁硼磁铁之间的磁力作用距离，从而调整磁力耦合传递扭矩；当达到预设扭矩范围后，通过m6凸端内六角紧定螺钉对所述下磁铁旋盖进行轴向和径向锁止，使所述磁力耦合工作间隙保持稳定；

34、向所述上部旋盖驱动组件输入压缩空气，压缩空气经所述气管接头进入所述通气转轴的内部通孔，并依次经过所述磁力主动转轴、磁力随动转轴和旋盖连接法兰的贯通气路，进入所述自适应锁紧套旋盖执行组件内部；通过气压作用使所述自适应锁紧套发生径向收缩变形，以360°环抱夹持待旋紧瓶盖子，实现瓶盖的柔性定位锁紧；

35、驱动所述同步轮带动通气转轴旋转，所述通气转轴同步带动磁力主动转轴旋转；通过设置于所述磁力主动转轴和磁力随动转轴之间的钕铁硼磁铁产生磁力耦合作用，使磁力随动转轴同步转动，并带动所述自适应锁紧套旋盖执行组件旋转，以完成瓶盖子的旋紧操作；

36、在瓶盖子达到设定旋紧状态后，当旋盖负载扭矩超过所述磁力耦合传动组件设定的传递扭矩时，所述磁力主动转轴与磁力随动转轴之间产生相对滑动，使所述钕铁硼磁铁之间发生磁力打滑，从而降低扭矩输出并切断过载传递；

37、完成旋盖操作后，停止向所述自适应锁紧套旋盖执行组件供气，使所述自适应锁紧套内部气压降低，所述自适应锁紧套依靠自身弹性恢复至初始状态并解除对瓶盖子的夹持，完成一次旋盖循环。

38、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过设置上部旋盖驱动组件、磁力耦合传动组件和自适应锁紧套旋盖执行组件，并将上述三个组件设计为自上而下同轴装配、可独立轴向拆分的三段模块化锁合结构，使各功能组件之间形成相互配合的模块化连接关系。其中，上部旋盖驱动组件用于提供旋转驱动力以及向内部气路输入压缩空气，磁力耦合传动组件用于实现旋转动力的无接触传递以及旋盖扭矩调节，自适应锁紧套旋盖执行组件用于实现瓶盖的柔性夹持与旋紧操作。通过三段模块化结构设计，使各组件能够根据维护需求进行独立拆卸、更换，无需对整体结构进行拆解，提高设备维护效率和生产换型便利性。

39、具体的，上部旋盖驱动组件内部设置有双层同轴独立旋转密封的贯通通气转轴，所述通气转轴上端设置唯一的内置气源入口，使压缩空气能够由通气转轴内部通道向下传输，避免传统外置旋转气管在高速旋转过程中产生缠绕、磨损以及漏气的问题；同时，双层旋转密封结构能够提高旋转状态下气路的密封稳定性。通气转轴下端与磁力耦合传动组件的磁力主动转轴刚性连接，使驱动力能够稳定传递至磁力耦合传动组件；所述磁力耦合传动组件的磁力随动转轴下端通过旋盖连接法兰与自适应锁紧套旋盖执行组件静态密封连接，使旋转动力和压缩空气能够同步传递至执行端。通过上述，使旋盖控制系统在高速旋转过程中兼具稳定动力传递、可靠气密供气以及模块化维护功能，从而提高旋盖过程中的运行稳定性和设备适应性。