應用方案：漢德保混合伺服在牙刷植毛機上的應用方案

關鍵詞：漢德保、混合伺服驅動器、牙刷植毛機

一、應用背景

    當今，人們的生活水平不斷提高，人們對清潔工具也有了更高的需求。目前，全球牙刷年需求量已經超過90億支，并以每年10%的速度遞增。中國人口眾多，牙刷做為現代生活必需品需求相當的大。牙刷雖小卻是一個消費巨大市場成熟的大商品，并且伴隨著生活質量的提高，對于牙刷的質量同樣提高，優質的保健牙刷設備的生產效率以及生產質量需求促進了高速牙刷植毛機的設備開發。高速牙刷植毛機可實現多軸、多工位、多工序的全自動加工流程。

    目前大部分植毛機廠商采用的是步進電機系統，由于步進電機轉速低、步進角距大使得植毛速度慢，并且精度較差，這就直接影響了廠商的生產效率和生產品質，而且步進電機系統容易產生丟步，發生錯誤時也不能及時糾正，從而造成材料的損失。交流伺服系統作為高轉速和高細分精度的運動控制系統，在此有著無與倫比的優勢，但是交流伺服價格較貴，不利于降低成本。 

    深圳漢德保公司憑借多年運動控制行業的專業背景，研發出ED系列混合伺服系統，有效地平衡了步進、伺服在速度、精度、價格三方面的矛盾，具有很高的性價比。該系統的混合伺服電機在恒轉矩輸出下轉速能達到2000RPM，編碼器線數2500PPR，驅動器內部采用4倍頻技術對控制脈沖4細分后可使電機每圈分辨率達 10000PPR。

二、電氣結構及工藝流程 

    高速牙刷植毛機傳動結構由主驅動軸和四個步進/伺服驅動軸系統組成。四個步進/伺服軸分別為水平X軸，垂直Y軸，換毛Z軸與旋轉A軸。
◆XY兩軸--------坐標決定牙刷孔的位置；
◆A軸--------更換至下一個牙刷；
◆Z軸--------更換牙刷毛色；
    當主軸電機（變頻器控制）運轉，四個電控步進/伺服軸隨之運轉，主軸停則其余四軸隨動停止。主軸的轉速決定植毛的速度，四個步進/伺服軸響應要求協調驅動，否則會出現脫毛或者毛不齊的現象。
動作過程：
    夾子從Y軸方向上將牙刷把柄夾住→夾子做90度定位到Z軸方向→平臺帶動夾子做X，Y軸運動使刷毛可以被打到牙刷頭的毛孔中→植毛完成，夾子向下旋轉90度→夾子松開，一支牙刷加工完成。

三、漢德保混合伺服系統 

    漢德保混合伺服電機內置增量式光電編碼器（2500線或1000線可選），適配漢德保混合伺服驅動器，徹底解決開環步進電機丟步的問題，提升機器加工速度和精度。通過優化的磁路設計，選用優質冷軋硅鋼片和耐高溫永磁體材料，提高電機功率密度，提升電機平穩性，顯著降低電機溫升。產品線涵括20~86機座、0.1NM~12NM多種電機型號。

性能指標	步進	伺服	混合伺服
控制方式	開環，有丟步現象	閉環，無丟步現象	閉環，無丟步現象
速度	1000rpm以下	額定3000rpm	最高3000rpm
精度	由電機步距角決定	由編碼器精度決定	由編碼器精度決定
轉矩特性	力矩隨速度升高下降很快	恒定力矩輸出	在高速時（如2000rpm以上），力矩下降較快
運動特性	低頻振動，停止時不抖動	停止時有微振	零速停止穩定，高速停止時不抖動
電機溫升	在高速或頻繁啟停時發熱較嚴重， 可能會影響電機壽命	溫升小	介于步進與伺服之間
成本	低	高	中
適用場合	對速度、精度要求不高場合	對速度、精度要求高場合	短距離快速啟停場合，對速度、精度要求較高場合

◆產品涵蓋20~86機座，安裝尺寸完全兼容同型號步進電機

◆內置增量式光電編碼器（2500線或1000線可選）

◆輸出轉矩大 ，高轉速

◆電機發熱小，噪音低，效率高

◆高速停止平穩快速，無零速振蕩運行平穩，振動噪聲小

◆響應速度快，適合頻繁啟停的場合

四、現場調試結果 

該植毛機的基本參數如下：

A系列高速雙色牙刷植毛機
臺面面積	330mm*330mm	植毛孔徑	Φ=1.6-3mm
X-Y行程	300mm*300mm	植毛速度	700-850孔/分鐘
電   源	220V	植毛長度	L=10-15mm
毛   箱	雙色

工藝要求:
a、每分鐘裁800孔左右
b、誤差控制在1個絲以內
c、工作情況分為：全自動、試機、半自動
d、在拿到新的板型時，終端用戶既可以手動直接輸入坐標，也可以通過對孔自動得到坐標
e、在樣板輸入時可以進行插孔或刪孔
f、樣板輸入完成后可以自動得到整體位移量，也可以手動直接輸入整體位移量
g、預留給終端用戶多種產品保存功能
    牙刷植毛機上共使用4套混合伺服：1套控制A軸夾牙刷的夾子做90度定位；2套帶動固定平臺做X，Y軸運動，要求響應高定位精準；第4套控制Z軸切換不同顏色的刷毛。
    漢德保公司的配置方案為（X/Y/Z/A）：ED34混合伺服驅動器 + EMH3403混合伺服電機。

現場測試證明，植毛速度堪比伺服電機，可以做到 900次/分鐘植毛速度。而且在高速啟停的同時，整體動作的平穩性柔和性更尤為突出。通過上位機PLC內部自制脈沖S曲線的應用可以做到跳孔植毛，且跳孔時，在保證了跳孔精度的同時機器跟平時基本一樣平穩，不會出現明顯的抖動。產品品質上明顯優于步進電機，具有很強的競爭力。

五、結語

    通過在客戶的長期的使用，漢德保混合伺服系統性能穩定，效果很好，深受好評。隨著國內高速牙刷植毛機產業生產能力的逐漸提升，植毛機的市場一定競爭的更加激烈，與其配套的剪毛機設備也隨之提升，而且更先進的植毛、剪毛一體機也會出現。漢德保混合伺服憑借極具競爭力的性價比將更受客戶青睞。