水槽洗碗機底部滲漏自動檢測裝置設計

陳贊 亓新 汪翔

1.寧波方太廚具有限公司 浙江寧波 315326；

2.中國家用電器研究院 北京 100178

1 引言

水槽洗碗機底部是否滲漏是其重要技術指標，也是判定其能否出廠的重要標準，需要對其進行精確檢測和控制。近年來人們對檢漏技術以及相關裝置進行了大量研究工作[1～6]，目前生產企業常采用的檢漏工藝方法為直接給水槽洗碗機槽體加注純水，純水高度達到溢流口位置后靜止一段時間，然后觀察底部是否滲漏。此方法由于加注純水后壓力不足（實際水面高度20cm），容易發生漏判；同時每次檢測需加注大量純水，靜止1min后進行觀察，節拍長且純水浪費大。

本文利用氣壓增壓原理，研發了一種水槽洗碗機底部滲漏檢測裝置，該裝置能解決因水壓不足而造成漏判的問題，檢測時所需純水較少，操作簡單，檢測結果可靠。

2 技術基礎

如公式（1）所示，單位高度水壓產生的壓強為：

其中，ρ水=1.0×1000kg/m3，g=9.8N/kg，h=水的深度（m），以10cm高度水產生的壓力為例：

由計算公式（2）可知10cm高度水產生的壓力實際為0.001MPa，而普通工廠氣源壓力一般為0.5MPa，該壓力值可相當于5m高度水產生的壓力。本文正是利用該原理來設計水槽洗碗機底部滲漏檢測裝置。

3 整體方案設計

3.1 總體要求

要求檢測裝置對水槽洗碗機底部是否滲漏進行檢測，具有判斷準確、節拍時間短等特點。整機堅固結實，外形美觀大方，結構設計合理，操作簡單，防護裝置齊全可靠。

3.2 總體方案概述

本檢測裝置首先在洗碗機槽體注入少量純水，利用充氣密封圈密封住槽體，使槽體形成一個密封腔，然后向密封腔內通入一定壓力的氣體，通過控制系統保持壓力恒定，最后觀察水槽洗碗機槽體底部是否漏水。

如圖1所示，本文設計的水槽洗碗機底部滲漏檢測裝置主要包括1機架、2提升機構、3密封加壓機構、4氣路系統、5控制系統等五大部分。

其中，機架用來支撐提升機構、密封加壓機構、氣路系統及控制系統等；提升機構是將密封加壓機構移動到水槽洗碗機槽體內部，待檢測完畢后，將密封加壓機構移走，完成一個檢測循環；氣路系統實現對密封腔體的充氣加壓以及充氣密封膠圈的充氣，同時通過控制系統的控制保證腔體的壓力恒定；控制系統用來保證檢測裝置各個機構之間的協調運動，以實現自動檢測功能。

由于本檢測裝置的機架要承受提升機構頻繁上下移動沖擊，考慮到整機結構使用要求、受力狀態和制造成本，該裝置的機架采用50方鋼管加優質碳素結構鋼焊接為一體，然后經過適當機加工而成。

圖1 檢測裝置總體方案圖

圖2 提升機構示意圖

圖3 密封加壓機構示意圖

4 機械結構設計

4.1 提升機構設計

提升機構的結構如圖2所示，主要包括：1直線導軌、2伺服電機、3滾珠螺桿、4提升框架、5支座等。提升框架左右兩側固定在直線導軌的滑座上，中間位置與滾珠螺桿的螺母套連接，伺服電機得電狀態下帶動滾珠螺桿旋轉，從而使提升框架沿直線導軌做上下移動。

4.2 密封加壓機構設計

如圖3所示，密封加壓機構主要包括：1密封固定板、2充氣密封膠圈、3數字式壓力開關等，4為水槽洗碗機槽體。密封固定板主要用來固定充氣密封膠圈，充氣密封膠圈在充氣狀態可將密封固定板與水槽洗碗機槽體之間的縫隙填充起來形成一個密封腔體。數字式壓力開關可顯示腔體內部壓力值，同時可設定該目標壓力值的上下極限值，如腔體內部壓力值超出極限值，則此數字式壓力開關會反饋至控制系統。

5 氣路系統和控制系統設計

5.1 氣路系統設計

本裝置利用氣壓增壓原理進行檢測，氣路系統如圖4所示，主要結構包括：氣源、氣源處理裝置、氣管氣路、氣壓原件，支撐支架，其中氣路原件主要有氣源控制閥、電氣比例閥、數字式壓力開關等。氣路分兩路，一路氣從氣源處理裝置出來后經氣源控制閥1，然后經過電氣比例閥1調定壓力后送入洗碗機槽體密封腔，數字式壓力開關1檢測壓力后輸出信號到控制系統，控制系統根據數字式壓力開關1的檢測值控制電氣比例閥1的閥門開合大小，從而保持水槽洗碗機槽體密封腔腔內壓力穩定；另一路氣從氣源處理裝置出來后經氣源控制閥2，然后經過電氣比例閥2調定壓力后分兩路，一路送入充氣密封膠圈，另一路用于數字式壓力開關2檢測壓力值，此壓力值同樣輸出信號到控制系統，控制系統根據數字式壓力開關2的檢測值控制電氣比例閥2的閥門開合大小，從而保持洗碗機槽體充氣密封圈內部壓力穩定。

5.2 控制系統設計

控制系統主要控制元件為可編程邏輯控制器PLC。控制程序流程圖如圖5所示。系統得電初始化完成后，程序進入工作狀態，首先需設定洗碗機槽體密封腔腔體和充氣膠圈目標氣壓值。氣路系統分別對兩路氣路充氣工作后，PLC獲取數字式壓力開關1和數字式壓力開關2反饋值并分別進行比對，同時進行PID算法計算，根據計算結果反饋調定電氣比例閥1 和電氣比例閥2的閥門開合大小進行保壓工作，保壓觀察15s之后系統泄壓。

本文中采用的PID控制系統如圖6所示，以洗碗機槽體密封腔內部壓力控制為例，通過前期設定的槽體密封腔內部氣壓的目標值（SV），PID模塊實時計算系統的設定目標值（SV）與數字式壓力開關的反饋值(PV)的偏差大小，執行PID運算，得出輸出值（MV），調節輸出電壓來控制電氣比例閥的閥門開合大小以及進氣量，以達到穩定槽體密封腔內部氣壓的目的。

PID模塊根據速度型測定值微分型運算公式執行PID運算，執行動作的運算公式如下：

其中，EVn為本次采樣時的偏差，EVn-1為1個周期前的偏差，Dn為本次的微分項，Dn-1為1個周期前的微分項，SV為目標值，KP為比例增益，PVnf為本次采樣時的測定值(濾波后)，PVnf-1為1個周期前的測定值(濾波后)，PVnf-2為2個周期前的測定值(濾波后)，ΔMV為輸出變化量，KD為微分增益，MVn為本次的操作量，TS為采樣周期，TI為積分常數，TD為微分常數。

6 應用實例

該裝置已經在某手動水槽洗碗機生產線得到應用，對水槽洗碗機底部是否滲漏進行檢測，圖7為檢測裝置實物外形照片，外形尺寸為：800mm(寬)×1230mm（深）×3020mm（高）。整套設備可移動，氣路組件及電控柜在臺車后方，操作人員在設備正面操作設備并將密封板導正。操作一側設上升按鈕、下降按鈕、充氣按鈕和急停按鈕。實際操作過程中，充氣密封圈的充氣壓力設定為0.12MPa，槽體密封腔腔內充氣壓力設定為0.003MPa，相當于30cm高度的水壓。經過生產一線的實際應用證明，該裝置結構簡單、操作方便，檢測結果可靠、檢測精度高、性能穩定，有效解決了以往漏判問題。

圖4 氣路系統示意圖

圖5 控制程序流程圖

圖6 PID控制系統

圖7 檢測裝置實物外形

7 結束語

該裝置利用氣壓增壓原理對水槽洗碗機底部滲漏進行檢驗，能有效解決因水壓不足造成漏判的問題，檢測時所需純水較少，節拍時間短，操作簡單，檢測結果可靠。目前該裝置主要用于單臺設備檢測，增加檢測模塊之后可推廣應用至自動化流水線生產模式。