板材次品移除機的設計

郭鵬，梅雪川，高燕，葉敏，郭如峰

（1.國機智能（蘇州）有限公司，蘇州215134；2.國機智能科技有限公司，廣州510535）

0 引言

板材自動輸送廣泛運用于金屬材料、高分子材料和無機材料等領域，尤其是近幾年我國加快住宅產業(yè)現代化，建筑與裝修行業(yè)對復合板材的需求越來越大。由于板材規(guī)格尺寸工整，易于成型；加上板材尺寸規(guī)格多樣性好，可以裝備式安裝，施工效率高；最能做到生產工業(yè)化，產品標準化，規(guī)格模數化，易于控制產品質量和生產質量[1]。因此，我國對板材加工的技術需求和生產需求越來越大。但目前國內的板材生產加工行業(yè)廣泛存在的問題是板材生產自動化程度不高，且板材尺寸與重量較大，人工進行次品板材移除的操作難度較大[2]。

針對板材的加工技術需求，本文設計了一套板材次品移除機，該次品移除機可對次品板材進行次品移除，可實現全自動化生產，可應用于工業(yè)自動化生產線現場。

1 次品移除機設計

板材次品移除工藝，根據產線前方視覺系統(tǒng)反饋的信息，將視覺系統(tǒng)判定為不良的板材移出輸送線并進行堆疊，后續(xù)通過人工排出堆疊好的次品板材。

根據上述次品移除工藝，對板材次品移除機進行設計，其重點在于產線以雙通道形式設計，需要對兩個通道內的次品進行移除。

2 次品移除機主要結構

該次品移除機主要由板材輸送裝置、板材阻擋裝置、次品板材移出裝置以及次品板材堆疊回收裝置組成，其三維模型如圖1所示。板材阻擋裝置將在板材輸送線上的次品板材剔選出來，通過次品板材移出裝置將板材排出并放入次品收集盒內，通過次品板材堆疊回收裝置調整次品收集盒高度進行板材堆疊。

2.1 板材輸送裝置

板材輸送裝置由輥筒式輸送機與板材分段阻擋機構構成，如圖2所示。雙通道形式組成，兩側配有限位機構，防止板材在輸送過程中有較大的偏移。板材需要通過次品板材移出裝置將其平移排出輸送裝置，為了保證板材能夠順利移出輸送裝置，輸送裝置使用輥筒式輸送機，輥筒可以支撐板材直至板材被移出[3]。

圖1 板材次品移除機三維模型

圖2 輥筒式輸送機示意

輥道選用雙通道形式設計，保證板材輸送節(jié)拍。兩條通道中間采用限位機構阻擋，需要排出次品板材時，通過下方多個氣缸動作，將限位塊下降，使次品板材能夠順利的移出。

圖3 輥筒式輸送機細節(jié)設計

2.2 板材阻擋裝置

板材阻擋裝置位于輸送輥道下方，通過氣缸頂起阻擋塊實現板材阻擋功能。板材阻擋裝置分為兩部分：①來料阻擋機構；②次品阻擋機構。

兩種阻擋機構分別由阻擋塊頂升模塊、傳感器加測模塊以及結構固定模塊組成。

設備對接不良檢測機構，當檢測到次品板材時，發(fā)送信號給PLC系統(tǒng)，來料阻擋機構接收到PLC系統(tǒng)的信號，在傳感器檢測模塊檢測到次品板材通過后，氣缸頂起板材阻擋塊將后方的板材阻擋，前方次品阻擋機構的傳感器檢測模塊檢測到次品板材接近后，阻擋次品板材[4]。

圖4 次品板材阻擋示意

板材阻擋機構是由氣缸、導向柱、固定套筒以及定位塊組成，有序地安裝在固定板上，當板材需要進行阻擋時，氣缸帶動導向柱上升，使阻擋塊上升至滾筒輸送面上方，進行板材阻擋。

圖5 阻擋機構截面示意

2.3 次品移除裝置

板材阻擋到位后，通過次品移除裝置動作將其移載至板材堆疊回收裝置內。

次品移除裝置主要分為兩個結構，次品移除執(zhí)行機構以及次品回收堆疊機構組成。

次品移除執(zhí)行機構主要由無桿氣缸、板材刮板固定座、板材刮板以及固定架組成，次品板材通過阻擋機構擋停后，通過無桿氣缸帶動刮板將次品板材從輥道上移除并防置在次品收集盒內。

在板材加工生產中部分缺角不嚴重的次品板材可以通過人工切割修整后二次利用，因此設備需要對次品板材進行堆疊收集后集中處理，設備采用頂升平臺配合次品收集盒進行堆疊收集，次品板材通過次品移除執(zhí)行機構排出并放置在次品收集盒內，頂升機構通過伺服電機配備絲桿調整收集盒平臺高度，使次品板材表面與輥道輸送表面重合，下一件次品板材移除時，能夠剛好堆疊在前一件板材上方。

圖6 次品板材移除示意

圖7 次品板材移除示意

3 控制系統(tǒng)設計

3.1 控制原理

根據次品移除機需要實現的板材阻擋、移載等動作，且這些動作的動力源均為電機驅動和氣缸驅動，動作重復性和穩(wěn)定性要求較高，故選用可編程控制器（PLC）進行控制[5]。通過對各個電機和氣缸的控制，實現次品/來料板材的阻擋、次品板材移除以及次品收集盒升降的運作。在板材阻擋機構中安裝有反射傳感器，反射傳感器負責檢測板材的初步到位情況，并將采樣信號反饋給PLC系統(tǒng)，若出現錯誤則發(fā)出警告[6]。同時在板材進入次品板材收集盒方向上，配備對射傳感器，其作用是確定次品板材已正確排出[7]。并且通過觸摸屏界面與PLC控制系統(tǒng)進行通訊，實現人機交互操作。

3.2 控制系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)采用西門子S7-1200系列PLC，該PLC穩(wěn)定性好、支持多種通訊方式，可以很好的滿足工藝控制要求[8]。PLC控制系統(tǒng)由變頻器調頻的方式控制三相異步電動機，由脈沖的方式控制伺服電機，實現各機構的精確位置控制；使用定時器實現電磁閥的準時關閉，從而實現各氣缸的準時動作。PLC通過以太網線與觸摸屏通訊，實現人機交互[9]。本系統(tǒng)的硬件配置如圖8所示。

圖8 控制系統(tǒng)硬件配置

4 板材次品移出試驗

4.1 設備試驗

利用本文涉及的板材次品移除機進行次品排除實驗，通過對判定為次品的板材進行標記，混合在檢測為合格的板材內隨機輸送至線上，通過不良檢測系統(tǒng)檢測后，次品移除機對來料板材進行篩選排除，最后對次品收集盒內的板材進行清點，確定次品移除機的誤判數量。

4.2 試驗結果

表1 板材次品移除試驗條件

根據實驗結果可得表2。

通過試驗結果得出，次品收集盒內的次品板材數量為48件，誤判件數為2件，因此設備次品篩選正確率為：

表2 板材次品移出試驗結果

（產品總數-誤判件數）÷產品總數=（200-2）÷200×100%=96%

5 結語

本文針對板材自動化生產的需求，設計了一種全自動化板材次品移除機。該板材次品移除機主要的主要優(yōu)點有：

（1）可實現全自動化生產，消除了人工操作對產線節(jié)拍的影響；

（2）設備結構簡單，安裝調試較為簡潔；

（3）堆疊次品板材，防止板材在移除、搬運過程中二次傷害，部分次品板材可二次利用。