板材次品移除機(jī)的設(shè)計(jì)

郭鵬，梅雪川，高燕，葉敏，郭如峰

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

0 引言

板材自動(dòng)輸送廣泛運(yùn)用于金屬材料、高分子材料和無機(jī)材料等領(lǐng)域，尤其是近幾年我國加快住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，建筑與裝修行業(yè)對(duì)復(fù)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(chǎn)工業(yè)化，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)格模數(shù)化，易于控制產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)質(zhì)量[1]。因此，我國對(duì)板材加工的技術(shù)需求和生產(chǎn)需求越來越大。但目前國內(nèi)的板材生產(chǎn)加工行業(yè)廣泛存在的問題是板材生產(chǎn)自動(dòng)化程度不高，且板材尺寸與重量較大，人工進(jìn)行次品板材移除的操作難度較大[2]。

針對(duì)板材的加工技術(shù)需求，本文設(shè)計(jì)了一套板材次品移除機(jī)，該次品移除機(jī)可對(duì)次品板材進(jìn)行次品移除，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)，可應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線現(xiàn)場。

1 次品移除機(jī)設(shè)計(jì)

板材次品移除工藝，根據(jù)產(chǎn)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(jìn)行堆疊，后續(xù)通過人工排出堆疊好的次品板材。

根據(jù)上述次品移除工藝，對(duì)板材次品移除機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其重點(diǎn)在于產(chǎn)線以雙通道形式設(shè)計(jì)，需要對(duì)兩個(gè)通道內(nèi)的次品進(jìn)行移除。

2 次品移除機(jī)主要結(jié)構(gòu)

該次品移除機(jī)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(nèi)，通過次品板材堆疊回收裝置調(diào)整次品收集盒高度進(jìn)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(jī)與板材分段阻擋機(jī)構(gòu)構(gòu)成，如圖2所示。雙通道形式組成，兩側(cè)配有限位機(jī)構(gòu)，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(jī)，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(jī)三維模型

圖2 輥筒式輸送機(jī)示意

輥道選用雙通道形式設(shè)計(jì)，保證板材輸送節(jié)拍。兩條通道中間采用限位機(jī)構(gòu)阻擋，需要排出次品板材時(shí)，通過下方多個(gè)氣缸動(dòng)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(jī)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

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(shí)現(xiàn)板材阻擋功能。板材阻擋裝置分為兩部分：①來料阻擋機(jī)構(gòu)；②次品阻擋機(jī)構(gòu)。

兩種阻擋機(jī)構(gòu)分別由阻擋塊頂升模塊、傳感器加測模塊以及結(jié)構(gòu)固定模塊組成。

設(shè)備對(duì)接不良檢測機(jī)構(gòu)，當(dāng)檢測到次品板材時(shí)，發(fā)送信號(hào)給PLC系統(tǒng)，來料阻擋機(jī)構(gòu)接收到PLC系統(tǒng)的信號(hào)，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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)是由氣缸、導(dǎo)向柱、固定套筒以及定位塊組成，有序地安裝在固定板上，當(dāng)板材需要進(jìn)行阻擋時(shí)，氣缸帶動(dòng)導(dǎo)向柱上升，使阻擋塊上升至滾筒輸送面上方，進(jìn)行板材阻擋。

圖5 阻擋機(jī)構(gòu)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(dòng)作將其移載至板材堆疊回收裝置內(nèi)。

次品移除裝置主要分為兩個(gè)結(jié)構(gòu)，次品移除執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及次品回收堆疊機(jī)構(gòu)組成。

次品移除執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)擋停后，通過無桿氣缸帶動(dòng)刮板將次品板材從輥道上移除并防置在次品收集盒內(nèi)。

在板材加工生產(chǎn)中部分缺角不嚴(yán)重的次品板材可以通過人工切割修整后二次利用，因此設(shè)備需要對(duì)次品板材進(jìn)行堆疊收集后集中處理，設(shè)備采用頂升平臺(tái)配合次品收集盒進(jìn)行堆疊收集，次品板材通過次品移除執(zhí)行機(jī)構(gòu)排出并放置在次品收集盒內(nèi)，頂升機(jī)構(gòu)通過伺服電機(jī)配備絲桿調(diào)整收集盒平臺(tái)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(shí)，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(shè)計(jì)

3.1 控制原理

根據(jù)次品移除機(jī)需要實(shí)現(xiàn)的板材阻擋、移載等動(dòng)作，且這些動(dòng)作的動(dòng)力源均為電機(jī)驅(qū)動(dòng)和氣缸驅(qū)動(dòng)，動(dòng)作重復(fù)性和穩(wěn)定性要求較高，故選用可編程控制器（PLC）進(jìn)行控制[5]。通過對(duì)各個(gè)電機(jī)和氣缸的控制，實(shí)現(xiàn)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(yùn)作。在板材阻擋機(jī)構(gòu)中安裝有反射傳感器，反射傳感器負(fù)責(zé)檢測板材的初步到位情況，并將采樣信號(hào)反饋給PLC系統(tǒng)，若出現(xiàn)錯(cuò)誤則發(fā)出警告[6]。同時(shí)在板材進(jìn)入次品板材收集盒方向上，配備對(duì)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(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互操作。

3.2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用西門子S7-1200系列PLC，該P(yáng)LC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(diào)頻的方式控制三相異步電動(dòng)機(jī)，由脈沖的方式控制伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)的精確位置控制；使用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)電磁閥的準(zhǔn)時(shí)關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)各氣缸的準(zhǔn)時(shí)動(dòng)作。PLC通過以太網(wǎng)線與觸摸屏通訊，實(shí)現(xiàn)人機(jī)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(yàn)

4.1 設(shè)備試驗(yàn)

利用本文涉及的板材次品移除機(jī)進(jìn)行次品排除實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)判定為次品的板材進(jìn)行標(biāo)記，混合在檢測為合格的板材內(nèi)隨機(jī)輸送至線上，通過不良檢測系統(tǒng)檢測后，次品移除機(jī)對(duì)來料板材進(jìn)行篩選排除，最后對(duì)次品收集盒內(nèi)的板材進(jìn)行清點(diǎn)，確定次品移除機(jī)的誤判數(shù)量。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

表1 板材次品移除試驗(yàn)條件

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得表2。

通過試驗(yàn)結(jié)果得出，次品收集盒內(nèi)的次品板材數(shù)量為48件，誤判件數(shù)為2件，因此設(shè)備次品篩選正確率為：

表2 板材次品移出試驗(yàn)結(jié)果

（產(chǎn)品總數(shù)-誤判件數(shù)）÷產(chǎn)品總數(shù)=（200-2）÷200×100%=96%

5 結(jié)語

本文針對(duì)板材自動(dòng)化生產(chǎn)的需求，設(shè)計(jì)了一種全自動(dòng)化板材次品移除機(jī)。該板材次品移除機(jī)主要的主要優(yōu)點(diǎn)有：

（1）可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)，消除了人工操作對(duì)產(chǎn)線節(jié)拍的影響；

（2）設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)試較為簡潔；

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