酸堿液內物料籃檢測裝置的開發應用

倪淋一

（東南大學成賢學院電子工程系，江蘇 南京210088）

1 問題的提出

在自動化清洗設備中，被清洗物料通過在各清洗槽中進行浸泡、化學清洗、漂洗等工序，以去除表面的污垢等，被清洗物料通常是裝載于物料籃中，通過輸送機械手抓取物料籃在各清洗槽中逐槽進行傳送完成清洗工序。

為了保證清洗設備的正常運行，輸送機械手必須正確完成對物料籃的抓、放與輸送，特別是對于一些易碎的物料，如果輸送機械手不能準確抓取或放置物料籃，則有可能使在某一清洗槽中應該被抓取的物料籃沒能抓取輸送到下一清洗槽，仍然留在該槽中，而上一清洗槽中的物料會由機械手繼續往該槽中輸送，從而使兩物料籃相撞，被清洗物料損壞而造成重大經濟損失。這一問題已受到各清洗設備生產廠家的高度重視，而物料籃的位置檢測是解決這一問題的必要條件。但是，由于物料籃是浸沒在清洗槽內的清洗液中進行清洗的，且清洗液經常是具有較強腐蝕性的酸、堿性溶液，常規光電開關、接近開關等檢測手段很難直接應用于清洗槽內物料籃的檢測，因此，必須對這類在具有較強腐蝕性的酸、堿性溶液環境內物料籃的檢測技術與裝置進行研究與開發。

2 對現有相關檢測技術的分析及新型檢測技術方案的研發思路

鑒于上述原因，目前所采用的檢測方式通常都在清洗槽外進行間接檢測。例如，現有的一種方式是將輸送機構機械手臂做成可向上活動式的，當出現誤操作，輸送機構將物料籃放置到有物料籃的清洗槽中時，兩物料籃相撞，輸送機械手繼續下行時在物料籃的阻礙下機械手臂可以上抬，觸動到相應的行程開關而使設備停止運行，以避免輸送機械手對物料籃的損傷并進行報警提示。但這種方式在檢測到清洗槽中有籃時已經發生了兩物料籃的相撞，僅適用于物料籃及其中的物料剛性較高的場合，而且反應滯后，很難達到較好的檢測效果。還有一類方式是通過下述規則進行檢測判斷，即完成抓籃動作后的機械手抓取鉤上應該是有籃的，而完成放籃動作后的機械手抓取鉤上應該是無籃的，如果結果與之相反，則說明出現了抓籃或放籃的故障，就需要進行人工干預，據此對輸送機械手的抓放籃動作進行檢測，從而間接進行對物料籃的檢測，這樣的檢測相對來講較易實現，但由于大多數檢測傳感器都不可浸沒于清洗液中，則一般的通過與物料籃相接觸來感知物料籃有無的接觸式傳感器在此種情況下都不能使用，只能在機械手上采用光電傳感器、測重傳感器甚至超聲波傳感器等非接觸式傳感器，但這類傳感器大都成本高，而且也存在不能適應化學清洗液所揮發的腐蝕性氣體侵蝕的問題，甚至會因為被腐蝕而造成對被清洗物料的污染，其使用也存在局限性。

此外，如果清洗槽內是同時進行多個物料籃的清洗，機械手一次要抓取多個物料籃進行輸送，則上述的非接觸式傳感器也很難準確感知機械手是否已對多個物料籃全部完成抓籃或放籃，即使可以針對每一物料籃的抓取位置進行檢測，也需要數個傳感器，其成本將更高。

通過對現有相關檢測裝置的分析可以看出，現有檢測裝置不能滿足使用要求的主要原因有：一是檢測用傳感器不能耐酸堿腐蝕，更不能在酸堿溶液中完成檢測工作，導致無法實現對清洗槽中的物料籃進行直接的檢測；二是間接檢測物料籃在輸送機械手抓取鉤上的有無的方式雖可保證對輸送機械手抓取完成情況的檢測，但成本高，結構上難以安排，且同樣存在檢測傳感器防腐蝕的問題。

為了解決這一技術難題，需要尋找或設計一種檢測傳感器或檢測裝置，它不僅能直接感知被清洗的物料籃，而且結構簡單、防水、耐腐蝕。

通過思考與實踐，針對所需的使用場合，可以利用干簧管制作成專用的傳感器來滿足我們的特殊使用要求。解決這一問題的基本思路是：通過采用與物料籃或抓取鉤同質的材料或其他耐腐蝕材料對干簧管與磁鐵零件分別進行封裝，將封裝后的干簧管安裝在清洗槽內或輸送機械手的抓取鉤上，將封裝后的磁鐵零件安裝在物料籃上，物料籃上經封裝后的磁鐵零件的安裝位置與清洗槽內或機械手抓取鉤上經封裝后的干簧管的安裝裝置相對應，在使用過程中，如果在清洗槽內或抓取鉤上的干簧管被在物料籃上的磁鐵零件感應而動作，則說明在相應位置上有物料籃，否則就說明在相應位置上無物料籃，從而可以對物料籃進行直接的檢測。由于干簧管及其導線是被密封安裝的，并且是采用可耐受清洗所用化學液腐蝕的非磁性材料進行密封安裝，物料或物料籃上安裝的磁鐵零件也是被封裝在同樣耐腐蝕的非磁性材料內，所以檢測工作可以在腐蝕性的清洗液中直接進行，且經封裝后不影響磁鐵零件對干簧管的作用。該檢測方式結構簡單、成本低廉、使用可靠、維修方便，可以適應各種特殊及強腐蝕性的使用場合。

上述方法利用封裝在物料籃上的磁鐵零件對封裝在清洗槽內或抓取鉤上干簧管的感應作用來實現對物料籃的檢測，但如果在物料籃上無法進行磁鐵零件的封裝，則似乎就無法實現對物料籃的檢測。為此，我們拓展思路，提出另一解決方案：在輸送機械手抓取鉤上附設一導桿，將干簧管封裝在導桿內下端，在導桿上活套一浮球，浮球可以在導桿上上下活動，在浮球內封裝磁鐵零件，這樣，當機械手進入清洗槽中準備抓取物料籃時，物料籃抓取鉤及其上附設的導桿進入到清洗槽中的清洗液內，此時套裝于導桿上的浮球將由于液體浮力的作用而一直漂浮在清洗液表面，不會影響抓籃動作的實施。當機械手上的抓取鉤實施抓取動作后，抓取鉤處于物料籃上被鉤取部位的下方，抓取鉤向上提升時，物料籃上被鉤取部位就擱置在抓取鉤上，當機械手抓取物料籃向上運動而逐漸脫離液面時，導桿上的浮球與導桿最低端的距離隨之逐漸減小，直到物料籃被提升至液面以上時，浮球的一邊會擱置在物料籃上不再下降，這樣其與導桿內所封裝的干簧管尚有一段距離，浮球內封裝的磁鐵零件不能與干簧管產生作用，這就說明機械手上有物料籃，抓籃動作正確實現；反之，如果機械手沒能正確抓取物料籃，浮球會一直下降到導桿的最低位置，干簧管就會發出信號，表示此時機械手上無籃，說明抓籃動作未能正確實現。往清洗槽內放籃的過程與上述過程相反，當放籃完成后機械手抓取鉤離開液面時，導桿上的浮球應該處于導桿的最低端使干簧管動作，如果機械手未能正確放籃，物料籃會仍處于物料籃抓取鉤上，浮球會擱置在物料籃上，無法使干簧管動作發出相應信號，表明放籃失敗需要人工處置。這樣，由封裝有干簧管的導桿與封裝有磁鐵零件的浮球所構成的物料籃檢測裝置，通過浮球與物料籃之間的接觸與否所帶來的浮球位置的變化來進行物料籃檢測，不僅能直接感知被清洗的物料籃，而且結構簡單，相對于其他傳感器而言，成本大為降低，同時由于所述干簧管及其導線是被封裝于耐腐蝕的非磁性材料導桿內的，磁鐵零件也是被封裝于耐腐蝕的非磁性材料浮球內的，故該物料籃檢測裝置能實現防水、耐腐蝕的目的。

3 檢測裝置的開發應用

根據上述研發思路，我們設計了如圖1、圖2所示的在物料籃上封裝磁鐵零件的檢測裝置和如圖3所示的物料籃上未封裝磁鐵零件的檢測裝置。

圖1 物料籃上封裝磁鐵零件的檢測裝置(整體圖)

圖2 物料籃上封裝磁鐵零件的檢測裝置(局部放大圖)

圖3 物料籃上未封裝磁鐵零件的檢測裝置

在圖1與圖2所示的檢測裝置中，清洗槽1內盛有腐蝕性的清洗液，安裝有物料籃支架4，清洗過程中物料籃2擱置在其上，在物料籃支架4和機械手的抓取鉤3上分別通過PFA軟管7封裝有干簧管6，干簧管6的導線在PFA軟管的保護下引向設備的電控系統，在物料籃2上與各干簧管6相對應的位置封裝有2磁鐵零件5，這樣，通過干簧管6是否被磁鐵零件5感應可以方便地檢測出物料籃2，且可以直接在腐蝕性液體內進行檢測。

在圖3所示的檢測裝置中，物料籃1為通用件，其上無法封裝磁鐵零件，機械手通過抓取鉤桿6及其下端的抓取鉤8鉤取物料籃1上的側邊7來抓取物料籃1，在抓取鉤桿6上通過支架安裝有導桿4，其底端封裝有干簧管5，導桿4上套裝有浮球3，浮球3內封裝有環形的磁鐵零件2，這樣，通過浮球3是否對干簧管5形成感應可以確定抓取鉤8上是否有物料籃，且同樣可以直接在腐蝕性液體內進行檢測。

4 結語

在清洗設備中物料籃的檢測對保證清洗過程的正常進行十分重要，但在液體內檢測，特別是在具有腐蝕性的溶液中對物料籃進行檢測具有一定難度。本文所提出的通過采用耐腐蝕材料分別封裝干簧管與磁鐵零件、采用不同的安裝結構形式的檢測思路及所研發的檢測裝置，可以解決這一難題，且結構簡單、實施方便、成本低廉，能達到很好的使用效果，檢測思路與相應的檢測裝置也可以在其他設備與使用場合加以應用。