陶瓷馬賽克外墻磚全自動定距分布式吸取方法研究*

劉　杰　董關平

(佛山科學技術學院機械與電氣工程學院　廣東 佛山　528000)

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陶瓷馬賽克外墻磚全自動定距分布式吸取方法研究*

劉杰董關平

(佛山科學技術學院機械與電氣工程學院廣東 佛山528000)

摘要通過分析陶瓷馬賽克的鋪貼的整個過程，對鋪貼工藝進行深入分析研究，結合工廠實際要求，研究出一種定向間距行列式吸盤鋪貼方法，并列出該方法的工作原理及設計簡圖。實驗結果表明，該方法能有效提高工作效率，同時能減少工人的勞動強度。

關鍵詞陶瓷馬賽克外墻磚分布式吸取吸盤PLC

前言

馬賽克經歷了陶瓷馬賽克、大理石馬賽克,現已進入玻璃馬賽克的蓬勃發展期[1]。陶瓷馬賽克是一種小規格的彩飾玻璃面瓷磚。一般規格為20 mm×20 mm至40 mm×40 mm不等，厚度為4～6 mm。它主要由天然礦物質或玻璃粉制成，是一種安全環保材料，具有耐酸堿，耐腐蝕，不褪色等特性，是最適合裝飾衛浴間墻地面的材料，其主要生產方法有熔融法和燒結法。馬賽克在游泳池、科技館、影劇院、電視塔、幼兒園、游樂場所、花臺水榭、庭院樓閣、廟苑寺宇、衛浴、舞廳、溜冰場、酒吧、俱樂部等應用較為普遍，且發光效果突出。它應用范圍廣，使用量大，但是目前現有的陶瓷廠在生產陶瓷馬賽克時還存在一些問題，如生產工序較復雜，大部分生產工藝都是將馬賽克磚體經過吸取定位后，由鋪貼機執行切紙、鋪貼、粘板、烘干、翻轉工藝，最后打包出廠投入市場[2]。因其生產需要的人工多，勞動成本高，導致銷售價格高。同時，還受到鋪貼板質量，工人熟練程度及工廠實際生產環境影響，產量也一直難以提升。在生產控制方面，可編程控制器正在成為工業控制領域的主流控制設備,在各行各業發揮著越來越大的作用，在陶瓷行業已經得到廣泛使用[3]。鑒于此，我們研究出一種基于PLC控制的鋪貼吸盤結構，并經過多次試驗，該機構能有效提高馬賽克外墻磚的鋪貼工作效率，在行業內具有一定的借鑒作用。

1結構設計

1.1工作過程

以規格為40 mm×40 mm通體馬賽克外墻瓷磚為例，其正面一般都較為平整光滑，背面為粗糙面，且具有一定的空隙，多數背面是由多條溝槽組成，使背面與光滑面接觸時不宜發生粘結或吸附。陶瓷廠實際生產過程中，一般都經過平皮帶整列之后，再通過機械手吸盤將整列之后的整體分列成等距排列的標準版面構造，主要存在的問題是如何研究出一種吸取方法，可以實現自動快速固定間距式鋪貼，以取代目前陶瓷廠現有的勞動密集型鋪貼板式手動半自動鋪貼方式。

1.2結構設計

根據工作要求，該系統因涉及與機械手之間的安裝定位，我們設計了安裝定位支架。由于該支架屬于快速移動支架，就要求該系統具有強度高，質量輕，慣性小等特點，其中支架部分要求最為嚴格，我們使用的一種由普通材料經過處理后，材料強度得到明顯提升。在工藝方面，由于目前焊接技術存在一定的缺陷，主要是由于工人的熟練程度導致焊接不牢固，而該機械系統又需要24 h運行，整體焊接框架若由于疲勞斷裂，維修對陶瓷廠會產生直接的經濟損失，且維修非常不方便；同時焊接容易產生變形，變形會導致吸盤面部不平整，吸盤面部的不平整又直接決定吸取效果，而且容易產生漏吸等現象，同時調平是一項非常繁瑣的工作。結合這些缺陷，我們改成使用定位孔安裝方法，此方法對材料處理前的定位孔位置要求嚴格，但后期工作量明顯減少，同時若在生產工程中發生問題，更換標準件對維修工人來說就變得比較容易，減少了維修時間及經濟損失，安裝支架示意簡圖如圖1所示。

在實現定位方面，是由氣缸、直線軸承、定位桿及定位支架組成定位系統。定位桿采用兩條直徑為25 mm，長度為530 mm鍍金屬鉻的材料，目前鍍鉻工業在世界電鍍行業中占據著舉足輕重的地位,優質的鍍鉻層具有很好的耐磨性和化學穩定性,可以長久裸露在空氣中而保持顏色光澤不變[4]。兩端與安裝支架以緊定螺釘固定，該材料表面粗糙度低，耐腐蝕，能適應陶瓷廠生產環境。框架定位由多組安裝有直線軸承的吸盤組件共同組成；吸盤組件由吸盤腔體，氣孔吸氣口及多組橡膠吸嘴組成，與結合控制程序該系統能實現將馬賽克磚體自動準確放置所要求的位置，該裝置整體框架機械結構示意簡圖如圖2所示。

在工作過程中，整個吸盤組件由一個上下方向的氣缸控制Z軸運動位移，X軸方向前方中間角鐵安裝有氣缸，該氣缸與吸盤支架相連，氣缸在進氣過程中，氣缸頂桿帶動支架整體移動，各吸盤組件由于定位連接件作用，運行時保持一定距離，也可根據具體實際要求，通過定位連接件之間的距離控制各磚體之間的距離，完成吸取磚體之后，吸盤組件保持吸氣狀態，由Z軸氣缸控制向上運動，同時機械手系統控制該組件移動至預定位置，到達預定位置Z軸氣缸控制向下運動，同時吸嘴組件氣缸控制閥打開，使得組件內氣壓與大氣壓等值，防止磚體因內組件腔體內氣壓大釋放產生的沖擊力而發生偏移，釋放磚體之后，Z軸氣缸控制整個支架向上運動，X軸氣缸收縮使各組件靠緊，機械手系統控制整體回到初始位置，在生產過程就是該過程重復運行。

圖2整體框架機械結構示意圖

Fig.2Mechanical structure sketch of entirety framework

2控制系統

表1　PLC的I/O分布

由于陶瓷廠設備要求1天24 h連續運行，故要求控制系統故障率要低，能適應陶瓷廠高溫及多粉塵的工作環境要求，同時還要求成本低、維修方便。可編程程序控制器(PLC)技術是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動化技術和通訊技術的一種新型工業控制裝置，是對傳統繼電器—接觸器控制系統的改進[5]。它結構簡單、編程方便、可靠性高，已廣泛用于工業自動化控制，PLC及氣動控制，目前在前陶瓷行業應用也比較廣泛。該機構控制系統也是基于PLC控制系統完成工作。PLC主要發送Z軸及X軸氣缸的開合信號及接收關電開關、行程開關的信號，光電傳感器利用瓷磚釉面體對光束的反射，由同步回路選通電路，實現托板位置的檢測，位置采集信號以1 ms的響應速度傳送至模塊并進行判斷[6]，主要PLC的I/O分布如表1所示。

3結語

該馬賽克外墻磚定距分布式吸取系統，不僅在一定程度上可以幫助企業節能降耗，還可實現快速準確的外墻磚磚體吸取放置功能。目前陶瓷廠馬賽克鋪貼方式多種多樣，主要工藝都是將較小的磚體通過各種方法放入預先設置好的模板空位中，正是基于此原理，對放置的工程進行研究分析，以機械自動方式替代人工方式，在放置方式方面給以一定的設計改進。該系統目前使用情況穩定，適合在陶瓷鋪貼過程中使用，但該系統也有一定的不足，主要表現為：雖然人工鋪貼速度慢，但人的主觀性可以減少一些，由于空缺或吸入殘缺磚體而導致次品出現。在機械化過程中，雖然速度快，效率高，但也存在一些不足，如磚體殘缺而導致吸嘴空吸，使得整個版面缺磚，同時又缺乏自動檢查功能，導致次品出現，該系統還有很多需要改進的方面，如增加空位檢查系統，廢品排除功能等，雖然存在不足，但仍具有一定的借鑒作用。

參考文獻

1曾少芳,楊家強.談玻璃馬賽克外墻裝飾.廣東建筑裝飾,2003(2):56

2董關平,范彥斌.基于MCGS及PLC的陶瓷外墻磚全自動鋪貼系統的設計.中國陶瓷,2015,51(7):59～63

3楊錦尊.可編程控制器的特點及其發展動向.現代電子技術,2007(14):1～2

4梁奇峰.鍍鉻工藝及其研究進展.廣東化工,2007(11):67～68

5汪曉光.可編程控制器原理及應用.北京: 機械工業出版社,2006

6王云剛,陳文燕.基于MCGS和PLC的水位自動控制系統設計.測控技術,2014,33(1):96～103

Research the Method on Full-automatic Constant Distance for Distributed Suck Ceramic Mosaic

Liu Jie,Dong Guanping(Department of Mechanical and Electrical Engineering, Foshan University,Guangdong,Foshan,528000)

Abstract:Through the analysis of the whole process of the pave for ceramic Mosaic, in-depth analysis and research about the pave process, combined with the factory actual requirements, propose a kind of named of orientation separation distance determinant sucker method of pave, and give out sketch and operating principle of the design, experimental results show that, this method can effectively improve the work efficiency, can also reduce the labor intensity of workers.

Key words:Ceramic external tile mosaic; Distributed suck; Sucker; PLC

中圖分類號：TP205

文獻標識碼：A

文章編號：1002-2872(2016)03-0030-04

作者簡介:劉杰(1983-),博士，講師；主要從事陶瓷機械自動化、數控系統等方面的研究。

*基金項目：廣東省自然科學基金項目(項目編號：2014A030310301)；廣東省公益研究與能力建設專項(項目編號：2014A010106002)；佛山市科技攻關項目(項目編號：20141020149)。