棉花預平衡樣品自動取樣連續檢測系統的研究

連素梅 李 朋 劉 俊 王 銘 傅科杰

(1.石家莊海關，河北石家莊，050051；2.烏魯木齊海關，新疆烏魯木齊，830011；3.青島海關，山東青島，266555；4.寧波海關，浙江寧波，315100)

隨著科學技術在棉花產業的發展應用，傳統的感官檢測或單一指標測試儀逐漸被大容量棉花快速測試儀(簡稱HVI)所替代。根據現行國家棉花檢測標準，使用HVI檢測棉花樣品之前，必須在恒溫恒濕室靜置平衡24 h以上，恒溫恒濕室的空氣環境控制在溫度(20±2)℃，相對濕度(65±3)%。目前，棉花樣品平衡過程大都是在檢測室中進行，將檢測室設置成恒溫恒濕的獨立空間，同時作為平衡室和檢測室使用，即一室兩用[1]。這種情況存在種種弊端，不利于樣品的溫濕度平衡。因此，需要對棉花樣品恒溫恒濕實驗室進行科學合理的布局設計并開發一種能夠連續進行棉花樣品輸送和檢測的方法，是本領域急需解決的問題。

1 現行棉花恒溫恒濕實驗室布局及存在的問題

根據棉花檢驗標準的要求，棉花檢驗實驗室需配備恒溫恒濕實驗室，用以對棉花樣品進行溫濕度平衡預處理。目前棉花實驗室的布局設計主要存在兩種方式：一是平衡處理室與檢測室分開，當樣品在平衡室完成溫濕度處理滿24 h后，人工將這些樣品從平衡間移至檢測室進行檢測，如圖1所示；二是樣品平衡間與檢測室設置為同一個房間，棉花樣品與檢測設備均處于同一恒溫恒濕環境中，樣品平衡處理好后可直接進行檢測[2]，如圖2所示。

圖1 平衡室與檢測室分開布局

圖2 平衡室與檢測室在一起布局

上述棉花恒溫恒濕實驗室的設計布局存在如下不足。

(1)單獨設置溫濕度平衡間的實驗室由于需要將棉花樣品統一放置到房間內進行平衡，就使得工作人員在存取樣品時頻繁進出該房間，尤其是在檢測工作量比較大房間內樣品流動頻繁的情況下，使得平衡間內溫濕度會因此發生大幅度變化，不利于房間的溫濕度控制，影響樣品回潮率平衡效果及檢測結果。

(2)未單獨設置樣品平衡室，檢測室同時作為平衡室使用，往往需要兼顧樣品和儀器所占用空間，其房間面積往往較大從而加大了實驗室溫濕度控制的難度，導致恒溫室故障率較高，影響檢測效率和結果的準確性。

2 棉花溫濕平衡樣品自動連續取樣系統的設計及工作原理

2.1 工作原理

針對上述兩種恒溫恒濕室布局設計存在的問題，為了最大程度減少影響溫濕度的不利因素，棉花溫濕平衡樣品自動連續取樣檢測系統(以下簡稱連續取樣檢測系統)設計為單獨設置樣品平衡室，從而降低外界環境、檢測設備以及人員對平衡間環境的干擾影響，同時還需要避免人員進出平衡間造成的溫濕度波動。

連續取樣檢測系統是將平衡室和檢測室隔離開，同時將平衡室和檢測室均設置為恒溫恒濕的獨立空間，兩室緊鄰，在平衡室內安裝升降機器人用以識別、抓取待檢樣品，貫穿平衡室和樣品室安裝輸送帶，用以傳送待檢樣品[3]。具體工作原理為，當待檢樣品在平衡室達到平衡時間要求后，位于檢測室的檢測人員直接下達指令通過升降機器人將裝有待檢樣品的平衡筐移動到輸送帶上，輸送帶將平衡筐輸送至檢測室備檢。由于平衡室和檢測室均為恒溫恒濕空間，因此待檢樣品進入檢測室后能夠及時進行檢測。整個過程都由檢測人員操控，而且無需人員出入平衡室和檢測室，實現自動取樣連續檢測，最大程度減少對平衡及檢測環境的溫濕度影響，可確保檢測結果準確性，有利于檢測效率的充分提高。

2.2 結構設計

連續取樣檢測系統(圖3)，主要包括兩套平衡架2、軌道3、升降機器人4和輸送帶5，輸送帶位于平衡室1內且其另外一端伸入檢測室7內，兩套平衡架位于平衡室內、且相對設置在輸送帶兩側，平衡架用于放置平衡筐，每套平衡架與輸送帶之間設置一套軌道，升降機器人(圖4)安裝在軌道上、且可沿軌道滑動，升降機器人用于從平衡架上取出平衡筐，并將平衡筐置于輸送帶上，輸送帶用于將平衡筐從平衡室輸送到檢測室[4]。

圖3 連續取樣裝置設計布局圖

1-平衡室;2-平衡架;3-軌道;4-升降機器人;5-輸送帶;6-檢測臺;7-檢測室

平衡架為框架結構，平衡架上設置至少兩列平衡筐容納空間，每列至少放置兩套平衡筐，平衡筐與平衡架滑動配合。

平衡筐為上開口的矩形箱體結構，其側板和底板上分別開設透氣孔，平衡筐的底板下表面對稱設置兩道條形滑塊，平衡架上的容納空間底部固定設置兩套條形滑槽，條形滑塊與條形滑槽滑動配合，平衡筐的底板下表面中部還設有與條形滑塊平行的齒條。

升降機器人(圖4)是連續取樣檢測裝置的關鍵核心部分，主要包括支撐板1、升降液壓缸2、四根導柱3、托板4、平衡筐5、滑塊6、齒輪7、平移電機和平移液壓缸8，支撐板底部設置四套行走輪9，四套行走輪呈矩形布置、且行走輪的軸線與軌道10延伸方向垂直，其中一套行走輪借助于減速箱連接行走電機[5]，托板借助于導套與導柱滑動配合，托板頂面平行設置兩套滑軌，滑板通過底面上設置的燕尾滑塊與兩套滑軌滑動配合，托板中部設置矩形缺口，滑板下表面固定安裝貫穿矩形缺口的連板，托板下表面固定安裝平移液壓缸[6]，平移液壓缸的活塞桿端部與連板下端鉸接，滑板中部前端開設矩形缺口，滑板前端下表面固定安裝平移電機，平移電機的動力輸出端固定安裝齒輪，齒輪上邊緣位于滑板中部前端的矩形缺口內，齒輪用于取出平衡筐時與平衡筐底部的齒條嚙合，滑板下表面設置兩套平移電機和兩套齒輪，兩套平移電機對稱設置。

圖4 升降機器人結構示意圖

1-支撐板;2-升降液壓缸;3-導柱;4-托板;5-平衡筐;6-滑塊;7-齒輪;8-平移液壓缸;9-行走輪;10-軌道

2.3 工作程序

連續取樣檢測系統，具體通過如下步驟實現。

(1)利用自動取樣機器人從平衡室內取樣。

(2)利用輸送帶將棉花樣品從平衡室輸送至檢測室。

(3)實現對棉花樣品進行連續在線檢測。

3 結論

通過將平衡室和檢測室隔離開，在平衡室設置自動取樣裝置，并在平衡室與檢測室之間設置輸送帶，輸送帶用于將棉花樣品自動輸送至檢測室，檢測人員無需頻繁出入平衡室和檢測室，最大程度降低對平衡室和檢測環境的干擾影響。

升降機器人既可以沿著軌道縱向運行，還可以升降，便于從平衡架的不同位置取出平衡筐，并將平衡筐準確放置在輸送帶上，提高自動化程度。