板材次品移除機(jī)的設(shè)計

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]。

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

1 次品移除機(jī)設(shè)計

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，對板材次品移除機(jī)進(jìn)行設(shè)計，其重點(diǎn)在于產(chǎn)線以雙通道形式設(shè)計，需要對兩個通道內(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，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，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(jī)細(xì)節(jié)設(shè)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(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)備對接不良檢測機(jī)構(gòu)，當(dāng)檢測到次品板材時，發(fā)送信號給PLC系統(tǒng)，來料阻擋機(jī)構(gòu)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(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，氣缸帶動導(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(shè)計

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、移載等動作，且這些動作的動力源均為電機(jī)驅(qū)動和氣缸驅(qū)動，動作重復(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]。通過對各個電機(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，并將采樣信號反饋給PLC系統(tǒng)，若出現(xiàn)錯誤則發(fā)出警告[6]。同時在板材進(jìn)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(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

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；使用定時器實(shí)現(xiàn)電磁閥的準(zhǔn)時關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)各氣缸的準(zhǔn)時動作。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

4.1 設(shè)備試驗

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，通過對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)對來料板材進(jìn)行篩選排除，最后對次品收集盒內(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 試驗結(jié)果

表1 板材次品移除試驗條件

根據(jù)實(shí)驗結(jié)果可得表2。

通過試驗結(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

本文針對板材自動化生產(chǎn)的需求，設(shè)計了一種全自動化板材次品移除機(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)全自動化生產(chǎn)，消除了人工操作對產(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。