高速全自動大桶水檢漏裝置設計

劉彩云， 章培成， 劉理正， 湯海斌， 鐘林源

(杭州娃哈哈集團有限公司， 浙江 杭州 310018)

近年來，人們對各種純凈水及礦泉水的需求不斷增長，大桶水由于價格低廉及服務到位使其市場占有率得到了廣泛提升。市場需求的增加及桶型的多樣化，使得原有生產線產能及各項指標都很難適應市場發展，檢漏裝置作為空桶安全檢測的重要設備，優化改造勢在必行。目前，在大桶水生產過程中，大多是采用回收桶循環使用的方式。回收桶難免會有破裂、穿孔等情況，在進行后續處理之前須將其剔除。通常采用人工目測方法，即人工將空桶拿起對著光線詳細檢查是否有裂紋或像砂粒般大小的孔眼，從而判斷該桶是否繼續使用。人工檢漏方式成本高，且極易出現漏檢誤檢情況。另一種檢測方式是將空桶充氣，然后浸入水中，通過觀察水中是否冒泡判斷空桶是否是漏桶。這種方法，也需要人工判斷，產能和準確率也較低，不能實現自動檢漏。誤檢率高導致產品投訴率高，造成生產及運輸成本升高，因此急切需要一種高速全自動檢漏裝置[1]。

1 全自動大桶水檢漏裝置的主要技術要求

目前，大桶水生產線上，檢漏的速度能否跟上生產節拍、檢漏準確率能否達到工藝需求以及是否對回收桶造成破壞是需要考慮的幾個主要因素。筆者設計全自動大桶水檢漏裝置的主要技術要求：①檢漏的水平與工藝需求相適應；②檢漏的速度要與整條生產線的生產需求相匹配；③對回收桶的破壞性小；④設備運行平穩，適用性廣；⑤操作維護簡單便捷。

根據提出的技術要求，確定了全自動檢漏裝置的6個主要技術參數，如表1所示。

表1 全自動檢漏裝置主要技術參數

2 主要結構及工作原理

高速全自動大桶水檢漏裝置如圖1所示，主要包括輸送模塊、檢漏模塊、電氣模塊、踢桶模塊、不良品儲存模塊及主機架6個部分。回收桶通過輸送模塊進入到檢漏模塊，進行檢漏，檢漏模塊完成檢測后，已測空桶則移動至輸送帶上，通過踢桶模塊時合格桶進入下道工序，不合格桶則進入不良品儲存模塊。該設備除間歇卸下不合格桶的操作外，其余動作全是通過PLC自動控制完成。

1—輸送模塊；2—電器模塊；3—主機架；4—檢漏模塊；5—踢桶模塊；6—不良品儲存模塊。

2.1 輸送模塊

輸送模塊主要由輸送鏈板、驅動電機和抱桶組件構成[2]。考慮到大桶水線空氣潮濕，輸送鏈板采用不銹鋼材料。在輸送鏈板上裝有2套抱桶裝置。一套用于第1個工位回收桶的定位，當回收桶到達檢漏裝置的第1個工位時，對該工位的回收桶進行定位。另一套用于下一組回收桶的限位，當檢漏8個工位都滿桶之后，為防止后續的回收桶擠壓，也為了保證產能而不停止輸送鏈板，抱桶裝置對后續回收桶進行攔截。最后檢漏完成的回收桶通過輸送模塊進入到下一工序。

抱桶組件主要由1對抱桶爪、2個抱桶氣缸和氣缸固定架組成，結構如圖2所示，對回收桶進行定位和限位。

1-抱桶爪；2-抱桶氣缸；3-氣缸固定架。

2.2 檢漏模塊

檢漏模塊主要由8組檢漏裝置和固定架組成，如圖3所示。采用的檢漏原理是利用真空壓力檢測[3]。檢漏組件如圖4所示，主要由檢漏氣缸、導向桿、氣缸固定板、浮動接頭、壓力傳感器、檢漏頭和進氣口組成。檢漏模塊通過螺釘固定在主機架上，根據不同高度的桶型，整個模塊在機架高度方向課進行調整，滿足多種桶型的要求。

圖3 檢漏裝置Figure 3 Leak detection device

1—檢漏氣缸；2—導向桿；3—氣缸固定板；4—浮動接頭；5—進氣口；6—壓力傳感器；7—檢漏頭。

回收桶進入到檢漏工位后，檢漏氣缸下壓，利用檢漏頭里的硅膠墊壓緊桶口，然后壓縮空氣經過進氣口進入到桶內，壓力值達到90 kPa后，充氣電磁閥關閉，進行保壓。所設計的程序根據保壓段的壓力下降斜率及保壓結束的壓力值來判斷桶的好壞。保壓結束后排氣電磁閥工作1 s，隨后檢漏氣缸上升。

2.3 踢桶模塊

踢桶模塊由氣缸、橡膠墊和固定板組成，如圖5所示。主要功能是利用氣缸將不合格桶剔除，從而達到檢漏的目的。

圖5 踢桶模塊Figure 5 Barrel kicking module

2.4 電氣控制模塊

電氣控制元件主要有氣缸電磁閥、氣源組件及控制按鈕。電氣控制系統采用西門子SIMATIC S7-300系列PLC。該控制系統的一大優點是可以通過工作站進行遠程控制[4-8]。

PLC通過控制電磁閥的閥芯變位來實現氣缸活塞桿的伸縮，以完成對桶的定位、限位和剔除動作。PLC記錄壓力傳感器的變動，找出不合格桶；在桶輸送至剔除工位時PLC控制氣缸將不合格桶剔除。為了防止實際操作中出現人為誤操作和電器元件故障，在控制程序中添加了人工操作模塊；實際應用時自動控制和人工操作可以自由切換，便于更快捷地處理突發狀況。

3 檢漏試驗

在試驗過程中，分別使用2個量程為1 MPa和160 kPa的壓力傳感器，對30只桶進行0.5 s時間內的壓降檢測。考慮到檢測壓力高于90 kPa時容易炸桶，使回收桶受到破壞，因此檢測壓力選擇90 kPa。

檢測統計數值對比如圖6所示，橫坐標為檢測的30只桶的壓降值，縱坐標為擬合后的概率密度。將目標值+3 s值定義為上規格值，也就是說正常桶檢測得到超過上規格的概率低于0.27%，可以認為上規格值可以作為判斷是否漏桶的判定值。從圖6可以看到，量程為1 MPa和160 kPa的上規格分別是1.55 kPa和1.14 kPa，也就是說采用1 MPa量程的壓力傳感器，檢測到壓降超過1.55 kPa才能判斷為漏桶，而采用160 kPa量程的壓力傳感器，只要1.14 kPa就能檢查出漏桶，相對精度比前者要高。

圖6 檢測壓90 kPa，時間0.5 s時2種量程下的壓降對比Figure 6 Comparison of 90 kPa detection pressure and 0.5 s pressure drop at two ranges

用以上2種檢驗判定漏桶方法，分別對桶身帶有1.00，0.75和0.50 mm破壞孔的回收桶進行檢漏效果的驗證。結果發現：采用160 kPa量程傳感器檢測，帶有1.00和0.75 mm破壞孔的回收桶被100%檢測出來，帶有0.5 mm破壞孔的回收桶檢測率達到90%；采用1 MPa量程傳感器檢測，帶有1.00 mm破壞孔的回收桶檢測率為100%，0.75 mm破壞孔的回收桶檢測率為50%，0.5 mm破壞孔的回收桶檢測率為0%。根據以上試驗檢測結果，選用了160 kPa量程的壓力傳感器。

4 結語

針對現有大桶水生產過程中回收桶檢漏效率低、錯檢率高和人工勞動強度大的現狀，筆者設計了一種高速全自動檢漏裝置。采用了真空加壓的檢測方案，檢漏準確率高，結構簡單，加工成本低；電氣控制系統采用PLC控制方式，可以做到準確剔除。通過在生產線中的實際投放結果表明：該裝置不僅提高了生產效率，同時降低了人工成本，操作人員可減少80%。同時該裝置與現有的檢漏方法相比，準確率更高，加工成本低，操作和維護簡單，適合各種生產線。