一種內壁通氣型檢測機構的研制

王 江，周大威，耿傳熙，張加杰，朱 斌

（邁得醫療工業設備股份有限公司，浙江 臺州 317600）

預灌封注射器是一種將“藥物儲存”和“注射功能”融為一體的注射器，以給藥準確、藥液利用率高、安全便捷等優勢，在歐美國家獲得廣泛認可和應用[1]。最初國內使用的預灌封注射器大部分依賴進口，但由于國外技術壟斷造成價格居高不下，限制了市場擴大。近年來，隨著國產技術實現突破以及國內生物制品的快速發展，預灌封注射器在中國的發展勢頭迅猛。在預灌封注射器生產組裝過程中，針尖通堵檢測是非常重要的工藝流程，由于針尖的細小及產品生產過程中潔凈度要求嚴格，針尖通堵存的檢測更顯重要。

本項目通過潔凈氣源分氣、物料精準定位、定向吹氣、接近感應檢測等技術，向預灌封針筒針尖吹氣充足、穩定，提高了針尖通堵檢測的準確性。

1 設備的結構及工作原理

1.1 內壁通氣型檢測機構的整體結構

內壁通氣型檢測機構裝置主要包括頂升機構、氣流噴針組件、氣流通道和感應機構，如圖1 所示。直線電機攜預灌封針筒到位后，頂升機構將氣流噴槍插入預灌封針筒中，氣流通過噴針向預灌封針筒針尖流向，針尖內孔無堵塞時，氣流通過針尖，經過氣流通道作用在緊貼氣流通道出口的金屬薄片上，使金屬薄片產生形變靠近金屬感應器，完成通堵檢測。針尖堵塞時，則金屬薄片不產生能使金屬感應器感應到的形變。本機構完成了預灌封針筒針尖的通堵檢測，具有結構簡潔、成本低、檢測效率高的特點。

圖1 通氣型檢測機構設計圖

本研究方案核心在于使用氣流壓強對感應薄片造成形變，感應器感應金屬薄片靠近完成檢測，如圖2所示，包括潔凈氣源、氣流噴針、氣流通道、感應組件。氣流截面直徑為0.3 mm 的針尖內壁，進入氣流通道后對水平方向上厚度為0.05 mm 的SUS304 薄片施加推力。最終實現金屬感應器對金屬薄片靠近時的感應。

圖2 感應薄片檢測通氣性原理示意圖

1.2 內壁通氣檢測機構的創新點

采用上述技術方案，提高了針尖通堵檢測的檢測效率與檢測準確率，具有結構簡單、成本低的特點。調試穩定性好，基本無需再對參數進行調整。

2 內壁通氣檢測機構控制系統設計

2.1 控制系統整體設計

整臺設備的控制系統主要任務是吹氣上下伺服運動控制和氣流壓力控制。通過PLC 控制吹氣上下伺服機構實現吹氣上下伺服的實時控制[2]。通過穩定的氣壓來控制吹氣閥的吹氣壓力一定，保證流出針頭的氣流壓力一定來實現推動金屬片達到檢測效果。觸摸屏控制啟動和反饋檢測結果。整機控制方案如圖3 所示。

圖3 控制系統方案圖

2.2 PLC 控制系統

本設備整體控制系統以PLC 為核心[3]，完成氣缸、伺服電機的檢測控制、運動控制和指示燈的控制，同時裝配Proface 觸摸屏實現人機界面交互[4]，硬件模塊布局如圖4 所示。核心的內壁吹氣性檢測工藝是通過控制伺服運動控制達到吹氣位置，通過穩定的出氣量控制通過針筒的流量壓力，推動金屬片完成檢測。圖5為伺服操作畫面，里面集成了伺服所有可操作動作，伺服原先處于初始位，等待動子到位后，上升到吹氣位，在吹氣位進行吹氣動作，然后進行檢測動作。整體控制系統以PLC 為核心，選用了歐姆龍伺服驅動器以及歐姆龍電機、Proface 觸摸屏、正泰電器等硬件。

圖4 硬件模塊布局圖

圖5 檢測上下伺服

整機控制程序較龐大，主要分為公共程序、吹氣上下伺服程序和吹氣檢測控制程序等[4]，能夠實現初始化運行、位置控制、吹氣檢測控制、故障處理等各項任務，PLC 的輸出控制主要是通過直接輸出或者輔助繼電器輔助實現的，相應的IO 信號如表1 所示。

表1 輸入輸出IO 信號

2.3 人機界面設計

本設備使用了Proface 人機界面，通過與PLC 的組態，能夠實現設備運行監控及操作。根據設計的實用性原則，觸摸屏畫面以自動生產畫面為主界面，有設定運行參數、位置參數和手動操作的按鈕窗口，能夠實現參數的設定及手動操作等。

根據設計的實用性原則，觸摸屏畫面以生產畫面為主界面，下設運動參數、工藝設定等子窗口，通過按鈕切換進入。主畫面主要顯示設備實時工況，如圖6 所示。

圖6 人機界面主畫面

3 結論

本設備通過潔凈氣源供氣，氣流道導向、感應器檢測實現金屬薄片的形變與形變后的感應，實現對針尖通堵的準確檢測；同時，通過采用不銹鋼材料，大幅提高機構的潔凈度與使用壽命，為預灌封針筒的組裝提供了很好的實驗和中試驗證基礎。