红外线自动检测验瓶机的机械设计

⒈ 引言 　　随着啤酒行业的快速发展，啤酒生产技术不断更新，生产规模不断扩大，目前国产的生产线已达到36000瓶/小时，国外先进的生产线已达到60000瓶/小时。在如此高速的生产线上，采用人工灯光检验是根本不可能的，所以新的生产线上都配备了自动验瓶机。全自动验瓶机是集光、电、机于一体的高科技产品，由于其技术复杂、设计精巧，目前尚无国产机型问世，各企业均是引进国外设备。由于国外产品的价格非常昂贵，限制了中小企业的使用，并且增加了包装成本。因此需要开发性能优越、价格较低的机型，适应于中小企业使用。 　　我所对该项目进行了深入的调查研究，分析比较了国外的几种机型，并听取了多家用户的意见，设计出了适应于我国啤酒、乳品等行业的YPJ-20型红外线自动检测验瓶机。本文将该机型的机械原理及结构设计要点提供给大家，为开发自动验瓶机的设计工作者提供一些参考。 ⒉ 该机的基本特点 　　该机采用高分辨率固态摄像机为成像数据采集器，对经过该机的玻璃瓶的瓶口、瓶身、瓶底快速成像，通过与计算机内的标准模型比较，发现瓶口、瓶身、瓶底有破损或裂纹的瓶子；运用红外线残留物检测装置，将瓶底的少量残留物检出后与设定值进行比对，发现超标的瓶子。然后当不合格的瓶子输出该机时，自动启动推瓶装置，将不合格的瓶子自动检出。该机准确率达100%，最高处理速度可达72000瓶/小时，可以和最先进的啤酒生产线配套。 ⒊ 该机的基本组成及工作原理 　　该机主要由传动系统、速差传送装置、光学成像系统、红外线残留物检测装置、推瓶装置、分瓶装置和计算机比照控制系统组成。其工作过程如下：当瓶子由输送带传输至该机后，由二对特制的橡胶皮带将瓶子夹住，并向前继续输送，由于二对皮带有一定的速差，瓶子在作直线运动时有一定的自转运动，故能得到不同位置的瓶身图像；由于速差传送装置的速度要略快于输送带的速度，在速差传送装置上，瓶子之间有一定的距离，当瓶子经过光学成像系统时，快速得到高质量的成像信息；当计算机得到某个瓶子的成像信息后，迅速与储存的标准模型进行比较，判别是否合格，并通知推瓶器；当瓶子从速差传送装置下来时，又落在履带输送系统上，向前输送；在履带输出系统上，安装了二个气动推瓶装置，它们受控于计算机，一个推出破损或有裂纹的瓶子，另一个推出瓶内有异物或残留水超标的瓶子，合格的瓶子继续输送至下一台设备；有破损或裂纹的瓶子被推出后，即落入收瓶箱内，而残留物超标的瓶子被推出后，进入分瓶装置，逐渐降低瓶速，最后稳稳地进入收瓶箱内。 　　本机的技术线路如下：进瓶履带输送——瓶口检测——第一侧面检测——进入速差传送装置——瓶底检测——第二侧面检测——红外线残留物检测——有缺陷剔除——残留物超标剔除——出瓶履带输送至下一台设备。 　　该机的技术要点主要有三个。一是速差传送装置，其功能主要是为光学成像提供合适的瓶位，难点在于设计精巧、加工精确、材料特殊，输瓶的稳定性是该机运行可靠性的关键。二是光学成像系统和红外线残留物检测装置，这是该设备的关键技术。当瓶子经过光学系统时，光源发出闪光脉冲，通过一组反光镜。使光线经被测物体反射到摄像机，成像后输入计算机。红外线残留物检测装置采用非接触式的RF系统，快速、灵敏地将瓶底的少量残留物检出后与设定值比对。以上检测技术已被国内多家机构所掌握，并成功运用于其他领域，可以借鉴。三是计算机比对控制系统，对获取的成像信息建立模型并与标准模型比较，获得判断后控制执行元件。该机的软件系统须自主开发。 ⒋ 主要部件及结构设计 ⒈机架 ⒉速差传送装置 ⒊第一推瓶器 ⒋第二推瓶器 ⒌出瓶履带 ⒍马达Ⅰ ⒎马达Ⅱ ⒏分瓶装置 ⒋⒈ 传动系统 如图1所示，整个设备有二个动力源。一台马达带动输瓶装置，包括进、出瓶履带输送和速差传送装置。瓶子经过该机的输送速度可以分成三段：进瓶履带输送、速差传送、出瓶履带输送，其速比是1︰1﹒1︰1。速差传送带的速度略高于履带速度，这样可以保证成像时瓶与瓶之间有一定的间隔。马达安装于出瓶装置处，先带动出瓶履带，通过履带将动力传给出瓶履带从动轮，由出瓶履带从动轮轴通过同步带带动进瓶履带主动轮轴，进而带动进瓶履带；同时，由出瓶履带从动轮轴通过锥齿轮将动力传给速差输送装置。所以这三个输瓶装置的动作配合非常好。另一台马达带动分瓶装置，通过三级链轮减速，逐渐降低履带输送速度。 ⒋⒉ 速差传送装置 　　该装置的结构如图2所示，主要由复合橡胶带、带轮、传动轴、万向节和丝杆装置组成。其功能主要是由复合橡胶皮带夹住瓶身，使瓶子脱离履带向前输送，同时，由于皮带有一定的速差，瓶子还有一定的自转运动。要完成此功能，必须做到：复合橡胶带的间距要合适，故设计了丝杆装置，用于调节皮带间距；橡胶带和瓶子间的摩擦力要合适，故橡胶带须由特殊复合材料制成，须设计橡胶带的张紧和垫靠装置；由于橡胶带之间的距离要调整，传动的位置也会发生变化，故传动须用万向节联接；另外，由于速度快且摩擦力较大，该部分零件发热比较严重，在设计时必须注意此问题。 ⒋⒊ 分瓶装置 　　该装置主要采用多排履带并逐级减速的输送方式。如图3所示，采用链轮传动方式，分四级减速，共设计有六排履带。因瓶内残留物超标而被推出输瓶履带的瓶子在进入分瓶装置后，经过四级减速，至最后的三条履带上，然后稳稳地收入收瓶箱中，以防止瓶子破裂。 ⒌ 结束语 　　以上介绍了该机的工作原理及主要的机械装置，另有一些装置，如推瓶装置（主要由计算机控制汽缸动作来完成）、光电元器件的安装及调整装置、机架结构等，由于与一般的设备结构相似，这里不做一一介绍。 由于该类设备国产机型尚未问世，故将我所对该机的研究心得提供给大家，为该机型早日国产化尽一份力量。 参考文献： 〔1〕徐灏，主编. 机械设计手册. 北京：机械工业出版社，1991. 〔2〕辛一行，主编. 现代机械设备设计手册. 北京：机械工业出版社，1996. 　　作者简介：王庄勇（1967—），男，机械工程师，浙江人，毕业于大连理工大学，专业方向：从事多年包装机械设计。