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红外线自动检测验瓶机的机械设计

2004/11/25 11:00:00

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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。

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