劉　杰　董關(guān)平

(佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院　廣東 佛山　528000)

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陶瓷馬賽克外墻磚全自動(dòng)定距分布式吸取方法研究*

劉杰董關(guān)平

(佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院廣東 佛山528000)

摘要通過分析陶瓷馬賽克的鋪貼的整個(gè)過程，對(duì)鋪貼工藝進(jìn)行深入分析研究，結(jié)合工廠實(shí)際要求，研究出一種定向間距行列式吸盤鋪貼方法，并列出該方法的工作原理及設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能有效提高工作效率，同時(shí)能減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞陶瓷馬賽克外墻磚分布式吸取吸盤PLC

前言

馬賽克經(jīng)歷了陶瓷馬賽克、大理石馬賽克,現(xiàn)已進(jìn)入玻璃馬賽克的蓬勃發(fā)展期[1]。陶瓷馬賽克是一種小規(guī)格的彩飾玻璃面瓷磚。一般規(guī)格為20 mm×20 mm至40 mm×40 mm不等，厚度為4～6 mm。它主要由天然礦物質(zhì)或玻璃粉制成，是一種安全環(huán)保材料，具有耐酸堿，耐腐蝕，不褪色等特性，是最適合裝飾衛(wèi)浴間墻地面的材料，其主要生產(chǎn)方法有熔融法和燒結(jié)法。馬賽克在游泳池、科技館、影劇院、電視塔、幼兒園、游樂場(chǎng)所、花臺(tái)水榭、庭院樓閣、廟苑寺宇、衛(wèi)浴、舞廳、溜冰場(chǎng)、酒吧、俱樂部等應(yīng)用較為普遍，且發(fā)光效果突出。它應(yīng)用范圍廣，使用量大，但是目前現(xiàn)有的陶瓷廠在生產(chǎn)陶瓷馬賽克時(shí)還存在一些問題，如生產(chǎn)工序較復(fù)雜，大部分生產(chǎn)工藝都是將馬賽克磚體經(jīng)過吸取定位后，由鋪貼機(jī)執(zhí)行切紙、鋪貼、粘板、烘干、翻轉(zhuǎn)工藝，最后打包出廠投入市場(chǎng)[2]。因其生產(chǎn)需要的人工多，勞動(dòng)成本高，導(dǎo)致銷售價(jià)格高。同時(shí)，還受到鋪貼板質(zhì)量，工人熟練程度及工廠實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境影響，產(chǎn)量也一直難以提升。在生產(chǎn)控制方面，可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備,在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用，在陶瓷行業(yè)已經(jīng)得到廣泛使用[3]。鑒于此，我們研究出一種基于PLC控制的鋪貼吸盤結(jié)構(gòu)，并經(jīng)過多次試驗(yàn)，該機(jī)構(gòu)能有效提高馬賽克外墻磚的鋪貼工作效率，在行業(yè)內(nèi)具有一定的借鑒作用。

1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1工作過程

以規(guī)格為40 mm×40 mm通體馬賽克外墻瓷磚為例，其正面一般都較為平整光滑，背面為粗糙面，且具有一定的空隙，多數(shù)背面是由多條溝槽組成，使背面與光滑面接觸時(shí)不宜發(fā)生粘結(jié)或吸附。陶瓷廠實(shí)際生產(chǎn)過程中，一般都經(jīng)過平皮帶整列之后，再通過機(jī)械手吸盤將整列之后的整體分列成等距排列的標(biāo)準(zhǔn)版面構(gòu)造，主要存在的問題是如何研究出一種吸取方法，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)快速固定間距式鋪貼，以取代目前陶瓷廠現(xiàn)有的勞動(dòng)密集型鋪貼板式手動(dòng)半自動(dòng)鋪貼方式。

1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)工作要求，該系統(tǒng)因涉及與機(jī)械手之間的安裝定位，我們?cè)O(shè)計(jì)了安裝定位支架。由于該支架屬于快速移動(dòng)支架，就要求該系統(tǒng)具有強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，慣性小等特點(diǎn)，其中支架部分要求最為嚴(yán)格，我們使用的一種由普通材料經(jīng)過處理后，材料強(qiáng)度得到明顯提升。在工藝方面，由于目前焊接技術(shù)存在一定的缺陷，主要是由于工人的熟練程度導(dǎo)致焊接不牢固，而該機(jī)械系統(tǒng)又需要24 h運(yùn)行，整體焊接框架若由于疲勞斷裂，維修對(duì)陶瓷廠會(huì)產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)損失，且維修非常不方便；同時(shí)焊接容易產(chǎn)生變形，變形會(huì)導(dǎo)致吸盤面部不平整，吸盤面部的不平整又直接決定吸取效果，而且容易產(chǎn)生漏吸等現(xiàn)象，同時(shí)調(diào)平是一項(xiàng)非常繁瑣的工作。結(jié)合這些缺陷，我們改成使用定位孔安裝方法，此方法對(duì)材料處理前的定位孔位置要求嚴(yán)格，但后期工作量明顯減少，同時(shí)若在生產(chǎn)工程中發(fā)生問題，更換標(biāo)準(zhǔn)件對(duì)維修工人來說就變得比較容易，減少了維修時(shí)間及經(jīng)濟(jì)損失，安裝支架示意簡(jiǎn)圖如圖1所示。

在實(shí)現(xiàn)定位方面，是由氣缸、直線軸承、定位桿及定位支架組成定位系統(tǒng)。定位桿采用兩條直徑為25 mm，長(zhǎng)度為530 mm鍍金屬鉻的材料，目前鍍鉻工業(yè)在世界電鍍行業(yè)中占據(jù)著舉足輕重的地位,優(yōu)質(zhì)的鍍鉻層具有很好的耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性,可以長(zhǎng)久裸露在空氣中而保持顏色光澤不變[4]。兩端與安裝支架以緊定螺釘固定，該材料表面粗糙度低，耐腐蝕，能適應(yīng)陶瓷廠生產(chǎn)環(huán)境。框架定位由多組安裝有直線軸承的吸盤組件共同組成；吸盤組件由吸盤腔體，氣孔吸氣口及多組橡膠吸嘴組成，與結(jié)合控制程序該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)將馬賽克磚體自動(dòng)準(zhǔn)確放置所要求的位置，該裝置整體框架機(jī)械結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖如圖2所示。

在工作過程中，整個(gè)吸盤組件由一個(gè)上下方向的氣缸控制Z軸運(yùn)動(dòng)位移，X軸方向前方中間角鐵安裝有氣缸，該氣缸與吸盤支架相連，氣缸在進(jìn)氣過程中，氣缸頂桿帶動(dòng)支架整體移動(dòng)，各吸盤組件由于定位連接件作用，運(yùn)行時(shí)保持一定距離，也可根據(jù)具體實(shí)際要求，通過定位連接件之間的距離控制各磚體之間的距離，完成吸取磚體之后，吸盤組件保持吸氣狀態(tài)，由Z軸氣缸控制向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)機(jī)械手系統(tǒng)控制該組件移動(dòng)至預(yù)定位置，到達(dá)預(yù)定位置Z軸氣缸控制向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)吸嘴組件氣缸控制閥打開，使得組件內(nèi)氣壓與大氣壓等值，防止磚體因內(nèi)組件腔體內(nèi)氣壓大釋放產(chǎn)生的沖擊力而發(fā)生偏移，釋放磚體之后，Z軸氣缸控制整個(gè)支架向上運(yùn)動(dòng)，X軸氣缸收縮使各組件靠緊，機(jī)械手系統(tǒng)控制整體回到初始位置，在生產(chǎn)過程就是該過程重復(fù)運(yùn)行。

圖2整體框架機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.2Mechanical structure sketch of entirety framework

2控制系統(tǒng)

表1　PLC的I/O分布

由于陶瓷廠設(shè)備要求1天24 h連續(xù)運(yùn)行，故要求控制系統(tǒng)故障率要低，能適應(yīng)陶瓷廠高溫及多粉塵的工作環(huán)境要求，同時(shí)還要求成本低、維修方便?？删幊坛绦蚩刂破?PLC)技術(shù)是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和通訊技術(shù)的一種新型工業(yè)控制裝置，是對(duì)傳統(tǒng)繼電器—接觸器控制系統(tǒng)的改進(jìn)[5]。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、可靠性高，已廣泛用于工業(yè)自動(dòng)化控制，PLC及氣動(dòng)控制，目前在前陶瓷行業(yè)應(yīng)用也比較廣泛。該機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)也是基于PLC控制系統(tǒng)完成工作。PLC主要發(fā)送Z軸及X軸氣缸的開合信號(hào)及接收關(guān)電開關(guān)、行程開關(guān)的信號(hào)，光電傳感器利用瓷磚釉面體對(duì)光束的反射，由同步回路選通電路，實(shí)現(xiàn)托板位置的檢測(cè)，位置采集信號(hào)以1 ms的響應(yīng)速度傳送至模塊并進(jìn)行判斷[6]，主要PLC的I/O分布如表1所示。

3結(jié)語

該馬賽克外墻磚定距分布式吸取系統(tǒng)，不僅在一定程度上可以幫助企業(yè)節(jié)能降耗，還可實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的外墻磚磚體吸取放置功能。目前陶瓷廠馬賽克鋪貼方式多種多樣，主要工藝都是將較小的磚體通過各種方法放入預(yù)先設(shè)置好的模板空位中，正是基于此原理，對(duì)放置的工程進(jìn)行研究分析，以機(jī)械自動(dòng)方式替代人工方式，在放置方式方面給以一定的設(shè)計(jì)改進(jìn)。該系統(tǒng)目前使用情況穩(wěn)定，適合在陶瓷鋪貼過程中使用，但該系統(tǒng)也有一定的不足，主要表現(xiàn)為：雖然人工鋪貼速度慢，但人的主觀性可以減少一些，由于空缺或吸入殘缺磚體而導(dǎo)致次品出現(xiàn)。在機(jī)械化過程中，雖然速度快，效率高，但也存在一些不足，如磚體殘缺而導(dǎo)致吸嘴空吸，使得整個(gè)版面缺磚，同時(shí)又缺乏自動(dòng)檢查功能，導(dǎo)致次品出現(xiàn)，該系統(tǒng)還有很多需要改進(jìn)的方面，如增加空位檢查系統(tǒng)，廢品排除功能等，雖然存在不足，但仍具有一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

1曾少芳,楊家強(qiáng).談玻璃馬賽克外墻裝飾.廣東建筑裝飾,2003(2):56

2董關(guān)平,范彥斌.基于MCGS及PLC的陶瓷外墻磚全自動(dòng)鋪貼系統(tǒng)的設(shè)計(jì).中國(guó)陶瓷,2015,51(7):59～63

3楊錦尊.可編程控制器的特點(diǎn)及其發(fā)展動(dòng)向.現(xiàn)代電子技術(shù),2007(14):1～2

4梁奇峰.鍍鉻工藝及其研究進(jìn)展.廣東化工,2007(11):67～68

5汪曉光.可編程控制器原理及應(yīng)用.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2006

6王云剛,陳文燕.基于MCGS和PLC的水位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).測(cè)控技術(shù),2014,33(1):96～103

Research the Method on Full-automatic Constant Distance for Distributed Suck Ceramic Mosaic

Liu Jie,Dong Guanping(Department of Mechanical and Electrical Engineering, Foshan University,Guangdong,Foshan,528000)

Abstract:Through the analysis of the whole process of the pave for ceramic Mosaic, in-depth analysis and research about the pave process, combined with the factory actual requirements, propose a kind of named of orientation separation distance determinant sucker method of pave, and give out sketch and operating principle of the design, experimental results show that, this method can effectively improve the work efficiency, can also reduce the labor intensity of workers.

Key words:Ceramic external tile mosaic; Distributed suck; Sucker; PLC

中圖分類號(hào)：TP205

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1002-2872(2016)03-0030-04

作者簡(jiǎn)介:劉杰(1983-),博士，講師；主要從事陶瓷機(jī)械自動(dòng)化、數(shù)控系統(tǒng)等方面的研究。

*基金項(xiàng)目：廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：2014A030310301)；廣東省公益研究與能力建設(shè)專項(xiàng)(項(xiàng)目編號(hào)：2014A010106002)；佛山市科技攻關(guān)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：20141020149)。