柯 良， 黃飛飛

（浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 浙江 紹興 312000）

引言

橡膠工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，提升橡膠工業(yè)智能化水平和能源利用效率，對(duì)于實(shí)現(xiàn)智能制造、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要的戰(zhàn)略意義。膠片冷卻裝置可以實(shí)現(xiàn)橡膠混煉膠片的接取、縱切、打標(biāo)、冷卻、自動(dòng)裁斷等功能，是橡膠制品生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵加工設(shè)備。如今橡膠機(jī)械的發(fā)展也是緊跟整個(gè)機(jī)械行業(yè)前進(jìn)的步伐，高分子材料制品生產(chǎn)設(shè)備從過(guò)去的需要工人現(xiàn)場(chǎng)操作、效率不高的狀態(tài)逐漸朝著自動(dòng)化、無(wú)人化、智能化與輕量化發(fā)展。而膠片冷卻裝置的傳輸系統(tǒng)直接關(guān)系到混煉生產(chǎn)線的運(yùn)行效果和效率，其設(shè)計(jì)和制造十分重要。本文以西門子公司S7-1200 系列PLC 作為系統(tǒng)的主要控制器[1]，以O(shè)penMV 攝像頭作為主要機(jī)器視覺(jué)識(shí)別元件，實(shí)現(xiàn)混煉膠片穩(wěn)定傳輸、膠片位置調(diào)整、穩(wěn)定識(shí)別等功能，保證混煉膠片的精準(zhǔn)、高效、穩(wěn)定的分揀和傳輸。

1 混煉膠片傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)混煉膠片傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)應(yīng)該需要具備傳輸、識(shí)別擺正、掃碼分類、直角轉(zhuǎn)向等功能。為此設(shè)計(jì)以下機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能（三維模型如圖1 所示）：輥筒傳輸機(jī)構(gòu)、同步帶調(diào)整機(jī)構(gòu)、傳送帶升降機(jī)構(gòu)、麥克納姆輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。

圖1 橡膠混煉膠片冷卻裝置傳輸系統(tǒng)三維模型

混煉膠片由輥筒傳輸機(jī)構(gòu)進(jìn)入傳輸系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)同步帶調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整膠片位置，確保膠片在進(jìn)入識(shí)別區(qū)域時(shí)能夠保證統(tǒng)一方向。經(jīng)過(guò)同步帶調(diào)整機(jī)構(gòu)的膠片以相對(duì)確定的方向經(jīng)過(guò)麥克納姆輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，90°轉(zhuǎn)向后來(lái)到識(shí)別分揀區(qū)域。識(shí)別模塊通過(guò)掃描膠片上貼的條形碼獲取信息，將得到的信息與訂單信息核對(duì)比較。最后，通過(guò)傳送帶升降機(jī)構(gòu)將膠片送往不同傳輸線。

1.2 輥筒傳輸機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

輥筒傳輸機(jī)構(gòu)如圖2 所示，主要由鏈輪、輥筒鏈條、輥筒驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)、掃碼位置光電、掃碼模塊組成。輥筒傳輸機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪鏈條，再由鏈條帶動(dòng)一條線上的鏈輪滾筒實(shí)現(xiàn)傳輸運(yùn)動(dòng)。膠片由輥筒帶動(dòng)向前移動(dòng)，當(dāng)安裝于掃碼模塊前的光電傳感器檢測(cè)到膠片到達(dá)位置時(shí)，停止機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。當(dāng)膠片識(shí)別完成時(shí)，輥筒傳輸機(jī)構(gòu)再次運(yùn)行。配合傳送帶升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行膠片的分揀工作。

圖2 輥筒傳輸機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

1.3 同步帶調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如下頁(yè)圖3 所示為同步帶調(diào)整機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)主要由同步帶、同步帶輪、同步帶驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)、同步帶墊板、調(diào)整位置光電、OpenMV 組成。調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝于識(shí)別分揀系統(tǒng)前部，主要功能是擺正進(jìn)入識(shí)別區(qū)域的膠片位置，是提高系統(tǒng)準(zhǔn)確性的重要機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)的工作原理為：當(dāng)膠片進(jìn)入調(diào)整機(jī)構(gòu)后，由兩條獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的同步帶使膠片向前運(yùn)動(dòng)，在膠片移動(dòng)過(guò)程中，OpenMV 攝像頭不斷檢測(cè)移動(dòng)中的膠片姿態(tài)，如果膠片傾斜的角度大于設(shè)定的閾值角度。攝像頭便會(huì)將當(dāng)前膠片的傾斜角度返回主控板，主控板根據(jù)角度，通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)同步帶正反、差速運(yùn)動(dòng)，從而完成膠片的調(diào)整。

圖3 同步帶調(diào)整機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

1.4 傳送帶升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖4 所示為傳送帶升降機(jī)構(gòu)。主要由升降氣缸、傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)、連接鉸鏈、動(dòng)力輥筒、無(wú)動(dòng)力輥筒、傳送帶組成。該機(jī)構(gòu)主要由兩部分運(yùn)動(dòng)構(gòu)成：傳送帶的傳動(dòng)和氣缸的升降。當(dāng)前面的掃碼分揀機(jī)構(gòu)得到識(shí)別數(shù)據(jù)后，直流電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)，傳送帶便能緊貼主動(dòng)輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)傳輸，為了能夠保證傳動(dòng)的平穩(wěn)，在主動(dòng)輥筒和從動(dòng)滾筒間加入無(wú)動(dòng)力輥筒來(lái)支撐傳動(dòng)帶。傳送帶升降機(jī)構(gòu)的主要功能是配合掃碼模塊，將系統(tǒng)區(qū)分好的膠片傳向不同的傳輸線。

圖4 傳送帶升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)是為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械機(jī)構(gòu)功能而專門設(shè)計(jì)的，以系統(tǒng)完整、操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)為設(shè)計(jì)要求。以西門子PLC 作為主控器，接收攝像頭、掃碼模塊、光電傳感器等模塊的輸入型號(hào)，通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)的處理，從而對(duì)氣缸、電機(jī)等一系列驅(qū)動(dòng)部分進(jìn)行控制。向上接受訂單分揀指令，獲取攝像頭、掃碼模塊、光電傳感器等模塊的輸入信號(hào)，向下對(duì)接各類電機(jī)及氣缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)底層設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、膠片位置的校對(duì)檢測(cè)、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程的控制及信息傳遞，控制系統(tǒng)功能框架如圖5 所示。

圖5 控制系統(tǒng)功能框架

本系統(tǒng)使用西門子S7-1200 系列PLC 作為主控板，通過(guò)PLC 控制系統(tǒng)運(yùn)行，能夠連續(xù)、大批量地分揀膠片，分揀誤差率低，而且可顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率[2-3]?？刂葡到y(tǒng)共有14 路輸入信號(hào)，如表1 所示，包括攝像頭和掃碼模塊信號(hào)，共有16 路輸出信號(hào)，如表2 所示，分別控制輥筒、同步帶連接的電機(jī)和氣缸等執(zhí)行元件，控制系統(tǒng)PLC 接線圖如下頁(yè)圖6 所示[4]，部分PLC 控制程序如下頁(yè)圖7 所示。

圖6 PLC 接線圖

圖7 PLC 控制程序

表1 PLC 輸入地址分配表

表2 PLC 輸出地址分配表

3 結(jié)語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的橡膠混煉膠片冷卻裝置傳輸系統(tǒng)以橡膠混煉膠片生產(chǎn)企業(yè)需求為目標(biāo)，完成了輥筒傳輸、同步帶調(diào)整、傳送帶升降等機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，明確了機(jī)器控制系統(tǒng)框架，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選定合適的控制、執(zhí)行、檢測(cè)元器件，選擇PLC 作為控制核心，設(shè)計(jì)了可靠的電氣系統(tǒng)，使傳輸?shù)母鳈C(jī)械裝置能夠按照邏輯控制順序，聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳輸、膠片位置調(diào)整、標(biāo)識(shí)識(shí)別等功能，混煉膠片實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)、高效、穩(wěn)定分揀和傳輸，并采用了視覺(jué)檢測(cè)，使傳輸更加智能化，滿足了設(shè)計(jì)需求。