劉彩云， 章培成， 劉理正， 湯海斌， 鐘林源

(杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司， 浙江 杭州 310018)

近年來，人們對各種純凈水及礦泉水的需求不斷增長，大桶水由于價(jià)格低廉及服務(wù)到位使其市場占有率得到了廣泛提升。市場需求的增加及桶型的多樣化，使得原有生產(chǎn)線產(chǎn)能及各項(xiàng)指標(biāo)都很難適應(yīng)市場發(fā)展，檢漏裝置作為空桶安全檢測的重要設(shè)備，優(yōu)化改造勢在必行。目前，在大桶水生產(chǎn)過程中，大多是采用回收桶循環(huán)使用的方式?；厥胀半y免會有破裂、穿孔等情況，在進(jìn)行后續(xù)處理之前須將其剔除。通常采用人工目測方法，即人工將空桶拿起對著光線詳細(xì)檢查是否有裂紋或像砂粒般大小的孔眼，從而判斷該桶是否繼續(xù)使用。人工檢漏方式成本高，且極易出現(xiàn)漏檢誤檢情況。另一種檢測方式是將空桶充氣，然后浸入水中，通過觀察水中是否冒泡判斷空桶是否是漏桶。這種方法，也需要人工判斷，產(chǎn)能和準(zhǔn)確率也較低，不能實(shí)現(xiàn)自動檢漏。誤檢率高導(dǎo)致產(chǎn)品投訴率高，造成生產(chǎn)及運(yùn)輸成本升高，因此急切需要一種高速全自動檢漏裝置[1]。

1 全自動大桶水檢漏裝置的主要技術(shù)要求

目前，大桶水生產(chǎn)線上，檢漏的速度能否跟上生產(chǎn)節(jié)拍、檢漏準(zhǔn)確率能否達(dá)到工藝需求以及是否對回收桶造成破壞是需要考慮的幾個(gè)主要因素。筆者設(shè)計(jì)全自動大桶水檢漏裝置的主要技術(shù)要求：①檢漏的水平與工藝需求相適應(yīng)；②檢漏的速度要與整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)需求相匹配；③對回收桶的破壞性??；④設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，適用性廣；⑤操作維護(hù)簡單便捷。

根據(jù)提出的技術(shù)要求，確定了全自動檢漏裝置的6個(gè)主要技術(shù)參數(shù)，如表1所示。

表1 全自動檢漏裝置主要技術(shù)參數(shù)

2 主要結(jié)構(gòu)及工作原理

高速全自動大桶水檢漏裝置如圖1所示，主要包括輸送模塊、檢漏模塊、電氣模塊、踢桶模塊、不良品儲存模塊及主機(jī)架6個(gè)部分?；厥胀巴ㄟ^輸送模塊進(jìn)入到檢漏模塊，進(jìn)行檢漏，檢漏模塊完成檢測后，已測空桶則移動至輸送帶上，通過踢桶模塊時(shí)合格桶進(jìn)入下道工序，不合格桶則進(jìn)入不良品儲存模塊。該設(shè)備除間歇卸下不合格桶的操作外，其余動作全是通過PLC自動控制完成。

1—輸送模塊；2—電器模塊；3—主機(jī)架；4—檢漏模塊；5—踢桶模塊；6—不良品儲存模塊。

2.1 輸送模塊

輸送模塊主要由輸送鏈板、驅(qū)動電機(jī)和抱桶組件構(gòu)成[2]?？紤]到大桶水線空氣潮濕，輸送鏈板采用不銹鋼材料。在輸送鏈板上裝有2套抱桶裝置。一套用于第1個(gè)工位回收桶的定位，當(dāng)回收桶到達(dá)檢漏裝置的第1個(gè)工位時(shí)，對該工位的回收桶進(jìn)行定位。另一套用于下一組回收桶的限位，當(dāng)檢漏8個(gè)工位都滿桶之后，為防止后續(xù)的回收桶擠壓，也為了保證產(chǎn)能而不停止輸送鏈板，抱桶裝置對后續(xù)回收桶進(jìn)行攔截。最后檢漏完成的回收桶通過輸送模塊進(jìn)入到下一工序。

抱桶組件主要由1對抱桶爪、2個(gè)抱桶氣缸和氣缸固定架組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示，對回收桶進(jìn)行定位和限位。

1-抱桶爪；2-抱桶氣缸；3-氣缸固定架。

2.2 檢漏模塊

檢漏模塊主要由8組檢漏裝置和固定架組成，如圖3所示。采用的檢漏原理是利用真空壓力檢測[3]。檢漏組件如圖4所示，主要由檢漏氣缸、導(dǎo)向桿、氣缸固定板、浮動接頭、壓力傳感器、檢漏頭和進(jìn)氣口組成。檢漏模塊通過螺釘固定在主機(jī)架上，根據(jù)不同高度的桶型，整個(gè)模塊在機(jī)架高度方向課進(jìn)行調(diào)整，滿足多種桶型的要求。

圖3 檢漏裝置Figure 3 Leak detection device

1—檢漏氣缸；2—導(dǎo)向桿；3—?dú)飧坠潭ò澹?—浮動接頭；5—進(jìn)氣口；6—壓力傳感器；7—檢漏頭。

回收桶進(jìn)入到檢漏工位后，檢漏氣缸下壓，利用檢漏頭里的硅膠墊壓緊桶口，然后壓縮空氣經(jīng)過進(jìn)氣口進(jìn)入到桶內(nèi)，壓力值達(dá)到90 kPa后，充氣電磁閥關(guān)閉，進(jìn)行保壓。所設(shè)計(jì)的程序根據(jù)保壓段的壓力下降斜率及保壓結(jié)束的壓力值來判斷桶的好壞。保壓結(jié)束后排氣電磁閥工作1 s，隨后檢漏氣缸上升。

2.3 踢桶模塊

踢桶模塊由氣缸、橡膠墊和固定板組成，如圖5所示。主要功能是利用氣缸將不合格桶剔除，從而達(dá)到檢漏的目的。

圖5 踢桶模塊Figure 5 Barrel kicking module

2.4 電氣控制模塊

電氣控制元件主要有氣缸電磁閥、氣源組件及控制按鈕。電氣控制系統(tǒng)采用西門子SIMATIC S7-300系列PLC。該控制系統(tǒng)的一大優(yōu)點(diǎn)是可以通過工作站進(jìn)行遠(yuǎn)程控制[4-8]。

PLC通過控制電磁閥的閥芯變位來實(shí)現(xiàn)氣缸活塞桿的伸縮，以完成對桶的定位、限位和剔除動作。PLC記錄壓力傳感器的變動，找出不合格桶；在桶輸送至剔除工位時(shí)PLC控制氣缸將不合格桶剔除。為了防止實(shí)際操作中出現(xiàn)人為誤操作和電器元件故障，在控制程序中添加了人工操作模塊；實(shí)際應(yīng)用時(shí)自動控制和人工操作可以自由切換，便于更快捷地處理突發(fā)狀況。

3 檢漏試驗(yàn)

在試驗(yàn)過程中，分別使用2個(gè)量程為1 MPa和160 kPa的壓力傳感器，對30只桶進(jìn)行0.5 s時(shí)間內(nèi)的壓降檢測?？紤]到檢測壓力高于90 kPa時(shí)容易炸桶，使回收桶受到破壞，因此檢測壓力選擇90 kPa。

檢測統(tǒng)計(jì)數(shù)值對比如圖6所示，橫坐標(biāo)為檢測的30只桶的壓降值，縱坐標(biāo)為擬合后的概率密度。將目標(biāo)值+3 s值定義為上規(guī)格值，也就是說正常桶檢測得到超過上規(guī)格的概率低于0.27%，可以認(rèn)為上規(guī)格值可以作為判斷是否漏桶的判定值。從圖6可以看到，量程為1 MPa和160 kPa的上規(guī)格分別是1.55 kPa和1.14 kPa，也就是說采用1 MPa量程的壓力傳感器，檢測到壓降超過1.55 kPa才能判斷為漏桶，而采用160 kPa量程的壓力傳感器，只要1.14 kPa就能檢查出漏桶，相對精度比前者要高。

圖6 檢測壓90 kPa，時(shí)間0.5 s時(shí)2種量程下的壓降對比Figure 6 Comparison of 90 kPa detection pressure and 0.5 s pressure drop at two ranges

用以上2種檢驗(yàn)判定漏桶方法，分別對桶身帶有1.00，0.75和0.50 mm破壞孔的回收桶進(jìn)行檢漏效果的驗(yàn)證。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：采用160 kPa量程傳感器檢測，帶有1.00和0.75 mm破壞孔的回收桶被100%檢測出來，帶有0.5 mm破壞孔的回收桶檢測率達(dá)到90%；采用1 MPa量程傳感器檢測，帶有1.00 mm破壞孔的回收桶檢測率為100%，0.75 mm破壞孔的回收桶檢測率為50%，0.5 mm破壞孔的回收桶檢測率為0%。根據(jù)以上試驗(yàn)檢測結(jié)果，選用了160 kPa量程的壓力傳感器。

4 結(jié)語

針對現(xiàn)有大桶水生產(chǎn)過程中回收桶檢漏效率低、錯(cuò)檢率高和人工勞動強(qiáng)度大的現(xiàn)狀，筆者設(shè)計(jì)了一種高速全自動檢漏裝置。采用了真空加壓的檢測方案，檢漏準(zhǔn)確率高，結(jié)構(gòu)簡單，加工成本低；電氣控制系統(tǒng)采用PLC控制方式，可以做到準(zhǔn)確剔除。通過在生產(chǎn)線中的實(shí)際投放結(jié)果表明：該裝置不僅提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)降低了人工成本，操作人員可減少80%。同時(shí)該裝置與現(xiàn)有的檢漏方法相比，準(zhǔn)確率更高，加工成本低，操作和維護(hù)簡單，適合各種生產(chǎn)線。