王 江，周大威，耿傳熙，張加杰，朱 斌

（邁得醫(yī)療工業(yè)設(shè)備股份有限公司，浙江 臺(tái)州 317600）

預(yù)灌封注射器是一種將“藥物儲(chǔ)存”和“注射功能”融為一體的注射器，以給藥準(zhǔn)確、藥液利用率高、安全便捷等優(yōu)勢(shì)，在歐美國(guó)家獲得廣泛認(rèn)可和應(yīng)用[1]。最初國(guó)內(nèi)使用的預(yù)灌封注射器大部分依賴進(jìn)口，但由于國(guó)外技術(shù)壟斷造成價(jià)格居高不下，限制了市場(chǎng)擴(kuò)大。近年來(lái)，隨著國(guó)產(chǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破以及國(guó)內(nèi)生物制品的快速發(fā)展，預(yù)灌封注射器在中國(guó)的發(fā)展勢(shì)頭迅猛。在預(yù)灌封注射器生產(chǎn)組裝過(guò)程中，針尖通堵檢測(cè)是非常重要的工藝流程，由于針尖的細(xì)小及產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中潔凈度要求嚴(yán)格，針尖通堵存的檢測(cè)更顯重要。

本項(xiàng)目通過(guò)潔凈氣源分氣、物料精準(zhǔn)定位、定向吹氣、接近感應(yīng)檢測(cè)等技術(shù)，向預(yù)灌封針筒針尖吹氣充足、穩(wěn)定，提高了針尖通堵檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

1 設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 內(nèi)壁通氣型檢測(cè)機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)

內(nèi)壁通氣型檢測(cè)機(jī)構(gòu)裝置主要包括頂升機(jī)構(gòu)、氣流噴針組件、氣流通道和感應(yīng)機(jī)構(gòu)，如圖1 所示。直線電機(jī)攜預(yù)灌封針筒到位后，頂升機(jī)構(gòu)將氣流噴槍插入預(yù)灌封針筒中，氣流通過(guò)噴針向預(yù)灌封針筒針尖流向，針尖內(nèi)孔無(wú)堵塞時(shí)，氣流通過(guò)針尖，經(jīng)過(guò)氣流通道作用在緊貼氣流通道出口的金屬薄片上，使金屬薄片產(chǎn)生形變靠近金屬感應(yīng)器，完成通堵檢測(cè)。針尖堵塞時(shí)，則金屬薄片不產(chǎn)生能使金屬感應(yīng)器感應(yīng)到的形變。本機(jī)構(gòu)完成了預(yù)灌封針筒針尖的通堵檢測(cè)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、成本低、檢測(cè)效率高的特點(diǎn)。

圖1 通氣型檢測(cè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

本研究方案核心在于使用氣流壓強(qiáng)對(duì)感應(yīng)薄片造成形變，感應(yīng)器感應(yīng)金屬薄片靠近完成檢測(cè)，如圖2所示，包括潔凈氣源、氣流噴針、氣流通道、感應(yīng)組件。氣流截面直徑為0.3 mm 的針尖內(nèi)壁，進(jìn)入氣流通道后對(duì)水平方向上厚度為0.05 mm 的SUS304 薄片施加推力。最終實(shí)現(xiàn)金屬感應(yīng)器對(duì)金屬薄片靠近時(shí)的感應(yīng)。

圖2 感應(yīng)薄片檢測(cè)通氣性原理示意圖

1.2 內(nèi)壁通氣檢測(cè)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新點(diǎn)

采用上述技術(shù)方案，提高了針尖通堵檢測(cè)的檢測(cè)效率與檢測(cè)準(zhǔn)確率，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)。調(diào)試穩(wěn)定性好，基本無(wú)需再對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

2 內(nèi)壁通氣檢測(cè)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

整臺(tái)設(shè)備的控制系統(tǒng)主要任務(wù)是吹氣上下伺服運(yùn)動(dòng)控制和氣流壓力控制。通過(guò)PLC 控制吹氣上下伺服機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)吹氣上下伺服的實(shí)時(shí)控制[2]。通過(guò)穩(wěn)定的氣壓來(lái)控制吹氣閥的吹氣壓力一定，保證流出針頭的氣流壓力一定來(lái)實(shí)現(xiàn)推動(dòng)金屬片達(dá)到檢測(cè)效果。觸摸屏控制啟動(dòng)和反饋檢測(cè)結(jié)果。整機(jī)控制方案如圖3 所示。

圖3 控制系統(tǒng)方案圖

2.2 PLC 控制系統(tǒng)

本設(shè)備整體控制系統(tǒng)以PLC 為核心[3]，完成氣缸、伺服電機(jī)的檢測(cè)控制、運(yùn)動(dòng)控制和指示燈的控制，同時(shí)裝配Proface 觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面交互[4]，硬件模塊布局如圖4 所示。核心的內(nèi)壁吹氣性檢測(cè)工藝是通過(guò)控制伺服運(yùn)動(dòng)控制達(dá)到吹氣位置，通過(guò)穩(wěn)定的出氣量控制通過(guò)針筒的流量壓力，推動(dòng)金屬片完成檢測(cè)。圖5為伺服操作畫(huà)面，里面集成了伺服所有可操作動(dòng)作，伺服原先處于初始位，等待動(dòng)子到位后，上升到吹氣位，在吹氣位進(jìn)行吹氣動(dòng)作，然后進(jìn)行檢測(cè)動(dòng)作。整體控制系統(tǒng)以PLC 為核心，選用了歐姆龍伺服驅(qū)動(dòng)器以及歐姆龍電機(jī)、Proface 觸摸屏、正泰電器等硬件。

圖4 硬件模塊布局圖

圖5 檢測(cè)上下伺服

整機(jī)控制程序較龐大，主要分為公共程序、吹氣上下伺服程序和吹氣檢測(cè)控制程序等[4]，能夠?qū)崿F(xiàn)初始化運(yùn)行、位置控制、吹氣檢測(cè)控制、故障處理等各項(xiàng)任務(wù)，PLC 的輸出控制主要是通過(guò)直接輸出或者輔助繼電器輔助實(shí)現(xiàn)的，相應(yīng)的IO 信號(hào)如表1 所示。

表1 輸入輸出IO 信號(hào)

2.3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

本設(shè)備使用了Proface 人機(jī)界面，通過(guò)與PLC 的組態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控及操作。根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)用性原則，觸摸屏畫(huà)面以自動(dòng)生產(chǎn)畫(huà)面為主界面，有設(shè)定運(yùn)行參數(shù)、位置參數(shù)和手動(dòng)操作的按鈕窗口，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)的設(shè)定及手動(dòng)操作等。

根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)用性原則，觸摸屏畫(huà)面以生產(chǎn)畫(huà)面為主界面，下設(shè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)、工藝設(shè)定等子窗口，通過(guò)按鈕切換進(jìn)入。主畫(huà)面主要顯示設(shè)備實(shí)時(shí)工況，如圖6 所示。

圖6 人機(jī)界面主畫(huà)面

3 結(jié)論

本設(shè)備通過(guò)潔凈氣源供氣，氣流道導(dǎo)向、感應(yīng)器檢測(cè)實(shí)現(xiàn)金屬薄片的形變與形變后的感應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)針尖通堵的準(zhǔn)確檢測(cè)；同時(shí)，通過(guò)采用不銹鋼材料，大幅提高機(jī)構(gòu)的潔凈度與使用壽命，為預(yù)灌封針筒的組裝提供了很好的實(shí)驗(yàn)和中試驗(yàn)證基礎(chǔ)。