朱國(guó)斌，劉 元

（嘉興南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 嘉興 314031）

作為皮革制造大國(guó)，由于皮革原材料和產(chǎn)品性能特點(diǎn)，其標(biāo)準(zhǔn)化程度低，加工環(huán)節(jié)中碼垛、鞣制削薄、配皮等環(huán)節(jié)主要依靠人工，行業(yè)自動(dòng)化水平不高。未來(lái)幾年要夯實(shí)“中國(guó)制造”的地位，提升中小皮革企業(yè)的生存空間，就要依靠技術(shù)進(jìn)步，加大新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研發(fā)力度，加快轉(zhuǎn)型升級(jí)[1]。

在皮革生產(chǎn)過(guò)程中，皮革表面噴漆處理是一道重要的工序。為了保護(hù)噴漆表面質(zhì)量，須采用將皮革噴漆面逐一相貼合的方式碼垛，即將皮革噴漆面朝上、朝下交替碼在垛架上。目前這一工序要由2人協(xié)作完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作時(shí)間長(zhǎng)，效率低。本文主要介紹了皮革自動(dòng)碼垛裝置的設(shè)計(jì)，以滿足企業(yè)機(jī)器代替人工實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)、提高生產(chǎn)率的需求。

1 皮革自動(dòng)碼垛概述

1.1 皮革自動(dòng)碼垛的過(guò)程

皮革自動(dòng)碼垛裝置在提升傳送帶末端裝有檢測(cè)裝置，檢測(cè)皮革到位情況。提升傳送帶末端設(shè)有可擺動(dòng)的收皮裝置：一條傳送帶及一導(dǎo)向板裝置。收皮裝置上裝有調(diào)節(jié)手輪，用于調(diào)節(jié)導(dǎo)向板與傳送帶的間隙，用彈簧調(diào)整導(dǎo)向板與傳送帶對(duì)皮革的預(yù)壓力[2]。

當(dāng)正面（漆面朝上）收皮時(shí)，擺臂自導(dǎo)軌右端向左端開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)輔助壓輥A縮回，輔助壓輥B伸出，皮革在擺臂傳輸帶驅(qū)動(dòng)下沿導(dǎo)板下行，擺臂慢慢向左擺動(dòng)，皮革通過(guò)收皮裝置正面向上落在碼架上，輔助壓輥B有預(yù)緊的壓在碼架皮革上，防止皮革滑落。當(dāng)擺臂擺動(dòng)到最左端時(shí)，電磁鐵會(huì)拉縮導(dǎo)向板，使傳送帶與導(dǎo)向板間隙增大，剩余皮革快速落在碼架的左側(cè)，完成一張皮革的碼放。當(dāng)反面（漆面朝下）收皮時(shí)，擺臂自導(dǎo)軌左端向右端開(kāi)始移動(dòng)，輔助壓輥A伸出，輔助壓輥B縮回，皮革在擺臂傳輸帶驅(qū)動(dòng)下沿導(dǎo)板下行，擺臂慢慢向右擺動(dòng)，皮革通過(guò)收皮裝置反面向上落在碼架上，擺動(dòng)到最右側(cè)時(shí)，電磁鐵會(huì)拉縮導(dǎo)向板，使傳送帶與導(dǎo)向板間隙增大，剩余皮革快速落在碼架的右側(cè)，完成一張皮革的碼放。此過(guò)程循環(huán)往復(fù)，達(dá)到快速高效皮革碼垛的目的。

1.2 皮革自動(dòng)碼垛裝置的結(jié)構(gòu)

皮革自動(dòng)碼垛裝置主要由皮革輸送裝置、導(dǎo)向壓板、擺臂、輔助壓輥、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、碼垛架等組成，還包括機(jī)械傳動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)等裝置。其中擺臂部分為碼垛裝置的核心部分，包括檢測(cè)裝置、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、限位器、調(diào)節(jié)裝置、輔助壓輥等[3]，詳見(jiàn)圖1。

圖1 皮革自動(dòng)碼垛結(jié)構(gòu)及原理

2 皮革自動(dòng)碼垛裝置的系統(tǒng)要求

該裝置在工藝控制上要求整機(jī)自動(dòng)運(yùn)行，并可以根據(jù)皮革的基本長(zhǎng)度，自動(dòng)調(diào)整輸送量，實(shí)現(xiàn)對(duì)中碼垛，皮革寬度可調(diào)范圍的從1 000 mm～2 500 mm不等。皮革碼垛的擺臂及碼放速度可以設(shè)定，實(shí)現(xiàn)與噴漆及輸送帶速度的精密配合；碼垛裝置的預(yù)設(shè)以速度、長(zhǎng)度實(shí)測(cè)值、碼垛數(shù)量情況能夠?qū)崟r(shí)顯示，擺臂輸送松緊度可以實(shí)時(shí)調(diào)整。為了簡(jiǎn)化人員操作，采用友好的人機(jī)交互界面，方便設(shè)定觀測(cè)參數(shù)、控制設(shè)備并有效監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程。

3 皮革自動(dòng)碼垛裝置的主控方式

結(jié)合皮革自動(dòng)碼垛裝置面向工業(yè)環(huán)境，具有穩(wěn)定性高、體積大小適合、控制程序簡(jiǎn)單、控制程序無(wú)需經(jīng)常改變、成本低的特點(diǎn)，故采用PLC+觸屏方案，程序幾乎無(wú)需維護(hù)。

4 硬件配置

4.1 視覺(jué)檢測(cè)裝置

視覺(jué)檢測(cè)裝置通過(guò)CCD圖像攝取裝置將被攝取的皮革形狀、基本長(zhǎng)度等轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，并傳送至圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，再根據(jù)判斷結(jié)果來(lái)控制擺臂的幅度及速度等動(dòng)作。視覺(jué)檢測(cè)裝置安裝在噴漆前段輸送帶的正上方，當(dāng)傳輸皮革時(shí)，視覺(jué)檢測(cè)裝置將自動(dòng)攝取目標(biāo)，系統(tǒng)將處理后的信號(hào)反饋給控制器，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)的特點(diǎn)是可提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度，其結(jié)構(gòu)包括三部分：照明、鏡頭、相機(jī)等，本設(shè)計(jì)主要采用日光燈背向照明，線掃描CCD單色相機(jī)。

4.2 位置檢測(cè)裝置

根據(jù)碼垛工作需要，位置檢測(cè)裝置分別安裝于擺臂的前、后兩端，采用每端三個(gè)均布的方式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)擺臂擺動(dòng)的起始時(shí)間、擺動(dòng)方向、幅度、擺動(dòng)速度等的精確控制。本設(shè)計(jì)采用數(shù)字式檢測(cè)，裝置比較簡(jiǎn)單，脈沖信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，便于顯示處理[4]。

4.3 碼垛架及輔助壓輥

碼垛架為鞍馬形狀，承載擺臂往復(fù)運(yùn)動(dòng)逐層堆加的皮革，當(dāng)堆碼高度達(dá)到上限值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)報(bào)警，同時(shí)聯(lián)動(dòng)控制輸送帶暫緩輸送。擺臂的兩個(gè)輔助壓輥起到交替支撐，防止皮革在堆疊時(shí)單側(cè)滑落，因此在碼垛架兩側(cè)設(shè)置輔助壓輥裝置。

4.4 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

根據(jù)碼垛工作前后連續(xù)性的特點(diǎn)，要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，精度高，響應(yīng)快，加減速時(shí)間短，過(guò)載能力強(qiáng)，控制可靠等。系統(tǒng)對(duì)速度的精度和響應(yīng)要求較高，故采用伺服控制。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用“脈沖+方向”控制模式，PLC控制模塊控制伺服驅(qū)動(dòng)器的速度和方向。

4.5 PLC配置及人機(jī)界面

碼垛裝置控制系統(tǒng)是對(duì)多個(gè)數(shù)值的閉環(huán)控制，因此對(duì)PLC的運(yùn)算速度、可靠性要求較高，為此選用西門(mén)子S7-300系列。S7-300系列PLC具有強(qiáng)大的PID控制功能，編程簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)PID閉環(huán)控制。根據(jù)碼垛裝置控制系統(tǒng)要求及人機(jī)交互需要，觸摸屏需要具有較大尺寸和積極的響應(yīng)速度，因此選用西門(mén)子TP270系列，具有功能強(qiáng)、可靠高、易于實(shí)現(xiàn)和S7-300之間的通信、模擬調(diào)試。碼垛裝置的控制系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖2 皮革碼垛機(jī)的控制系統(tǒng)示意圖

5 軟件設(shè)計(jì)

碼垛裝置運(yùn)行時(shí)，首先由PLC對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，檢測(cè)CPU、存儲(chǔ)器以及各I/O端口等狀態(tài)，進(jìn)行系統(tǒng)的自檢測(cè)，確認(rèn)系統(tǒng)各部分是否正常；循環(huán)掃描輸入端口信號(hào)，設(shè)定執(zhí)行參數(shù)，開(kāi)始運(yùn)行[5]。PLC主要輸入輸出接口包括自動(dòng)、手動(dòng)按鈕；自動(dòng)運(yùn)行開(kāi)始；伺服故障輸入；伺服電機(jī)；運(yùn)行信號(hào)等。軟件系統(tǒng)功能圖見(jiàn)圖3。

圖3 軟件系統(tǒng)功能圖

6 結(jié)論

本文根據(jù)某皮革企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況及對(duì)皮革自動(dòng)碼垛的技術(shù)要求，研發(fā)了一種新型皮革碼垛裝置。設(shè)備經(jīng)企業(yè)使用，性能穩(wěn)定可靠，效率高，解決了皮革自動(dòng)碼垛等關(guān)鍵問(wèn)題，達(dá)到企業(yè)要求的主要性能指標(biāo)，對(duì)于降低企業(yè)生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。