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化妆品在线检重秤的设计与应用

发布时间: 2021-06-08  点击次数: 154次

前言
检重秤又称为重量检验秤、分选秤、重量选别秤、检验秤、分检秤,可将不同质量的预包装分立载荷(物品)按其质量与标称设定点的差值细分成两类或更多类,是一种高速、高精度在线重量检测自动化设备。检重秤与各种包装生产线以及输送系统集成,可实时在线检测出生产线中超重、欠重的不合格产品,以及包装内是否缺少部件等。检重秤广泛应用于医药、食品、化工、饮料、塑料、橡胶等行业的生产线自动重量检测,也是食品、医药等行业在生产过程中不可缺少的环节。
为了保护消费者和生产者、销售者的合法权益,根据《中华人民共和国计量法》、《定量包装商品计量监督管理办法》要求,对于定量包装商品,单件定量包装商品的实际含量应当准确反映其标注净含量,标注净含量与实际含量之差不得大于所规定的允许短缺量。产品重量的最终检验在产品生产最终环节对产品的重量进行复检,将不合格产品剔除出去,以保证出厂的产品重量符合要求,这有利于保证消费者和生产企业双方的利益,消费者不会因为缺斤少两而蒙受损失,生产厂家也不会因为顾客的抱怨甚至投诉而受到名誉的损害。
现有
检重秤分为在线检测和离线检测,在线检测包括连续型和间歇型,离线检测一般为间歇型。在线连续型检测通常采用输送机方式,与中、高速生产线集成。在线检重秤包括进料输送机、称重输送机和出料剔除输送机,系统根据生产线速度、产品通过量、产品长度及称重输送机长度等参数确定进料输送机速度,让生产线上产品分开,确保称重输送机上只有一件产品进行称重,同时减少产品进、出称重输送机由于前、后输送机速度不同对称重的影响。对于长径比大、细长的圆柱状产品或短圆柱状产品等,由于输送过程中易出现滚动,且产品重量较轻,产品通过时状态不稳定,对产品称重产生影响,计量结果不准确。尤其是化妆品(如眉笔、口红等),直径小、细长、只能沿长度方向输送,采用称重输送机进行称重,输送过程中易出现滚动,稳定性差,对称重影响较大。为克服现有技术中的不足,针对直径小、细长的化妆品,与上海创元化妆品有限公司联合,在化妆品生产线上安装在线检重秤,采用V字槽形护板、动态高速称重技术,防止产品滚动,保持产品输送过程的稳定性,实现在线高速动态稳定称重,确保产品在线重量检测的准确性。研发的化妆品在线检重秤已投入应用。

化妆品在线检重秤的基本结构及工作原理
基本结构
化妆品在线检重秤由进料输送机、称重输送机、称重模块、防风罩、V字槽形护板、出料输送机、剔除装置、称重控制器、电气控制系统及机架等组成,
工作原理
化妆品在线检重秤并入用户化妆品包装生产线或输送系统,化妆品通过进料输送机进入,在V字槽形护板的导向作用下,使化妆品(如眉笔、口红等)顺利导入称重输送机;称重控制器采用外部触发模式时,当导入光电开关检测到化妆品时,开始进行重量检测,当导出光电开关检测到化妆品时,重量检测结束,得出产品的检测重量值;称重控制器采用内部触发模式时,预设内部重量触发值、内部重量结束阀值,当称重输送机检测化妆品重量大于内部重量触发值时,开始进行重量检测,当称重输送机检测化妆品重量小于内部重量结束阀值时,重量检测结束,得出产品的检测重量值。称重控制器根据检测重量值与目标重量值比较,判定被检测物重量是否合格,不合品通过剔除装置将其剔除。通过调节导入输送机速度控制化妆品的进入检重输送机的速度,确保检重输送机上只有一件被检测的物体,保证检重秤的称量准确性,同时也保证进料输送机、称重输送机及出料输送机的速度一致性。

主要指标
被检工件尺寸:200mm×φ10-30mm;
被检工件量大重量:300g;
被检工件通过量:80件/分钟;
输送机台面尺寸:导入输送机、检重输送机、剔除输送机长度均为300mm,宽度为100mm,生产线高度为750±50mm;
输送机速度:0.7m/s;
准确度等级:Ⅲ级;
检测精度:±0.5g
称重传感器量程:5kg、安全过载:150%、防护等级:IP65;
最大称量:500g;
计量方式:动态计量;
剔除方式:气吹剔除;
电源:220V/50Hz;
压缩空气:0.4-0.7MPa。

系统功能
系统具备就地/远程两种控制功能,具备集中控制的通讯接口,具有与生产线联锁功能。
具有自动调零,自动零点跟踪,自动校准等功能。
具有静态、动态校准,消除动态影响。
具有内部触发、外部触发检重功能。
具有多种产品设定和选择功能,任意切换。
具有5个重量分类区,屏幕直接显示。
具有班统计、日统计、月统计、长期统计功能,统计合格品、不合格品(欠重、超重)数量以及合格品率、小时产量等,并实时上传用户管理系统,具有多种图形统计显示;
提供反馈调节信号,控制产品包装重量,有效节约成本。
具有不合格品、故障报警信息,采用声光显示。

设计计算
称重输送机速度确定
被检工件长度L1:200mm
称重输送机长度L2:300mm
被检工件在称重输送机上有效称重运行距离L3:L2-L1=100mm
被检工件通过量N:80件/分钟
单个工件通过称重输送机所需时间t:60/N=0.75s
称重输送机运行速度v:(L1+L2)/t=0.67m/s
为保持导入输送机、检重输送机、剔除输送机的速度一致性,取输送机运行速V为0.7m/s
被检工件在称重输送机实际称重时间T:L3/V=0.143S
称重控制器采样频率f:0.005s
称重控制器采样数n:T/f=28(满足n≥20的要求)

称重传感器选型
称重输送机台面重量G1:3.7kg
称重传感器数量n1:1
称重传感器载荷:G1/n1=3.7kg
选用HBM PW6KRC3型单点称重传感器,根据传感器选型手册选取额定载荷(量程)为5kg

不合格品剔除方式确定
被检工件量大重量:300g
被检工件通过量:80件/分钟
被检工件重量相对较轻(<500g)、通过速度高,剔除方式选用:气吹剔除

主要结构及技术特点
称重输送机由主、从动滚筒、皮带、伺服电机、机架等组成,主、从动滚筒采用腰鼓形结构设计,有效防止皮带跑偏,同时主、从动滚筒需要做动平衡试验,等级6.3G(偏差0.3g),避免主、从滚筒动不平衡造成的振动对称重计量的影响。称重输送机采用伺服电机驱动,可根据被检工件的长度、通过量等参数,及时调整输送机的运行速度,确保称重输送机台面上只有一件产品进行称重;伺服电机与主动滚筒之间通过同步齿形带传动,传动平稳、无噪声。称重输送机皮带上设有V字槽形护板,有效防止圆柱形产品在输送过程中的产生滚动,确保称重计量的稳定性、准确性。称重输送机设有防风罩,防止外界风对称重计量的影响,同时也防止人员接触称重输送机,影响称重计量。称重输送机与机架之间采用止榫结构设计,搭扣固定,快速释放,方便输送机的清理、维护等。称重输送机主、从动滚筒处均设有光电检测开关,检测产品是否完全进入称重输送机以及产品是否要离开称重输送机,确保整个产品在称重输送机上进行称重计量,保证称重的准确性。
进料输送机、出料输送机与称重输送机结构相同,但主、从动滚筒不做动平衡试验。
称重模块采用全封闭结构设计,由底座壳体、称重传感器、连接座等组成,底座壳体在连接座称重传感器下方设有过载保护螺栓,称重模块装配完成后需要做压载测试,将载荷增加到额定载荷时,称重传感器输出为2mV,通过调节过载保护螺栓,如果继续将载荷增大到超过额定载荷时,称重传感器输出毫伏值不变。称重传感器选用HBM PW6KRC3型单点称重传感器,最大秤台尺寸为300mm×300mm。
剔除方式根据产品重量及通过量等可选用气吹式或气缸推杆式,对于产品重量小于500g,可选用气吹式剔除,气吹式剔除结构简单,高效。剔除装置固定在出料输送机上,将不合格品(欠重、超重)按重量分类,可采用多组剔除装置,使不合格品分别进入相应的收集箱,如图2所示。不合格品收集箱采用全封闭结构设计,收集箱上设有取料门并配锁,专人负责,确保不合格品能有效管理。
电气控制系统中选用西门子S7-200SMART(6ES7288-1ST60-0AA0)可编程控制器,接受到用户生产线运行信号,电气控制系统自动启动运行,同时如果化妆品在线检重秤出现故障报警,也将故障信息反馈给用户生产线控制系统。当进料输送机光电开关检测到产品,化妆品在线检重秤运行,对产品在线称重计量,不合格品通过剔除装置从生产线上剔除。将重量检测统计结果实时提供反馈调节信号,控制产品包装重量。

结束语
基于皮带输送动态称重技术,通过PLC控制,生产线上的化妆品通过进料输送机进入称重输送机,称重控制器采用外部触发模式或内部触发模式,对产品进行在线称重计量,所得重量值与预先设定的目标重量值比较,判定被检测物重量是否合格,不合品通过剔除装置将其剔除,实现全过程无人干预,实时在线进行重量检测,同时将重量检测统计结果实时提供反馈调节信号,控制产品包装重量,有效降低成本。本技术产品适用于医药、食品、化工、饮料、化妆品、塑料、橡胶等行业产品生产线的重量在线检测。

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