化妆品在线检重秤的设计与应用

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*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;
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*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，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。