倪淋一

（東南大學(xué)成賢學(xué)院電子工程系，江蘇 南京210088）

1 問題的提出

在自動(dòng)化清洗設(shè)備中，被清洗物料通過在各清洗槽中進(jìn)行浸泡、化學(xué)清洗、漂洗等工序，以去除表面的污垢等，被清洗物料通常是裝載于物料籃中，通過輸送機(jī)械手抓取物料籃在各清洗槽中逐槽進(jìn)行傳送完成清洗工序。

為了保證清洗設(shè)備的正常運(yùn)行，輸送機(jī)械手必須正確完成對(duì)物料籃的抓、放與輸送，特別是對(duì)于一些易碎的物料，如果輸送機(jī)械手不能準(zhǔn)確抓取或放置物料籃，則有可能使在某一清洗槽中應(yīng)該被抓取的物料籃沒能抓取輸送到下一清洗槽，仍然留在該槽中，而上一清洗槽中的物料會(huì)由機(jī)械手繼續(xù)往該槽中輸送，從而使兩物料籃相撞，被清洗物料損壞而造成重大經(jīng)濟(jì)損失。這一問題已受到各清洗設(shè)備生產(chǎn)廠家的高度重視，而物料籃的位置檢測是解決這一問題的必要條件。但是，由于物料籃是浸沒在清洗槽內(nèi)的清洗液中進(jìn)行清洗的，且清洗液經(jīng)常是具有較強(qiáng)腐蝕性的酸、堿性溶液，常規(guī)光電開關(guān)、接近開關(guān)等檢測手段很難直接應(yīng)用于清洗槽內(nèi)物料籃的檢測，因此，必須對(duì)這類在具有較強(qiáng)腐蝕性的酸、堿性溶液環(huán)境內(nèi)物料籃的檢測技術(shù)與裝置進(jìn)行研究與開發(fā)。

2 對(duì)現(xiàn)有相關(guān)檢測技術(shù)的分析及新型檢測技術(shù)方案的研發(fā)思路

鑒于上述原因，目前所采用的檢測方式通常都在清洗槽外進(jìn)行間接檢測。例如，現(xiàn)有的一種方式是將輸送機(jī)構(gòu)機(jī)械手臂做成可向上活動(dòng)式的，當(dāng)出現(xiàn)誤操作，輸送機(jī)構(gòu)將物料籃放置到有物料籃的清洗槽中時(shí)，兩物料籃相撞，輸送機(jī)械手繼續(xù)下行時(shí)在物料籃的阻礙下機(jī)械手臂可以上抬，觸動(dòng)到相應(yīng)的行程開關(guān)而使設(shè)備停止運(yùn)行，以避免輸送機(jī)械手對(duì)物料籃的損傷并進(jìn)行報(bào)警提示。但這種方式在檢測到清洗槽中有籃時(shí)已經(jīng)發(fā)生了兩物料籃的相撞，僅適用于物料籃及其中的物料剛性較高的場合，而且反應(yīng)滯后，很難達(dá)到較好的檢測效果。還有一類方式是通過下述規(guī)則進(jìn)行檢測判斷，即完成抓籃動(dòng)作后的機(jī)械手抓取鉤上應(yīng)該是有籃的，而完成放籃動(dòng)作后的機(jī)械手抓取鉤上應(yīng)該是無籃的，如果結(jié)果與之相反，則說明出現(xiàn)了抓籃或放籃的故障，就需要進(jìn)行人工干預(yù)，據(jù)此對(duì)輸送機(jī)械手的抓放籃動(dòng)作進(jìn)行檢測，從而間接進(jìn)行對(duì)物料籃的檢測，這樣的檢測相對(duì)來講較易實(shí)現(xiàn)，但由于大多數(shù)檢測傳感器都不可浸沒于清洗液中，則一般的通過與物料籃相接觸來感知物料籃有無的接觸式傳感器在此種情況下都不能使用，只能在機(jī)械手上采用光電傳感器、測重傳感器甚至超聲波傳感器等非接觸式傳感器，但這類傳感器大都成本高，而且也存在不能適應(yīng)化學(xué)清洗液所揮發(fā)的腐蝕性氣體侵蝕的問題，甚至?xí)驗(yàn)楸桓g而造成對(duì)被清洗物料的污染，其使用也存在局限性。

此外，如果清洗槽內(nèi)是同時(shí)進(jìn)行多個(gè)物料籃的清洗，機(jī)械手一次要抓取多個(gè)物料籃進(jìn)行輸送，則上述的非接觸式傳感器也很難準(zhǔn)確感知機(jī)械手是否已對(duì)多個(gè)物料籃全部完成抓籃或放籃，即使可以針對(duì)每一物料籃的抓取位置進(jìn)行檢測，也需要數(shù)個(gè)傳感器，其成本將更高。

通過對(duì)現(xiàn)有相關(guān)檢測裝置的分析可以看出，現(xiàn)有檢測裝置不能滿足使用要求的主要原因有：一是檢測用傳感器不能耐酸堿腐蝕，更不能在酸堿溶液中完成檢測工作，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)對(duì)清洗槽中的物料籃進(jìn)行直接的檢測；二是間接檢測物料籃在輸送機(jī)械手抓取鉤上的有無的方式雖可保證對(duì)輸送機(jī)械手抓取完成情況的檢測，但成本高，結(jié)構(gòu)上難以安排，且同樣存在檢測傳感器防腐蝕的問題。

為了解決這一技術(shù)難題，需要尋找或設(shè)計(jì)一種檢測傳感器或檢測裝置，它不僅能直接感知被清洗的物料籃，而且結(jié)構(gòu)簡單、防水、耐腐蝕。

通過思考與實(shí)踐，針對(duì)所需的使用場合，可以利用干簧管制作成專用的傳感器來滿足我們的特殊使用要求。解決這一問題的基本思路是：通過采用與物料籃或抓取鉤同質(zhì)的材料或其他耐腐蝕材料對(duì)干簧管與磁鐵零件分別進(jìn)行封裝，將封裝后的干簧管安裝在清洗槽內(nèi)或輸送機(jī)械手的抓取鉤上，將封裝后的磁鐵零件安裝在物料籃上，物料籃上經(jīng)封裝后的磁鐵零件的安裝位置與清洗槽內(nèi)或機(jī)械手抓取鉤上經(jīng)封裝后的干簧管的安裝裝置相對(duì)應(yīng)，在使用過程中，如果在清洗槽內(nèi)或抓取鉤上的干簧管被在物料籃上的磁鐵零件感應(yīng)而動(dòng)作，則說明在相應(yīng)位置上有物料籃，否則就說明在相應(yīng)位置上無物料籃，從而可以對(duì)物料籃進(jìn)行直接的檢測。由于干簧管及其導(dǎo)線是被密封安裝的，并且是采用可耐受清洗所用化學(xué)液腐蝕的非磁性材料進(jìn)行密封安裝，物料或物料籃上安裝的磁鐵零件也是被封裝在同樣耐腐蝕的非磁性材料內(nèi)，所以檢測工作可以在腐蝕性的清洗液中直接進(jìn)行，且經(jīng)封裝后不影響磁鐵零件對(duì)干簧管的作用。該檢測方式結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、使用可靠、維修方便，可以適應(yīng)各種特殊及強(qiáng)腐蝕性的使用場合。

上述方法利用封裝在物料籃上的磁鐵零件對(duì)封裝在清洗槽內(nèi)或抓取鉤上干簧管的感應(yīng)作用來實(shí)現(xiàn)對(duì)物料籃的檢測，但如果在物料籃上無法進(jìn)行磁鐵零件的封裝，則似乎就無法實(shí)現(xiàn)對(duì)物料籃的檢測。為此，我們拓展思路，提出另一解決方案：在輸送機(jī)械手抓取鉤上附設(shè)一導(dǎo)桿，將干簧管封裝在導(dǎo)桿內(nèi)下端，在導(dǎo)桿上活套一浮球，浮球可以在導(dǎo)桿上上下活動(dòng)，在浮球內(nèi)封裝磁鐵零件，這樣，當(dāng)機(jī)械手進(jìn)入清洗槽中準(zhǔn)備抓取物料籃時(shí)，物料籃抓取鉤及其上附設(shè)的導(dǎo)桿進(jìn)入到清洗槽中的清洗液內(nèi)，此時(shí)套裝于導(dǎo)桿上的浮球?qū)⒂捎谝后w浮力的作用而一直漂浮在清洗液表面，不會(huì)影響抓籃動(dòng)作的實(shí)施。當(dāng)機(jī)械手上的抓取鉤實(shí)施抓取動(dòng)作后，抓取鉤處于物料籃上被鉤取部位的下方，抓取鉤向上提升時(shí)，物料籃上被鉤取部位就擱置在抓取鉤上，當(dāng)機(jī)械手抓取物料籃向上運(yùn)動(dòng)而逐漸脫離液面時(shí)，導(dǎo)桿上的浮球與導(dǎo)桿最低端的距離隨之逐漸減小，直到物料籃被提升至液面以上時(shí)，浮球的一邊會(huì)擱置在物料籃上不再下降，這樣其與導(dǎo)桿內(nèi)所封裝的干簧管尚有一段距離，浮球內(nèi)封裝的磁鐵零件不能與干簧管產(chǎn)生作用，這就說明機(jī)械手上有物料籃，抓籃動(dòng)作正確實(shí)現(xiàn)；反之，如果機(jī)械手沒能正確抓取物料籃，浮球會(huì)一直下降到導(dǎo)桿的最低位置，干簧管就會(huì)發(fā)出信號(hào)，表示此時(shí)機(jī)械手上無籃，說明抓籃動(dòng)作未能正確實(shí)現(xiàn)。往清洗槽內(nèi)放籃的過程與上述過程相反，當(dāng)放籃完成后機(jī)械手抓取鉤離開液面時(shí)，導(dǎo)桿上的浮球應(yīng)該處于導(dǎo)桿的最低端使干簧管動(dòng)作，如果機(jī)械手未能正確放籃，物料籃會(huì)仍處于物料籃抓取鉤上，浮球會(huì)擱置在物料籃上，無法使干簧管動(dòng)作發(fā)出相應(yīng)信號(hào)，表明放籃失敗需要人工處置。這樣，由封裝有干簧管的導(dǎo)桿與封裝有磁鐵零件的浮球所構(gòu)成的物料籃檢測裝置，通過浮球與物料籃之間的接觸與否所帶來的浮球位置的變化來進(jìn)行物料籃檢測，不僅能直接感知被清洗的物料籃，而且結(jié)構(gòu)簡單，相對(duì)于其他傳感器而言，成本大為降低，同時(shí)由于所述干簧管及其導(dǎo)線是被封裝于耐腐蝕的非磁性材料導(dǎo)桿內(nèi)的，磁鐵零件也是被封裝于耐腐蝕的非磁性材料浮球內(nèi)的，故該物料籃檢測裝置能實(shí)現(xiàn)防水、耐腐蝕的目的。

3 檢測裝置的開發(fā)應(yīng)用

根據(jù)上述研發(fā)思路，我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖1、圖2所示的在物料籃上封裝磁鐵零件的檢測裝置和如圖3所示的物料籃上未封裝磁鐵零件的檢測裝置。

圖1 物料籃上封裝磁鐵零件的檢測裝置(整體圖)

圖2 物料籃上封裝磁鐵零件的檢測裝置(局部放大圖)

圖3 物料籃上未封裝磁鐵零件的檢測裝置

在圖1與圖2所示的檢測裝置中，清洗槽1內(nèi)盛有腐蝕性的清洗液，安裝有物料籃支架4，清洗過程中物料籃2擱置在其上，在物料籃支架4和機(jī)械手的抓取鉤3上分別通過PFA軟管7封裝有干簧管6，干簧管6的導(dǎo)線在PFA軟管的保護(hù)下引向設(shè)備的電控系統(tǒng)，在物料籃2上與各干簧管6相對(duì)應(yīng)的位置封裝有2磁鐵零件5，這樣，通過干簧管6是否被磁鐵零件5感應(yīng)可以方便地檢測出物料籃2，且可以直接在腐蝕性液體內(nèi)進(jìn)行檢測。

在圖3所示的檢測裝置中，物料籃1為通用件，其上無法封裝磁鐵零件，機(jī)械手通過抓取鉤桿6及其下端的抓取鉤8鉤取物料籃1上的側(cè)邊7來抓取物料籃1，在抓取鉤桿6上通過支架安裝有導(dǎo)桿4，其底端封裝有干簧管5，導(dǎo)桿4上套裝有浮球3，浮球3內(nèi)封裝有環(huán)形的磁鐵零件2，這樣，通過浮球3是否對(duì)干簧管5形成感應(yīng)可以確定抓取鉤8上是否有物料籃，且同樣可以直接在腐蝕性液體內(nèi)進(jìn)行檢測。

4 結(jié)語

在清洗設(shè)備中物料籃的檢測對(duì)保證清洗過程的正常進(jìn)行十分重要，但在液體內(nèi)檢測，特別是在具有腐蝕性的溶液中對(duì)物料籃進(jìn)行檢測具有一定難度。本文所提出的通過采用耐腐蝕材料分別封裝干簧管與磁鐵零件、采用不同的安裝結(jié)構(gòu)形式的檢測思路及所研發(fā)的檢測裝置，可以解決這一難題，且結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)施方便、成本低廉，能達(dá)到很好的使用效果，檢測思路與相應(yīng)的檢測裝置也可以在其他設(shè)備與使用場合加以應(yīng)用。