陳贊 亓新 汪翔

1.寧波方太廚具有限公司 浙江寧波 315326；

2.中國家用電器研究院 北京 100178

1 引言

水槽洗碗機(jī)底部是否滲漏是其重要技術(shù)指標(biāo)，也是判定其能否出廠的重要標(biāo)準(zhǔn)，需要對其進(jìn)行精確檢測和控制。近年來人們對檢漏技術(shù)以及相關(guān)裝置進(jìn)行了大量研究工作[1～6]，目前生產(chǎn)企業(yè)常采用的檢漏工藝方法為直接給水槽洗碗機(jī)槽體加注純水，純水高度達(dá)到溢流口位置后靜止一段時間，然后觀察底部是否滲漏。此方法由于加注純水后壓力不足（實(shí)際水面高度20cm），容易發(fā)生漏判；同時每次檢測需加注大量純水，靜止1min后進(jìn)行觀察，節(jié)拍長且純水浪費(fèi)大。

本文利用氣壓增壓原理，研發(fā)了一種水槽洗碗機(jī)底部滲漏檢測裝置，該裝置能解決因水壓不足而造成漏判的問題，檢測時所需純水較少，操作簡單，檢測結(jié)果可靠。

2 技術(shù)基礎(chǔ)

如公式（1）所示，單位高度水壓產(chǎn)生的壓強(qiáng)為：

其中，ρ水=1.0×1000kg/m3，g=9.8N/kg，h=水的深度（m），以10cm高度水產(chǎn)生的壓力為例：

由計(jì)算公式（2）可知10cm高度水產(chǎn)生的壓力實(shí)際為0.001MPa，而普通工廠氣源壓力一般為0.5MPa，該壓力值可相當(dāng)于5m高度水產(chǎn)生的壓力。本文正是利用該原理來設(shè)計(jì)水槽洗碗機(jī)底部滲漏檢測裝置。

3 整體方案設(shè)計(jì)

3.1 總體要求

要求檢測裝置對水槽洗碗機(jī)底部是否滲漏進(jìn)行檢測，具有判斷準(zhǔn)確、節(jié)拍時間短等特點(diǎn)。整機(jī)堅(jiān)固結(jié)實(shí)，外形美觀大方，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，操作簡單，防護(hù)裝置齊全可靠。

3.2 總體方案概述

本檢測裝置首先在洗碗機(jī)槽體注入少量純水，利用充氣密封圈密封住槽體，使槽體形成一個密封腔，然后向密封腔內(nèi)通入一定壓力的氣體，通過控制系統(tǒng)保持壓力恒定，最后觀察水槽洗碗機(jī)槽體底部是否漏水。

如圖1所示，本文設(shè)計(jì)的水槽洗碗機(jī)底部滲漏檢測裝置主要包括1機(jī)架、2提升機(jī)構(gòu)、3密封加壓機(jī)構(gòu)、4氣路系統(tǒng)、5控制系統(tǒng)等五大部分。

其中，機(jī)架用來支撐提升機(jī)構(gòu)、密封加壓機(jī)構(gòu)、氣路系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等；提升機(jī)構(gòu)是將密封加壓機(jī)構(gòu)移動到水槽洗碗機(jī)槽體內(nèi)部，待檢測完畢后，將密封加壓機(jī)構(gòu)移走，完成一個檢測循環(huán)；氣路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對密封腔體的充氣加壓以及充氣密封膠圈的充氣，同時通過控制系統(tǒng)的控制保證腔體的壓力恒定；控制系統(tǒng)用來保證檢測裝置各個機(jī)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)自動檢測功能。

由于本檢測裝置的機(jī)架要承受提升機(jī)構(gòu)頻繁上下移動沖擊，考慮到整機(jī)結(jié)構(gòu)使用要求、受力狀態(tài)和制造成本，該裝置的機(jī)架采用50方鋼管加優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼焊接為一體，然后經(jīng)過適當(dāng)機(jī)加工而成。

圖1 檢測裝置總體方案圖

圖2 提升機(jī)構(gòu)示意圖

圖3 密封加壓機(jī)構(gòu)示意圖

4 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

提升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括：1直線導(dǎo)軌、2伺服電機(jī)、3滾珠螺桿、4提升框架、5支座等。提升框架左右兩側(cè)固定在直線導(dǎo)軌的滑座上，中間位置與滾珠螺桿的螺母套連接，伺服電機(jī)得電狀態(tài)下帶動滾珠螺桿旋轉(zhuǎn)，從而使提升框架沿直線導(dǎo)軌做上下移動。

4.2 密封加壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖3所示，密封加壓機(jī)構(gòu)主要包括：1密封固定板、2充氣密封膠圈、3數(shù)字式壓力開關(guān)等，4為水槽洗碗機(jī)槽體。密封固定板主要用來固定充氣密封膠圈，充氣密封膠圈在充氣狀態(tài)可將密封固定板與水槽洗碗機(jī)槽體之間的縫隙填充起來形成一個密封腔體。數(shù)字式壓力開關(guān)可顯示腔體內(nèi)部壓力值，同時可設(shè)定該目標(biāo)壓力值的上下極限值，如腔體內(nèi)部壓力值超出極限值，則此數(shù)字式壓力開關(guān)會反饋至控制系統(tǒng)。

5 氣路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 氣路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本裝置利用氣壓增壓原理進(jìn)行檢測，氣路系統(tǒng)如圖4所示，主要結(jié)構(gòu)包括：氣源、氣源處理裝置、氣管氣路、氣壓原件，支撐支架，其中氣路原件主要有氣源控制閥、電氣比例閥、數(shù)字式壓力開關(guān)等。氣路分兩路，一路氣從氣源處理裝置出來后經(jīng)氣源控制閥1，然后經(jīng)過電氣比例閥1調(diào)定壓力后送入洗碗機(jī)槽體密封腔，數(shù)字式壓力開關(guān)1檢測壓力后輸出信號到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)數(shù)字式壓力開關(guān)1的檢測值控制電氣比例閥1的閥門開合大小，從而保持水槽洗碗機(jī)槽體密封腔腔內(nèi)壓力穩(wěn)定；另一路氣從氣源處理裝置出來后經(jīng)氣源控制閥2，然后經(jīng)過電氣比例閥2調(diào)定壓力后分兩路，一路送入充氣密封膠圈，另一路用于數(shù)字式壓力開關(guān)2檢測壓力值，此壓力值同樣輸出信號到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)數(shù)字式壓力開關(guān)2的檢測值控制電氣比例閥2的閥門開合大小，從而保持洗碗機(jī)槽體充氣密封圈內(nèi)部壓力穩(wěn)定。

5.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)主要控制元件為可編程邏輯控制器PLC?？刂瞥绦蛄鞒虉D如圖5所示。系統(tǒng)得電初始化完成后，程序進(jìn)入工作狀態(tài)，首先需設(shè)定洗碗機(jī)槽體密封腔腔體和充氣膠圈目標(biāo)氣壓值。氣路系統(tǒng)分別對兩路氣路充氣工作后，PLC獲取數(shù)字式壓力開關(guān)1和數(shù)字式壓力開關(guān)2反饋值并分別進(jìn)行比對，同時進(jìn)行PID算法計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果反饋調(diào)定電氣比例閥1 和電氣比例閥2的閥門開合大小進(jìn)行保壓工作，保壓觀察15s之后系統(tǒng)泄壓。

本文中采用的PID控制系統(tǒng)如圖6所示，以洗碗機(jī)槽體密封腔內(nèi)部壓力控制為例，通過前期設(shè)定的槽體密封腔內(nèi)部氣壓的目標(biāo)值（SV），PID模塊實(shí)時計(jì)算系統(tǒng)的設(shè)定目標(biāo)值（SV）與數(shù)字式壓力開關(guān)的反饋值(PV)的偏差大小，執(zhí)行PID運(yùn)算，得出輸出值（MV），調(diào)節(jié)輸出電壓來控制電氣比例閥的閥門開合大小以及進(jìn)氣量，以達(dá)到穩(wěn)定槽體密封腔內(nèi)部氣壓的目的。

PID模塊根據(jù)速度型測定值微分型運(yùn)算公式執(zhí)行PID運(yùn)算，執(zhí)行動作的運(yùn)算公式如下：

其中，EVn為本次采樣時的偏差，EVn-1為1個周期前的偏差，Dn為本次的微分項(xiàng)，Dn-1為1個周期前的微分項(xiàng)，SV為目標(biāo)值，KP為比例增益，PVnf為本次采樣時的測定值(濾波后)，PVnf-1為1個周期前的測定值(濾波后)，PVnf-2為2個周期前的測定值(濾波后)，ΔMV為輸出變化量，KD為微分增益，MVn為本次的操作量，TS為采樣周期，TI為積分常數(shù)，TD為微分常數(shù)。

6 應(yīng)用實(shí)例

該裝置已經(jīng)在某手動水槽洗碗機(jī)生產(chǎn)線得到應(yīng)用，對水槽洗碗機(jī)底部是否滲漏進(jìn)行檢測，圖7為檢測裝置實(shí)物外形照片，外形尺寸為：800mm(寬)×1230mm（深）×3020mm（高）。整套設(shè)備可移動，氣路組件及電控柜在臺車后方，操作人員在設(shè)備正面操作設(shè)備并將密封板導(dǎo)正。操作一側(cè)設(shè)上升按鈕、下降按鈕、充氣按鈕和急停按鈕。實(shí)際操作過程中，充氣密封圈的充氣壓力設(shè)定為0.12MPa，槽體密封腔腔內(nèi)充氣壓力設(shè)定為0.003MPa，相當(dāng)于30cm高度的水壓。經(jīng)過生產(chǎn)一線的實(shí)際應(yīng)用證明，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，檢測結(jié)果可靠、檢測精度高、性能穩(wěn)定，有效解決了以往漏判問題。

圖4 氣路系統(tǒng)示意圖

圖5 控制程序流程圖

圖6 PID控制系統(tǒng)

圖7 檢測裝置實(shí)物外形

7 結(jié)束語

該裝置利用氣壓增壓原理對水槽洗碗機(jī)底部滲漏進(jìn)行檢驗(yàn)，能有效解決因水壓不足造成漏判的問題，檢測時所需純水較少，節(jié)拍時間短，操作簡單，檢測結(jié)果可靠。目前該裝置主要用于單臺設(shè)備檢測，增加檢測模塊之后可推廣應(yīng)用至自動化流水線生產(chǎn)模式。