棉花預(yù)平衡樣品自動(dòng)取樣連續(xù)檢測(cè)系統(tǒng)的研究

連素梅 李 朋 劉 俊 王 銘 傅科杰

(1.石家莊海關(guān)，河北石家莊，050051；2.烏魯木齊海關(guān)，新疆烏魯木齊，830011；3.青島海關(guān)，山東青島，266555；4.寧波海關(guān)，浙江寧波，315100)

隨著科學(xué)技術(shù)在棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展應(yīng)用，傳統(tǒng)的感官檢測(cè)或單一指標(biāo)測(cè)試儀逐漸被大容量棉花快速測(cè)試儀(簡(jiǎn)稱HVI)所替代。根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家棉花檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，使用HVI檢測(cè)棉花樣品之前，必須在恒溫恒濕室靜置平衡24 h以上，恒溫恒濕室的空氣環(huán)境控制在溫度(20±2)℃，相對(duì)濕度(65±3)%。目前，棉花樣品平衡過(guò)程大都是在檢測(cè)室中進(jìn)行，將檢測(cè)室設(shè)置成恒溫恒濕的獨(dú)立空間，同時(shí)作為平衡室和檢測(cè)室使用，即一室兩用[1]。這種情況存在種種弊端，不利于樣品的溫濕度平衡。因此，需要對(duì)棉花樣品恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科學(xué)合理的布局設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)一種能夠連續(xù)進(jìn)行棉花樣品輸送和檢測(cè)的方法，是本領(lǐng)域急需解決的問(wèn)題。

1 現(xiàn)行棉花恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室布局及存在的問(wèn)題

根據(jù)棉花檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求，棉花檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室需配備恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室，用以對(duì)棉花樣品進(jìn)行溫濕度平衡預(yù)處理。目前棉花實(shí)驗(yàn)室的布局設(shè)計(jì)主要存在兩種方式：一是平衡處理室與檢測(cè)室分開(kāi)，當(dāng)樣品在平衡室完成溫濕度處理滿24 h后，人工將這些樣品從平衡間移至檢測(cè)室進(jìn)行檢測(cè)，如圖1所示；二是樣品平衡間與檢測(cè)室設(shè)置為同一個(gè)房間，棉花樣品與檢測(cè)設(shè)備均處于同一恒溫恒濕環(huán)境中，樣品平衡處理好后可直接進(jìn)行檢測(cè)[2]，如圖2所示。

圖1 平衡室與檢測(cè)室分開(kāi)布局

圖2 平衡室與檢測(cè)室在一起布局

上述棉花恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)布局存在如下不足。

(1)單獨(dú)設(shè)置溫濕度平衡間的實(shí)驗(yàn)室由于需要將棉花樣品統(tǒng)一放置到房間內(nèi)進(jìn)行平衡，就使得工作人員在存取樣品時(shí)頻繁進(jìn)出該房間，尤其是在檢測(cè)工作量比較大房間內(nèi)樣品流動(dòng)頻繁的情況下，使得平衡間內(nèi)溫濕度會(huì)因此發(fā)生大幅度變化，不利于房間的溫濕度控制，影響樣品回潮率平衡效果及檢測(cè)結(jié)果。

(2)未單獨(dú)設(shè)置樣品平衡室，檢測(cè)室同時(shí)作為平衡室使用，往往需要兼顧樣品和儀器所占用空間，其房間面積往往較大從而加大了實(shí)驗(yàn)室溫濕度控制的難度，導(dǎo)致恒溫室故障率較高，影響檢測(cè)效率和結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 棉花溫濕平衡樣品自動(dòng)連續(xù)取樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及工作原理

2.1 工作原理

針對(duì)上述兩種恒溫恒濕室布局設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，為了最大程度減少影響溫濕度的不利因素，棉花溫濕平衡樣品自動(dòng)連續(xù)取樣檢測(cè)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱連續(xù)取樣檢測(cè)系統(tǒng))設(shè)計(jì)為單獨(dú)設(shè)置樣品平衡室，從而降低外界環(huán)境、檢測(cè)設(shè)備以及人員對(duì)平衡間環(huán)境的干擾影響，同時(shí)還需要避免人員進(jìn)出平衡間造成的溫濕度波動(dòng)。

連續(xù)取樣檢測(cè)系統(tǒng)是將平衡室和檢測(cè)室隔離開(kāi)，同時(shí)將平衡室和檢測(cè)室均設(shè)置為恒溫恒濕的獨(dú)立空間，兩室緊鄰，在平衡室內(nèi)安裝升降機(jī)器人用以識(shí)別、抓取待檢樣品，貫穿平衡室和樣品室安裝輸送帶，用以傳送待檢樣品[3]。具體工作原理為，當(dāng)待檢樣品在平衡室達(dá)到平衡時(shí)間要求后，位于檢測(cè)室的檢測(cè)人員直接下達(dá)指令通過(guò)升降機(jī)器人將裝有待檢樣品的平衡筐移動(dòng)到輸送帶上，輸送帶將平衡筐輸送至檢測(cè)室備檢。由于平衡室和檢測(cè)室均為恒溫恒濕空間，因此待檢樣品進(jìn)入檢測(cè)室后能夠及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。整個(gè)過(guò)程都由檢測(cè)人員操控，而且無(wú)需人員出入平衡室和檢測(cè)室，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取樣連續(xù)檢測(cè)，最大程度減少對(duì)平衡及檢測(cè)環(huán)境的溫濕度影響，可確保檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性，有利于檢測(cè)效率的充分提高。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

連續(xù)取樣檢測(cè)系統(tǒng)(圖3)，主要包括兩套平衡架2、軌道3、升降機(jī)器人4和輸送帶5，輸送帶位于平衡室1內(nèi)且其另外一端伸入檢測(cè)室7內(nèi)，兩套平衡架位于平衡室內(nèi)、且相對(duì)設(shè)置在輸送帶兩側(cè)，平衡架用于放置平衡筐，每套平衡架與輸送帶之間設(shè)置一套軌道，升降機(jī)器人(圖4)安裝在軌道上、且可沿軌道滑動(dòng)，升降機(jī)器人用于從平衡架上取出平衡筐，并將平衡筐置于輸送帶上，輸送帶用于將平衡筐從平衡室輸送到檢測(cè)室[4]。

圖3 連續(xù)取樣裝置設(shè)計(jì)布局圖

1-平衡室;2-平衡架;3-軌道;4-升降機(jī)器人;5-輸送帶;6-檢測(cè)臺(tái);7-檢測(cè)室

平衡架為框架結(jié)構(gòu)，平衡架上設(shè)置至少兩列平衡筐容納空間，每列至少放置兩套平衡筐，平衡筐與平衡架滑動(dòng)配合。

平衡筐為上開(kāi)口的矩形箱體結(jié)構(gòu)，其側(cè)板和底板上分別開(kāi)設(shè)透氣孔，平衡筐的底板下表面對(duì)稱設(shè)置兩道條形滑塊，平衡架上的容納空間底部固定設(shè)置兩套條形滑槽，條形滑塊與條形滑槽滑動(dòng)配合，平衡筐的底板下表面中部還設(shè)有與條形滑塊平行的齒條。

升降機(jī)器人(圖4)是連續(xù)取樣檢測(cè)裝置的關(guān)鍵核心部分，主要包括支撐板1、升降液壓缸2、四根導(dǎo)柱3、托板4、平衡筐5、滑塊6、齒輪7、平移電機(jī)和平移液壓缸8，支撐板底部設(shè)置四套行走輪9，四套行走輪呈矩形布置、且行走輪的軸線與軌道10延伸方向垂直，其中一套行走輪借助于減速箱連接行走電機(jī)[5]，托板借助于導(dǎo)套與導(dǎo)柱滑動(dòng)配合，托板頂面平行設(shè)置兩套滑軌，滑板通過(guò)底面上設(shè)置的燕尾滑塊與兩套滑軌滑動(dòng)配合，托板中部設(shè)置矩形缺口，滑板下表面固定安裝貫穿矩形缺口的連板，托板下表面固定安裝平移液壓缸[6]，平移液壓缸的活塞桿端部與連板下端鉸接，滑板中部前端開(kāi)設(shè)矩形缺口，滑板前端下表面固定安裝平移電機(jī)，平移電機(jī)的動(dòng)力輸出端固定安裝齒輪，齒輪上邊緣位于滑板中部前端的矩形缺口內(nèi)，齒輪用于取出平衡筐時(shí)與平衡筐底部的齒條嚙合，滑板下表面設(shè)置兩套平移電機(jī)和兩套齒輪，兩套平移電機(jī)對(duì)稱設(shè)置。

圖4 升降機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖

1-支撐板;2-升降液壓缸;3-導(dǎo)柱;4-托板;5-平衡筐;6-滑塊;7-齒輪;8-平移液壓缸;9-行走輪;10-軌道

2.3 工作程序

連續(xù)取樣檢測(cè)系統(tǒng)，具體通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)。

(1)利用自動(dòng)取樣機(jī)器人從平衡室內(nèi)取樣。

(2)利用輸送帶將棉花樣品從平衡室輸送至檢測(cè)室。

(3)實(shí)現(xiàn)對(duì)棉花樣品進(jìn)行連續(xù)在線檢測(cè)。

3 結(jié)論

通過(guò)將平衡室和檢測(cè)室隔離開(kāi)，在平衡室設(shè)置自動(dòng)取樣裝置，并在平衡室與檢測(cè)室之間設(shè)置輸送帶，輸送帶用于將棉花樣品自動(dòng)輸送至檢測(cè)室，檢測(cè)人員無(wú)需頻繁出入平衡室和檢測(cè)室，最大程度降低對(duì)平衡室和檢測(cè)環(huán)境的干擾影響。

升降機(jī)器人既可以沿著軌道縱向運(yùn)行，還可以升降，便于從平衡架的不同位置取出平衡筐，并將平衡筐準(zhǔn)確放置在輸送帶上，提高自動(dòng)化程度。