一種內(nèi)壁通氣型檢測機構(gòu)的研制

王 江，周大威，耿傳熙，張加杰，朱 斌

（邁得醫(yī)療工業(yè)設(shè)備股份有限公司，浙江 臺州 317600）

預灌封注射器是一種將“藥物儲存”和“注射功能”融為一體的注射器，以給藥準確、藥液利用率高、安全便捷等優(yōu)勢，在歐美國家獲得廣泛認可和應用[1]。最初國內(nèi)使用的預灌封注射器大部分依賴進口，但由于國外技術(shù)壟斷造成價格居高不下，限制了市場擴大。近年來，隨著國產(chǎn)技術(shù)實現(xiàn)突破以及國內(nèi)生物制品的快速發(fā)展，預灌封注射器在中國的發(fā)展勢頭迅猛。在預灌封注射器生產(chǎn)組裝過程中，針尖通堵檢測是非常重要的工藝流程，由于針尖的細小及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中潔凈度要求嚴格，針尖通堵存的檢測更顯重要。

本項目通過潔凈氣源分氣、物料精準定位、定向吹氣、接近感應檢測等技術(shù)，向預灌封針筒針尖吹氣充足、穩(wěn)定，提高了針尖通堵檢測的準確性。

1 設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 內(nèi)壁通氣型檢測機構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)

內(nèi)壁通氣型檢測機構(gòu)裝置主要包括頂升機構(gòu)、氣流噴針組件、氣流通道和感應機構(gòu)，如圖1 所示。直線電機攜預灌封針筒到位后，頂升機構(gòu)將氣流噴槍插入預灌封針筒中，氣流通過噴針向預灌封針筒針尖流向，針尖內(nèi)孔無堵塞時，氣流通過針尖，經(jīng)過氣流通道作用在緊貼氣流通道出口的金屬薄片上，使金屬薄片產(chǎn)生形變靠近金屬感應器，完成通堵檢測。針尖堵塞時，則金屬薄片不產(chǎn)生能使金屬感應器感應到的形變。本機構(gòu)完成了預灌封針筒針尖的通堵檢測，具有結(jié)構(gòu)簡潔、成本低、檢測效率高的特點。

圖1 通氣型檢測機構(gòu)設(shè)計圖

本研究方案核心在于使用氣流壓強對感應薄片造成形變，感應器感應金屬薄片靠近完成檢測，如圖2所示，包括潔凈氣源、氣流噴針、氣流通道、感應組件。氣流截面直徑為0.3 mm 的針尖內(nèi)壁，進入氣流通道后對水平方向上厚度為0.05 mm 的SUS304 薄片施加推力。最終實現(xiàn)金屬感應器對金屬薄片靠近時的感應。

圖2 感應薄片檢測通氣性原理示意圖

1.2 內(nèi)壁通氣檢測機構(gòu)的創(chuàng)新點

采用上述技術(shù)方案，提高了針尖通堵檢測的檢測效率與檢測準確率，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的特點。調(diào)試穩(wěn)定性好，基本無需再對參數(shù)進行調(diào)整。

2 內(nèi)壁通氣檢測機構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 控制系統(tǒng)整體設(shè)計

整臺設(shè)備的控制系統(tǒng)主要任務是吹氣上下伺服運動控制和氣流壓力控制。通過PLC 控制吹氣上下伺服機構(gòu)實現(xiàn)吹氣上下伺服的實時控制[2]。通過穩(wěn)定的氣壓來控制吹氣閥的吹氣壓力一定，保證流出針頭的氣流壓力一定來實現(xiàn)推動金屬片達到檢測效果。觸摸屏控制啟動和反饋檢測結(jié)果。整機控制方案如圖3 所示。

圖3 控制系統(tǒng)方案圖

2.2 PLC 控制系統(tǒng)

本設(shè)備整體控制系統(tǒng)以PLC 為核心[3]，完成氣缸、伺服電機的檢測控制、運動控制和指示燈的控制，同時裝配Proface 觸摸屏實現(xiàn)人機界面交互[4]，硬件模塊布局如圖4 所示。核心的內(nèi)壁吹氣性檢測工藝是通過控制伺服運動控制達到吹氣位置，通過穩(wěn)定的出氣量控制通過針筒的流量壓力，推動金屬片完成檢測。圖5為伺服操作畫面，里面集成了伺服所有可操作動作，伺服原先處于初始位，等待動子到位后，上升到吹氣位，在吹氣位進行吹氣動作，然后進行檢測動作。整體控制系統(tǒng)以PLC 為核心，選用了歐姆龍伺服驅(qū)動器以及歐姆龍電機、Proface 觸摸屏、正泰電器等硬件。

圖4 硬件模塊布局圖

圖5 檢測上下伺服

整機控制程序較龐大，主要分為公共程序、吹氣上下伺服程序和吹氣檢測控制程序等[4]，能夠?qū)崿F(xiàn)初始化運行、位置控制、吹氣檢測控制、故障處理等各項任務，PLC 的輸出控制主要是通過直接輸出或者輔助繼電器輔助實現(xiàn)的，相應的IO 信號如表1 所示。

表1 輸入輸出IO 信號

2.3 人機界面設(shè)計

本設(shè)備使用了Proface 人機界面，通過與PLC 的組態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備運行監(jiān)控及操作。根據(jù)設(shè)計的實用性原則，觸摸屏畫面以自動生產(chǎn)畫面為主界面，有設(shè)定運行參數(shù)、位置參數(shù)和手動操作的按鈕窗口，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)的設(shè)定及手動操作等。

根據(jù)設(shè)計的實用性原則，觸摸屏畫面以生產(chǎn)畫面為主界面，下設(shè)運動參數(shù)、工藝設(shè)定等子窗口，通過按鈕切換進入。主畫面主要顯示設(shè)備實時工況，如圖6 所示。

圖6 人機界面主畫面

3 結(jié)論

本設(shè)備通過潔凈氣源供氣，氣流道導向、感應器檢測實現(xiàn)金屬薄片的形變與形變后的感應，實現(xiàn)對針尖通堵的準確檢測；同時，通過采用不銹鋼材料，大幅提高機構(gòu)的潔凈度與使用壽命，為預灌封針筒的組裝提供了很好的實驗和中試驗證基礎(chǔ)。