酸碱液内物料篮检测装置的开发应用

倪淋一

（东南大学成贤学院电子工程系，江苏 南京210088）

1 问题的提出

在自动化清洗设备中，被清洗物料通过在各清洗槽中进行浸泡、化学清洗、漂洗等工序，以去除表面的污垢等，被清洗物料通常是装载于物料篮中，通过输送机械手抓取物料篮在各清洗槽中逐槽进行传送完成清洗工序。

为了保证清洗设备的正常运行，输送机械手必须正确完成对物料篮的抓、放与输送，特别是对于一些易碎的物料，如果输送机械手不能准确抓取或放置物料篮，则有可能使在某一清洗槽中应该被抓取的物料篮没能抓取输送到下一清洗槽，仍然留在该槽中，而上一清洗槽中的物料会由机械手继续往该槽中输送，从而使两物料篮相撞，被清洗物料损坏而造成重大经济损失。这一问题已受到各清洗设备生产厂家的高度重视，而物料篮的位置检测是解决这一问题的必要条件。但是，由于物料篮是浸没在清洗槽内的清洗液中进行清洗的，且清洗液经常是具有较强腐蚀性的酸、碱性溶液，常规光电开关、接近开关等检测手段很难直接应用于清洗槽内物料篮的检测，因此，必须对这类在具有较强腐蚀性的酸、碱性溶液环境内物料篮的检测技术与装置进行研究与开发。

2 对现有相关检测技术的分析及新型检测技术方案的研发思路

鉴于上述原因，目前所采用的检测方式通常都在清洗槽外进行间接检测。例如，现有的一种方式是将输送机构机械手臂做成可向上活动式的，当出现误操作，输送机构将物料篮放置到有物料篮的清洗槽中时，两物料篮相撞，输送机械手继续下行时在物料篮的阻碍下机械手臂可以上抬，触动到相应的行程开关而使设备停止运行，以避免输送机械手对物料篮的损伤并进行报警提示。但这种方式在检测到清洗槽中有篮时已经发生了两物料篮的相撞，仅适用于物料篮及其中的物料刚性较高的场合，而且反应滞后，很难达到较好的检测效果。还有一类方式是通过下述规则进行检测判断，即完成抓篮动作后的机械手抓取钩上应该是有篮的，而完成放篮动作后的机械手抓取钩上应该是无篮的，如果结果与之相反，则说明出现了抓篮或放篮的故障，就需要进行人工干预，据此对输送机械手的抓放篮动作进行检测，从而间接进行对物料篮的检测，这样的检测相对来讲较易实现，但由于大多数检测传感器都不可浸没于清洗液中，则一般的通过与物料篮相接触来感知物料篮有无的接触式传感器在此种情况下都不能使用，只能在机械手上采用光电传感器、测重传感器甚至超声波传感器等非接触式传感器，但这类传感器大都成本高，而且也存在不能适应化学清洗液所挥发的腐蚀性气体侵蚀的问题，甚至会因为被腐蚀而造成对被清洗物料的污染，其使用也存在局限性。

此外，如果清洗槽内是同时进行多个物料篮的清洗，机械手一次要抓取多个物料篮进行输送，则上述的非接触式传感器也很难准确感知机械手是否已对多个物料篮全部完成抓篮或放篮，即使可以针对每一物料篮的抓取位置进行检测，也需要数个传感器，其成本将更高。

通过对现有相关检测装置的分析可以看出，现有检测装置不能满足使用要求的主要原因有：一是检测用传感器不能耐酸碱腐蚀，更不能在酸碱溶液中完成检测工作，导致无法实现对清洗槽中的物料篮进行直接的检测；二是间接检测物料篮在输送机械手抓取钩上的有无的方式虽可保证对输送机械手抓取完成情况的检测，但成本高，结构上难以安排，且同样存在检测传感器防腐蚀的问题。

为了解决这一技术难题，需要寻找或设计一种检测传感器或检测装置，它不仅能直接感知被清洗的物料篮，而且结构简单、防水、耐腐蚀。

通过思考与实践，针对所需的使用场合，可以利用干簧管制作成专用的传感器来满足我们的特殊使用要求。解决这一问题的基本思路是：通过采用与物料篮或抓取钩同质的材料或其他耐腐蚀材料对干簧管与磁铁零件分别进行封装，将封装后的干簧管安装在清洗槽内或输送机械手的抓取钩上，将封装后的磁铁零件安装在物料篮上，物料篮上经封装后的磁铁零件的安装位置与清洗槽内或机械手抓取钩上经封装后的干簧管的安装装置相对应，在使用过程中，如果在清洗槽内或抓取钩上的干簧管被在物料篮上的磁铁零件感应而动作，则说明在相应位置上有物料篮，否则就说明在相应位置上无物料篮，从而可以对物料篮进行直接的检测。由于干簧管及其导线是被密封安装的，并且是采用可耐受清洗所用化学液腐蚀的非磁性材料进行密封安装，物料或物料篮上安装的磁铁零件也是被封装在同样耐腐蚀的非磁性材料内，所以检测工作可以在腐蚀性的清洗液中直接进行，且经封装后不影响磁铁零件对干簧管的作用。该检测方式结构简单、成本低廉、使用可靠、维修方便，可以适应各种特殊及强腐蚀性的使用场合。

上述方法利用封装在物料篮上的磁铁零件对封装在清洗槽内或抓取钩上干簧管的感应作用来实现对物料篮的检测，但如果在物料篮上无法进行磁铁零件的封装，则似乎就无法实现对物料篮的检测。为此，我们拓展思路，提出另一解决方案：在输送机械手抓取钩上附设一导杆，将干簧管封装在导杆内下端，在导杆上活套一浮球，浮球可以在导杆上上下活动，在浮球内封装磁铁零件，这样，当机械手进入清洗槽中准备抓取物料篮时，物料篮抓取钩及其上附设的导杆进入到清洗槽中的清洗液内，此时套装于导杆上的浮球将由于液体浮力的作用而一直漂浮在清洗液表面，不会影响抓篮动作的实施。当机械手上的抓取钩实施抓取动作后，抓取钩处于物料篮上被钩取部位的下方，抓取钩向上提升时，物料篮上被钩取部位就搁置在抓取钩上，当机械手抓取物料篮向上运动而逐渐脱离液面时，导杆上的浮球与导杆最低端的距离随之逐渐减小，直到物料篮被提升至液面以上时，浮球的一边会搁置在物料篮上不再下降，这样其与导杆内所封装的干簧管尚有一段距离，浮球内封装的磁铁零件不能与干簧管产生作用，这就说明机械手上有物料篮，抓篮动作正确实现；反之，如果机械手没能正确抓取物料篮，浮球会一直下降到导杆的最低位置，干簧管就会发出信号，表示此时机械手上无篮，说明抓篮动作未能正确实现。往清洗槽内放篮的过程与上述过程相反，当放篮完成后机械手抓取钩离开液面时，导杆上的浮球应该处于导杆的最低端使干簧管动作，如果机械手未能正确放篮，物料篮会仍处于物料篮抓取钩上，浮球会搁置在物料篮上，无法使干簧管动作发出相应信号，表明放篮失败需要人工处置。这样，由封装有干簧管的导杆与封装有磁铁零件的浮球所构成的物料篮检测装置，通过浮球与物料篮之间的接触与否所带来的浮球位置的变化来进行物料篮检测，不仅能直接感知被清洗的物料篮，而且结构简单，相对于其他传感器而言，成本大为降低，同时由于所述干簧管及其导线是被封装于耐腐蚀的非磁性材料导杆内的，磁铁零件也是被封装于耐腐蚀的非磁性材料浮球内的，故该物料篮检测装置能实现防水、耐腐蚀的目的。

3 检测装置的开发应用

根据上述研发思路，我们设计了如图1、图2所示的在物料篮上封装磁铁零件的检测装置和如图3所示的物料篮上未封装磁铁零件的检测装置。

图1 物料篮上封装磁铁零件的检测装置(整体图)

图2 物料篮上封装磁铁零件的检测装置(局部放大图)

图3 物料篮上未封装磁铁零件的检测装置

在图1与图2所示的检测装置中，清洗槽1内盛有腐蚀性的清洗液，安装有物料篮支架4，清洗过程中物料篮2搁置在其上，在物料篮支架4和机械手的抓取钩3上分别通过PFA软管7封装有干簧管6，干簧管6的导线在PFA软管的保护下引向设备的电控系统，在物料篮2上与各干簧管6相对应的位置封装有2磁铁零件5，这样，通过干簧管6是否被磁铁零件5感应可以方便地检测出物料篮2，且可以直接在腐蚀性液体内进行检测。

在图3所示的检测装置中，物料篮1为通用件，其上无法封装磁铁零件，机械手通过抓取钩杆6及其下端的抓取钩8钩取物料篮1上的侧边7来抓取物料篮1，在抓取钩杆6上通过支架安装有导杆4，其底端封装有干簧管5，导杆4上套装有浮球3，浮球3内封装有环形的磁铁零件2，这样，通过浮球3是否对干簧管5形成感应可以确定抓取钩8上是否有物料篮，且同样可以直接在腐蚀性液体内进行检测。

4 结语

在清洗设备中物料篮的检测对保证清洗过程的正常进行十分重要，但在液体内检测，特别是在具有腐蚀性的溶液中对物料篮进行检测具有一定难度。本文所提出的通过采用耐腐蚀材料分别封装干簧管与磁铁零件、采用不同的安装结构形式的检测思路及所研发的检测装置，可以解决这一难题，且结构简单、实施方便、成本低廉，能达到很好的使用效果，检测思路与相应的检测装置也可以在其他设备与使用场合加以应用。