摘要：为解决人工检测日化品瓶铝箔密封性的劳动强度大，检测精度低等问题。基于一种空气泄漏模型，设计了日化品瓶铝箔密封性检测试验装置。对日化品瓶铝箔密封性检测试验装置的机械结构进行了详细设计,包括进给机构的设计等；选择PLC作为试验装置的主控制器，触摸屏为人机交互界面，设计了PLC控制流程及系统操作界面。为验证实际效果，试制样机，应用效果表明:在一定的进给速度和进给量范围内，日化品瓶铝箔密封性检测试验装置能提高30%以上的人工作业效率，检测准确度在97%以上，在减轻人工作业强度的情况下提高了检测的准确度。该装置性能稳定，操作简单，生产效率高，检测精度高，为企业带来了良好的经济和社会效益，具有一定的推广价值。
关键词：日化品瓶,铝箔密封性,试验装置,PLC
0引言
日化品瓶的瓶身材料主要为高密度聚乙烯，是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂，具有较高的刚性和韧性[1-2]。企业对日化品瓶铝箔密封采用全自动电磁感应铝箔封口机，其原理是在全自动电磁感应封口机内部，先将交流电压通过变压器变成直流电压，然后变压器中的低频直流电压转换成一定频率内的高频直流电压，由于封口机内部的电压频率在不停地变换，导致封口机内的线圈产生磁场，磁场使铝箔本身自行高速发热，最后铝箔对日化品瓶瓶口密封[3-4]。在企业实际生产中因为日化品瓶瓶口的不平整、日化品瓶瓶口有较多的毛刺以及其他附着物、全自动电磁感应铝箔封口机在运行时加热功率超出设定值和电机的转动速度异常等因素都会导致日化品瓶铝箔密封缺陷[5]。
目前，行业中对日化品瓶铝箔密封的检测主要采用人工检测的方法，由于人工检测的效率较低、准确度低、劳动强度较大，在检测过程中容易出现漏检以及误检的情况[6-7]。随着日化品的需求逐渐增加，传统的人工检测方式已经无法适应目前的生产需求以及行业的发展趋势[8]。国内外学者对铝箔密封性检测做了许多研究，如周益邦等人通过基于热图像特征提取的检测方法对铝箔密封性进行检测，这种检测方法的准确率较低，无法满足日化品瓶行业的生产要求[9]；济南兰光机电技术有限公司采用水中减压法（真空法）生产的MFY-01型号的铝箔密封检测装置，该检测装置只可单次检测单个产品，其检测效率较低[10]。因此，日化品瓶铝箔密封性检测装置是该行业研究的重点课题之一。
为解决日化品瓶铝箔密封性检测的准确性低、劳动强度大等问题，本文采用了一种日化品瓶铝箔密封性检测方法，通过对铝箔密封后的日化品瓶的瓶身施加一定压力使瓶身产生一定的变形，并基于一种空气泄漏模型，将施压过程中采集的日化品瓶产生的反作用力值代入泄漏模型得到日化品瓶的泄漏面积大小，根据泄漏面积值判定其密封性[11]。基于这种日化品瓶铝箔密封性检测方法，设计了日化品瓶铝箔密封性检测试验装置，包括机械结构设计、控制系统设计等。通过样机试验验证了日化品瓶铝箔密封性检测试验装置的可靠性，试验装置不但能够解决准确度低、工人劳动强度大的问题，而且可以提高日化品瓶铝箔密封性检测质量，对促进产业发展具有重要意义。
1日化品瓶结构及铝箔密封性检测工艺要求
1.1结构组成
日化品瓶由日化品瓶瓶盖、铝箔密封层、日化品瓶瓶身组成，其结构如图1所示。
1.2试验装置功能要求
日化品瓶铝箔密封性检测试验装置需要满足的功能如下：（1）能够实现对挤压速度和挤压行程进行调节；（2）能快速、准确地检测出铝箔密封性不良的日化品瓶；（3）完成一次检测后，挤压部件与测试件分离；（4）能够对故障进行检测及报警。
该检测装置的设计除了要满足上述的基本功能之外，还要操作简单、便于维修等方面的需求。
2日化品瓶铝箔密封性检测试验装置设计
2.1试验装置总体方案
为实现日化品瓶铝箔密封性检测，设计了日化品瓶铝箔密封性检测试验装置，如图2所示，该装置主要由进给机构、挤压杆和触摸屏等组成。图中所示装置的工作流程：（1）试验装置在进行检测前应对装置进行原点复位，将待检测的日化品瓶放置在进给机构的托盘上；（2）日化品瓶铝箔密封性检测设备启动之后，进给机构的步进电机驱动，日化品瓶托盘带动测试件移动并与挤压杆接触，使日化品瓶受到一定行程的挤压；（3）当日化品瓶托盘移动一定的距离后，步进电机反转，将日化品瓶托盘回到原位；（4）将压力传感器采集到的日化品瓶反作用力的压力值给PLC并对日化品瓶密封性进行判断；（5）当一个日化品瓶铝箔密封性实验结束后取出该日化品瓶；（6）当系统完成所有的日化品瓶铝箔密封性检测后按下停止按钮，使日化品瓶铝箔密封性检测试验装置停止运行。
2.2进给机构设计
进给机构是实现日化品瓶铝箔密封性检测的关键，主要由滚珠丝杆副、步进电机、光电传感器和托盘等组成，如图3所示。
结合试验装置功能设计指标要求，要求能够实现对挤压速度和挤压行程进行调节，在满足使用空间的条件下尽可能地减小质量、减轻操作难度，具备可靠性高、维修方便、安全性高，以及高的使用寿命，低的工作噪声和较小的振动，试验时对执行元件定位精度要求较高。由于步进电机的旋转角度是通过脉冲信号数决定，不会受到负载变化的影响，在旋转过程中不易产生累积误差，选择步进电机作为进给机构的驱动元件[12-13]。
步进电动机在步进驱动器的控制下转动，把转动传递给滚珠丝杆中的丝杆，通过滚珠丝杆上的螺母结构将丝杆的旋转运动转化为螺母的直线运动，螺母上连着托盘，托盘上装有待检测的日化品瓶，螺母带动托盘运动，托盘最终把动力输出到负载上。下面对进给机构进行设计，主要从丝杆的选择、电机的选型进行介绍。
2.2.1丝杆选型计算
滚珠丝杆是由丝杆、螺母、滚珠等组成的机械元件。使用工况：托盘自重1 kg，日化品瓶质量为0.5 kg，因此滚珠丝杠载重为1.5 kg；选取滚珠丝杆作为试验装置要
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