一种智能充绒机的制作方法

1.本发明属于充绒设备领域，具体为一种智能充绒机。


背景技术：

2.随着人民对生活品质的要求日益提高，羽绒制品需求大幅增加，对其生产质量与效率也提出了更高的要求。传统生产加工中由于人工称绒及充绒有较大误差、生产效率低下以及生产现场环境差等缺点，开发设计智能充绒机是现代羽绒制品生产的必然趋势，智能充绒机的出现可有效的改善传统人工生产的缺点，也是适应现代企业自动化生产的发展需求。
3.国外，1911年johnr.sheldon发明了棉被填充机，是最早与充绒相关的设备，其通过鼓风机产生鼓风，通过合适的喷嘴，将羽毛从盛绒容器充入需填充的棉被与枕头中。1970年，nathana.eisner,lawrence,ny发明了灌装机，引入分离羽毛形状装置，将羽绒分离，输送到测量站后，填充机按设定比例进绒至填充物。
4.国内，最初是中国计量院采用自动控制技术，进行羽绒定量称重，自由设定规格，充绒动力源采用气动装置。类似控制方式包括祝迎春、叶刚等发明的羽绒被充绒装置也实现了填充重量的自动控制。由曾惠玲等研发的定量充绒机采用直立式结构，应用非接触式的离心力搅拌方式实现羽绒分离，确保了羽绒无损与稳定输绒。目前市场上充绒机大部分采用plc控制器，实现羽绒填充格数与重量的设定，连续充绒，达到较高充绒效率。
5.但是现有的充绒设备中，储绒箱与称重箱分体设计，不仅占地面积大，空间利用率低，而且称重箱内部的称重容器大都采用圆形漏斗的形状，圆形漏斗在拐角处容易堆积羽绒，且因为内壁为圆形，没有减速装置，羽绒输送至圆形漏斗中静置时间过长。因为圆形特别容易形成漩涡，使整个称重容器中的羽绒飘起来，羽绒本来就轻，这样对称重过程的精度就会有很大的影响，同时圆形漏斗需要更长的时间才能使羽绒静置，极大的影响生产效率。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种智能充绒机，能够将储绒、除杂、搅拌、称重集成于一体，提高羽绒称重精度，同时采用四棱台结构的称重容器，能够有效减少羽绒堆积，提高出绒效率。
7.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明提供一种智能充绒机，包括箱体，箱体上设有触摸屏，箱体内设有储绒箱、搅拌装置、称重箱、气动装置和控制箱；所述储绒箱包括上下相连的上储绒箱和下储绒箱，上储绒箱与箱体上的进料口相连通，上储绒箱内设有用于防止羽绒堆积的搅拌装置，上储绒箱的底部设有下绒门板，下绒门板受电磁阀控制开启和关闭，下绒门板开启后上储绒箱内的羽绒自动落入下储绒箱中；下储绒箱四周设有用于吸附羽绒中杂质的磁铁；所述称重箱内设有四棱台结构的称重容器，称重容器底部设有称重传感器；所述称重容器分为依次相连的上部、中部和下部三部分，上部设有进绒口，进绒口与下储绒箱通过进绒管道相连
通，下部设有出口，出口与箱体上的出绒口通过出绒管道相连通；所述气动装置包括气源装置和执行元件，所述气源装置包括空气压缩机，为充绒机进绒和出绒提供动力；所述执行元件包括设置在进绒管道上的进绒电磁阀，设置在出绒管道上的出绒电磁阀，以及与进料口相连的用于将羽绒充入上储绒箱的上绒电机；所述控制箱内安装有plc控制器和称重模块，plc控制器与触摸屏、搅拌装置、电磁阀和气动装置电连接，称重模块接收称重传感器的测量数据并发送给plc控制器。
8.所述称重容器的上部为正方体或长方体形状，上部的四周及顶部设有防止羽绒飞溅的纱网；中部为从上而下逐渐变窄的四棱台结构，四棱台的斜面与其底部所在平面的夹角a为45～55
°
；下部为长方体形状。
9.所述plc控制器采用信捷xd3
‑
60plc，触摸屏采用昆仑通态公司生产的tpc1570gi型号触摸屏。
10.所述称重模块选用xd
‑
e4wt
‑
c，称重传感器采用nc308c6mr/600g型称重传感器。
11.所述称重容器固定在托盘上，称重传感器的上端固定在托盘下表面，称重传感器的下端固定在称重箱底部的防震支架上。
12.所述搅拌装置包括搅拌电机，搅拌电机与plc控制器电连接，联轴器安装在搅拌电机的输出轴上，搅拌轴安装在联轴器上，搅拌轴上均匀设置有若干圈搅拌齿，每圈搅拌齿均匀设置4～6根，相邻两圈搅拌齿呈30～60
°
交错排列，搅拌齿的形状为无棱角柱状。
13.所述上储绒箱内设有进料限位传感器和上气嘴；下储绒箱内设有上限位传感器、下限位传感器、下气嘴和检测区清洁气嘴，且检测区清洁气嘴设置在上限位传感器附近，上气嘴、下气嘴和检测区清洁气嘴与气泵相连，气泵与空气压缩机相连。
14.所述称重容器上方设有辅出绒气枪和清洁气枪，辅出绒气枪上设有节流阀，辅出绒气枪和清洁气枪与空气压缩机相连。
15.所述下储绒箱的形状为三角体，斜面向下；称重箱设置在下储绒箱的下方。
16.所述箱体上设有透明亚克力视窗和门板；所述进绒管道和出绒管道采用透明橡胶软管。
17.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提供的智能充绒机，箱体内设有储绒箱、搅拌装置、输绒装置和称重箱，其中上储绒箱用于储存大量羽绒，下储绒箱用于羽绒的除杂等准备工序，上储绒箱内设有搅拌装置，防止羽绒堆积，能够将储绒、除杂、搅拌、称重集成于一体。同时采用四棱台结构的称重容器，能够有效减少羽绒堆积，提高羽绒称重精度，提高出绒效率，解决了圆形漏斗导致的羽绒堆积，滑落不流畅的问题。
18.进一步的，本发明中，称重容器能够对进入其中的羽绒起到减速作用，其中上部的纱网，不仅能够防止羽绒飞溅到称重容器外部，还能起到80％的减速作用；中部的四棱台每两个面之间是90
°
夹脚，不仅可以起到20％的减速作用，还能避免圆形形状引起的漩涡，防止羽绒漂浮。因此本发明的称重容器在较短时间内就能使羽绒达到静置状态，提高称重效率和称重精度。
19.进一步的，本发明中对搅拌装置进行了改进，使其形状和结构更加适于搅拌羽绒，无棱角柱状的搅拌齿的设计，避免了羽绒堆积和损伤羽绒。同时配合上气嘴、下气嘴的吹气，使羽绒更加蓬松分散。
20.进一步的，本发明中箱体内从上到下依次为相连的上储绒箱、下储绒箱和称重箱，通过下储绒箱内的上限位传感器的检测信号控制下绒门板的开启和关闭，可实现上绒的自动化。检测区清洁气嘴的设置可保障上限位传感器的精准检测，防止羽绒粘在上限位传感器附近影响检测。下储绒箱的三角体形状，使下储绒箱和称重箱巧妙结合，简化体积，提高空间利用率。
21.进一步的，通过plc控制器和称重模块的选型，可以更精确的控制智能充绒机的上绒、搅拌、称重、出绒等各个步骤，使充绒过程能够得到精确控制，智能化程度高。
附图说明
22.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
23.在附图中：图1是本发明的智能充绒机的正视图；图2是本发明的智能充绒机的c
‑
c剖视图；图3是本发明的智能充绒机的内部结构示意图；图4是本发明的智能充绒机中的称重容器的结构示意图；图5是本发明的智能充绒机的结构简图；图6是本发明的智能充绒机的控制硬件设计结构图；图7是plc控制器和称重模块的接线原理图；图8是控制工作总流程图；图9是控制程序结构流程图；图10是主箱体子程序流程图；图11是称重子程序流程图；图12是配方子程序流程图；图13是充绒子程序流程图；图中：1为箱体，2为上储绒箱，3为下储绒箱，4为称重箱，5为称重容器，6为称重传感器，7为下绒门板，8为透明亚克力视窗，9为触摸屏，10为进料口，11为门板，12为出绒口，13为辅出绒气枪，14为清洁气枪，15为上绒电机，20为搅拌装置，21为搅拌齿，22为搅拌轴，23为进料限位传感器，24为上气嘴，31为上限位传感器，32为下限位传感器，33为搅拌器，34为下气嘴，35为检测区清洁气嘴，51为进绒口，52为上部，53为纱网，54为中部，55为下部，56为出口，57托盘。
具体实施方式
24.有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
25.如图1～5所示，本发明的智能充绒机采用竖立封闭式箱体结构，从上到下分为依次连接的三个部分：上储绒箱2、下储绒箱3和称重箱4。上储绒箱2用于储存大量羽绒，下储绒箱3用于羽绒的除杂等准备工序。
26.上储绒箱2内设有搅拌装置20，主要由搅拌电机构成，联轴器安装在搅拌电机的输出轴上，搅拌齿21安装在搅拌轴22上，主要为了防止羽绒大量堆积造成管道阻塞等，对后续生产过程产生影响，且搅拌齿21为无棱角柱状(如u型、圆柱形)，避免损伤羽绒。透明亚克力视窗8(透明的亚克力板)安装在箱体1上，方便生产人员观察箱体内部情况。上储绒箱2右侧有上绒电机15和换绒电机，通过上绒电机将外部羽绒从进料口10吸入上储绒箱2内，实现人绒分离，实现对传统充绒房以及传统手工充绒方式的现代化、无尘环保改造，促进生产升级。
27.下储绒箱3用来存放少量羽绒原料并进行除杂，羽绒原料中可能会含有少量金属或其他杂质，在下储绒箱3周围安装磁铁，由于搅拌装置20分时搅拌，下储绒箱3中羽绒蓬松，金属及其他物质分别受磁铁与重力影响同羽绒分离，分离后的杂质附着在下储绒箱3表面，然后人工将杂质清楚，达到除杂效果。为了提升下储绒箱3中羽绒蓬松的效果，可以在下储绒箱3中加设搅拌器33。
28.称重是充绒机工作的核心，称重容器5内置在称重箱4中，由透明的亚克力板或者有机玻璃组成。称重容器5分为依次相连的上部52、中部54和下部55三部分，上部52为正方体或长方体形状，其四周及顶部配有纱网53，只能通过空气，防止羽绒飞溅出去，中部54为从上而下逐渐变窄的四棱台结构，下部55为长方体形状并设有出口56。称重容器5的上部设有进绒口51，进绒口51与下储绒箱3通过透明橡胶管道连通，将羽绒输送进来，因重力因素羽绒汇集在称重容器5的腔体下方。称重容器5下部的出口56与出绒管道相连，通过箱体1上的出绒口12将羽绒输送至待充物体中。
29.称重容器5固定在托盘57上，托盘57下方安装有称重传感器6，由于本发明最重称重羽绒在100g以内，称重精度要求达到0.1g，根据相关参数和比较，选用广州南创电子科技有限公司nc308c6mr/600g型称重传感器，该型号传感器采用悬臂梁安装方式，它的上半部分固定在称重容器的下方正方体托盘表面，下端固定在称重箱底部的防震支架上，可以避免工作过程中的箱体晃动导致称重容器与箱体接触的可能，安装维护也比较方便。箱体1上开设有门板11，打开门板11即可对称重容器5和称重传感器6进行维护。
30.本发明的智能充绒机采用气动装置作为执行机构，主要有气源装置和执行元件等组成，起羽绒物料运输作用，将下储绒箱里的羽绒输送到称重容器内，保证工作环节正常进行。工作时通过空气放大器产生负压，使羽绒通过管道送到设备各部分，由plc控制中间继电器驱动电磁阀的开闭，控制气路的通和断，气缸的伸出和缩回，进绒和出绒等动作，完成设定的生产控制动作流程。
31.在执行机构中气源装置由空气压缩机、空气净化器、除油器、储气罐和空气干燥器等五大部分组合而成，用于提供符合要求的压缩空气。其中空气压缩机选用奥突斯空压机ots
‑3×
550w
‑
65l型。
32.智能充绒机的执行元件主要有控制元件和气动辅件组成，控制元件采用电磁阀执行逻辑控制动作，实现气体的方向、压力工作需要。气动辅件，如消音器、接头以及连接导气管等，和控制元件有机的构成执行部件，工作中实现控制动作要求。
33.箱体1内设有控制箱，控制箱内安装有plc控制器、称重模块、电机驱动器、继电器和电磁阀等控制单元。箱体1表面安装有触摸屏9，设有电源开关和启动与停止按钮等，箱体1侧面安装有上绒电机和换绒电机，方便人工上绒和换绒。
34.智能充绒机的上储绒箱和下储绒箱的安装采用焊接方法，缝隙之间密封处理，防止漏绒造成资源的浪费。上储绒箱和上绒电机、下储绒箱和称重容器、出口56和出绒口12之间采用透明橡胶管道连接，保证在加绒过程中设备不会对羽绒造成损坏和输送通道的通畅，透明橡胶管道使生产人员能及时的发现生产中羽绒堵塞故障。为了避免损坏羽绒和使用方便，输送管道全部采用软管，和设备连接时，用套圈拧紧，防止漏绒。在安装称重传感器时要特别注意，称重传感器不能受到挤压，否则传感器极易损坏。称重箱尽量安装在水平面上，以免对称重精度产生影响。
35.箱体1上设有触摸屏9，当智能充绒机启动后，上绒电机15工作，将储绒袋中羽绒上绒至上储绒箱2。上储绒箱内设置有搅拌装置，防止加入过量羽绒产生堆积，上储绒箱和下储绒箱通过下绒门板7相连，由安装在下储绒箱侧面的上限位传感器控制下绒门板开启关闭，保证下储绒箱有足量的羽绒，当下储绒箱2的上限位传感器未检测到信号，则表明下储绒箱并未满料，plc控制下绒门板7打开，上储绒箱的羽绒由于重力自然下落，当检测到下储绒箱的羽绒达到上限值，上限位传感器31发送信号，plc控制下绒门板7关闭。上绒电机继续上料至进料限位传感器23检测至上储绒箱满绒后，停止上绒。上气嘴24、下气嘴34、搅拌装置20及搅拌器33均在上绒结束后进行吹气及搅拌，防止上储绒箱和下储绒箱中羽绒粘合不够蓬松，在上绒期间不参与工作，避免影响进绒以及传感器检测等。
36.为了控制充绒环节的总绒量，需要对羽绒质量进行精准控制。称重箱内安装有称重传感器控制总出绒量，下储绒箱往称重容器运送羽绒时，需要plc控制进绒电磁阀打开，控制调节空气流速使羽绒通过进绒管道进入称重容器，达到配方设定克重后，控制进绒电磁阀关闭，称重结束。触摸屏控制界面发出相应容器达到设定克重信息，操作员踩脚踏开关出绒，出绒电磁阀工作，将相应规格重量的羽绒输绒至套有被套的分隔箱中，出绒完毕，则出绒电磁阀关闭。
37.羽绒在输送过程中会有少量粘合在称重容器5的器皿壁上，如果根据称重显示出绒量并未达到要求，则需要启动辅出绒气枪13，将称重容器上残留的羽绒吹掉，从出口排出，填补所缺羽绒后关闭。称重容器5在长期工作中会有羽绒粘合或其他少量杂质产生，在智能充绒机未工作时，可以启动清洁电磁阀进行清洁气枪14吹气。辅出绒气枪13口径小一点(3mm)，防止工作中影响到称重传感器；清洁吹气是在工作结束后，清理内壁用的，不用考虑称重精度，所以清洁气枪14口径大一点(6mm)；气枪上有节流阀，随时可以调节气流大小。
38.根据智能充绒机的机械结构组成、生产工艺、自动充绒生产过程中所要执行的功能流程，以及企业多台机联合网络化监控生产要求，其控制硬件设计结构框图如图6所示。
39.根据智能充绒机工作原理，其系统控制所需的输入输出信号，参见表3
‑
1所示，总计输入有15点(预留五个)、输出有25点(预留五个)，称重传感器四个即需要四通道称重模块。
40.表3
‑
1地址分配表
根据控制系统的输入输出分配、控制要求和外部设备特性等，估算控制器所需存储器容量，并结合客户现场环境和组装要求等，本发明的智能充绒机的控制系统采用有较高性价比的plc控制器及附属功能控制模块来搭建硬件控制系统。硬件设计中系统信号全部使用控制总线连接，上位机通讯支持modbus_tcp协议，因此本体plc还需选配支持modbus_tcp协议的网口转发模块，结合系统性能与经济综合考虑、系统的实时性与数据点数要求，最终控制系统选用信捷xd3
‑
60 plc，其输入输出口可以很好的满足控制要求，称重扩展模块选用xd
‑
e4wt
‑
c。
41.根据客户成本以及生产中的操作性要求，智能充绒机系统工作中有大量配方数据处理，综合考虑选用昆仑通态公司生产的tpc 1570gi型号触摸屏，该型屏幕15.6英寸，性能强大，可以满足系统需要。同时，配备vnc软件，可实现网络化远程控制功能。
42.在控制设备选型后，根据输入输出分配表3
‑
1，对智能充绒机控制硬件进行安装接线，智能充绒机的硬件接线，其原理图参见图7所示。
43.智能充绒机在工作过程中，通过plc控制搅拌、加绒、定量称重和气路的通与闭等工作过程。设备开始运行前，首先由人工判断上储绒箱羽绒容量，如果容量不足，则向储绒箱加绒，达到设定时间后，自动停止上绒，以防止羽绒过多造成堵塞。上储绒箱上绒完成后，由plc控制下绒门板打开，将部分羽绒由上储绒箱往下储绒箱输送，进行除杂、蓬松等工作。完成后，等待下一周期循环充绒信号。
44.接收到充绒信号后，plc控制进绒电磁阀打开，将处理好的羽绒运送到称重箱体，运送过程由plc控制，由称重传感器实时反馈重量信息，形成半闭环控制结构，精准填充所需重量并发送称重完成信号。最后，接收到称重完成信号后，触摸屏给出文字提示“第*号秤，称重已完成，请踩下脚踏开关，开始放绒”踩下脚踏，开始放绒，放绒完成后，发送放绒完成信号，由主程序重新分配配方重量，循环上述流程，其控制工作总流程参见图8所示。
45.在图8控制工作总流程的基础上，依据智能充绒机的生产工艺要求，进行主程序控制结构流程和各个子程序控制结构流程的设计，设计的控制程序结构流程参见图9所示。
46.首先对plc的软元件进行初始化操作，主要执行各类掉电保持寄存器的数值复位等，然后判断处于测试模式和运行模式，测试模式下可通过触摸屏对所有输出元件进行测试，检查是否有元件在安装过程中损坏。在运行模式下，系统开始工作，并根据控制流程调用各个子程序，完成整个生产任务后系统自动停止。
47.主箱体的子程序主要负责上储绒箱和下储绒箱内的搅拌电机和上下吹气，保障羽绒的蓬松度，并判断下储绒箱的羽绒是否处于设定范围内，如果超过设定下限，控制下绒门板打开，将上储绒箱的羽绒输送到下储绒箱进行除杂等工作，如果达到设定上限，则控制下绒门板关闭，其控制工作流程参见图10所示。
48.称重箱的子程序主要负责每个称重容器的羽绒重量控制，系统运行后，接收到配方程序发送过来的数据后开始充绒，先选用电磁阀长动方式进行预充绒，达到设定重量预充比例重量时，改换电磁阀点动方式进绒充绒，达到设定重量的允许误差值下限为止。其控制工作流程参见图11所示。
49.配方程序主要负责将收到的触摸屏配方里羽绒重量、充绒格数和充绒次数等数据进行分配，触摸屏传送总格数，总次数和每格重量信息，配方程序将根据当前已经充绒次数和格数，合理分配重量信息给每个充绒子程序，并保证在每次生产任务完成和设备停止运行后，所有称重容器中没有剩余羽绒。其控制工作流程参见图12所示。
50.充绒程序主要负责收发信号，系统工作过程中，接收来自系统发送的各种信号，实时的向主程序发送每个称重过程的当前状态，以便于主程序按照控制要求控制出绒顺序。从实际现场调试来看，充绒过程中，羽绒虽经过除杂环节的处理，任可能有杂质和粉尘，所以，每次进行充绒前，系统会自动将每个称重容器进行校零，其控制工作流程参见图13所示。
51.以上是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。