CN105628096B - 圆珠笔芯自动划检设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种圆珠笔芯自动划检设备，其特征在于，利用了多个轴向相同，且不位于相同平面的曲轴，这些曲轴中有一个主动曲轴，该主动曲轴带动划线单元中的笔芯做画圆运动，同时划线单元带动其余承动曲轴同步转动，使划线单元中的笔芯在画圆的过程中，保持在一个平稳的状态，不仅能够防止笔头损坏，还可以防止笔芯墨管内的墨水中断，避免二次质量事故。工作时，送纸单元的纸张传送轮转动，带动纸张移动，划线单元带动笔芯在纸张上画出轨迹，图像采集单元采集轨迹，并由主控单元根据图像判断笔芯是否断线、空心或单边，若检测到断线、空心或单边，主控单元控制剔除装置剔除对应笔芯。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种用于检测圆珠笔芯的检测设备。
背景技术
圆珠笔(芯)目前占据书写产品大部分市场，工厂生产的圆珠笔芯产品出厂前需要经过书写性能检测，主要确定产品是否有书写单边、空心及断线缺陷，对于缺陷产品需要挑出而不能流入市场销售。目前国内文具厂商每年生产圆珠笔芯超百亿只，其中绝大部分由人工手工检测挑选，该方法人工消耗大，此外，人工划检随意性大；划检过程圆珠笔芯笔头长时间裸露对笔芯品质带来附加风险。专利CN201110315436公开了一种笔芯划检装置，用于流水线笔芯的自动划检，通过对该专利的产品进行尝试运用，出现了以下问题:1、现有笔芯生产流水线工位确定，很少有能提供安装的空间；2、该产品的画圆部偏心盘呈平面排布，在该产品快速画圆时，画圆部会存在振动降低画圆线迹重现性。圆珠笔芯笔尖小，储墨管内墨水为流体，特别中性笔芯，墨水具有触变性，其粘度对震动敏感，机器划检装置划检过程中对笔芯的转移必须尽可能轻缓，避免急促的启动停止运动对笔芯产生敲击震动，否则容易导致笔头损伤或储墨管内墨柱断开，产生笔芯的二次质量事故，目前在用的产品因这种缺陷而被限制使用前景。
发明内容
本发明目的在于提供一种能够实现平稳在纸上描画轨迹的圆珠笔芯自动划检设备。利用该设备，可以实现对笔芯生产流水线上的笔芯全自动划检，同时，使得笔芯在划检过程中减少振动，增加平稳性，防止产生笔芯的二次质量事故。
为实现以上目的，本发明提供了一种圆珠笔芯自动划检设备，包括主控单元、划线单元、送纸单元、图像采集单元、曲轴、基座；基座上设有相互平行的第一支撑板和第二支撑板，第二支撑板上设有连接块的一端，连接块向第一支撑板延伸，且连接块的另一端下表面设有曲轴固定块，曲轴垂直设于第二支撑板和第一支撑板或曲轴固定块之间，且在轴向上能够相对于支撑板旋转；
送纸单元包括第一驱动电机和纸张传送轮，第一驱动电机与主控单元相连接，第一驱动电机带动纸张传送轮转动，进而带动纸张移动；
划线单元夹持笔芯，且使笔芯在纸上产生压力，
曲轴包括主动曲轴和承动曲轴，主动曲轴与承动曲轴位于同一轴向上，主控单元控制第二驱动电机带动主动曲轴转动，主动曲轴带动划线单元在纸张上画圆，划线单元带动承动曲轴与主动曲轴同步旋转；
图像采集单元采集纸上的轨迹，若轨迹中断、单边或空心，主控单元控制外部剔除组件剔除对应笔芯。
作为优选的，划线单元包括下夹板、中夹板、上夹板；下夹板和上夹板之间通过导柱固定连接，下夹板上表面设有用于带动中夹板在下夹板和上夹板之间相对竖直移动的气缸；气缸与主控单元相连接，中夹板上表面和上夹板下表面设有相匹配的笔芯固定块；上夹板下表面设有施压块，施压块位于笔芯固定块的后端，且靠近笔芯固定块的一面包括倾斜向上的斜面；
笔芯夹持在笔芯固定块上时，笔尖朝向纸张。
作为优选的，笔芯固定块包括墨管夹持块和笔头固定块；
施压块、墨管夹持块、笔头固定块设于同一轴向的直线上。
作为优选的，上夹板设有用于改变笔头固定块高度的第一移位组件，中夹板设有用于改变墨管夹持块高度的第二移位组件。
作为优选的，导柱贯穿中夹板。
作为优选的，曲轴包括一根主动曲轴和两根承动曲轴，主动曲轴设于上夹板的上表面，承动曲轴设于下夹板的下表面。
作为优选的，送纸单元还包括纸张收紧轮；
纸张收紧轮收紧已划线的纸张。
作为优选的，图像采集单元设于连接块或曲轴固定块上。
作为优选的，还包括笔芯运输装置；
笔芯运输装置将笔芯运送至笔芯固定块上，并从笔芯固定块上移走检测完成的笔芯。
作为优选的，还包括脱帽单元和/或戴帽单元；
笔芯运输装置将笔芯运送至笔芯固定块前，脱帽单元脱下笔芯的笔帽；笔芯运输装置将笔芯从笔芯固定块上移走后，戴帽单元为笔芯戴上笔帽。
本发明提供的圆珠笔芯自动划检装置，相比现有技术，具有以下优点：
1、采用一根主动曲轴，多根承动曲轴的方式，使得主动曲轴在转动时，不仅实现带动划线单元中的笔做圆周运动，同时划线单元还带动多根承动曲轴与主动曲轴同步转动，减小了划线单元的振动，防止笔芯出现二次质量事故；
2、通过调节墨管夹持块和笔头固定块的位置关系，使得在检测笔芯时，笔芯能够与纸张之间保持在一定倾斜角度，检测笔芯在倾斜一定角度时在纸张上划动的轨迹，由于人在持笔书写过程中，笔和纸通常都是保持一个倾斜角度的，通过此种设计，使检测过程更符合人体书写习惯，取得更好的检测效果；
3、在纸张的移动上，采用了单向滚筒式的方式，可以防止纸张散乱；
4、笔芯运输装置将笔芯运送至笔芯固定块前，由脱帽单元脱下笔芯的笔帽；笔芯运输装置将笔芯从笔芯固定块上移走后，由戴帽单元为笔芯戴上笔帽，缩短了在整个检测过程中，笔尖裸露在空气中的时间，防止笔尖处的墨水变干或氧化。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的立体结构示意图。
图2为本发明一种实施方式的正面结构示意图。
图3为本发明一种实施方式的划线轨迹示意图。
附图标号：1、划线单元；11、下夹板；12、中夹板；13、上夹板；14、导柱；15、笔芯固定块；151、墨管夹持块；152、笔头固定块；16、施压块；21、纸张传送轮；22、纸张收紧轮；23、定位轮；3、曲轴；4、第一支撑板；5、第二支撑板；6、连接块；7、曲轴固定块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。
为解决上述技术问题，本发明的第一实施方式提供了一种圆珠笔芯自动划检设备，包括主控单元、划线单元1、送纸单元、图像采集单元、曲轴3、基座；基座上设有相互平行的第一支撑板4和第二支撑板5，第二支撑板5上设有连接块6的一端，连接块6向第一支撑板4延伸，且连接块6的另一端下表面设有曲轴固定块7，曲轴3垂直设于第二支撑板5和第一支撑板4或曲轴固定块7之间，且在轴向上能够相对于支撑板旋转；
送纸单元包括第一驱动电机和纸张传送轮，第一驱动电机与主控单元相连接，第一驱动电机带动纸张传送轮转动，进而带动纸张移动；
划线单元1夹持笔芯，且使笔芯在纸上产生压力，
曲轴3包括主动曲轴和承动曲轴，主动曲轴与承动曲轴位于同一轴向上，主控单元控制第二驱动电机带动主动曲轴转动，主动曲轴带动划线单元1在纸张上画圆，划线单元1带动承动曲轴与主动曲轴同步旋转；
图像采集单元采集纸上的轨迹，若轨迹中断、单边或空心，主控单元控制外部剔除组件(在本实施例中，剔除组件为机械臂)剔除对应笔芯。
本实施方式的结构图如图1和图2所示。在本实施方式中，划线单元1包括下夹板11、中夹板12、上夹板13；下夹板11和上夹板13之间通过导柱14固定连接，下夹板11上表面设有用于带动中夹板12在下夹板11和上夹板13之间相对竖直移动的气缸；气缸与主控单元相连接，中夹板12上表面和上夹板13下表面设有相匹配的笔芯固定块15；上夹板13下表面设有施压块16，施压块16位于笔芯固定块15的后端，且靠近笔芯固定块15的一面包括倾斜向上的斜面；笔芯夹持在笔芯固定块15上时，笔尖朝向纸张。
在本实施方式中，共设置有一个主动曲轴和两个承动曲轴，其中，主动曲轴设于划线单元1中上夹板13的上方，上夹板13通过枢接连接到主动曲轴的偏心轴上。同理，承动曲轴可以设计在下夹板11的下方，下夹板11通过枢接连接到承动曲轴的偏心轴上。通过此种设计，在主动曲轴转动时，承动曲轴能够同步地转动。较佳的，每一根偏心轴上都有两个与上夹板13或下夹板11枢接连接的枢接点，使得划线单元1在实现笔芯画圆时，更加地平稳，能够有效地防止笔芯的二次质量事故。本实施方式提供的设备划出的轨迹如图3所示。
在本实施方式中，笔芯固定块15还可以包括墨管夹持块151和笔头固定块152；施压块16设于笔芯的前端，施压块16、墨管夹持块151、笔头固定块152设于同一轴向的直线上。通过此种设计，在夹持笔芯时，随着中夹板12的升高，施压块16的斜面会推动笔芯，使所有笔尖位于同一条直线上，同时该施压块16还使笔芯对纸张产生一定压力，实现笔芯在纸上划线的功能。作为优选的，上夹板13设有用于改变笔头固定块152高度的螺钉(第一移位组件)，中夹板12设有用于改变墨管夹持块151高度的螺钉(第二移位组件)，通过调节墨管夹持块151与笔头固定块152的高度，使得笔芯与纸张之间的夹角为锐角，较佳的，夹角可以控制在60°到90°之间，符合正常人的书写习惯，提高检测的效果。
在本实施方式中，送纸单元至少包括了一个驱动电机和纸张传送轮。如图1所示，与纸张传送轮21相匹配的还有一个定位轮23共同夹住纸张，纸张传送轮21和定位轮23的两端设在第一支撑板上延伸出来的延伸板上，且定位轮23的两端能够相当于纸张传送轮上下移动。在该延伸板的顶部设有两个螺栓，通过旋动螺栓，可以调整定位轮23与纸张传送轮21之间夹持的力度，在更换纸张时，只需要旋动螺栓，使定位轮23与纸张传送轮21之间只有较小的压力，即可手动操作更换纸张。
另外，在本实施方式中，为了防止划过线的纸张杂乱，在本实施方式中，还设有一个纸张收紧轮22，该纸张收紧轮22由一个力矩电机带动转动。安装纸张后，现将纸张固定在纸张收紧轮22上，在纸张传送轮21转动带动纸张移动时，控制系统控制力矩电机带动纸张收紧轮22转动，使纸张传送轮21到纸张收紧轮22之间的纸张始终保持紧绷状态。
在本实施方式中，主控单元为PLC控制系统，图像采集单元采用CCD或CMOS镜头摄像及配套工作软件取像识别来完成对线迹外观状况的判别，摄像镜头不低于200万成像像素。该图像采集单元设于连接块6或曲轴固定块7上，在划线单元1静止时刻完成对划线线迹摄像。摄像后，将判别异常信号传递给PLC控制系统，PLC控制系统控制外部机械臂剔除异常笔芯，完成异常产品挑选。较佳的，该图像采集单元还可以设计一个光源，例如LED灯或小型白炽灯，使得在光纤不佳的情况下不影响镜头采集轨迹。其中，对摄像线迹数字化处理并进行异常与否识别与协调设备驱动组件的PLC控制系统组合，划线线迹数码显示屏与对划线异常笔芯从流水线剔除的组件。这些装置采用PLC电气控制系统控制各组件的运动节奏，以保持装置与生产流水线以及组件间运动协调性，保证生产时流水线运转正常及画检操作顺利实施。
在本实施方式中，PLC程序关于气缸推动后端有缓冲控制设计，减缓了夹持对笔芯储墨管内墨柱冲击影响，减少了二次质量事故产生的风险。
为了防止中夹板12水平移动，导致无法夹持笔芯，在本实施方式中，导柱14贯穿中夹板12，使得中夹板12只能够顺着导柱14垂直移动。
为了防止纸与装置边缘摩擦撕裂，在本实施方式中，设有两个紧贴在一起的纸张定位轮，纸张从两个纸张定位轮之间穿过，纸张传送轮转动将纸张卷起。通过此种设计，可以使纸与装置之间能够平滑过渡，防止纸张在传送过程中断裂。
在本实施方式中，划检装置还设有笔芯运输装置；笔芯运输装置将笔芯运送至笔芯固定块15上，并从笔芯固定块15上移走检测完成的笔芯。同时，还可以设置一个脱帽单元和戴帽单元；笔芯运输装置将笔芯运送至笔芯固定块15前，脱帽单元脱下笔芯的笔帽；笔芯运输装置将笔芯从笔芯固定块15上移走后，戴帽单元为笔芯戴上笔帽。
在本实施方式中，信号处理与智能控制装置组合，包括
①摄像信息提取及分析判别、异常信号发送组件，安装按检测要求特定设计的编程软件并将程序固化于其中的信息处理芯片及特设的人机对话面板，程序软件及面板操作按钮依据划线检测与现场操作要求设计；
②PLC电气控制系统，预先设定并输入各驱动件时效分配的运动程序，生产时控制各驱动件的运动节奏，以保持设备组件间运动协调性，保证生产时流水线运转正常及笔芯划检操作顺利实施。
根据客户需求，设备设计安装有USB接口，能输出数码视频信号，并能连接移动硬盘实时拷贝存储摄取图像数据。
在本实施方式中，圆珠笔芯自动划检设备单元工作周期3.0秒，笔芯检测8pcs/单元，划检速率9600pcs/h，单只笔芯中心间距12.5mm；画圆装置中曲轴偏心距10.0mm；划检笔芯笔头为球珠直径0.5mm。按照生产笔芯长度调整笔芯上夹板13距离、上夹板13高度，划线笔芯对纸张压力100gf，对纸张角度75°。按照下表所示时间要求，PLC系统给各组件发布动作命令，组件按要求完成各自规定动作。
具体表现如下：
1)0秒，PLC系统发布指令，①流水线启动，至0.85秒，流水线轨道前进100mm，笔芯随轨道运动进入固定区域；②摄像仪接受工作指令，启动摄取画圆线迹图像；③识别系统启动取像，数据转换、识别及判定工作，同时，拍摄照片自动存档，当判定有异常产品时向控制单元发出工作指令，控制单元移除故障笔芯。
2)流水线启动后之0.85秒，PLC系统发布指令，①中夹板12、纸张装置气缸活塞前伸，至1.0秒停止，中夹板12气缸A活塞前伸12.0mm，中夹板12与上夹具接触夹紧笔芯；纸张气缸B活塞前伸，推动装置前移40mm；上夹具(6)斜槽推动笔芯朝划线纸张平移，与纸张接触后产生压缩，至1.0s静止，笔芯笔尖给予纸张压力约100gf；②卷纸电机启动，卷纸轴带动纸张以6.7mm/s速度平移，至3.0s停止。
3)流水线启动后之1.0秒，PLC系统发布指令，①下料开关打开，料斗内笔芯下落至传输链条；②拔帽组件启动，笔芯脱帽；③画圆电机启动，至2.85s，笔芯画圆6个，结合纸张平移，画圆线迹为螺旋线，线圈间距2.0mm；④笔芯剔除装置响应，剔除识别异常笔芯。
4)流水线启动后之2.85秒，PLC系统发布指令，①中夹板12、纸张装置气缸活塞回缩，至3.0秒停止，中夹板12气缸A活塞回缩12.0mm；纸张气缸B活塞回缩，拉动装置后移40mm。
上述各实施方式是实现本发明的具体实施方式，本领域的普通技术人员可以理解，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种圆珠笔芯自动划检设备，其特征在于，包括主控单元、划线单元(1)、送纸单元、图像采集单元、曲轴(3)、基座；所述基座上设有相互平行的第一支撑板(4)和第二支撑板(5)，所述第二支撑板(5)上设有连接块(6)的一端，所述连接块(6)向所述第一支撑板(4)延伸，且所述连接块(6)的另一端下表面设有曲轴固定块(7)，所述曲轴(3)垂直设于所述第二支撑板(5)和第一支撑板(4)或所述曲轴固定块(7)之间，且在轴向上能够相对于所述支撑板旋转；
所述送纸单元包括第一驱动电机和纸张传送轮(21)，所述第一驱动电机与所述主控单元相连接，所述第一驱动电机带动所述纸张传送轮(21)转动，进而带动纸张移动；
所述划线单元(1)夹持笔芯，且使笔芯在纸上产生压力，
所述曲轴(3)包括主动曲轴和承动曲轴，所述主动曲轴与承动曲轴位于同一轴向上，所述主控单元控制第二驱动电机带动所述主动曲轴转动，所述主动曲轴带动所述划线单元(1)在纸张上画圆，所述划线单元(1)带动所述承动曲轴与所述主动曲轴同步旋转；
所述图像采集单元采集纸上的轨迹，若所述轨迹中断、单边或空心，所述主控单元控制外部剔除组件剔除对应笔芯。
2.根据权利要求1所述的圆珠笔芯自动划检设备，其特征在于，所述划线单元(1)包括下夹板(11)、中夹板(12)、上夹板(13)；所述下夹板(11)和上夹板(13)之间通过导柱(14)固定连接，所述下夹板(11)上表面设有用于带动所述中夹板(12)在所述下夹板(11)和上夹板(13)之间相对竖直移动的气缸；所述气缸与所述主控单元相连接，所述中夹板(12)上表面和上夹板(13)下表面设有相匹配的笔芯固定块(15)；所述上夹板(13)下表面设有施压块(16)，所述施压块(16)位于所述笔芯固定块(15)的后端，且靠近所述笔芯固定块(15)的一面包括倾斜向上的斜面；
笔芯夹持在所述笔芯固定块(15)上时，笔尖朝向纸张。
3.根据权利要求2所述的圆珠笔芯自动划检设备，其特征在于，所述笔芯固定块(15)包括墨管夹持块(151)和笔头固定块(152)；
所述施压块(16)、墨管夹持块(151)、笔头固定块(152)设于同一轴向的直线上。
4.根据权利要求3所述的圆珠笔芯自动划检设备，其特征在于，所述上夹板(13)设有用于改变所述笔头固定块(152)高度的第一移位组件，所述中夹板(12)设有用于改变所述墨管夹持块(151)高度的第二移位组件。
5.根据权利要求2所述的圆珠笔芯自动划检设备，其特征在于，所述导柱(14)贯穿所述中夹板(12)。
6.根据权利要求2所述的圆珠笔芯自动划检设备，其特征在于，所述曲轴(3)包括一根主动曲轴和两根承动曲轴，所述主动曲轴设于所述上夹板(13)的上表面，所述承动曲轴设于所述下夹板(11)的下表面。
7.根据权利要求1所述的圆珠笔芯自动划检设备，其特征在于，所述送纸单元还包括纸张收紧轮(22)；
所述纸张收紧轮(22)收紧已划线的纸张。
8.根据权利要求1所述的圆珠笔芯自动划检设备，其特征在于，所述图像采集单元设于所述连接块(6)或曲轴固定块(7)上。
9.根据权利要求2所述的圆珠笔芯自动划检设备，其特征在于，还包括笔芯运输装置；
所述笔芯运输装置将笔芯运送至所述笔芯固定块(15)上，并从所述笔芯固定块(15)上移走检测完成的笔芯。
10.根据权利要求9所述的圆珠笔芯自动划检设备，其特征在于，还包括脱帽单元和/或戴帽单元；
所述笔芯运输装置将笔芯运送至所述笔芯固定块(15)前，所述脱帽单元脱下笔芯的笔帽；所述笔芯运输装置将笔芯从所述笔芯固定块(15)上移走后，所述戴帽单元为笔芯戴上笔帽。
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