CN107719723B - 一种适用于粉料包装的高速高精度动态称重方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于粉料包装的高速高精度动态称重方法，包括：启动粉料包装动态称重灌装生产线；采用动态称量装置称量装有粉料的供给物料斗的当前质量M0；根据周期条件判断是否执行终端环境模拟测试流程，若是，则进行粉料的终端环境模拟测试，获得与环境对应的质量偏差补偿值Mc；否则，执行正常灌装流程，开启自动控制落料阀，粉料由供给物料斗进入粉料输送单元中，同时实时读取检测装有粉料的供给物料斗的当前质量M1，当M0‑M1＝Delta_M+Mc时关闭自动控制落料阀；之后将灌装了粉料的粉料包装袋送入后序工序单元。本发明解决了包装现场称重与粉料终端使用现场称重不一致的问题，可以大大提升包装生产线的包装效益，降低成本。

Description

一种适用于粉料包装的高速高精度动态称重方法

技术领域

本发明属于包装机械领域，具体涉及一种适用于粉料包装的高速高精度动态称重方法。

背景技术

包装装备是集机、电、气、光、真空、磁、变频技术、传感技术、自诊断技术、伺服技术、PLC技术、机械手、机器人为一体的机械电子设备。随着包装装备技术的发展，自动化包装生产线已经成为现代食品、制药、农业、化工等行业广泛应用的通用装备。

一般而言，一条自动化包装生产线包括送袋、灌装、封口、检测、码垛等模块流程，每个模块流程又包括细分的子工序组合。其中，动态称重是进行快速、准确灌装的基础，目前的动态称重方法都是将接料装置置于称量装置之上，一边落料一边实时称量落料的质量直至到达设定包装质量阈值，随后接料装置再将物料转移并装袋，由于物料在生产线中处于不间断移动状态，物料的动态称重系统模型涉及称重材料、下料速度以及系统固有结构特性等因素，是一个复杂的多体系统。尤其在粉料的包装过程中，存在着两个瓶颈技术因素，一是粉料填充不可避免产生的扬尘效果使得既高速又准确的动态称重难以兼顾实现，二是由于粉料对包装环境空气的吸湿效应，包装环境空气的动态湿度、温度变化将对应改变粉料的准确质量，包装环境空气与粉料终端使用环境空气的温度、湿度差异，经常造成包装现场称重与粉料终端使用现场称重不一致导致商业纠纷，粉料生产厂家为了避免纠纷不得不全部增加包装质量，承担额外成本。

发明内容

本发明针对上述粉料包装过程的技术瓶颈问题，提供了一种适用于粉料包装的高速高精度动态称重方法，并且解决了包装现场称重与产品终端使用现场称重不一致的难题。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种适用于粉料包装的高速高精度动态称重方法，包括以下步骤：

(1)启动粉料包装动态称重灌装生产线，使粉料包装动态称重灌装生产线初始化后进入工作状态；并根据粉料包装作业要求设定本次包装作业质量阈值Delta_M；令质量偏差补偿值Mc＝0；

(2)检测供给物料斗中的粉料余量，当粉料余量小于预先设定的余量阈值时，将待包装粉料送入并充满供给物料斗，采用动态称量装置称量装有粉料的供给物料斗的当前质量M0；所述动态称量装置为带有实时数据输出接口的电子式称量装置，其称量精度高于当前粉料包装作业的称重精度要求；

(3)根据周期条件判断当前是否执行终端环境模拟测试流程，若是，则直接进入步骤(4)；否则，转入步骤(5)执行正常灌装流程；所述周期条件为预先设定的时间周期T或者数量周期N；

(4)进行粉料的终端环境模拟测试，获得与环境对应的质量偏差补偿值Mc；

具体包括如下步骤：

(4.1)通过托盘流转机构取一个空的粉料托盘，称量空的粉料托盘的质量Mc1，并将其与粉料输送单元后端对接，关闭粉料托盘的密封盖；

(4.2)开启自动控制落料阀，使得粉料由供给物料斗进入粉料输送单元中，同时实时读取检测装有粉料的供给物料斗的当前质量M1，当M0-M1＝Delta_M时关闭自动控制落料阀；

(4.3)粉料经由粉料输送单元落入粉料托盘中，启动辅助鼓风机构进行一次鼓风操作，将粉料输送单元中的粉料加速吹向后端落入粉料托盘中；

(4.4)通过托盘流转机构将装有粉料的粉料托盘转移放置于全封闭终端使用环境模拟腔室中的动态称量装置之上，关闭全封闭终端使用环境模拟腔室的电动门，打开粉料托盘的密封盖；称量装有粉料的粉料托盘的质量为Mc2；计算粉料从供给物料斗落料、经粉料输送单元灌装到粉料托盘之间的损耗量M’＝Mc2-Mc1-(M0-M1)；

(4.5)调节全封闭终端使用环境模拟腔室的空气温度和湿度，使之与粉料终端使用环境空气温度和湿度条件一致；

(4.6)循环检测装有粉料的粉料托盘的当前质量Mc3，直至Mc3值趋于稳定，计算Mc＝Mc3-Mc2+M’，将Mc作为粉料在上述使用环境下的质量偏差补偿值；

(4.7)通过托盘流转机构将粉料托盘从动态称量装置上取下，转移到辅助的粉料回收装置，完成粉料的终端环境模拟测试；转入步骤(2)。

(5)抓取一个空粉料包装袋，采用动态称量装置称量空粉料包装袋的质量Md，将空粉料包装袋套在粉料输送单元的输出口上；

(6)开启自动控制落料阀，粉料由供给物料斗进入粉料输送单元中，同时实时读取检测装有粉料的供给物料斗的当前质量M1，当M0-M1＝Delta_M+Mc时关闭自动控制落料阀；

(7)粉料经由粉料输送单元落入后端套上的空粉料包装袋中，启动辅助鼓风机构进行一次鼓风操作，将粉料输送单元中的粉料加速吹向后端落入粉料包装袋中；

(8)将灌装了粉料的粉料包装袋送入粉料包装动态称重灌装生产线的后序工序单元，分别完成粉料包装袋的封口缝合、包装合格检测、包装袋贴标和码垛；

(9)判断本次包装作业是否结束，若是，则进入步骤(10)，否则，转入步骤(2)；

(10)结束。

本发明具有如下有益效果：

1、不同于当前现有技术的动态称重将接料装置(或包装袋)置于称量装置之上、一边落料一边实时称量落料的质量，直至到达设定包装质量阈值的方法；本发明所述的适用于粉料包装的高速高精度动态称重方法采用了将装有物料的供给物料斗置于称量装置之上、实时称量供给物料斗的质量减少量(亦即落料质量)直至到达设定包装质量阈值，这种方法有效避免了粉料落料产生的扬尘效果影响动态称重准确度的问题(粉料落料产生的扬尘量对动态称重数值无影响)，解决了现有技术的动态称重方法需要等待扬尘基本落定方可准确计量的不足，规避了下料速度以及系统固有结构特性等因素的影响，从而实现了粉料的高速、高精度动态称重，可以大大提升包装生产线的包装效率和包装精度。

2、本发明通过模拟粉料终端使用环境空气温度、湿度条件(粉料一般为制药、化工、食品等行业生产过程的中间体，可以查询终端使用环境即后序生产环境的常规工业标准对温度、湿度的具体要求)，定时循环测定当前包装环境空气条件下的粉料吸湿效应，计算获得质量偏差补偿值，从而实时调整设定动态称重的包装质量阈值，解决包装现场称重与粉料终端使用现场称重不一致的问题，尤其是中间体粉料生产厂家可以针对性的控制粉料包装质量，通过细分降低成本，对于大批量包装来说其效益提升特别巨大。

3、本发明所述的适用于粉料包装的高速高精度动态称重方法由于物料输送装置无称量需求，一方面减少了物料从称量装置转移环节，另一方面使得物料输送速度大大加快，提升了包装生产线效率，并且便于采用全封闭式物料输送管带，避免了粉料输送过程向环境空间扬尘造成的物料损耗、对机械部件的损害以及对操作人员的健康危害。

4、本发明所述的适用于粉料包装的高速高精度动态称重方法设置了两条并联的全封闭式粉料输送管带，从而将灌装与落料称重并行隔离，可以有效提升包装生产线效率；同时设置每次灌装过程，对全封闭式物料输送管带进行一次鼓风操作，便于将粉料全部装袋防止输送管带壁面残留，并且兼有加速灌装的效果。

5、本发明所述的适用于粉料包装的高速高精度动态称重方法适应性广，对于颗粒料、液体等物料均可适用。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

本发明提供了一种适用于粉料包装的高速高精度动态称重方法，包括以下步骤：

(1)启动粉料包装动态称重灌装生产线，使粉料包装动态称重灌装生产线初始化后进入工作状态；并根据粉料包装作业要求设定本次包装作业质量阈值Delta_M；令质量偏差补偿值Mc＝0；

所述粉料包装动态称重灌装生产线包括物料供给单元、送袋单元、粉料输送单元、终端环境测试单元和总控单元；

所述物料供给单元包括供给物料斗、动态称量装置和自动控制落料阀，所述供给物料斗置于动态称量装置之上，所述动态称量装置为带有实时数据输出接口的电子式称量装置，其称量精度高于当前粉料包装作业的称重精度要求；自动控制落料阀由电子信号控制，实现粉料落料动作的快速开启和关闭。当自动控制落料阀开启时，粉料由供给物料斗按一定流量进入粉料输送单元中，并随后进入终端环境测试流程或者灌装流程。

所述送袋单元为一带有动态称量装置的专用机械手臂，所述动态称量装置为带有实时数据输出接口的电子式称量装置，其称量精度高于当前粉料包装作业的称重精度要求。所述送袋单元依次执行称重、取袋、开袋、带袋称重和套袋动作，完成将一个空粉料包装袋套在粉料输送单元的输出口上并且称量空粉料包装袋质量的功能。

所述粉料输送单元为一全封闭式粉料输送管带，其前端与物料供给单元的自动控制落料阀相连，并且前端设置有辅助鼓风机构，用于将全封闭式粉料输送管带中的粉料加速吹向后端，防止输送管带壁面残留。

所述终端环境测试单元包括全封闭终端使用环境模拟腔室、粉料托盘、动态称量装置以及托盘流转机构，功能是模拟粉料终端使用环境的空气温度、湿度条件下，定时循环测定当前包装环境空气条件下的粉料吸湿效应，计算获得质量偏差补偿值Mc。所述全封闭终端使用环境模拟腔室为一个带有电动门的全封闭腔室，其内部温度、湿度可以任意调节；粉料托盘置于动态称量装置上，动态称量装置为带有实时数据输出接口的电子式称量装置，其称量精度高于当前粉料包装作业的称重精度要求；托盘流转机构可以实现将空粉料托盘与粉料输送单元后端对接，将粉料托盘转移放置到动态称量装置上，将粉料托盘从动态称量装置上取下，转移到辅助的粉料回收装置；所述粉料托盘带有密封盖，由电磁气动阀驱动开启和闭合，当关闭时为一带灌装口的密封容器，灌装口可与粉料输送单元后端配合防止粉料泄露。

所述总控单元为一微机或可编程控制器(PLC)系统，功能是读取和分析处理上述各个单元的动态称重装置的质量数据，并按设定的工序逻辑语句操纵上述各个单元的执行机构动作。

所述包装作业质量阈值Delta_M是指本次包装过程中预计向每个粉料包装袋内灌装的粉料的质量。

优选的，粉料包装动态称重灌装生产线还可以包括封口单元、检测单元和码垛单元等，分别用于实现粉料包装袋的封口缝合、包装合格检测和码垛等功能。

(2)检测供给物料斗中的粉料余量，当粉料余量小于余量阈值(初始化时根据需要设定，比如50％、30％等)时，将待包装粉料送入并充满供给物料斗，采用动态称量装置称量装有粉料的供给物料斗的当前质量M0；

(3)根据周期条件判断当前是否执行终端环境模拟测试流程，若是，则直接进入步骤(4)；否则，转入步骤(5)执行正常灌装流程；

所述周期条件需要人为预先设定，其可以为时间周期T(比如30分钟或60分钟等)，即在每个时间周期T内均执行一次终端环境测试流程。

所述周期条件也可以为数量周期N(比如100袋、1000袋等)，即在每完成N袋粉料包装后执行一次终端环境测试流程。

(4)进行粉料的终端环境模拟测试，获得与环境对应的质量偏差补偿值Mc；

其具体包括如下步骤：

(4.1)通过终端环境测试单元的托盘流转机构取一个空的粉料托盘，称量其质量Mc1，并将其与粉料输送单元后端对接，关闭粉料托盘的密封盖；

(4.2)开启物料供给单元的自动控制落料阀，粉料由供给物料斗按一定流量进入粉料输送单元中，同时实时读取检测装有粉料的供给物料斗的当前质量M1，当M0-M1＝Delta_M时关闭自动控制落料阀；

(4.3)粉料经由粉料输送单元落入粉料托盘中，启动辅助鼓风机构进行一次鼓风操作，将粉料输送单元中的粉料加速吹向后端落入粉料托盘中，防止输送管带壁面残留；

(4.4)终端环境测试单元的托盘流转机构将装有粉料的粉料托盘转移放置于全封闭终端使用环境模拟腔室中的动态称量装置之上，称量其质量Mc2；关闭全封闭终端使用环境模拟腔室的电动门，打开粉料托盘的密封盖；计算粉料从供给物料斗落料、经粉料输送单元灌装到粉料托盘之间的损耗量M’＝Mc2-Mc1-(M0-M1)；

(4.5)调节全封闭终端使用环境模拟腔室的空气温度和湿度，使之与粉料终端使用环境空气温度和湿度条件一致(粉料一般为制药、化工、食品等行业生产过程的中间体，可以查询终端使用环境即后序生产环境的常规工业标准对温度、湿度的具体要求获得)；

(4.6)循环检测装有粉料的粉料托盘的当前质量Mc3，直至Mc3值趋于稳定(例如10分钟时间前后的质量变化量小于2毫克)，计算Mc＝Mc3-Mc2+M’，将Mc作为粉料在上述使用环境下的质量偏差补偿值；

(4.7)通过托盘流转机构将粉料托盘从动态称量装置上取下，转移到辅助的粉料回收装置，完成粉料的终端环境模拟测试，转入步骤(2)。

(5)通过送袋单元抓取一个空粉料包装袋，称量空粉料包装袋的质量Md，将空粉料包装袋套在粉料输送单元的输出口上；

空粉料包装袋的质量Md的测量可以为粉料包装动态称重灌装生产线的后序工序单元中的检测单元提供本次粉料包装的精确粉料净重数据Mn＝Delta_M+Mc和含包装袋的毛重数据Mm＝Delta_M+Mc+Md。

(6)开启物料供给单元的自动控制落料阀，粉料由供给物料斗按一定流量进入粉料输送单元中，同时实时读取检测装有粉料的供给物料斗的当前质量M1，当M0-M1＝Delta_M+Mc时关闭自动控制落料阀；

(7)粉料经由粉料输送单元落入后端套上的空粉料包装袋中，启动辅助鼓风机构进行一次鼓风操作，将粉料输送单元中的粉料加速吹向后端落入粉料包装袋中，防止输送管带壁面残留；

(8)将灌装了粉料的粉料包装袋送入粉料包装动态称重灌装生产线的后序工序单元。所述后序工序单元包括封口单元、检测单元和码垛单元等，分别完成粉料包装袋的封口缝合、包装合格检测、包装袋贴标和码垛等操作。

(9)判断本次包装作业是否结束(例如全部粉料已经包装完成或者已包装的袋数量到达预设值等)，若是，则进入步骤(10)，否则，转入步骤(2)；

(10)结束。

本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。

Claims (1)

1.一种适用于粉料包装的高速高精度动态称重方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)启动粉料包装动态称重灌装生产线，使粉料包装动态称重灌装生产线初始化后进入工作状态；并根据粉料包装作业要求设定本次包装作业质量阈值Delta_M；令质量偏差补偿值Mc＝0；

所述粉料包装动态称重灌装生产线包括物料供给单元、送袋单元、粉料输送单元、终端环境测试单元和总控单元；

所述物料供给单元包括供给物料斗、动态称量装置和自动控制落料阀，所述供给物料斗置于动态称量装置之上，所述动态称量装置为带有实时数据输出接口的电子式称量装置，其称量精度高于当前粉料包装作业的称重精度要求；自动控制落料阀由电子信号控制，实现粉料落料动作的快速开启和关闭；

所述送袋单元为一带有动态称量装置的专用机械手臂，用于将一个空粉料包装袋套在粉料输送单元的输出口上并且称量空粉料包装袋质量；

所述粉料输送单元为一全封闭式粉料输送管带，其前端与物料供给单元的自动控制落料阀相连，并且前端设置有辅助鼓风机构，用于将全封闭式粉料输送管带中的粉料加速吹向后端；

所述终端环境测试单元包括全封闭终端使用环境模拟腔室、粉料托盘、动态称量装置和托盘流转机构；所述全封闭终端使用环境模拟腔室为一个内部温度和湿度可以任意调节的带有电动门的全封闭腔室；粉料托盘置于动态称量装置上，托盘流转机构用于实现将空粉料托盘与粉料输送单元后端对接，将粉料托盘转移放置到动态称量装置上，将粉料托盘从动态称量装置上取下，转移到辅助的粉料回收装置；所述粉料托盘带有密封盖，由电磁气动阀驱动开启和闭合；

所述总控单元用于读取和分析处理上述各个单元的动态称量装置的质量数据，并按设定的工序逻辑语句操纵上述各个单元的执行机构动作；

(2)检测供给物料斗中的粉料余量，当粉料余量小于预先设定的余量阈值时，将待包装粉料送入并充满供给物料斗，采用动态称量装置称量装有粉料的供给物料斗的当前质量M0；

(3)根据周期条件判断当前是否执行终端环境模拟测试流程，若是，则直接进入步骤(4)；否则，转入步骤(5)执行正常灌装流程；所述周期条件为预先设定的时间周期T或者数量周期N；

(4)进行粉料的终端环境模拟测试，获得与环境对应的质量偏差补偿值Mc；

具体包括如下步骤：

(4.1)通过托盘流转机构取一个空的粉料托盘，称量空的粉料托盘的质量Mc1，并将其与粉料输送单元后端对接，关闭粉料托盘的密封盖；

(4.2)开启自动控制落料阀，使得粉料由供给物料斗进入粉料输送单元中，同时实时读取检测装有粉料的供给物料斗的当前质量M1，当M0-M1＝Delta_M时关闭自动控制落料阀；

(4.3)粉料经由粉料输送单元落入粉料托盘中，启动辅助鼓风机构进行一次鼓风操作，将粉料输送单元中的粉料加速吹向后端落入粉料托盘中；

(4.4)通过托盘流转机构将装有粉料的粉料托盘转移放置于全封闭终端使用环境模拟腔室中的动态称量装置之上，关闭全封闭终端使用环境模拟腔室的电动门，打开粉料托盘的密封盖；称量装有粉料的粉料托盘的质量为Mc2；计算粉料从供给物料斗落料、经粉料输送单元灌装到粉料托盘之间的损耗量M’＝Mc2-Mc1-(M0-M1)；

(4.5)调节全封闭终端使用环境模拟腔室的空气温度和湿度，使之与粉料终端使用环境空气温度和湿度条件一致；

(4.6)循环检测装有粉料的粉料托盘的当前质量Mc3，直至Mc3值趋于稳定，计算Mc＝Mc3-Mc2+M’，将Mc作为粉料在上述使用环境下的质量偏差补偿值；

(4.7)通过托盘流转机构将粉料托盘从动态称量装置上取下，转移到辅助的粉料回收装置，完成粉料的终端环境模拟测试；转入步骤(2)；

(5)抓取一个空粉料包装袋，采用动态称量装置称量空粉料包装袋的质量Md，将空粉料包装袋套在粉料输送单元的输出口上；

(6)开启自动控制落料阀，粉料由供给物料斗进入粉料输送单元中，同时实时读取检测装有粉料的供给物料斗的当前质量M1，当M0-M1＝Delta_M+Mc时关闭自动控制落料阀；

(7)粉料经由粉料输送单元落入后端套上的空粉料包装袋中，启动辅助鼓风机构进行一次鼓风操作，将粉料输送单元中的粉料加速吹向后端落入粉料包装袋中；

(8)将灌装了粉料的粉料包装袋送入粉料包装动态称重灌装生产线的后序工序单元，分别完成粉料包装袋的封口缝合、包装合格检测、包装袋贴标和码垛；

(9)判断本次包装作业是否结束，若是，则进入步骤(10)，否则，转入步骤(2)；

(10)结束。