CN108528823B - 一种基于自动化控制的零件产品装盒系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于自动化控制的零件产品装盒系统，包括工作台、纸盒包装机、自动化控制装置，上料装置、零件排序落料装置、托盘摘取机构及托盘传送机构；上料装置中皮带提升机的上料端和出料端分别位于料斗内和零件排序落料装置的上方；零件排序落料装置包括斜向固定于工作台上的落料底盘及置于落料底盘上的排序料盘，且使排序料盘的开口端朝向皮带提升机的出料端；托盘摘取机构包括固定于工作台上的固定支架，固定支架的两侧分别固定有托盘置入腔和升降摘取机构；托盘传送机构的上方设有丝杆排列机构。本发明结构合理，整个系统结构模拟了人工装盒的过程，在PLC控制的基础上可实现无需人工操作的效果，有效提高了包装的效率。
Description
技术领域
本发明涉及小型产品自动装盒生产线系统，尤其是一种基于自动化控制的零件产品装盒系统。
背景技术
为了最大程度的保护小型零件类产品，对小型零件类产品（如子弹等）的运输，其包装通常优选采用置入托盘加外部盒体包装的方式。其中对于外部盒体包装的步骤现有技术中已存在大量的纸盒包装设备，可以做到自动化包装；而对于将零件置入托盘的过程则需要由人工完成，因此包装效率低、包装质量不稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构合理，有效提高包装效率，保证包装质量且可实现自动化包装的基于自动化控制的零件产品装盒系统。
本发明解决现有技术问题所采用的技术方案：一种基于自动化控制的零件产品装盒系统，包括工作台、设置于工作台上的纸盒包装机以及自动化控制装置，所述工作台上还设有上料装置、零件排序落料装置、托盘摘取机构及设置于托盘摘取机构与所述纸盒包装机之间的托盘传送机构；所述上料装置包括料斗及皮带提升机，皮带提升机的上料端和出料端分别位于料斗内和零件排序落料装置的上方；所述零件排序落料装置包括斜向固定于工作台上的落料底盘及置于落料底盘上的排序料盘，且使排序料盘的开口端朝向皮带提升机的出料端；排序料盘的轴心与驱动组件相连；排序料盘上沿底面圆周分布有零件排序通孔，所述落料底盘上开设有与零件排序通孔所在圆周位置相对应的定点落料孔；所述托盘摘取机构包括固定于工作台上的固定支架，固定支架的两侧分别固定有托盘置入腔和升降摘取机构；所述托盘置入腔为上下开放的桶状腔体，所述升降摘取机构包括电动推杆、固定于电动推杆端部的推板及固定于推板下方的托盘翻转夹持机构，该托盘翻转夹持机构包括驱动组件、旋转臂及固定于旋转臂端部的夹爪装置；所述旋转臂的一端固定于驱动组件的输出轴上，另一端与夹爪装置固定连接；所述夹爪装置包括固定基板、设置于固定基板两端的夹爪气缸及固定于夹爪气缸的活塞杆端的夹爪，且使当夹爪装置转动至固定支架的托盘置入腔底部时，夹爪装置高于驱动组件的输出轴且夹爪向上插入托盘置入腔的底部；当夹爪装置转动至固定支架的升降摘取机构底部时，托盘传送机构位于夹爪的下方；托盘传送机构的上方设有丝杆排列机构，丝杆排列机构包括零件传送槽及轴向贯穿于零件传送槽中的丝杆，丝杆的一端与转动电机相连，零件传送槽的末端设有与接近开关，接近开关的信号输出端与自动化控制装置相连，零件传送槽末端的底面设有与预设零件数量相对应的落料孔，落料孔的外侧设有与电磁推拉器相连的落料孔挡板，电磁推拉器的供电端与自动化控制装置相连；零件传送槽的传送起点端通过下料管与所述定点落料孔相连通；所述托盘置入腔和下料管处分别设有光电传感器，光电传感器的信号输出端均与自动化控制装置相连。
所述旋转臂为“L”形，旋转臂的“L”形的垂直端固定于所述驱动组件的输出轴上，旋转臂的“L”形水平端与夹爪装置固定连接。
所述落料底盘的底部固定有驱动组件，驱动组件的输出轴端设有与其相垂直的棘轮；所述排序料盘的轴心设有棘轮卡接孔，在排序料盘的下方沿棘轮卡接孔的内圆周设有弧形棘爪，弧形棘爪的一端通过销轴转动连接于排序料盘上；所述驱动组件的输出轴端依次穿过落料底盘及棘轮卡接孔并使弧形棘爪的另一端挂设于棘轮的齿部，以使驱动组件的输出轴端与排序料盘固定；所述销轴处设有复位弹簧。
升降摘取机构通过电动推杆导向座连接于固定支架上，推板位于电动推杆导向座的下方，电动推杆的端部穿过电动推杆导向座与推板固定连接，所述推板的上端面设有垂直于该推板的导向柱，电动推杆导向座上设有与所述导向柱相配适的导向通孔，以使所述导向柱的端部通过该导向通孔贯穿电动推杆导向座。
所述托盘传送装置为皮带输送机，皮带输送机的主动辊与转动电机相连，皮带输送机的同步带上等距设置有托盘分割板且使相邻托盘分隔板之间的距离与托盘的宽度相配适。
所述落料底盘与水平方向呈45度角倾斜固定于工作台上；所述转动电机固定于落料底盘的下方并使转动电机的输出轴端穿过落料底盘与排序料盘的轴心固定连接。
在落料底盘的浅圆桶内侧壁上设有毛刷，并使毛刷的刷头部朝向排序通孔所在圆周。
所述驱动组件包括与转动电机相连的减速机；所述转动电机为伺服转动电机；所述自动控制装置为PLC系统控制器；伺服转动电机的控制端与PLC系统控制器控制连接。
所述固定基板的底部设有与托盘上的孔槽相对应的凸柱。
所述落料底盘上设有轴承嵌入孔，该轴承嵌入孔中转动连接有轴承，并使所述轴承的轴线与所述落料底盘的轴线相垂直。
本发明的有益效果在于：本发明结构合理，通过由料斗、皮带提升机及零件排序落料装置组成的上料机构，使料斗中的待包装零件通过皮带提升机输入到零件排序落料装置中以将散乱的零件在排序料盘上进行排序；托盘则通过托盘摘取机构在PLC系统控制器的作用进行自动摘取并将托盘置入托盘传送机构中，经过排序料盘排好序的零件丝杆排列机构通过预设的PLC控制程序落入托盘中，在经过托盘传送系统输入现有的纸盒包装机中，完成外盒包装过程。整个系统结构模拟了人工装盒的过程，在PLC控制的基础上可实现无需人工操作的效果，有效提高了包装的效率和重量。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图。
图2是本发明中工作台俯视图。
图3是本发明中上料装置的结构示意图。
图4是本发明中零件排序落料装置的侧视图。
图5是本发明中零件排序落料装置的后视图。
图6是本发明中零件排序落料装置的安装图。
图7是本发明中零件排序落料装置的结构示意图。
图8是本发明中棘轮安装位置示意图。
图9是本发明中托盘摘取机构的结构示意图。
图10是本发明中升降摘取机构的结构示意图。
图11是本发明中升降摘取机构旋转臂的转动状态示意图。
图12是本发明中夹爪装置的结构示意图。
图13是本发明中丝杆排列机构的立体图。
图14是本发明中丝杆排列机构的正视图。
图15是本发明中丝杆排列机构的俯视图。
图16是本发明中皮带输送机的结构示意图。
图中：1-工作台、2-料斗、3-皮带提升机、4-托盘摘取机构、5-零件排序落料装置、6-皮带输送机、7-伺服转动电机、8-夹爪装置、9-丝杆排列机构、10-下料管、11-光电传感器、12-纸盒包装机、13-减速机、13a-棘轮、13b-减速机的输出轴、301-挡板、401-固定支架、402-托盘置入腔、403-升降摘取机构、403a-电动推杆、403b-推板、403c-电动推杆导向座、403d-导向柱、403e-导向通孔、403f-旋转臂、501-落料底盘、501a-轴承、501b-定点落料孔、501c-毛刷、502-排序料盘、502a-零件排序通孔、502b-盖盘、502c-弧形棘爪、502d-销轴、601-托盘分割板、801-固定基板、802-夹爪气缸、803-夹爪、804-凸柱、901-零件传送槽、902-丝杆、903-接近开关、904-落料孔、905-电磁推拉器、906-落料孔挡板。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式对本发明进行说明：
图1-2示出了本发明一种基于自动化控制的零件产品装盒系统的总体结构示意图。一种基于自动化控制的零件产品装盒系统，包括底部设有万向轮的工作台1、工作台1上设有上料装置、零件排序落料装置5、托盘摘取机构4、现有的纸盒包装机12、设置于托盘摘取机构4与纸盒包装机12之间的皮带输送机6以及自动化控制装置（优选PLC系统控制器），为便于操作工作台1上设置有与PLC系统控制器控制连接的触摸屏。
图3为上料装置的结构示意图。上料装置包括料斗2及皮带提升机3，皮带提升机3的上料端位于料斗2内，皮带提升机3的出料端位于零件排序落料装置5的上方。如图1所示，料斗2设置于皮带提升机3的一侧，料斗2的侧壁为料斗2的出料口，皮带提升机3的上料端经过料斗2的出料口端。为避免将皮带提升机3的端部直接置入料斗2的出料口端而产生底部零件无法被提升的问题，优选采用将皮带提升机3的上料端经该出料口到达出料口的底部。为防止零件在提升过程中从料斗2与皮带提升机3上料端之间的空隙掉落，可在皮带提升机3的上料端与出料口底部之间的空隙处利用挡板301进行封堵。
如图4所示，零件排序落料装置5包括斜向固定于工作台1上的落料底盘501及置于落料底盘501上的排序料盘502。优选将落料底盘501与水平方向呈45度角倾斜固定于工作台1上且使排序料盘502的开口端朝向皮带提升机3的出料端（如图1-2所示）。如图5所示，驱动组件固定于落料底盘501的下方，驱动组件可选用与伺服转动电机7相连的减速机13。并将减速机13的输出轴13b端穿过落料底盘501的轴心与排序料盘502的轴心固定连接，以使排序料盘502随伺服转动电机7同步转动。具体地，如图6-8所示，在减速机13的输出轴端设有与其相垂直的棘轮13a，排序料盘502的轴心设有棘轮卡接孔，在排序料盘502的下方沿棘轮卡接孔的内圆周设有弧形棘爪502c，弧形棘爪502c的一端通过销轴502d连接于排序料盘502上，使驱动组件的输出轴端依次穿过落料底盘501及棘轮卡接孔并使弧形棘爪502c的端部于排序料盘502的下方挂设于棘轮13a的齿部，从而实现驱动组件的输出轴端与排序料盘502的固定，同时，通过在排序料盘502的下方实现棘轮13a与弧形棘爪502c挂设固定，减小了零件掉入棘轮13a与弧形棘爪502c之间的可能性，可减小系统的故障率；销轴502d处设有复位弹簧。这种结构设计的优点在于当出现零件卡塞于排序料盘502的缝隙中而需要将落料底盘501与排序料盘502分离维修时，只需驱动减速机13的输出轴13a逆向转动一定距离即可解除棘轮13a及弧形棘爪502c之间的卡接限制，便于维修。而销轴502d处设置复位弹簧的作用在于在棘轮13a随减速机13正常转动时，复位弹簧在形变的作用下可使弧形棘爪502c对棘轮13a起到良好的加固作用；而当需要维修时，棘轮13a随着减速机13逆向转动时，复位弹簧逐渐恢复形变，有助于棘轮13a从弧形棘爪502c脱离。
图5为排序料盘的结构示意图。落料底盘501为浅圆桶状，排序料盘502上沿底面圆周分布有与待包装零件形状相配适的零件排序通孔502a，在落料底盘501的上端开设有一个与零件排序通孔502a位置相对应的定点落料孔501b，以使排序料盘502在伺服转动电机7的驱动下旋转时，当零件排序通孔502a未到达定点落料孔501b位置时，零件排序通孔502a与落料底盘501之间形成供待包装零件落入的卡槽，当零件排序通孔502a旋转至与定点落料孔501b位置上下重叠时，位于零件排序通孔502a中的待包装零件从定点落料孔501b中落下；为防止零件弹出排序料盘502外，围绕排序料盘502的外缘可加设盘罩。
如图6所示，为避免零件在落入排序通孔中时出现立起或叠加的情况，落料底盘501的浅圆桶内侧壁上设有毛刷501c，并使毛刷501c的刷头部朝向排序通孔所在圆周。为便于待排序零件落入排序通孔，排序料盘502的中心设有凸台。同时，为了对排序料盘502起到承托的作用同时避免排序料盘502在随减速机13的输出轴转动时产生晃动，在落料底盘501上设有轴承嵌入孔，该轴承嵌入孔中转动连接有轴承501a，并使轴承501a的轴线与落料底盘501的轴线相垂直。优选在排序料盘502的上方固定有与排序料盘502同轴设置的盖盘502b。
图9为托盘摘取机构的结构示意图。托盘摘取机构4包括固定于工作台1上的固定支架401，固定支架401的两侧分别固定有托盘置入腔402和升降摘取机构403；其中，托盘置入腔402为上下开放的桶状腔体。图10示出了升降摘取机构403的具体结构：升降摘取机构403包括电动推杆403a、固定于电动推杆403a端部的推板403b及固定于推板403b下方的托盘翻转夹持机构。具体地，升降摘取机构403通过电动推杆导向座403c连接于固定支架401上，推板403b位于电动推杆导向座403c的下方，电动推杆403a的端部穿过电动推杆导向座403c与推板403b固定连接；为保证升降的稳定性，在推板403b的上端面设有垂直于该推板的导向柱403d，电动推杆导向座403c上设有与导向柱403d相配适的导向通孔403e，以使导向柱403d的端部通过该导向通孔403e贯穿电动推杆导向座403c。托盘翻转夹持机构包括与伺服转动电机7相连的减速机13、旋转臂403f及固定于旋转臂403f端部的夹爪装置8；其中，旋转臂403f为“L”形，旋转臂403f的“L”形的垂直端固定于减速机13的输出轴上，旋转臂403f的“L”形水平端与夹爪装置8固定连接。
如图12所示，夹爪装置8包括固定基板801、设置于固定基板801两端的夹爪气缸802及固定于夹爪气缸802的活塞杆端的夹爪803，由于出厂的托盘上下插接在一起，难以分离，为便于抓取托盘，在固定基板801的底部设有与托盘上的孔槽相对应的凸柱804。在减速机13的带动下由于旋转臂403f为“L”形，如图10所示，当夹爪装置8转动至固定支架401的托盘置入腔402底部时，夹爪装置8高于减速机13的输出轴，此时夹爪803将向上插入托盘置入腔402的底部，从而从托盘置入腔402的底部将托盘夹住；当夹爪装置8随减速机13转动至固定支架401的升降摘取机构403底部时,此时夹爪803方向旋转向下以正对其下方的皮带输送机6的传送起点处。皮带输送机6的上方设有丝杆排列机构9。被夹下的托盘由皮带输送机6将托盘不断传送直至丝杆排列机构9的下方等待零件下落。
如图13-15所示，丝杆排列机构9包括通过支架固定于工作台1上的零件传送槽901及轴向贯穿于零件传送槽901中的丝杆902，丝杆902的端部与伺服转动电机7相连，零件传送槽901的末端设有接近开关903，接近开关903的信号输出端与自动化控制装置相连，零件传送槽901末端的底面设有与预设零件数量（即托盘每行所能承载的零件数量）相对应的落料孔904（如图13所示），落料孔904的外侧设有与电磁推拉器905相连的落料孔挡板906（图14所示），电磁推拉器905的供电端与自动化控制装置相连；零件传送槽901的传送起点端通过下料管10与零件排序落料装置5的定点落料孔501b相连通。
图16示出了皮带输送机6的结构示意图。皮带输送机6的主动辊与伺服转动电机7相连，在皮带输送机6的同步带上等距设置有托盘分割板601且使相邻托盘分隔板之间的距离与托盘的宽度相配适，用以分隔各个托盘。在托盘置入腔402的下端和下料管10处分别设有光电传感器11，光电传感器11的信号输出端均与自动化控制装置相连。其中，托盘置入腔402的下端的光电传感器11用于对托盘置入腔402中托盘的数量进行监控，当托盘置入腔402中托盘数量不足时通过该处的光电传感器11向自动控制装置发出电控信号；下料管10处的光电传感器11用于对落下的每个零件进行监控，当下料管10中每落下一个零件时，通过该处的光电传感器11向自动控制装置中发出电控信号以实现下一步操作。
本发明中采用伺服转动电机7作为转动电机，通过将伺服转动电机7及减速机13的控制端与系统控制器控制连接，以通过系统控制器对各个伺服转动电机7的预设转矩达到精确控制，通过在PLC系统控制器中植入常规的控制程序，可使本发明实现以下的动作过程。
本发明的动作原理如下：
本发明在运行之前，将待包装零件置入料仓中，将托盘置入腔402中，启动系统，皮带提升机3自料仓底部在伺服转动电机7带动下将待包装零件输入排序料盘502中，由于排序料盘502与水平方向具有倾角，输入排序料盘502中的待包装零件经过排序料盘502旋转后，带包装零件由于自身重力作用将从排序料盘502的底部主动落入排序料盘502的零件排序通孔502a中并随排序料盘502一起转动，当待包装零件转动至落料底盘501上端的定点落料孔501b位置时，待包装零件由该定点落料孔501b经下料管10落入丝杆排列机构9的零件传送槽901中，其中在下料管10处设置的光电传感器11对每个从下料管10落下的零件采集一个信号，并将该信号通过自动控制系统向与丝杆902相连的伺服转动电机7发出信号使丝杆902旋转预设圈数，以实现子弹的水平移动，将下料管10下端的位置空出，为下一零件下落做准备，排序料盘502连续向丝杆排列机构9的末端输送待包装零件，丝杆902在伺服转动电机7的带动下以固定节拍在零件传送槽901内不间断的输送零件向零件传送槽901末端移动。在检测到下料管10有零件落下的同时，通过自动控制装置控制托盘翻转夹持机构中的减速机13带动旋转臂403f转动至托盘置入腔402的底部夹取托盘后控制电动推杆403a向下运动预设距离将托盘置入腔402，控制减速机13将旋转臂403f如图11所示旋转180度到达升降摘取机构403的底部后再控制电动推杆403a继续向下运动预设距离使托盘到达皮带输送机6上，同时控制夹爪气缸802使夹爪803向外移动，从而使托盘离开夹爪803。皮带输送机6将托盘送至零件传送槽901末端处，等待零件装填。当丝杆排列机构9的零件传送槽901末端处的接近开关903检测到预设数量的零件到达零件传送槽901末端时，通过自动控制装置控制电磁推拉器905将落料孔的外侧的落料孔挡板906打开，以使预设数量的零件通过该落料孔落入托盘中使托盘逐行满载，通过皮带输送机6继续向前移动预设的距离，使托盘逐行满载直至输入纸盒包装机12中完成外盒包装，从而完成零件的整个自动包装过程。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于自动化控制的零件产品装盒系统，包括工作台、设置于工作台上的纸盒包装机以及自动化控制装置，其特征在于，所述工作台上还设有上料装置、零件排序落料装置、托盘摘取机构及设置于托盘摘取机构与所述纸盒包装机之间的托盘传送机构；所述上料装置包括料斗及皮带提升机，皮带提升机的上料端和出料端分别位于料斗内和零件排序落料装置的上方；所述零件排序落料装置包括斜向固定于工作台上的落料底盘及置于落料底盘上的排序料盘，且使排序料盘的开口端朝向皮带提升机的出料端；排序料盘的轴心与驱动组件相连；排序料盘上沿底面圆周分布有零件排序通孔，所述落料底盘上开设有与零件排序通孔所在圆周位置相对应的定点落料孔；所述托盘摘取机构包括固定于工作台上的固定支架，固定支架的两侧分别固定有托盘置入腔和升降摘取机构；所述托盘置入腔为上下开放的桶状腔体，所述升降摘取机构包括电动推杆、固定于电动推杆端部的推板及固定于推板下方的托盘翻转夹持机构，该托盘翻转夹持机构包括驱动组件、旋转臂及固定于旋转臂端部的夹爪装置；所述旋转臂的一端固定于驱动组件的输出轴上，另一端与夹爪装置固定连接；所述夹爪装置包括固定基板、设置于固定基板两端的夹爪气缸及固定于夹爪气缸的活塞杆端的夹爪，且使当夹爪装置转动至固定支架的托盘置入腔底部时，夹爪装置高于驱动组件的输出轴且夹爪向上插入托盘置入腔的底部；当夹爪装置转动至固定支架的升降摘取机构底部时，托盘传送机构位于夹爪的下方；托盘传送机构的上方设有丝杆排列机构，丝杆排列机构包括零件传送槽及轴向贯穿于零件传送槽中的丝杆，丝杆的一端与转动电机相连，零件传送槽的末端设有与接近开关，接近开关的信号输出端与自动化控制装置相连，零件传送槽末端的底面设有与预设零件数量相对应的落料孔，落料孔的外侧设有与电磁推拉器相连的落料孔挡板，电磁推拉器的供电端与自动化控制装置相连；零件传送槽的传送起点端通过下料管与所述定点落料孔相连通；所述托盘置入腔和下料管处分别设有光电传感器，光电传感器的信号输出端均与自动化控制装置相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于自动化控制的零件产品装盒系统，其特征在于，所述旋转臂为“L”形，旋转臂的“L”形的垂直端固定于所述驱动组件的输出轴上，旋转臂的“L”形水平端与夹爪装置固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于自动化控制的零件产品装盒系统，其特征在于，所述落料底盘的底部固定有驱动组件，驱动组件的输出轴端设有与其相垂直的棘轮；所述排序料盘的轴心设有棘轮卡接孔，在排序料盘的下方沿棘轮卡接孔的内圆周设有弧形棘爪，弧形棘爪的一端通过销轴转动连接于排序料盘上；所述驱动组件的输出轴端依次穿过落料底盘及棘轮卡接孔并使弧形棘爪的另一端挂设于棘轮的齿部，以使驱动组件的输出轴端与排序料盘固定；所述销轴处设有复位弹簧。
4.根据权利要求1所述的一种基于自动化控制的零件产品装盒系统，其特征在于，升降摘取机构通过电动推杆导向座连接于固定支架上，推板位于电动推杆导向座的下方，电动推杆的端部穿过电动推杆导向座与推板固定连接，所述推板的上端面设有垂直于该推板的导向柱，电动推杆导向座上设有与所述导向柱相配适的导向通孔，以使所述导向柱的端部通过该导向通孔贯穿电动推杆导向座。
5.根据权利要求1所述的一种基于自动化控制的零件产品装盒系统，其特征在于，所述托盘传送装置为皮带输送机，皮带输送机的主动辊与转动电机相连，皮带输送机的同步带上等距设置有托盘分割板且使相邻托盘分隔板之间的距离与托盘的宽度相配适。
6.根据权利要求1所述的一种基于自动化控制的零件产品装盒系统，其特征在于，所述落料底盘与水平方向呈45度角倾斜固定于工作台上；所述转动电机固定于落料底盘的下方并使转动电机的输出轴端穿过落料底盘与排序料盘的轴心固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于自动化控制的零件产品装盒系统，其特征在于，在落料底盘的浅圆桶内侧壁上设有毛刷，并使毛刷的刷头部朝向排序通孔所在圆周。
8.根据权利要求1或3所述的一种基于自动化控制的零件产品装盒系统，其特征在于，所述驱动组件包括与转动电机相连的减速机；所述转动电机为伺服转动电机；自动控制装置为PLC系统控制器；伺服转动电机的控制端与PLC系统控制器控制连接。
9.根据权利要求1所述的一种基于自动化控制的零件产品装盒系统，其特征在于，所述固定基板的底部设有与托盘上的孔槽相对应的凸柱。
10.根据权利要求1或3所述的一种基于自动化控制的零件产品装盒系统，其特征在于，所述落料底盘上设有轴承嵌入孔，该轴承嵌入孔中转动连接有轴承，并使所述轴承的轴线与所述落料底盘的轴线相垂直。
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