CN113401432B - 一种牙线数量检测包装一体机 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种牙线数量检测包装一体机，基于刚性平台柜及其内置主控单元装接相连，包括挂架循环运载单元，挂架上料替换单元，包装盒运载单元和牙线运载装填单元。该一体机利用基于刚性平台柜所设的两条输送机构能实现包装盒及通过挂架运载的牙线产品的定向流转，且流转速率可调以匹配牙线上料速率和搬运、装盒的协调性；通过设于挂架上料替换单元的CCD，能实现对上料的牙线数量进行自动化检测并信号传输、人机交互，保障了一体机后段作业的准确性；且优化完善了输送机构、搬运机构各部分的升降、旋转配合及时序协调性，提供了分段编程、程序整合的系统控制方案，降低了一体机故障发生率，从而大幅度提升了牙线产品的出料包装效率。

Description

一种牙线数量检测包装一体机

技术领域

本发明涉及一种工业定制机具，尤其涉及一种能够进行批量牙线成品数量检测及自动化包装的一体式工作站。

背景技术

牙线是用尼龙线、丝线或涤沦线来清洁牙的邻面菌斑的一种新产品，近年来逐步流行普及。牙线在市场上的出现，堪称洁齿方式的一次新革命，成千上万的人从中受益匪浅，解除了牙科疾病的困扰，保持牙周健康，也减少了因牙科疾病而引发的其他疾病。牙线在发达国家的使用已经是极为普遍，是人们居家旅游不可缺少的生活必需品，而饭后使用牙线对牙齿进行自我清理，就像人们饭前洗手，饭后漱口一样，成为日常生活中必不可少的一个程序。

牙线和心脏，看上去风马牛不相及，事实并非如此。据《每日邮报》近期报道，牙病对心脏的危害一点也不亚于高血脂。使用牙线可以预防口腔疾病，大大减少心脏病和中风的危险。为此，美国衰老学专家迈克尔·罗伊森更指出，坚持每天使用牙线，能让你多活6.4年。临床上发现，经常患牙髓炎、牙周炎的人，心脏病的发病率也会增加。这是因为牙髓和牙周组织的感染可以导致细菌毒素进入血液循环系统，最终使你的心脏受“牵连”。

与牙线相比，由于牙签较粗，不能深入到齿缝中，清洁效果大打折扣。牙线则能有效剔除牙缝里的残留物及牙齿邻面上的菌斑。

综上牙线产品的优点介绍可见，牙线随着普及性的日渐提高，对其工业化生产也提出了更高的要求，而传统牙线的生产线出料后，需要人工清点数量并手动装填包装盒后进行产品出货。然而由于产品体积相对较小且线材质轻易断，现有牙线的生产加工流水线后端费时费工，且由于人工清点数量易于因疲劳感增强而频繁出错，外加装盒、合盖、分流周转盒等附加的手工作业。牙线产品的整体产率难以提升，且一定程度上存在经质检的不良品隐患。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的旨在提出一种牙线数量检测包装一体机，以解决牙线生产线后段数量自动清点、自动分料包装、节省人力投入的问题。

本发明实现上述目的的技术解决方案为提供一种牙线数量检测包装一体机，基于刚性平台柜及其内置主控单元装接相连，其特征在于包括：

挂架循环运载单元，在刚性平台柜设有沿线性长度方向循环的第一输送机构，且第一输送机构中分布运载有一个以上用于挂架活动换装的托盘；

挂架上料替换单元，临近所述第一输送机构的一端分布设有挂架搬运机构和旋转机构，其中所述挂架搬运机构受控在第一输送机构与旋转机构之间换位取放挂架，所述旋转机构自带托盘并受控调整挂架朝向，且旋转机构顶部悬设有检测牙线数量的CCD；

包装盒运载单元，在刚性平台柜表面设有同向平行于第一输送机构且循环的第二输送机构，第二输送机构内等间隔落座有开盖状态的包装盒；

和牙线运载装填单元，在刚性平台柜表面设为垂直跨接两输送机构的伺服模组及牙线搬运机构，所述牙线搬运机构沿伺服模组设有三轴气缸及联动的平行气爪，且平行气爪受控往返于两个输送机构之间、随包装盒单向传输有节律地定量夹取牙线并装填包装盒。

上述牙线数量检测包装一体机，进一步地，所述第一输送机构在刚性平台柜的表面设有上层输送带，并在柜内设有相对上层输送带受驱方向互异的下层输送带，且在两条输送带的两端各设有升降式输送带组，在上层输送带和下层输送带之间交互托盘、构成托盘的循环路径。

上述牙线数量检测包装一体机，进一步地，所述第一输送机构在对应牙线运载装填单元的取料工位处设有内置于上层输送带中的阻挡气缸和升降气缸。

上述牙线数量检测包装一体机，进一步地，所述旋转机构位于第一输送机构线性长度方向的延伸外端，所述挂架搬运机构为受控两轴移动的吊架，且吊架的底侧设有对应挂架抓取、释放的一对气动夹爪。

上述牙线数量检测包装一体机，进一步地，所述旋转机构包括圆盘及其上一体装接的回转组件，所述圆盘受控于刚性平台柜内所设电机在水平面中90°范围内转动，且回转组件设有支架、枢接于支架的翻板及支架一端外侧所设的回转气缸，所述翻板受驱在侧向平面中90°范围内转动，其中翻板上固接有与循环输送的托盘同规格外形的托盘。

上述牙线数量检测包装一体机，更进一步地，所述托盘主体为扁状长方块体，托盘表面设有长条形的挂架定位容槽及对应牙线产品外形长度的定位柱，并且托盘在挂架定位容槽及定位柱周边分布设有定位孔。

上述牙线数量检测包装一体机，进一步地，所述第二输送机构在牙线运载装填单元的后段工位设有作用于满载包装盒的合盖机构，所述合盖机构包括固定包装盒仓体的限位抱臂，推动盒盖翻转至锐角开合程度的前推气缸，以及将盒盖压平的下压气缸。

上述牙线数量检测包装一体机，进一步地，所述第二输送机构设有两条同步并行的第一输送带和第二输送带，每条输送带表面成型有均匀载入包装盒的分隔槽，且各输送带末端接落料钣金、向周转箱卸料包装盒。

上述牙线数量检测包装一体机，进一步地，所述第二输送机构对应牙线搬运机构的放料区设有一一正对包装盒的下料漏斗。

上述牙线数量检测包装一体机，进一步地，所述第一输送机构设有两个取料工位且对应位置的挂架上载有牙线，所述伺服模组和牙线搬运机构对应每个取料工位成套配置，且随第一输送机构带动挂架依次遍历每个取料工位，各牙线搬运机构均匀分配数量夹取牙线，所述挂架以空载状态自后一个取料工位移出。

较之于传统出料包装作业，应用本发明该数量检测包装一体机，具有突出的实质性特点和显著的进步性：利用基于刚性平台柜所设的两条输送机构能实现包装盒及通过挂架运载的牙线产品的定向流转，且流转速率可调以匹配牙线上料速率和搬运、装盒的协调性；通过设于旋转机构上空的CCD，能在不影响人工上料及挂架搬运机构抓取的同时，实现对上料的牙线数量进行自动化检测并信号传输、人机交互，保障了一体机完整牙线运载、分料、装盛等后段作业的准确性；优化完善了输送机构、搬运机构各部分的升降、旋转配合及时序协调性，提供了分段编程、程序整合的系统控制方案，降低了一体机故障发生率，从而大幅度提升了牙线产品的出料包装效率。

附图说明

图1是本发明牙线数量检测包装一体机的总装结构示意图。

图2是图1所示一体机优选实施例俯视视角下的结构概览图。

图3是图2所示优选实施例中挂架上料替换单元的细节结构示意图。

图4是图2所示优选实施例中挂架循环运载单元的细节结构示意图。

图5是图4所示挂架循环运载单元中取料工位处的细节结构示意图。

图6是图2所示优选实施例中所用托盘及挂架、牙线的装载结构示意图。

图7是图2所示优选实施例中牙线运载装填单元的布局及作业功能示意图。

图8是图7所示牙线运载装填单元中牙线搬运机构的细节结构示意图。

图9是图7所示牙线运载装填单元中下料漏斗的细节结构示意图。

图10是图2所示优选实施例中包装盒运载单元所设合盖机构的细节结构示意图。

具体实施方式

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。

为解决牙线产品提升生产线出料效率的问题，本发明设计者根据客供的定制要求，结合机械化、电气化的基础构件设计组合，并结合PLC、微处理器或工控pc的编程控制，创新提出了一种占地区域有限、作业环境优良且节省人力的牙线数量检测包装一体机，以满足单机单人或多机一人的作业成本配置，提升牙线产品计量和包装的便利性和效率。

从该牙线数量检测包装一体机的结构组成及各部分功能设计概括性的特性来理解，其基于刚性平台柜1及其内置主控单元（未图示）装接相连构成，其中编程控制部分非本发明请求保护的技术特点，且对电子应用领域的普通技术人员而言，对电机、气缸等动力元器件的编程控制为成熟的基础技能，因此本发明省略详述及各部分与主控单元的电气连接。而回归该一体机结构及功能的设计特点，如图1至图4、图6、图7所示由整体到局部的各种结构示意图可见，该牙线数量检测包装一体机可以概括由以下四个主要功能单元构成。

其一为挂架循环运载单元2，在刚性平台柜1设有沿线性长度方向循环的第一输送机构21，且第一输送机构21中分布运载有一个以上用于挂架活动换装的托盘81。这部分主要功能是在一定区域范围内使得托盘被驱动输送流转，且托盘中的挂架82在时而空载、时而满载中交替轮换。

其二为挂架上料替换单元3，临近第一输送机构21的一端分布设有挂架搬运机构31和旋转机构32，其中挂架搬运机构31受控在第一输送机构21与旋转机构32之间换位取放挂架82，而旋转机构32自带托盘321并受控调整挂架82朝向，且旋转机构32顶部悬设有检测牙线91数量的CCD相机4（以下简称CCD）。这部分主要功能是配合前述挂架循环运载单元将挂架及其所装载的牙线91参与到输送流转中，并与换装满载牙线的挂架的人工作业相结合。需要理解及明确的是，该一体机应用中，牙线产品在挂架上的装载依旧是人工作业或通过其它工装实现的，非本申请技术方案的一部分，而此处人工作业仅包含利用满载的挂架替换作业区域托盘中空载的挂架这一简单动作。并且通过在旋转机构顶侧设置CCD，可以对满载的挂架进行图像采集、数据分析并得到高精度的牙线计数，再配合工控显示屏和触控键盘等，实现友好且高效的人机交互，使得作业人员更易于掌握当前作业强度。

其三为包装盒运载单元5，同前述挂架循环运载单元2相似，在刚性平台柜1表面设有同向平行于第一输送机构21且循环的第二输送机构51，第二输送机构51内等间隔落座有开盖状态的包装盒92。这部分主要功能是在另一相邻区域范围内使得包装盒被驱动单向流转，并在流转过程中经历由开盖空载、装载、合盖、中转出料的变化。

其四为牙线运载装填单元6，在刚性平台柜1表面设为垂直跨接两输送机构的伺服模组61及牙线搬运机构62，该牙线搬运机构62沿伺服模组61设有三轴气缸621及联动的平行气爪622，且平行气爪622受控往返于两个输送机构之间、随包装盒92单向传输有节律地定量夹取牙线91并装填包装盒。这部分主要功能是以一定节奏、定量地从第一输送机构拾取一部分牙线搬运至第二输送机构的包装盒之中完成装盛。

由以上概述方案可见，通过该一体机参与牙线的产后包装作业，一方面具备了基于CCD相机的自动化数量检测功能。当检测结果与预设数量相同则整机继续正常运行，而当检测结果因为漏挂、反挂、多挂等原因与预设数量不符，则整机停机并示警提醒作业人员核实干预。另一方面，基于对满载牙线的挂架及包装盒相对独立受控的不同输送机构以及挂架或牙线的搬运机构的各部分功能组合，能取代传统完全由人工作业的牙线产品分装，效率及准确度均显著提升，有利于对接工业自动化产线。

如图4和图5所示，上述挂架循环运载单元2从更进一步细化特征来看：其第一输送机构21在刚性平台柜的表面设有上层输送带211，并在柜内设有相对上层输送带受驱方向互异的下层输送带（未图示），且在两条输送带的两端各设有一个升降式输送带组212、213，在上层输送带和下层输送带之间交互托盘、构成托盘的循环路径。具体地，靠近上述旋转机构32的一端所设主要为上升式输送带机构，即当其位于上层输送带211旁侧并完成满载挂架换装后，将驱动托盘向上层输送带211传送从而放空，而后受驱于底部的气缸沉降至下层输送带同一水平线位置，并接收传送自下层输送带的托盘及其空载挂架，再将其顶升至上层输送带同一水平线位置；与之相对地，远离上述旋转机构32的另一端所设主要为下降式输送带机构，即当完成牙线搬运后空载的挂架及其托盘被从上层输送带向后传送至该放空态的下降式输送带机构，而后受驱于底部的气缸沉降至下层输送带同一水平线位置，再驱动所载托盘向下层传输层传送，放空后继续上升接盘。从而配合上、下层输送带实现托盘及其挂架的循环流转。这里虽然两端的升降式输送带组均有相同的升降动作，但这里以其对所载托盘的传送方向为分类依据，加以上升式、下降式的区分定义。

为配合牙线搬运的定位精度，上述第一输送机构21在对应牙线运载装填单元6的取料工位处设有内置于上层输送带中的阻挡气缸22和升降气缸23。而且图示可见，本实施例中设有两个取料工位且对应位置的挂架上均载有牙线，则牙线运载装填单元6配套设有两组伺服模组61及牙线搬运机构62。同理，第一输送机构21对应两个取料工位也配套各设有一对阻挡气缸22和升降气缸23，通过独立受控定位托盘位置及挂架的顶升高度，以满足牙线搬运机构62的定量拾取设定。

如图3所示，上述挂架上料替换单元3主要包括挂架搬运机构31、旋转机构32及特殊设计添置的CCD，从更进一步细化特征来看：上述旋转机构32位于第一输送机构21线性长度方向的延伸外端，而挂架搬运机构31为受控两轴移动的吊架，且吊架的底侧设有对应挂架抓取、释放的一对气动夹爪311。该挂架搬运机构31定位于旋转机构32及升降式输送带组213之间的旁侧，气动夹爪311则受驱在两者之间移动换位。

上述旋转机构32包括圆盘321及其上一体装接的回转组件，该圆盘321受控于刚性平台柜1内所设电机（未图示）在水平面中90°范围内转动。而回转组件设有支架322、枢接于支架的翻板323及支架一端外侧所设的回转气缸，翻板323受驱在侧向平面中90°范围内转动，其中翻板323上固接有与循环输送的托盘同规格外形的托盘81。这部分双向翻转主要便于调整挂架的搬运方向和人工换装挂架的操作。

更进一步地，如图6所示，该托盘81主体为扁状长方块体，托盘81表面设有长条形的挂架定位容槽811及对应牙线产品外形长度的定位柱812，并且托盘81在挂架定位容槽811及定位柱812周边分布设有定位孔813。而挂架82的形状特点为基于长条形的基片821单向一体延伸设有十个等高、等间隔的立柱822。由此则牙线91绑接尼龙线的C型开口可以逐一套接于立柱822之上，并且牙线91的手持端可以穿接于成对的定位柱812中使得牙线在挂架上整齐堆叠、排列。而上述定位孔813主要用于托盘与各输送带定位配合，可活动定位装接，亦可直接采用螺钉、铆钉紧固。

如图7和图10所示，上述包装盒运载单元5从更进一步细化特征来看：第二输送机构51设有两条同步并行的第一输送带511A和第二输送带511B，每条输送带表面成型有均匀载入包装盒的分隔槽512，且各输送带末端接落料钣金52、向周转箱10卸料包装盒92。这里包装盒92可以由作业人员呈开盖状态逐一放入分隔槽512间隙的落座仓位513之中，也可以由外设辅助设备自动落座，本申请对此不作保护请求，故省略赘述。对该一体机而言，只需保障该第二输送机构的源头处持续有包装盒落座其中即可。为保证牙线装盒后流转运输时发生包装盒开盖散料，该第二输送机构51在牙线运载装填单元6的后段工位设有作用于满载包装盒的合盖机构53，该合盖机构53包括固定包装盒仓体的限位抱臂531，推动盒盖翻转至锐角开合程度的前推气缸532，以及将盒盖压平的下压气缸533。该合盖机构53的三部分构件也通过主控单元的程序控制协调运作，实现所需功能。

如图7至图9所示，上述牙线运载装填单元6从更进一步的细化特征来看：优选实施中与前述两个取料工位、包装盒相关的两条同步并行的输送带相对应地，该牙线运载装填单元6对应一个取料工位配置设有两套伺服模组和牙线搬运机构。随第一输送机构带动挂架依次遍历每个取料工位，各牙线搬运机构均匀分配数量夹取牙线，所述挂架以空载状态自后一个取料工位移出。具体地，沿包装盒输送流转方向，在近端取料工位处设有对应挂架长度向分布且相互平行的第一伺服模组和第二伺服模组，而基于两个伺服模组所装接的第一牙线搬运机构和第二牙线搬运机构相对设置。其中第二牙线搬运机构中在三轴气缸与平行气爪之间，还设有旋转气缸623，使所夹取的牙线调转方向后装入包装盒。同理，在远端取料工位处同样设有第三伺服模组和第四伺服模组，及基于两个伺服模组所装接的第三牙线搬运机构和第四牙线搬运机构，旋转气缸设置对象为第四牙线搬运机构。考虑各牙线搬运机构沿伺服模组滑动到达第一输送带、第二输送带的时差，对上述四个牙线搬运机构进行滑动限位和装填对象的优化设置。举例说明如下：其中第一、第三牙线搬运机构仅对应第二输送带的包装盒释放牙线，而第二、第四牙线搬运机构仅对应第一输送带的包装盒释放牙线，结合旋转气缸的动作设定，可以满足四个牙线搬运机构同步拾取牙线并同步向包装盒释放牙线。

鉴于第一输送机构21带动两个载料挂架的单向传输流转，在近端取料工位处满载的挂架经一次拾取牙线后在远端取料工位处还需应对一次拾取牙线。因此设计其中第一、第二牙线搬运机构仅拾取挂架中对应立柱上所有牙线的一半，而由第三、第四牙线搬运机构清空挂架。而这里各牙线搬运机构拾取牙线的数量取决于平行气爪下行的深度，通过对三轴气缸程控输出的控制信号实现。

再者，该第二输送机构51对应牙线搬运机构的放料区设有一一正对包装盒的下料漏斗54。图示优选实施例中，该下料漏斗54为对应四个包装盒同步导流落料的四孔位板件，且下料漏斗54底部通过导向柱541固接于平台表面，并通过气缸542受控高度可调。

此外，如图1所示，该牙线数量检测包装一体机除前述几大主要功能单元及其细节特征描述外，还包括使一体机形成半封闭状的整体框架7。其为由60×60方管焊接构成，其上所设防护罩为由30×30铝型材和透明亚克力板装接而成，并基于该整体框架7定位装接三色报警灯71、触摸屏72、显示屏73等常规外设，提供人机交互的时效性、安全性、便捷性。

综上关于本发明牙线数量检测包装一体机结合图示实施例的详述可见，本方案具备突出的实质性特点和多方面显著的优点，概括如下：利用基于刚性平台柜所设的两条输送机构能实现包装盒及通过挂架运载的牙线产品的定向流转，且流转速率可调以匹配牙线上料速率和搬运、装盒的协调性；通过设于旋转机构上空的CCD，能在不影响人工上料及挂架搬运机构抓取的同时，实现对上料的牙线数量进行自动化检测并信号传输、人机交互，保障了一体机完整牙线运载、分料、装盛等后段作业的准确性；优化完善了输送机构、搬运机构各部分的升降、旋转配合及时序协调性，提供了分段编程、程序整合的系统控制方案，降低了一体机故障发生率，从而大幅度提升了牙线产品的出料包装效率。

除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种牙线数量检测包装一体机，基于刚性平台柜及其内置主控单元装接相连，其特征在于包括：

挂架循环运载单元，在刚性平台柜设有沿线性长度方向循环的第一输送机构，且第一输送机构中分布运载有一个以上用于挂架活动换装的托盘；

挂架上料替换单元，临近所述第一输送机构的一端分布设有挂架搬运机构和旋转机构，其中所述挂架搬运机构受控在第一输送机构与旋转机构之间换位取放挂架，所述旋转机构自带托盘并受控调整挂架朝向，且旋转机构顶部悬设有检测牙线数量的CCD；

包装盒运载单元，在刚性平台柜表面设有同向平行于第一输送机构且循环的第二输送机构，第二输送机构内等间隔落座有开盖状态的包装盒；

和牙线运载装填单元，在刚性平台柜表面设为垂直跨接两输送机构的伺服模组及牙线搬运机构，所述牙线搬运机构沿伺服模组设有三轴气缸及联动的平行气爪，且平行气爪受控往返于两个输送机构之间、随包装盒单向传输有节律地定量夹取牙线并装填包装盒。

2.根据权利要求1所述牙线数量检测包装一体机，其特征在于：所述第一输送机构在刚性平台柜的表面设有上层输送带，并在柜内设有相对上层输送带受驱方向互异的下层输送带，且在两条输送带的两端各设有升降式输送带组，在上层输送带和下层输送带之间交互托盘、构成托盘的循环路径。

3.根据权利要求1所述牙线数量检测包装一体机，其特征在于：所述第一输送机构在对应牙线运载装填单元的取料工位处设有内置于上层输送带中的阻挡气缸和升降气缸。

4.根据权利要求1所述牙线数量检测包装一体机，其特征在于：所述旋转机构位于第一输送机构线性长度方向的延伸外端，所述挂架搬运机构为受控两轴移动的吊架，且吊架的底侧设有对应挂架抓取、释放的一对气动夹爪。

5.根据权利要求1所述牙线数量检测包装一体机，其特征在于：所述旋转机构包括圆盘及其上一体装接的回转组件，所述圆盘受控于刚性平台柜内所设电机在水平面中90°范围内转动，且回转组件设有支架、枢接于支架的翻板及支架一端外侧所设的回转气缸，所述翻板受驱在侧向平面中90°范围内转动，其中翻板上固接有与循环输送的托盘同规格外形的托盘。

6.根据权利要求1、2或5所述牙线数量检测包装一体机，其特征在于：所述托盘主体为扁状长方块体，托盘表面设有长条形的挂架定位容槽及对应牙线产品外形长度的定位柱，并且托盘在挂架定位容槽及定位柱周边分布设有定位孔。

7.根据权利要求1所述牙线数量检测包装一体机，其特征在于：所述第二输送机构在牙线运载装填单元的后段工位设有作用于满载包装盒的合盖机构，所述合盖机构包括固定包装盒仓体的限位抱臂，推动盒盖翻转至锐角开合程度的前推气缸，以及将盒盖压平的下压气缸。

8.根据权利要求1所述牙线数量检测包装一体机，其特征在于：所述第二输送机构设有两条同步并行的第一输送带和第二输送带，每条输送带表面成型有均匀载入包装盒的分隔槽，且各输送带末端接落料钣金、向周转箱卸料包装盒。

9.根据权利要求1所述牙线数量检测包装一体机，其特征在于：所述第二输送机构对应牙线搬运机构的放料区设有一一正对包装盒的下料漏斗。

10.根据权利要求1所述牙线数量检测包装一体机，其特征在于：所述第一输送机构设有两个取料工位且对应位置的挂架上载有牙线，所述伺服模组和牙线搬运机构对应每个取料工位成套配置，且随第一输送机构带动挂架依次遍历每个取料工位，各牙线搬运机构均匀分配数量夹取牙线，所述挂架以空载状态自后一个取料工位移出。

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