化妝品在線檢重秤的設計與應用

前言
檢重秤又稱為重量檢驗秤、分選秤、重量選別秤、檢驗秤、分檢秤，可將不同質量的預包裝分立載荷（物品）按其質量與標稱設定點的差值細分成兩類或更多類，是一種高速、高精度在線重量檢測自動化設備。檢重秤與各種包裝生產線以及輸送系統集成，可實時在線檢測出生產線中超重、欠重的不合格產品，以及包裝內是否缺少部件等。檢重秤廣泛應用于醫藥、食品、化工、飲料、塑料、橡膠等行業的生產線自動重量檢測，也是食品、醫藥等行業在生產過程中*的環節。
為了保護消費者和生產者、銷售者的合法權益，根據《中華人民共和國計量法》、《定量包裝商品計量監督管理辦法》要求，對于定量包裝商品，單件定量包裝商品的實際含量應當準確反映其標注凈含量，標注凈含量與實際含量之差不得大于所規定的允許短缺量。產品重量的最終檢驗在產品生產最終環節對產品的重量進行復檢，將不合格產品剔除出去，以保證出廠的產品重量符合要求，這有利于保證消費者和生產企業雙方的利益，消費者不會因為缺斤少兩而蒙受損失，生產廠家也不會因為顧客的抱怨甚至投訴而受到名譽的損害。
現有檢重秤分為在線檢測和離線檢測，在線檢測包括連續型和間歇型，離線檢測一般為間歇型。在線連續型檢測通常采用輸送機方式，與中、高速生產線集成。在線檢重秤包括進料輸送機、稱重輸送機和出料剔除輸送機，系統根據生產線速度、產品通過量、產品長度及稱重輸送機長度等參數確定進料輸送機速度，讓生產線上產品分開，確保稱重輸送機上只有一件產品進行稱重，同時減少產品進、出稱重輸送機由于前、后輸送機速度不同對稱重的影響。對于長徑比大、細長的圓柱狀產品或短圓柱狀產品等，由于輸送過程中易出現滾動，且產品重量較輕，產品通過時狀態不穩定，對產品稱重產生影響，計量結果不準確。尤其是化妝品（如眉筆、口紅等），直徑小、細長、只能沿長度方向輸送，采用稱重輸送機進行稱重，輸送過程中易出現滾動，穩定性差，對稱重影響較大。為克服現有技術中的不足，針對直徑小、細長的化妝品，與上海創元化妝品有限公司聯合，在化妝品生產線上安裝在線檢重秤，采用V字槽形護板、動態高速稱重技術，防止產品滾動，保持產品輸送過程的穩定性，實現在線高速動態穩定稱重，確保產品在線重量檢測的準確性。研發的化妝品在線檢重秤已投入應用。

化妝品在線檢重秤的基本結構及工作原理
基本結構
化妝品在線檢重秤由進料輸送機、稱重輸送機、稱重模塊、防風罩、V字槽形護板、出料輸送機、剔除裝置、稱重控制器、電氣控制系統及機架等組成，
工作原理
化妝品在線檢重秤并入用戶化妝品包裝生產線或輸送系統，化妝品通過進料輸送機進入，在V字槽形護板的導向作用下，使化妝品（如眉筆、口紅等）順利導入稱重輸送機；稱重控制器采用外部觸發模式時，當導入光電開關檢測到化妝品時，開始進行重量檢測，當導出光電開關檢測到化妝品時，重量檢測結束，得出產品的檢測重量值；稱重控制器采用內部觸發模式時，預設內部重量觸發值、內部重量結束閥值，當稱重輸送機檢測化妝品重量大于內部重量觸發值時，開始進行重量檢測，當稱重輸送機檢測化妝品重量小于內部重量結束閥值時，重量檢測結束，得出產品的檢測重量值。稱重控制器根據檢測重量值與目標重量值比較，判定被檢測物重量是否合格，不合品通過剔除裝置將其剔除。通過調節導入輸送機速度控制化妝品的進入檢重輸送機的速度，確保檢重輸送機上只有一件被檢測的物體，保證檢重秤的稱量準確性，同時也保證進料輸送機、稱重輸送機及出料輸送機的速度一致性。

主要指標
被檢工件尺寸：200mm×φ10-30mm;
被檢工件量大重量：300g;
被檢工件通過量：80件/分鐘；
輸送機臺面尺寸：導入輸送機、檢重輸送機、剔除輸送機長度均為300mm，寬度為100mm，生產線高度為750±50mm;
輸送機速度：0.7m/s;
準確度等級：Ⅲ級；
檢測精度：±0.5g
稱重傳感器量程：5kg、安全過載：150%、防護等級：IP65;
稱量：500g;
計量方式：動態計量；
剔除方式：氣吹剔除；
電源：220V/50Hz;
壓縮空氣：0.4-0.7MPa。

系統功能
系統具備就地/遠程兩種控制功能，具備集中控制的通訊接口，具有與生產線聯鎖功能。
具有自動調零，自動零點跟蹤，自動校準等功能。
具有靜態、動態校準，消除動態影響。
具有內部觸發、外部觸發檢重功能。
具有多種產品設定和選擇功能，任意切換。
具有5個重量分類區，屏幕直接顯示。
具有班統計、日統計、月統計、長期統計功能，統計合格品、不合格品（欠重、超重）數量以及合格品率、小時產量等，并實時上傳用戶管理系統，具有多種圖形統計顯示；
提供反饋調節信號，控制產品包裝重量，有效節約成本。
具有不合格品、故障報警信息，采用聲光顯示。

設計計算
稱重輸送機速度確定
被檢工件長度L1:200mm
稱重輸送機長度L2:300mm
被檢工件在稱重輸送機上有效稱重運行距離L3:L2-L1=100mm
被檢工件通過量N:80件/分鐘
單個工件通過稱重輸送機所需時間t:60/N=0.75s
稱重輸送機運行速度v:(L1+L2）/t=0.67m/s
為保持導入輸送機、檢重輸送機、剔除輸送機的速度一致性，取輸送機運行速V為0.7m/s
被檢工件在稱重輸送機實際稱重時間T:L3/V=0.143S
稱重控制器采樣頻率f:0.005s
稱重控制器采樣數n:T/f=28（滿足n≥20的要求）

稱重傳感器選型
稱重輸送機臺面重量G1:3.7kg
稱重傳感器數量n1:1
稱重傳感器載荷：G1/n1=3.7kg
選用HBM PW6KRC3型單點稱重傳感器，根據傳感器選型手冊選取額定載荷（量程）為5kg

不合格品剔除方式確定
被檢工件量大重量：300g
被檢工件通過量：80件/分鐘
被檢工件重量相對較輕（<500g）、通過速度高，剔除方式選用：氣吹剔除

主要結構及技術特點
稱重輸送機由主、從動滾筒、皮帶、伺服電機、機架等組成，主、從動滾筒采用腰鼓形結構設計，有效防止皮帶跑偏，同時主、從動滾筒需要做動平衡試驗，等級6.3G（偏差0.3g），避免主、從滾筒動不平衡造成的振動對稱重計量的影響。稱重輸送機采用伺服電機驅動，可根據被檢工件的長度、通過量等參數，及時調整輸送機的運行速度，確保稱重輸送機臺面上只有一件產品進行稱重；伺服電機與主動滾筒之間通過同步齒形帶傳動，傳動平穩、無噪聲。稱重輸送機皮帶上設有V字槽形護板，有效防止圓柱形產品在輸送過程中的產生滾動，確保稱重計量的穩定性、準確性。稱重輸送機設有防風罩，防止外界風對稱重計量的影響，同時也防止人員接觸稱重輸送機，影響稱重計量。稱重輸送機與機架之間采用止榫結構設計，搭扣固定，快速釋放，方便輸送機的清理、維護等。稱重輸送機主、從動滾筒處均設有光電檢測開關，檢測產品是否*進入稱重輸送機以及產品是否要離開稱重輸送機，確保整個產品在稱重輸送機上進行稱重計量，保證稱重的準確性。
進料輸送機、出料輸送機與稱重輸送機結構相同，但主、從動滾筒不做動平衡試驗。
稱重模塊采用全封閉結構設計，由底座殼體、稱重傳感器、連接座等組成，底座殼體在連接座稱重傳感器下方設有過載保護螺栓，稱重模塊裝配完成后需要做壓載測試，將載荷增加到額定載荷時，稱重傳感器輸出為2mV，通過調節過載保護螺栓，如果繼續將載荷增大到超過額定載荷時，稱重傳感器輸出毫伏值不變。稱重傳感器選用HBM PW6KRC3型單點稱重傳感器，秤臺尺寸為300mm×300mm。
剔除方式根據產品重量及通過量等可選用氣吹式或氣缸推桿式，對于產品重量小于500g，可選用氣吹式剔除，氣吹式剔除結構簡單，高效。剔除裝置固定在出料輸送機上，將不合格品（欠重、超重）按重量分類，可采用多組剔除裝置，使不合格品分別進入相應的收集箱，如圖2所示。不合格品收集箱采用全封閉結構設計，收集箱上設有取料門并配鎖，專人負責，確保不合格品能有效管理。
電氣控制系統中選用西門子S7-200SMART(6ES7288-1ST60-0AA0）可編程控制器，接受到用戶生產線運行信號，電氣控制系統自動啟動運行，同時如果化妝品在線檢重秤出現故障報警，也將故障信息反饋給用戶生產線控制系統。當進料輸送機光電開關檢測到產品，化妝品在線檢重秤運行，對產品在線稱重計量，不合格品通過剔除裝置從生產線上剔除。將重量檢測統計結果實時提供反饋調節信號，控制產品包裝重量。

結束語
基于皮帶輸送動態稱重技術，通過PLC控制，生產線上的化妝品通過進料輸送機進入稱重輸送機，稱重控制器采用外部觸發模式或內部觸發模式，對產品進行在線稱重計量，所得重量值與預先設定的目標重量值比較，判定被檢測物重量是否合格，不合品通過剔除裝置將其剔除，實現全過程無人干預，實時在線進行重量檢測，同時將重量檢測統計結果實時提供反饋調節信號，控制產品包裝重量，有效降低成本。本技術產品適用于醫藥、食品、化工、飲料、化妝品、塑料、橡膠等行業產品生產線的重量在線檢測。