皮革自动码垛装置的研发

作为皮革制造大国，由于皮革原材料和产品性能特点，其标准化程度低，加工环节中码垛、鞣制削薄、配皮等环节主要依靠人工，行业自动化水平不高。未来几年要夯实“中国制造”的地位，提升中小皮革企业的生存空间，就要依靠技术进步，加大新产品的设计和研发力度，加快转型升级[1]。

在皮革生产过程中，皮革表面喷漆处理是一道重要的工序。为了保护喷漆表面质量，须采用将皮革喷漆面逐一相贴合的方式码垛，即将皮革喷漆面朝上、朝下交替码在垛架上。目前这一工序要由2人协作完成，劳动强度大，工作时间长，效率低。本文主要介绍了皮革自动码垛装置的设计，以满足企业机器代替人工实现自动化生产、提高生产率的需求。

1 皮革自动码垛概述

1.1 皮革自动码垛的过程

皮革自动码垛装置在提升传送带末端装有检测装置，检测皮革到位情况。提升传送带末端设有可摆动的收皮装置：一条传送带及一导向板装置。收皮装置上装有调节手轮，用于调节导向板与传送带的间隙，用弹簧调整导向板与传送带对皮革的预压力[2]。

当正面（漆面朝上）收皮时，摆臂自导轨右端向左端开始转动，此时辅助压辊A缩回，辅助压辊B伸出，皮革在摆臂传输带驱动下沿导板下行，摆臂慢慢向左摆动，皮革通过收皮装置正面向上落在码架上，辅助压辊B有预紧的压在码架皮革上，防止皮革滑落。当摆臂摆动到最左端时，电磁铁会拉缩导向板，使传送带与导向板间隙增大，剩余皮革快速落在码架的左侧，完成一张皮革的码放。当反面（漆面朝下）收皮时，摆臂自导轨左端向右端开始移动，辅助压辊A伸出，辅助压辊B缩回，皮革在摆臂传输带驱动下沿导板下行，摆臂慢慢向右摆动，皮革通过收皮装置反面向上落在码架上，摆动到最右侧时，电磁铁会拉缩导向板，使传送带与导向板间隙增大，剩余皮革快速落在码架的右侧，完成一张皮革的码放。此过程循环往复，达到快速高效皮革码垛的目的。

1.2 皮革自动码垛装置的结构

皮革自动码垛装置主要由皮革输送装置、导向压板、摆臂、辅助压辊、驱动电机、码垛架等组成，还包括机械传动装置、控制系统等装置。其中摆臂部分为码垛装置的核心部分，包括检测装置、驱动电机、限位器、调节装置、辅助压辊等[3]，详见图1。

图1 皮革自动码垛结构及原理

1.输送装置 2.导向压板 3.调节轮 4.摆臂 5.推拉装置6.辅助压辊A 7.辅助压辊B 8.驱动电机 9.限位器 10.码垛架

2 皮革自动码垛装置的系统要求

该装置在工艺控制上要求整机自动运行，并可以根据皮革的基本长度，自动调整输送量，实现对中码垛，皮革宽度可调范围的从1 000 mm～2 500 mm不等。皮革码垛的摆臂及码放速度可以设定，实现与喷漆及输送带速度的精密配合；码垛装置的预设以速度、长度实测值、码垛数量情况能够实时显示，摆臂输送松紧度可以实时调整。为了简化人员操作，采用友好的人机交互界面，方便设定观测参数、控制设备并有效监视设备的运行过程。

3 皮革自动码垛装置的主控方式

结合皮革自动码垛装置面向工业环境，具有稳定性高、体积大小适合、控制程序简单、控制程序无需经常改变、成本低的特点，故采用PLC+触屏方案，程序几乎无需维护。

4 硬件配置

4.1 视觉检测装置

视觉检测装置通过CCD图像摄取装置将被摄取的皮革形状、基本长度等转换成图像信号，并传送至图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字信号，对系统进行控制，再根据判断结果来控制摆臂的幅度及速度等动作。视觉检测装置安装在喷漆前段输送带的正上方，当传输皮革时，视觉检测装置将自动摄取目标，系统将处理后的信号反馈给控制器，实现联动控制。机器视觉检测的特点是可提高生产的柔性和自动化程度，其结构包括三部分：照明、镜头、相机等，本设计主要采用日光灯背向照明，线扫描CCD单色相机。

4.2 位置检测装置

根据码垛工作需要，位置检测装置分别安装于摆臂的前、后两端，采用每端三个均布的方式，实现系统对摆臂摆动的起始时间、摆动方向、幅度、摆动速度等的精确控制。本设计采用数字式检测，装置比较简单，脉冲信号抗干扰能力强，便于显示处理[4]。

4.3 码垛架及辅助压辊

码垛架为鞍马形状，承载摆臂往复运动逐层堆加的皮革，当堆码高度达到上限值时，系统会及时报警，同时联动控制输送带暂缓输送。摆臂的两个辅助压辊起到交替支撑，防止皮革在堆叠时单侧滑落，因此在码垛架两侧设置辅助压辊装置。

4.4 伺服驱动系统

根据码垛工作前后连续性的特点，要求运转平稳，不会产生振动，精度高，响应快，加减速时间短，过载能力强，控制可靠等。系统对速度的精度和响应要求较高，故采用伺服控制。伺服驱动系统采用“脉冲+方向”控制模式，PLC控制模块控制伺服驱动器的速度和方向。

4.5 PLC配置及人机界面

码垛装置控制系统是对多个数值的闭环控制，因此对PLC的运算速度、可靠性要求较高，为此选用西门子S7-300系列。S7-300系列PLC具有强大的PID控制功能，编程简单，易实现PID闭环控制。根据码垛装置控制系统要求及人机交互需要，触摸屏需要具有较大尺寸和积极的响应速度，因此选用西门子TP270系列，具有功能强、可靠高、易于实现和S7-300之间的通信、模拟调试。码垛装置的控制系统示意图如图2所示。

图2 皮革码垛机的控制系统示意图

5 软件设计

码垛装置运行时，首先由PLC对系统进行初始化，检测CPU、存储器以及各I/O端口等状态，进行系统的自检测，确认系统各部分是否正常；循环扫描输入端口信号，设定执行参数，开始运行[5]。PLC主要输入输出接口包括自动、手动按钮；自动运行开始；伺服故障输入；伺服电机；运行信号等。软件系统功能图见图3。

图3 软件系统功能图

6 结论

本文根据某皮革企业实际生产情况及对皮革自动码垛的技术要求，研发了一种新型皮革码垛装置。设备经企业使用，性能稳定可靠，效率高，解决了皮革自动码垛等关键问题，达到企业要求的主要性能指标，对于降低企业生产成本、提高产量等方面具有重要的现实意义。