基于容積法的精密裝藥丸應(yīng)用研究

劉盼，王成恩，張皓楊

1.上海智能制造功能平臺有限公司，上海，201306；2.上海交通大學(xué)，上海，201306； 3.東南大學(xué)，江蘇南京，211198

0 引言

裝填藥丸主要包括藥丸的計量以及藥丸的灌裝兩個作業(yè)，這些工序都是在組合裝配機(jī)上完成。在這一操作過程中，應(yīng)采用合理的計量方法以保證藥丸的重量精度。

目前藥丸主流的計量方法是以傳統(tǒng)的單層計量為主的容積法，小部分采用稱量法[1]。容積法是通過控制藥丸的體積來控制藥丸重量的一種方法[2]。容積法計量設(shè)備在藥丸裝配過程中廣泛使用，其生產(chǎn)效率高，可滿足大批量生產(chǎn)要求，速度快，但其受溫度濕度影響較大，誤差一般只能控制在1%左右。

本文介紹了不同定容式裝藥丸方法，從裝藥丸效率、裝藥丸精度等方面進(jìn)行了討論，最后介紹了一種藥丸的深度檢測裝置，以供相關(guān)人員參考和借鑒。

1 不用定容式裝藥丸方法

對于密度穩(wěn)定、顆粒均勻、黏附性小、不易吸潮結(jié)塊、流動性好的藥丸采用容積式計量方法比較合適。定容式量取方案，目前較常見的有“容杯式”“轉(zhuǎn)鼓式”“螺旋式”和“活塞式”等幾種方案。定容式量取的特點(diǎn)是量取速度快、結(jié)構(gòu)簡單、造價低等特點(diǎn)，但量取精度受溫度、濕度影響較大，誤差一般只能控制在2%～3%之間，無法滿足藥丸裝配的精度要求。具體定容式裝藥丸如圖1～4所示。

量杯式計量裝置的量杯由量杯筒體和活動底蓋組成，在計量過程中，活動底蓋根據(jù)計量裝料和排料的需要，交替地開啟與關(guān)閉量杯筒體底端。

轉(zhuǎn)鼓容積計量與量杯容積計量的原理相同，其計量容腔為各種形狀的槽形腔體，其具有機(jī)構(gòu)簡單、緊湊的特點(diǎn)。

螺桿式計量裝置，計量螺旋每轉(zhuǎn)一周，就排出一個螺旋空間容積的物料。精確控制計量螺桿轉(zhuǎn)角，就能精確控制物料的計量精度。

活塞式計量裝置與量杯計量原理大致相同，裝置結(jié)構(gòu)多種，結(jié)構(gòu)簡單。從節(jié)約空間以及裝藥丸精度的方面考慮，選擇轉(zhuǎn)鼓式計量裝置。

2 定容、定量結(jié)合式裝藥丸裝置

由于藥丸屬于片裝、球狀或粒狀的物體，計量過程中藥丸粒之間存在間隙，采用容積法進(jìn)行發(fā)射藥丸計量就會存在藥丸松裝的問題[2]。針對定容式的改進(jìn)措施有：①在藥丸倉庫及量取空間內(nèi)，安裝溫度、濕度調(diào)節(jié)設(shè)備，盡量維持藥丸溫度、濕度；②增加壓力裝置，使藥丸密度增大，從而降低密度浮動產(chǎn)生的誤差。

定量式量取方案，目前多采用電子傳感器進(jìn)行稱量，精度能達(dá)到千分之一以內(nèi)，但通常準(zhǔn)確量取藥丸的時間在6～8s以上，效率非常低下，無法滿足藥丸裝配系統(tǒng)的生產(chǎn)率要求。針對藥丸裝配系統(tǒng)藥丸量取精度與速度的兼容問題，考慮采用定容與定量相結(jié)合的方式，以保證量取的速度和精度。首先采用定容方式量取一定量的藥丸，同時利用稱重傳感器實時讀取數(shù)值，然后利用提前訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對當(dāng)前藥丸重量的快速評估與下一顆重量的提前預(yù)測，隨后控制器根據(jù)評估與預(yù)測值控制量杯開口的大小。原理圖見圖5所示。

利用轉(zhuǎn)鼓與大轉(zhuǎn)盤同一時間內(nèi)轉(zhuǎn)過相同角度實現(xiàn)藥丸的定容與落料，電磁鐵控制藥丸漏斗出口的大小，稱重傳感器實時測量藥丸重量，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實時評估與預(yù)測裝藥丸量，并控制電磁鐵。該機(jī)構(gòu)既包含容積式的簡單速度的特點(diǎn)，也滿足定量式的超高精度。三維模型見圖6所示。

3 裝藥丸單元節(jié)拍、工序、精度

3.1 裝藥丸單元節(jié)拍計算

倉庫至漏斗落料時間最小為：

倉庫至漏斗理論最大高度：

漏斗至藥瓶理論定量時長：

即每個藥丸的定量稱量時間最大為2.75s。藥丸計量時間分配示意圖如圖7所示。

3.2 裝藥丸單元工序

藥丸計量工序示意圖如圖8所示。

3.3 定容精度與誤差變化的關(guān)系曲線

該裝置運(yùn)用“粗-細(xì)-精”3級加料控制定量精度，理論上第4級可達(dá)超高精度，第1次定容采用轉(zhuǎn)鼓式，第2-4次則采用螺桿式（螺桿直徑依次減?。看味ㄈ菥?個驅(qū)動電機(jī)。落料時間ti2逐漸縮短；稱重時間ti3逐漸增大。具體定容精度與誤差變化的關(guān)系曲線如圖9所示。

4 藥丸的深度檢測裝置

根據(jù)PDCA質(zhì)量控制原理，裝完藥丸的藥瓶需要對藥丸量進(jìn)行再次檢驗，以確保藥丸量的準(zhǔn)確性。藥瓶內(nèi)藥丸面深度的高低與藥丸量的多少直接相關(guān)，通過對藥丸面深度的檢測從而也就能檢測出藥丸量的多少[3]。

藥丸的深度檢測裝置采用接觸式探頭和光纖傳感器相結(jié)合的方式進(jìn)行檢測[4]，如圖10所示，主要由探藥丸桿、反射式光纖傳感器、叢向定位傳感器、探測板組成。

探藥丸桿進(jìn)入藥瓶內(nèi)部，接觸到藥丸面后，安裝在探藥丸桿上的檢測塊的高度與壓力則反映出藥丸面深度及密實度的數(shù)據(jù)，反饋并采集數(shù)據(jù)，可以判斷藥丸面深度高低是否合格，并在之后，藥丸深剔廢機(jī)構(gòu)中對檢測不合格品進(jìn)行剔廢處理，用于基于大數(shù)據(jù)的定量控制[5]。

5 結(jié)語

（1）裝藥丸機(jī)構(gòu)適合運(yùn)用定容式計量方法，但是定容式計量方法精度不夠。

（2）采取定容式與定量式結(jié)合的裝藥丸計量方法既能夠滿足裝藥丸效率也能滿足裝藥丸精度。

（3）通過計算該機(jī)構(gòu)的節(jié)拍，預(yù)排其工序方法，計算其精度與誤差變化的曲線圖，得到該方案滿足實際需求。

（4）通過藥丸的深度檢測單元采集數(shù)據(jù)為確保藥丸量的正確性奠定了基礎(chǔ)，使整個裝藥丸單元更完備。