0引言

随着社会的发展和科技的进步，企业生产线对灌装设备的智能化要求越来越高，在灌装精准性、系统稳定性以及在线质量检测等方面都有了更高的要求。

本文设计了一种具有自动检测功能的经济型灌装设备，通过各机构的连续间歇运动实现包装容器的进瓶、灌装、封口、检测、输送等功能，本装置精度高、反应灵敏、运转平稳。

1工作原理

全自动灌装机的工艺核心在于两次充填：预充填和补充填。经过去皮的空罐由填充系统送至到预充填下方进行预充填，预充填的量事先在PLC中设定好，由同服电机根据PLC的脉冲指令带动充填螺杆进行充填。预充填完成后再由灌装系统将罐送至预充称重的工位，由称重模块称重(一般在预充填时会留出目标重量的1%-5%左右的空间给补充填)，将称重的实际值反馈给PLC，由PLC运算(补充填量=目标重量-预充填称重实际值)给出需要补充填的量，灌装系统将罐送至补充填位开始补充填。补充填完成后由灌装系统送至补充填称重模块上进行检测，如果重量合格则完成充填出罐；如果离目标值差距较大则再由灌装系统送至补充填进行二次补充填，直到重量合格为止完成充填出罐。

2灌装机械结构原理

液体灌装机在工作时，物料中如含有气体，或溶解有气体，就容易产生气泡。在灌装中经常遇到的物料有：必须热灌装的物料、灌装前未进行脱气处理的物料、由于压力变化而容易产生变性的物料等。如在定量缸内产生负压作用，在这些物料内就会产生气泡，并在定量缸内残留累积，降低灌装精度。

为解决灌装精度下降的问题，理想的方法是在每一个灌装行程中都及时将定量缸中的气泡排出。为此，业内人士一直在努力寻找解决方案，一种方法是对定量缸的形状设计进行改进，使物料在定量缸内的流动过程中产生涡流，促使其中的气泡与吸入的液体物料充分混合，然后再排出进行填充灌装。上述方法虽然对提高灌装精度有一定的帮助，但不能彻底解决灌装精度不高的问题，而且在灌装过程中易产生泡沫和物料飞溅，导致造成灌装精度降低的另一主要因素的产生，为了解决上述难题，亟待开发出一种既能防止在定量缸内产生气泡，又能解决因气泡造成灌装精度不高的各种因素的灌装灌装阀系统。日本四国公司近来开发了一种新型高精度液体定量灌装阀系统，可有效消除在灌装过程中产生的气泡和物料飞溅等问题，从而保证了灌装的高精度。

1)灌装阀结构

该定量灌装灌装阀系统是由三个汽缸或油缸(上位缸下位缸、控制缸)、两个单向灌装阀(上位灌装阀、下位灌装阀)、一个定量缸和管路以及其他配件组成。

储料罐位于高位由管路与上位灌装阀连通上位灌装阀被一弹性膜分成上下两部分，可将物料与上位缸的动作件分开以保证物料的卫生。下部分是带有弹簧复位的单向灌装阀主体，与储料罐和定量缸相连。灌装阀的上部安装了上位缸，该缸的活塞杆通过弹性膜的作用，控制上位灌装阀的开启。在上位缸的上部还安装了一个控制缸，通过该缸可确定上位缸活塞杆的行程为大小两种方式，进而控制上位灌装阀开启口大小。

定量缸与上位灌装阀的出口相连，并通过管路与下位灌装阀7相连，并通过活塞运动，实现物料的定量吸入和排出。下位灌装阀的结构与上位灌装阀基本相同，但没有安装控制缸。下位灌装阀的下部为灌装头，物料通过该灌装头出口灌装到容器中。在灌装头的出口处安装有网栅，借助物料的表面张力可防止物料因自重而泄漏。灌装阀系统在清洗状态时，该灌装头的出口可与备用的清洗管接头相连。

2)灌装阀的工作原理

该灌装阀的工作分为两种状态灌装工作状态和清洗工作状态。各灌装阀门的启闭，定量缸对物料的吸排，均由控制系统根据设计要求，按规定的节拍和相位进行动作。

在灌装工作状态时，控制缸的活塞位于伸出位置，将上位缸的活塞杆的运动确定在小行程范围内，使单向灌装阀处于小开度。在吸料时，上位缸的活塞杆伸出，将上位灌装阀的灌装阀门打开，下位缸的活塞杆退回复位，使下位的灌装阀门关闭，然后定量缸的活塞向后退，将物料定量吸入缸内。此时，不向容器进行填充灌装。在灌装时，上位缸的活塞杆退回复位，将上位的灌装阀门关闭，下位缸的活塞杆伸出，使下位灌装阀门开启，然后定量缸的活塞向前运动，将其中的物料送出，通过下位灌装阀向容器进行填充灌装。

在清洗工作状态时，控制缸的活塞退回复位，将上位缸的活塞杆运动限定在大行程范围内，使单向灌装阀处于大开度。各灌装阀和缸的运动与在灌装工作状态时的运动相同。该状态可加大清洗液的流量和流速，提高清洗效果。此外，在灌装操作前，如在灌装灌装阀的管路系统内积存有空气，也可采用该工作状态，利用大行程将系统内的空气快速排出。

3)灌装阀的特点

由于该灌装阀系统在定量缸吸入物料时，使上位灌装阀开启，在其中的物料排出时使上位灌装阀关闭，所以不会因物料吸入在定量缸内产生大的负压，可有效地防止灌装时产生气泡。该灌装灌装阀具有以下的优点：

(1)灌装时无气泡无飞溅，灌装精度高；

(2)由于灌装状态良好，可实现高速灌装；

(3)送往该灌装灌装阀系统的液体物料，即使排气不完全，也可实现理想的灌装；

(4)由于不受定量缸的容积、形状等的影响，灌装阀的设计可不受制约。

在该灌装灌装阀中，单向灌装阀处于大开度时，可对灌装阀的管路系统进行清洗和除去灌装阀系统中的空气。单向灌装阀处于小开度时，可进行灌装填充作业。该结构特点除了可高效率、迅速、顺利地对系统进行清洗及排除灌装阀内的空气外，在进行灌装作业时，还很容易实现定量缸活塞运动的节拍与单向灌装阀的启闭节拍同步。

3旋转式自动灌装机的总体结构和工作流程

自动填充机由转动机构、灌装机构、挂盖机构、旋盖机构、检测机构、输送机构等部分组成。灌装工艺流程为：

1)容器瓶通过进料机构进入旋转盘；

2)旋转盘每次转动30°，转动过程中其他机构不执行动作；

3)转动停止，空容器瓶处于灌装工位，在停止时间内进行灌装；

4)将灌装后的容器瓶转动至封口工位，经过挂盖、旋盖动作完成容器瓶的封口；

5)旋盖完成后进行自动检测，逐一判断封装质量是否合格；

6)容器瓶脱离旋转盘，在出料输送带上将不合格产品自动剔除，合格产品输送至下道工序。

3.1机械结构

1)转动机构

转动盘为圆形结构，圆弧周边均匀分布U型凹槽，间隔为30°。由伺服电机带动实现间歇性转动，每转过 30°有1个容器瓶进入U型槽，并带动各工位容器瓶转动至下一工位。

2)灌装机构

液体灌装机构采用防滴漏灌装技术，液体导管采用优质硅胶管，进料口带过滤功能，出料口采用防滴漏灌装头。

灌装工位前设置有进瓶检测，在传感器检测到有容器瓶的前提下，按照要求进行自动均匀灌装，灌装速度和时间可调，重复灌装误差≤1%。

3)挂盖机构

经过整理的瓶盖按顺序进入滑道，由端部的弹簧挡片将瓶盖停止，并形成一定的倾斜角度，当容器瓶转动至瓶盖的正下方时转动盘停止，转动盘转动时由瓶身带动瓶盖移动，在上方弹簧压板的压力作用下实现挂盖。

4)旋盖机构

旋盖机构的两个气缸2将工位上的容器瓶夹紧后，由气缸1带动上下移动，当圆形顶杆与瓶盖接触后，由于瓶盖反向力的作用将顶板向上推动，从而带动三个旋转爪实现抱紧动作，同时由电机的转动将瓶盖旋转拧紧。

4封装检测

瓶盖封装的好坏直接影响到液体在容器瓶中的密封效果，高盖和歪盖的情况都不能将瓶中饮料很好密封，无法达到保质要求，与无盖容器瓶均作为不合格品。

系统设计了基于测距传感器的检测算法，对所有封盖逐一在线检测是否存在高盖和歪盖的缺陷，同时由光纤传感器检测是否存在无盖现象，缺陷检出率可达99.5%，检测后将不合格品进行自动标记。检测完毕后，容器瓶脱离转动盘进入输送机构，根据前述检测结果，由剔除气缸将不合格品推出输送带进行在线剔除，并按照不合格类型进行回收。

5结语

本文设计的自动灌装机应用于液体灌装行业，结构简单，高效实用，采用伺服电机、测距传感器和 PLC 控制技术实现自动灌装及在线检测功能。本装置适用于不同种类、材料、尺寸的灌装容器，在医药及其他灌装行业都具有较广阔的应用前景。