一种自动包装物料配重系统及配重方法与流程

本发明属于包装生产线技术领域，涉及包装物料配重系统及配重方法的改进，具体说是一种自动包装物料配重系统及配重方法。

背景技术：

目前的纺织行业，对棉纱、化纤、混纺等中间产品进行包装和运输时，一般使用编织袋或纸箱包装指定数量的筒纱(一般为15或12只筒纱)，以每袋或每箱的总重量作为交货的计量单位。传统的配重采取人工操作，经过称重、剔除和替换等方法，挑选出总重量满足要求的指定数量筒纱，然后进行包装。人工方式耗时较长、劳动强度大、出错概率高，而且不便进行数据统计和反馈。

如何设计一种自动包装物料配重系统及配重方法，应用于自动包装生产线，作为自动生产线中的配重环节，节省人工的同时，还可提高生产效率和配重的准确率，并便于统计和反馈物料的重量数据。这是目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术存在的上述问题，提供一种自动包装物料称重配重系统及配重方法，应用于自动包装生产线，作为自动生产线中的配重环节，可提高生产效率和配重的准确率，减轻劳动强度，同时还便于统计和反馈物料的重量数据。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种自动包装物料称重配重系统，包括物料配重输送线及控制系统，其特征在于，所述物料配重输送线包括平行排列的主输送线和副输送线，所述主输送线和副输送线在同一端分别设置物料入口，所述主输送线包括主进料段输送带、主称重段输送带、配重段输送带，所述副输送线包括副进料段输送带、副称重段输送带，所述主输送线与副输送线之间设置配重缓冲装置，所述副称重段输送带上方设置入栈推送装置，入栈推送装置用于将副称重段输送带上的物料推到所述配重缓冲装置上，对应入栈推送装置的配重缓冲装置上设置物料入栈位，所述配重缓冲装置的一侧设置出栈推送装置，所述出栈推送装置用于将配重缓冲装置上的物料推到所述主输送线上，对应出栈推送装置的配重缓冲装置上设置物料出栈位，所述控制系统包括主输送线控制模块、副输送线控制模块、物料推送控制模块及物料称重配重算法模块。

对上述技术方案的改进：所述主输送线还包括设置在配重段输送带之后的配重辅助段输送带，所述出栈推送装置用于将配重缓冲装置上的物料推到所述主输送线的配重辅助段输送带上。

对上述技术方案的进一步改进：所述配重段输送带与配重辅助段输送带对接的位置上安装光电传感器，所述光电传感器与所述控制系统连接，通过光电传感器对物料进行计数，由控制系统控制配重辅助段输送带在准确的位置拉开空位；所述入栈推送装置、出栈推送装置均设置推手，所述推手的伸缩移动采用气缸、电磁动作器或电机做动力。

对上述技术方案的进一步改进：所述配重缓冲装置包括物料架、活动框架及底座，所述物料架通过竖向导轨与竖向滑块连接在所述活动框架上，通过物料架驱动机构驱动所述物料架相对于活动框架垂直升降，所述活动框架通过横向导轨与横向滑块设置在所述底座上，通过活动框架驱动机构驱动所述活动框架相对于底座左右平移, 所述物料架上设置若干两侧敞口的物料存放格；所述物料架驱动机构的动力采用气缸、电磁动作器或电机，所述活动框架驱动机构的动力采用气缸、电磁动作器或电机。

对上述技术方案的进一步改进：所述物料配重输送线前端增加一个筛选机构，用于将较轻的物料或较重的物料选出放到所述副输送线上，所述控制系统中还包括物料预筛选模块。

本发明一种利用上述自动包装物料称重配重系统的配重方法，其特征在于，对两种重量均值有差别、方差一样的物料进行配重，让较轻的物料全部进入主输送线，较重的物料全部进入副输送线，以轻重物料的配比来调节配重后每组总重量的均值，使之达到规定的上下限要求；具体包括如下步骤：

(1)以n个物料为一组，副输送线上的物料经过称重之后全部进入配重缓冲装置，保证配重缓冲装置内待选物料总是达到一定的数量，并在配重缓冲装置的物料出栈位配入主输送线;

(2)主输送线上的第a个物料在主称重段输送带上略作停留，a包括1,2,……，n-1, 物料称重配重算法模块以之前的a-1个物料加上配重缓冲装置内选取出n-（a-1）个物料的总重量以及加入此物料的a个物料加上缓冲区内选取出n-a个物料的总重量,比较两个总重量的配重结果;

(3)如果a+（n-a）的配重结果更优，则同时启动主称重段输送带和配重段输送带，让第a个物料进入配重段输送带，舍弃（a-1）+{n-(a-1)}方案，第a+1个物料进入主称重段输送带，重复这样的计算和比较；如果（a-1）+｛n-（a-1）｝的配重结果更优，则按此方案执行配重操作，即停止主称重段输送带，启动配重段输送带，在配重缓冲装置的物料出栈位产生空位，将物料称重配重算法模块计算选取出的配重缓冲装置上的物料配入主输送线。

对上述技术方案的改进：所述n为15或12，通过控制轻重物料重量，控制平均的配入物料的数量为2、3或4。

本发明另一种利用上述自动包装物料称重配重系统的配重方法，其特征在于，对重量具有相同的均值与方差的物料进行配重，物料随机的进入主输送线和副输送线，通过物料称重配重算法模块计算，以最优的方式将副输送线的物料配入主输送线，具体包括如下步骤：

(1)以n个物料为一组，副输送线上的物料经过称重之后全部进入配重缓冲装置，保证配重缓冲装置内待选物料总是达到一定的数量，并在配重缓冲装置的物料出栈位配入主输送线;

(2)主输送线上的物料称重之后直接进入配重段输送带，配重位置在配

重缓冲装置的物料出栈位，即配重辅助段输送带的前端，配重段输送带上容纳足够数量的物料，并已知这些物料的重量，物料称重配重算法模块进行计算，选择一个最优的配重方案，然后在所需的位置停止配重段输送带、运行配重辅助段输送带，由光电传感器对通过的物料进行计数，在准确的位置拉开空位，并在空位中插入配重缓冲装置上的相应物料。

对上述技术方案的改进：所述步骤（1）之前增加前端筛选步骤，把偏轻或偏重的物料选出进入副输送线，剩下的物料进入主输送线；或者，把重量偏离较大的物料选出进入副输送线，剩下的物料进入主输送线。

对上述技术方案的进一步改进：物料称重配重算法模块实时监控物料的重量均值变化趋势，并随这个趋势实时调整配重的目标重量，使目标重量在满足上下限的前提下做适当调整。

对上述技术方案的进一步改进：物料称重配重算法模块记录下中长期物料的重量数据，分析均值和方差的变化趋势，精简为关键参数并反馈给生产管理者，当数据发生大幅度波动，导致配重无法达到目标值时报警。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明采用两条输送线传送物料，称为主输送线和副输送线。主输送线和副输送线在同一端分别设置物料入口，物料分别通过两个物料入口进入主输送线和副输送线，经过配重处理后合并到一条输送线上，即主输送线。主输送线上的物料经过主称重段输送带称重后进入配重段输送带，在这里借助两条首尾相连的输送带拉开空位，以便来自配重缓冲装置的物料插入。副输送线上的物料经过称重以后全部进入主称重段输送带，然后经过控制系统中的物料称重配重算法模块的计算，将配重缓冲装置上选定的物料插入到主输送线上的空位。应用于自动包装生产线，作为自动生产线中的配重环节，可提高生产效率和配重的准确率，减轻劳动强度，同时还便于统计和反馈物料的重量数据。

2、本发明控制系统的物料称重配重算法模块，便于统计和反馈物料的重量数据。

3、本发明对无差别的物料的情况，增加一个前端筛选机构，将较轻的物料、或较重的物料、或较轻和较重的物料选出放到副通道，以增加配重效率。

附图说明

图1是本发明一种自动包装物料称重配重系统的配重原理框图；

图2是本发明一种自动包装物料称重配重系统的平面布置示意图；

图3是本发明一种自动包装物料称重配重系统的立体图；

图4是本发明一种自动包装物料称重配重系统中配重缓冲装置的立体图。

图中的序号为：1-主输送线、1.1-主进料段输送带、1.2-主称重段输送带、1.3-配重段输送带、1.4-配重辅助段输送带、2-副输送线、2.1-副进料段输送带、2.2-副称重段输送带、3-物料入口、4-配重缓冲装置、4.1-活动框架、4.2-竖向导轨、4.3-物料架、4.4-竖向滑块、4.5-竖向动力气缸、4.6-横向导轨、4.7-横向移动同步带、4.8-横向滑块、4.9-横向移动电机、4.10-底座、4.11-物料存放格、5-物料入栈位、6、物料出栈位、7-物料出口、8-物料、9-光电传感器、10-入栈推送装置、11-出栈推送装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细描述：

参见图1-图4，本发明一种自动包装物料称重配重系统的实施例1，包括物料配重输送线及控制系统，所述物料配重输送线包括平行排列的主输送线1和副输送线2，主输送线1和副输送线2在同一端分别设置物料入口3。所述主输送线1包括主进料段输送带1.1、主称重段输送带1.2、配重段输送带1.3，配重段输送带1.3末端为物料出口。所述副输送线2包括副进料段输送带2.1、副称重段输送带2.2。在主输送线与副输送线之间设置配重缓冲装置4，在副称重段输送带2.1上方设置入栈推送装置10，入栈推送装置10用于将副称重段输送带2.1上的物料推到所述配重缓冲装置4上。在配重缓冲装置4的一侧设置出栈推送装置11，出栈推送装置11用于将配重缓冲装置4上的物料推到主输送线1的配重段输送带1.3上。上述控制系统包括主输送线控制模块、副输送线控制模块、物料推送控制模块及物料称重配重算法模块。

具体而言：上述配重缓冲装置4包括活动框架4.1、竖向导轨4.2、物料架4.3、竖向滑块4.4、竖向动力气缸4.5、横向导轨4.6、横向移动同步带4.7、横向滑块4.8、横向移动电机4.9及底座4.10，所述物料架4.3通过竖向导轨4.2与竖向滑块4.4连接在所述活动框架4.1上，竖向动力气缸4.5竖直设置，且两端分别与物料架4.3及活动框架4.1连接，通过竖向动力气缸4.5驱动所述物料架4.3相对于活动框架4.1垂直升降，在此例中，竖向动力气缸4.5具有3个位置，分别对应于配重缓冲装置4的上、中、下三层隔板的位置。所述底座上设置横向导轨4.6，横向导轨4.6上设置沿其横向滑动的横向滑块4.8，所述活动框架4.1与横向滑块4.8连接，所述横向移动电机4.9设置在底座4.10一端，横向移动同步带4.7的转轴设置在底座4.10的另一端，所述横向移动同步带4.7与所述横向滑块4.8连接，横向移动电机4.9驱动横向移动同步带4.7带动活动框架4.1相对于底座4.10左右平移, 所述物料架4.3上设置若干两侧敞口的物料存放格4.11。

上述入栈推送装置10、出栈推送装置11所处位置是固定的，而物料架4.3通过左右和上下移动使得物料架4.3中的每一物料存放格4.11都能到达物料入栈位5、物料出栈位6。入栈推送装置10、出栈推送装置11均设置推手，所述推手伸缩移动可以采用气缸、电磁动作器或电机做动力。

参见图1-图4，本发明一种自动包装物料称重配重系统的实施例2，在实施例1的基础上，增加了以下装置：在主输送线的配重段输送带1.3之后设置配重辅助段输送带1.4，配重辅助段输送带1.4末端为物料出口7。在配重缓冲装置4一侧设置的出栈推送装置11，其安装位置与配重辅助段输送带1.4对应，用于将配重缓冲装置4上的物料8推到配重辅助段输送带1.4上。另外，还在配重段输送带1.3与配重辅助段输送带1.4对接的位置上安装光电传感器9，光电传感器9与上述控制系统连接，通过光电传感器9对物料8进行计数，由控制系统控制配重辅助段输送带1.4在准确的位置拉开空位。

对于物料8重量事先没有预选分类的，在本发明的物料配重输送线前端增加一个筛选机构，把偏轻（或偏重）的物料选出进入副输送线2，剩下的物料8进入主输送线1。也可把重量偏离较大（偏重和偏轻）的物料8选出进入副输送线2，剩下的物料进入主输送线1。

本发明第一种利用上述自动包装物料称重配重系统的配重方法的实施方式，对两种重量均值有差别、方差一样的物料进行配重，让较轻的物料全部进入主输送线，较重的物料全部进入副输送线，以轻重物料的配比来调节配重后每组总重量的均值，使之达到规定的上下限要求；具体包括如下步骤：

(1)以n个物料为一组，副输送线上的物料经过称重之后全部进入配重缓冲装置，保证配重缓冲装置内待选物料总是达到一定的数量，并在配重缓冲装置的第一出栈位置配入主输送线;

(2)主输送线上的第a个物料在主称重段输送带上略作停留，a包括1,2,……，n-1, 物料称重配重算法模块以之前的a-1个物料加上配重缓冲装置内选取出n-（a-1）个物料的总重量以及加入此物料的a个物料加上缓冲区内选取出n-a个物料的总重量,比较两个总重量的配重结果;

(3)如果a+（n-a）的配重结果更优，则同时启动主称重段输送带和配重段输送带，让第a个物料进入配重段输送带，舍弃（a-1）+{n-(a-1)}方案，第a+1个物料进入主称重段输送带，重复这样的计算和比较；如果（a-1）+｛n-（a-1）｝的配重结果更优，则按此方案执行配重操作，即停止主称重段输送带，启动配重段输送带，在配重缓冲装置的物料出栈位产生空位，将物料称重配重算法模块计算选取出的配重缓冲装置上的物料配入主输送线。

上述“配重结果更优”是指实际重量与目标重量差值的绝对值最小。

本发明第二种利用上述自动包装物料称重配重系统的配重方法的实施方式，对重量具有相同的均值与方差的物料进行配重，物料随机的进入主输送线和副输送线，通过物料称重配重算法模块计算，以最优的方式将副输送线的物料配入主输送线，具体包括如下步骤：

(1)以n个物料为一组，副输送线上的物料经过称重之后全部进入配重缓冲装置，保证配重缓冲装置内待选物料总是达到一定的数量，并在配重缓冲装置的物料出栈位配入主输送线;

(2)主输送线上的物料称重之后直接进入配重段输送带，配重位置在配

重缓冲装置的物料出栈位，即配重辅助段输送带的前端，配重段输送带上容纳足够数量的物料，并已知这些物料的重量，物料称重配重算法模块进行计算，选择一个最优的配重方案，然后在所需的位置停止配重段输送带、运行配重辅助段输送带，由光电传感器对通过的物料进行计数，在准确的位置拉开空位，并在空位中插入配重缓冲装置上的相应物料。

上述“最优的配重方案”是指实际重量与目标重量差值的绝对值最小。

参见图1-图4，本发明一种利用上述自动包装物料称重配重系统实施例1的配重方法的具体实施例，本实施例的 n=12，物料8为筒纱。针对成品筒纱进行配重，每12个筒纱包装成一袋，总重量为25千克，单个筒纱理论重量为2083克。通过生产控制，生产出2种平均重量略有差异的筒纱，例如：较轻的筒纱的平均重量低于理论重量20克，称为轻筒纱；较重的筒纱的重量高于理论重量15克，称为重筒纱。使轻筒纱全部进入主输送线1，重筒纱全部进入副输送线2。以轻、重筒纱的配比来调节每袋12个筒纱总重量，使之达到规定的均值和上下限。具体包括如下步骤：

(1)副输送线2上的重筒纱称重之后全部进入配重缓冲装置4，控制系统的物料称重配重算法模块存储每个筒纱的重量信息，以备配入主输送线1;

(2)主输送线1上的筒纱在称重段逐一称重，并送入配重段输送带1.3，从第6个筒纱称重时开始进行配重计算。当第6个筒纱在主称重段输送带1.2称重时，此时已知主输送线第1、2、3、4、5、6个筒纱重量、以及配重缓冲装置4内全部筒纱重量。物料称重配重算法模块计算从配重缓冲装置4选取7个筒纱的各种组合加上主输送线1上的前5个筒纱能达到的总重量的最优解，称为“5+7”配重方案。同时也计算从配重缓冲装置选取6个筒纱的各种组合加上主输送线1上的前6个筒纱能达到的总重量的最优解，称为“6+6”配重方案。

(3)如果“5+7”配重方案的结果更接近目标值25kg，则启动配重段输送带1.3不启动主称重段输送带1.2，使第6个筒纱停留在主称重段输送带1.2，而在第5个和第6个筒纱之间拉出空位。在物料出栈位6，使用出栈推送装置11将物料称重配重算法模块计算好的相应筒纱推入主输送线1，完成上述“5+7”配重方案。完成配重之后，启动主称重段输送带1.2，将前述停留在主称重段输送带1.2的第6个筒纱送入配重段输送带1.3，作为下一袋的第1个筒纱，重复配重过程。

(4)如果“6+6”配重方案的结果更接近目标值25kg，则同时启动配重段和称重段的输送带，使第6个筒纱进入配重段，第7个筒纱进入称重段进行称重，物料称重配重算法模块计算比较“6+6”配重方案与“7+5”配重方案，重复上述计算。以此类推，每次比较“6+6”，“7+5”，“8+4”，“9+3”，“10+2”，“11+1”等配重方案的相邻2个，若后一个配重方案更优就舍弃前一个配重方案，直至找到最优解。

(5)每袋第1个到第5个筒纱称重时，副输送线2运行，补足配重缓冲装置4上的筒纱，使得配重计算时候，配重缓冲装置4内的筒纱个数都达到一定数量。

(6)本实施例中配重计算从第6个筒纱开始，根据实际情况，从第任意一个（1到12）开始计算均可，方案类似。由于主输送线1的筒纱为轻筒纱，副输送线2的筒纱为重筒纱，则从“5+7”到“11+1”配重方案，总重量呈递增，因此，总能得到接近目标重量的最优解。

以上所述“最优解”指的是实际重量与目标重量差值的绝对值最小。

为了提高系统运行效率，控制适当的轻、重筒纱的重量均值，使得主输送线1的筒纱与副输送线2的筒纱优选配比为10比2，或者，9比3。

参见图1-图4，本发明一种利用上述自动包装物料称重配重系统实施例2的配重方法的具体实施例，本实施例的物料8为筒纱，本实施例以12个筒纱为一袋，对重量具有相同的均值与方差的筒纱进行配重，使每袋12个筒纱的总重量接近目标重量。筒纱随机的进入主输送线1和副输送线2，通过物料称重配重算法模块计算，以最优的方式将副输送线2的筒纱配入主输送线1，具体包括如下步骤：

(1)副输送线2上的筒纱经过称重之后全部进入配重缓冲装置4，保证配重缓冲装置4内待选筒纱总是达到一定的数量，在配重缓冲装置4的物料出栈位6进入主输送线1;

(2)主输送线1上的筒纱逐个称重之后直接进入配重段输送带1.3，配重位置在配重缓冲装置4的物料出栈位6，即配重辅助段输送带1.4的前端，配重段输送带1.3上可容纳12个筒纱。此时已知全部12个筒纱的重量，物料称重配重算法模块计算选取配重缓冲装置4内若干待选筒纱配入主输送线1的各种组合，并计算出最接近目标重量的配重方案，并实施该配重方案，具体实施方法如下：例如计算结果为选取4个配重缓冲装置4内的筒纱配入，则将前8个筒纱送入配重辅助段输送带1.4，然后停止配重段输送带1.3而启动配重辅助段输送带1.4，在第8个筒纱后方拉出空位，由出栈推送装置11将4个筒纱从（图2中右侧的）物料出栈位6推入配重辅助段输送带1.4上。

另外，可在本实施例的步骤（1）之前增加前端筛选步骤，把偏轻或偏重的筒纱选出进入副输送线2，剩下的筒纱进入主输送线1；或者，把重量偏离较大的筒纱选出进入副输送线2，剩下的筒纱进入主输送线1。这样即可使用本发明一种利用上述自动包装物料称重配重系统实施例1的配重方法的配重算法。

进一步的，物料称重配重算法模块实时监控筒纱的重量均值变化趋势，

并随这个趋势实时调整配重的目标重量，使目标重量在满足上下限的前提下做轻微调整。

进一步的，物料称重配重算法模块记录下中长期筒纱的重量数据，分析均值和方差的变化趋势，精简为关键参数并反馈给生产管理者，当数据发生大幅度波动，导致配重无法达到目标值时报警。

本发明配重系统的配重方法本质上是对物料8的一种排列，使一组物料8的总重量的波动变小。因此，用配重后每组总重量的方差与单独物料8重量的方差之比对配重系统的工作效率进行衡量，称之为配重效率因数λ，按如下公式来计算：

其中，为配重后每组总重量的方差，为单个物料重量的方差，n为每组包含的物料个数。λ总是在0到1之间，越小表明配重效率越高，上述参数是对本发明配重系统工作效率的一个衡量指标。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，所作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。