棉花预平衡样品自动取样连续检测系统的研究

连素梅 李 朋 刘 俊 王 铭 傅科杰

(1.石家庄海关，河北石家庄，050051；2.乌鲁木齐海关，新疆乌鲁木齐，830011；3.青岛海关，山东青岛，266555；4.宁波海关，浙江宁波，315100)

随着科学技术在棉花产业的发展应用，传统的感官检测或单一指标测试仪逐渐被大容量棉花快速测试仪(简称HVI)所替代。根据现行国家棉花检测标准，使用HVI检测棉花样品之前，必须在恒温恒湿室静置平衡24 h以上，恒温恒湿室的空气环境控制在温度(20±2)℃，相对湿度(65±3)%。目前，棉花样品平衡过程大都是在检测室中进行，将检测室设置成恒温恒湿的独立空间，同时作为平衡室和检测室使用，即一室两用[1]。这种情况存在种种弊端，不利于样品的温湿度平衡。因此，需要对棉花样品恒温恒湿实验室进行科学合理的布局设计并开发一种能够连续进行棉花样品输送和检测的方法，是本领域急需解决的问题。

1 现行棉花恒温恒湿实验室布局及存在的问题

根据棉花检验标准的要求，棉花检验实验室需配备恒温恒湿实验室，用以对棉花样品进行温湿度平衡预处理。目前棉花实验室的布局设计主要存在两种方式：一是平衡处理室与检测室分开，当样品在平衡室完成温湿度处理满24 h后，人工将这些样品从平衡间移至检测室进行检测，如图1所示；二是样品平衡间与检测室设置为同一个房间，棉花样品与检测设备均处于同一恒温恒湿环境中，样品平衡处理好后可直接进行检测[2]，如图2所示。

图1 平衡室与检测室分开布局

图2 平衡室与检测室在一起布局

上述棉花恒温恒湿实验室的设计布局存在如下不足。

(1)单独设置温湿度平衡间的实验室由于需要将棉花样品统一放置到房间内进行平衡，就使得工作人员在存取样品时频繁进出该房间，尤其是在检测工作量比较大房间内样品流动频繁的情况下，使得平衡间内温湿度会因此发生大幅度变化，不利于房间的温湿度控制，影响样品回潮率平衡效果及检测结果。

(2)未单独设置样品平衡室，检测室同时作为平衡室使用，往往需要兼顾样品和仪器所占用空间，其房间面积往往较大从而加大了实验室温湿度控制的难度，导致恒温室故障率较高，影响检测效率和结果的准确性。

2 棉花温湿平衡样品自动连续取样系统的设计及工作原理

2.1 工作原理

针对上述两种恒温恒湿室布局设计存在的问题，为了最大程度减少影响温湿度的不利因素，棉花温湿平衡样品自动连续取样检测系统(以下简称连续取样检测系统)设计为单独设置样品平衡室，从而降低外界环境、检测设备以及人员对平衡间环境的干扰影响，同时还需要避免人员进出平衡间造成的温湿度波动。

连续取样检测系统是将平衡室和检测室隔离开，同时将平衡室和检测室均设置为恒温恒湿的独立空间，两室紧邻，在平衡室内安装升降机器人用以识别、抓取待检样品，贯穿平衡室和样品室安装输送带，用以传送待检样品[3]。具体工作原理为，当待检样品在平衡室达到平衡时间要求后，位于检测室的检测人员直接下达指令通过升降机器人将装有待检样品的平衡筐移动到输送带上，输送带将平衡筐输送至检测室备检。由于平衡室和检测室均为恒温恒湿空间，因此待检样品进入检测室后能够及时进行检测。整个过程都由检测人员操控，而且无需人员出入平衡室和检测室，实现自动取样连续检测，最大程度减少对平衡及检测环境的温湿度影响，可确保检测结果准确性，有利于检测效率的充分提高。

2.2 结构设计

连续取样检测系统(图3)，主要包括两套平衡架2、轨道3、升降机器人4和输送带5，输送带位于平衡室1内且其另外一端伸入检测室7内，两套平衡架位于平衡室内、且相对设置在输送带两侧，平衡架用于放置平衡筐，每套平衡架与输送带之间设置一套轨道，升降机器人(图4)安装在轨道上、且可沿轨道滑动，升降机器人用于从平衡架上取出平衡筐，并将平衡筐置于输送带上，输送带用于将平衡筐从平衡室输送到检测室[4]。

图3 连续取样装置设计布局图

1-平衡室;2-平衡架;3-轨道;4-升降机器人;5-输送带;6-检测台;7-检测室

平衡架为框架结构，平衡架上设置至少两列平衡筐容纳空间，每列至少放置两套平衡筐，平衡筐与平衡架滑动配合。

平衡筐为上开口的矩形箱体结构，其侧板和底板上分别开设透气孔，平衡筐的底板下表面对称设置两道条形滑块，平衡架上的容纳空间底部固定设置两套条形滑槽，条形滑块与条形滑槽滑动配合，平衡筐的底板下表面中部还设有与条形滑块平行的齿条。

升降机器人(图4)是连续取样检测装置的关键核心部分，主要包括支撑板1、升降液压缸2、四根导柱3、托板4、平衡筐5、滑块6、齿轮7、平移电机和平移液压缸8，支撑板底部设置四套行走轮9，四套行走轮呈矩形布置、且行走轮的轴线与轨道10延伸方向垂直，其中一套行走轮借助于减速箱连接行走电机[5]，托板借助于导套与导柱滑动配合，托板顶面平行设置两套滑轨，滑板通过底面上设置的燕尾滑块与两套滑轨滑动配合，托板中部设置矩形缺口，滑板下表面固定安装贯穿矩形缺口的连板，托板下表面固定安装平移液压缸[6]，平移液压缸的活塞杆端部与连板下端铰接，滑板中部前端开设矩形缺口，滑板前端下表面固定安装平移电机，平移电机的动力输出端固定安装齿轮，齿轮上边缘位于滑板中部前端的矩形缺口内，齿轮用于取出平衡筐时与平衡筐底部的齿条啮合，滑板下表面设置两套平移电机和两套齿轮，两套平移电机对称设置。

图4 升降机器人结构示意图

1-支撑板;2-升降液压缸;3-导柱;4-托板;5-平衡筐;6-滑块;7-齿轮;8-平移液压缸;9-行走轮;10-轨道

2.3 工作程序

连续取样检测系统，具体通过如下步骤实现。

(1)利用自动取样机器人从平衡室内取样。

(2)利用输送带将棉花样品从平衡室输送至检测室。

(3)实现对棉花样品进行连续在线检测。

3 结论

通过将平衡室和检测室隔离开，在平衡室设置自动取样装置，并在平衡室与检测室之间设置输送带，输送带用于将棉花样品自动输送至检测室，检测人员无需频繁出入平衡室和检测室，最大程度降低对平衡室和检测环境的干扰影响。

升降机器人既可以沿着轨道纵向运行，还可以升降，便于从平衡架的不同位置取出平衡筐，并将平衡筐准确放置在输送带上，提高自动化程度。