口罩自动化生产一体机研究

曾繁昌 谭思敏

摘要：受新冠肺炎疫情影响，口罩在我国一度成为稀缺品，为满足国内抗疫需要，各界在口罩自动化生产一体机研究中投入了大量精力，并取得了不俗成果。现简要介绍了口罩自动化生产一体机的研发背景、基本架构、具体构成及工作原理，分析了几种口罩自动化生产一体机的应用情况，为口罩机装备的从业人员提供了参考。

关键词：柔性AI视觉全自动口罩机;全自动N95高端立体口罩机;“1拖2”高端型全自动口罩机

1 口罩自动化生产一体机

1.1    研发背景

作为预防新冠肺炎的最有效手段，口罩的重要性不言而喻。空气中存在的病菌等可通过呼吸进入人体肺部，如空气中存在新冠病毒，人很容易因此感染新冠肺炎，并面临生命威胁，而人通过佩戴口罩，可通过口罩的过滤作用，降低人感染新冠肺炎的概率。为了实现对新冠肺炎的有效预防，人们必须保证口罩与脸部紧密贴合，降低病毒接触口鼻的可能性。但在较为传统的口罩生产过程中，口罩很容易在生产过程中受到细菌污染，无法折叠存放的口罩也会带来诸多不便。为更好地满足人们对口罩性能和款式的需求，口罩自动化生产一体机应运而生。

1.2    基本架构

以典型的口罩自动化生产一体机作为研究对象，该口罩自动化生产一体机主要由放料装置、进料定型装置、本体生产装置、耳带熔接装置、消毒装置、包装装置以及其他辅助装置组成。该口罩生产设备结构简单，口罩生产一体成型，可避免加工过程中口罩受污染，且加工出的口罩款式新颖、易折叠携带，能够较好地满足市场需求，具备较强的市场竞争力。

1.3    具体构成及工作原理

口罩自动化生产一体机的具体构成如图1所示，料盘与整平机构间设有传送带，消毒机构与料盘连接，消毒机构与带熔接装置下端连接，消毒机构下方设有置物槽，透明钢化玻璃材质的无尘罩外壁上设有控制装置，废液回收装置安装于印花机构上，料盘上设有隔板，采用可开合的活动板作为置物槽上端面。在口罩具体生产过程中，进入进料定型机构的口罩生产材料需通过压纹机构压出纹路，随后印染颜色和图案的工序由印花机构负责，口罩基于传送带通过切断熔接机构、整平机构，最终传送至料盘上，通过料盘进入消毒机构的口罩可自动进行消毒，同时熔接耳带。

2 口罩自动化生产一体机的应用分析

2.1    柔性AI视觉全自动口罩机

柔性AI视觉全自动口罩机属于典型的口罩自动化生产一体机，由机架、AI系统、牵引机构、模切机构、视觉检测机构、翻边机构、焊接机构、整合机构、成型机构、上料机构组成，可通过设置视觉检测机构，自动检测口罩质量，可在生产中省略人工质检环节，同时提升产品质量，降低用工成本。

该口罩自动化生产一体机由产品质量检测机改造而成，利用计算机视觉（AI人工智能）进行鉴别和操控，在AI系统的支持下，柔性AI視觉全自动口罩机可实现自动生产一体化，口罩的生产效率和产能因此显著提升，具体生产可做到集“过程质量检测、机器人管理（引导、定位、识别、信息采集）、自动化生产”于一体，辅以视觉检测设备，可更好地保证口罩生产质量，单机产量达120片/min，在24 h不间断生产情况下，单机口罩日产量超过13万片。此外，该口罩机采用模块化设计，开放性高，使得柔性AI视觉全自动口罩机可在传统卷材检测设备与口罩生产设备之间切换，仅需要更换相应的作业机构。

随着疫情控制趋于稳定并进入常态化防疫时期，作为防疫紧急装备的柔性AI视觉全自动口罩机开始逐步停止生产，部分柔性AI视觉全自动口罩机被改装为涂布机，或用于各种卷材外壳、柔性电路板、柔性显示屏幕的质量检测。在柔性设计的支持下，柔性AI视觉全自动口罩机可解决产能浪费问题，人工智能在口罩自动化生产一体机的应用中所发挥的优势引起了人们的关注。

2.2    全自动N95高端立体口罩机

JWN3011型全自动N95鸭嘴形折叠式口罩机（以下简称JWN3011型口罩机）同样属于典型的口罩自动化生产一体机，由基本配置部件、选用配置部件、组合件、多种零件组成。它不同于仅能生产普通口罩的柔性AI视觉全自动口罩机，JWN3011型口罩机不仅能够满足3～6层医用口罩的生产需要，还能够用于立体式防雾霾N95口罩的生产。

JWN3011型口罩机自动化生产线采用PLC自动控制技术、超声波焊接技术、全自动耳带定长切焊合技术等，实现口罩生产的全自动化和智能化，单机产量超过50片/min，N95口罩日产量可达5万片。

JWN3011型口罩机属于一种高质高效的口罩自动化生产一体机，可实现口罩的全过程自动化生产，且PLC可负责控制滚切成型、折叠焊接、耳带焊接等生产环节，因此JWN3011型口罩机具备操作方便、运行可靠、结构合理、技术先进等特点。

2.3    “1拖2”高端型全自动口罩机

作为较为特殊的一种口罩自动化生产一体机，“1拖2”高端型全自动口罩机由2 365个零件组成。“1拖2”高端型全自动口罩机研制中采用了制造歼-20飞机的数字化技术，具备生产效率高、运行稳定、自动化程度高等特点，单人操作仅需接受简单培训即可，单机生产效率超过100片/min，普通口罩日产量可达10万片。

在“1拖2”高端型全自动口罩机的具体研发过程中，采用模块化设计思路，设备标准化程度较高，三维整机数字模型和生产施工图纸仅耗时3天便完成了设计，辅以装配与调试协同、设计与工艺并行的方式，首台样机研制和后续设备生产也在极短时间内完成。

“1拖2”高端型全自动口罩机充分发挥了稳定口罩市场、平抑物价的作用，有效缓解了新冠肺炎疫情期间口罩短缺的状况。

3 结语

口罩自动化生产一体机的科技含量较高。本文介绍了柔性AI视觉全自动口罩机、全自动N95高端立体口罩机、“1拖2”高端型全自动口罩机，对不同类型的口罩自动化生产一体机的具体应用进行了分析。可以发现，柔性AI视觉技术、全自动生产技术均能较好地应用于口罩自动化生产一体机中，显著提高了口罩自动化生产的效率和质量。

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收稿日期：2020-06-16

作者简介：曾繁昌（1990—），男，广东揭西人，工程师，主要从事项目研发工作。