摘要：标准件智能分流称重一体机，采用双层分流系统实现标准件的分装，利用称重检测与输送系统实现标准件规定数量的称重，通过Arduino板控制精准分流系统电机的转动，利用红外传感器检测下落标准件数量，实现精准反馈。精准分流装置是由快换圆盘及旋转轴组成，根据标准件规格的不同，自由更换该圆盘，可实现多品种标准件的智能分拣。

关键词：双层分流;称重检测与输送;Arduino板控制;红外传感器检测

1 引言

螺栓是利用物体的斜面圆形旋转和摩擦力的物理学和数学原理，循序渐进地紧固器物机件的工具。螺栓在工业生产制造当中应用较为广泛，因此也被称为工业之米。螺栓在工业上负有重要任务，只要地球上存在着工业，则螺栓之功能永远重要。功能上来说以辅助功能为主，一般情况下不构成商品产品的主要部分 [1]。

螺栓属于重要的标准件之一。随着我国经济稳定发展，标准件下游产业需求量持续提高，以及国家政策的大力支持，标准件市场规模将继续保持上升，预计到2023年，中国标准件的总体市场规模将达到2000亿元，如此可见标准件市场的前景非常宽广。标准件主要存放在库房，由于标准件种类繁多，因此，为了满足装配现场的使用要求，通常需要占用较大的空间来存放多品种、多规格的标准件。为了解决占用空间大、查找不方便、存在找件以及等待的浪费等问题，采用了分序装配，由物流人员配送物料的生产方式，有效地缓解了空间占用大的问题，但同时也带来了新的问题，标准件数量大种类繁多，采用人工分拣劳动强度大，效率低下，人员数量少，无法满足全序装配工作的需要，因此研究标准件智能分流称重是十分必要的，能够有效缓解企业标准件分拣劳动强度大、分拣数量不准的问题。

本文重点研究了基于Arduino软件控制，借助标准件重力，自动落至模糊分流装置后落入带有自动称重功能的收集盒里，并由精准分流装置传送固定数量螺栓，自动分拣出设定好数量的标准件，从而达到智能分拣的目的[2]。

2 整体结构介绍

经过与企业技术人员进行详细的交流并进行深入的市场调研分析，确定了标准件智能分流称重一体机的基本功能，具体是将整箱同一种规格的标准件根据装配工序所需要的数量，快速的分拣出来，统一落至收集盒里，并采用传送带技术实现智能自动运输。为了实现上述功能，运用UG三维建模技术，设计了标准件智能分流称重一体机模型，主要结构包括：标准件料仓，模糊分流槽;精准分流系统;称重检测与输送系统;Arduino智能控制系统。标准件智能分流称重一体机三维效果图如图1所示。

3 标准件的智能分流

传统的振动盘式分拣装置，振动盘料斗下面有个脉冲电磁铁，可以使料斗作垂直方向振动，由倾斜的弹簧片带动料斗绕其垂直轴做扭摆振动。料斗内零件，由于受到这种振动而沿螺旋轨道上升。在上升的过程中经过一系列轨道的筛选或者姿态变化，零件能够按照组装或者加工的要求呈统一状态自动进入组装或者加工位置。其工作目的是通过振动将无序工件自动有序定向排列整齐、准确地输送到下道工序。采用振动盘式分拣机构，大多数只能分拣一种规格的产品，不能满足多种规格的场合，另外成本偏高，不利于大范围推广应用。

本次设计的标准件智能分流称重一体机，采用两级分流装置。首先采用斜坡式模糊分流槽，标准件料仓中的零件在重力的作用下落入下方带有斜坡的分流槽，在一个节拍节，能分流80%的标准件，随后标准件料仓下方的电机启动，将出料口封闭;此时，精准分流系统启动，由电机带动带有沟槽的模具转动，能够向分流通道提供准确数量的标准件，在红外光电开关的作用下，对下落的标准件逐个计数，当下方盒子中的标准件重量达到标准，通过开关，将精准分流通道自动关闭，保证了分流数量的准确性，因此能够分流剩余20%的标准件，并且能够进行精准控制，实现自动智能分拣的目的。

4 称重检测与输送系统

经过两次分流之后的标准件会统一落至放在称重器上收集盒里，该称重器采用了压电压力传感器[3-4]，当压电压力传感器薄圆筒内侧受到压力作用时，圆筒的内张力增大，从而使其固有振动频率升高，利用此效应，通过测出振筒的固有振动频率，即可知其压力大小。

当标准件落入称重器上的收集盒后，系统根据外部信号，识别标准件进入称重区。根据称重输送机运行速度和输送机的长度，系统可以判定标准件离开称重输送机的时间。从产品进入秤台到离开秤台，称重传感器将检测到的信号，控制器选取信号稳定区域的信号进行处理，就可的得到产品的重量，从而得到标准件的具体个数[5]。

5 Arduino智能控制系统

Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，它构建于开放原始码simple I/O介面版，并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。其中硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板;软件则是Arduino IDE，是计算机中的程序开发环境，只要在IDE中编写程序代码，将程序上传到Arduino电路板后，程序便会告诉Arduino电路板的具体动作[4]。

#include "HX711.h"

#include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd（12， 11， 10， 9， 8， 7）;

#define DOUT  4

#define CLK  5//定义引脚

HX711 scale（DOUT，CLK）;//使信号到称重传感器

float calibration_factor = 2230; //根据测压元件调整校准因子

float units;

void setup（） {

lcd.begin（16，2）;

Serial.begin（9600）;

Serial.println（"Press T to tare"）;

scale.set_scale（calibration_factor）; //调整校准系数

scale.tare（）;

}

void loop（） {

units = scale.get_units（）， 5;

if （units < 0）

{

units = 0.00;

}

lcd.setCursor（0，0）;

lcd.print（"Weight： "）;

lcd.setCursor（8，0）;

lcd.print（units，5）; //显示4位小数点后的重量只用于校准

lcd.setCursor（14，0）;

lcd.print（"grams"）;

if（Serial.available（））

{

char temp = Serial.read（）;

if（temp == 't' || temp == 'T'）

scale.tare（）;  //把刻度重置为零

}

}

标准件智能分拣系统相较于现行的手工分拣系统的优势在于：不再使用单轨道、长线程的布局，而是使用分层级、多线程的并行分拣模式，提高了空间的利用率和整体分拣效率;而能搭建这种布局模式是基于对工业组态软件的运用，使得整个系统中的各设备间能实现协同工作。这种模式技术成熟在很多工业生产、快递行业、居民生活等领域得到了广泛应用。将其运用于标准件分拣系统中不仅能使系统变得更加灵活，而且在一定程度上能使系统小型化，更加具备推广价值。

6  结论

标准件智能分流称重一体机，采用了基于模糊分流以及精准分流双层模式，实现了标准件的快速分流解决方案，并且可以根据标准的规格快速调整间距以及快换模具，因此适用范围广，柔性强;利用压力压电传感器技术实现了自动称重，并通过Arduino软件实现了智能自动控制，能够根据装配工序的需要，自行调整称重范围，因此能够满足多工序的要求，减少了等待的浪费、找件的浪费，符合精精益生产方式的要求，为实现快速生产，提供了解决问题思路。

参考文献：

[1] 杜宝江，李双双，袁婷婷.飞机白准建的自动筛选与匹配技术研究[J].现代制造工程，2016，6（6）：47-51.

[2] 李婷.发展我国模具标准件工业的发展对策及方向[D].湖北武汉;武汉机械装备工程公司，2014：70-73.

[3] 董铮，袁磊，宁彬.基于Arduino的电机转速控制系统[D].湖北襄阳;湖北文理学院数学与计算机科学学院，2015：59-61.

[4] 王大虎，孙一帆，张且且.基于Arduino控制板的压力采集检测系统设计[D].河南焦作;河南理工大学电气工程及其自动化学院，2013：464-466.

[5] 李贻晃，杨莹，柳中中，刘贺新，陈潭军，余石鹏.基于Arduino的计数显示装置设计[J].湖南文理学院学报，2017，24（1）：40-42.