运用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空吸附能力的判定方法及装置

摘要

本发明实施例公开了运用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空吸附能力的判定方法及装置。所述方法包括：根据被吸附纸箱的质量、吸附后的运行方向、加速度，确定吸附所述纸箱需要的气压；测量吸附后吸盘与所述纸箱的箱体之间的实际气压；根据真空度-透气度模型，所述需要的气压、所述实际气压以及所述纸箱箱体的实际透气度，判定所述吸盘对所述纸箱的吸附是否牢固。本发明实施例提供的运用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空吸附能力的判定方法及装置能够根据工况条件准确的判断包装纸箱能否被牢固的吸附。在很多自动包装线的末端，对纸箱的码垛与位移有很大的实用价值。

说明书

技术领域

本发明实施例涉及物流技术领域，尤其涉及一种运用涂布工艺提高瓦楞纸 箱表面真空吸附能力的判定方法及装置。

背景技术

纸箱堆垛是产品包装的最后环节，也是物流链的开端。长期以来，在国内 纸箱堆垛主要靠人工进行。随着人口红利的消失，产能产量的扩大，特别是包 装作业中存在的有毒有害化工品或粉尘类产品包装的情况，越来越多的工厂将 由人工完成的包装工序升级为由机器执行的自动包装工序。

在使用瓦楞纸箱的自动包装过程的最后环节，往往需要由机器进行真空自 动提升瓦楞纸箱的工序。在上述的工序中，需要使用纸箱自动搬运堆码系统。 图1示出了所述纸箱自动搬运堆码系统。参见图1，所述纸箱自动搬运堆码系 统配备有真空吸盘，并能通过真空吸盘完成对包装箱的抓取、平移、升降等三 维空间的一系列移载动作，最终把包装件快速、准确的放置在预先设定的位置。

瓦楞纸板的表面，粗看很平整，但实际上它有很多空隙，当真空吸盘提升 时，压缩空气会从空隙中泄漏。因此，一旦在搬运过程中的吸附力不能满足要 求，会造成提升失败。而对于这样的问题，现有技术并没有提供有效的解决方 案。

发明内容

针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种瓦楞纸箱的吸附牢固度判定 方法和装置，以根据工况条件准确的判断包装纸箱能否被牢固的吸附。

一方面，本发明实施例提供了一种运用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空吸 附能力的判定方法，所述方法包括：

根据被吸附纸箱的质量、吸附后的运行方向、加速度，确定吸附所述纸箱 需要的气压；

测量吸附后吸盘与所述纸箱的箱体之间的实际气压；

根据真空度-透气度模型，所述需要的气压、所述实际气压以及所述纸箱箱 体的实际透气度，判定所述吸盘对所述纸箱的吸附是否牢固。

另一方面，本发明实施例提供了一种运用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空 吸附能力的判定装置，所述装置包括：

气压预估模块，用于根据被吸附纸箱的质量、吸附后的运行方向、加速度， 确定吸附所述纸箱需要的气压；

气压测量模块，用于测量吸附后吸盘与所述纸箱的箱体之间的实际气压；

判定模块，用于根据真空度-透气度模型，所述需要的气压、所述实际气压 以及所述纸箱箱体的实际透气度，判定所述吸盘对所述纸箱的吸附是否牢固。

本发明实施例提供的运用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空吸附能力的判定 方法及装置，通过确定吸附所述纸箱所需要的气压，在完成吸附动作以后，测 量吸盘与箱体之间的真空度，最后根据所述箱体的实际透气度，判定所述箱体 是否被牢固吸附，从而实现了根据工况条件对包装纸箱能否被牢固吸附的准确 判断。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明 的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是现有技术提供的纸箱自动搬运堆码系统的示意图；

图2是本发明第一实施例提供的运用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空吸附 能力的判定方法的流程图；

图3是本发明第二实施例提供的运用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空吸附 能力的判定装置中气压预估操作的流程图；

图4A是本发明第二实施例提供的提升过程中纸箱的受力分析图；

图4B是本发明第二实施例提供的平移过程中纸箱的受力分析图；

图5是本发明第三实施例提供的运用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空吸附 能力的判定方法的流程图；

图6是本发明第四实施例提供的运用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空吸附 能力的判定装置的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此 处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需 要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结 构。

第一实施例

本实施例提供了运用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空吸附能力的判定方法 的一种技术方案。在该技术方案中，所述运用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空 吸附能力的判定方法又被称为瓦楞纸箱的吸附牢固度判定方法。并且，所述运 用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空吸附能力的判定方法由所述纸箱自动搬运堆 码系统中内置的嵌入式系统执行，或者由于所述嵌入式系统之间存在网络连接 的独立计算装置执行。

参见图2，所述运用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空吸附能力的判定方法 包括：

S21，根据被吸附纸箱的质量、吸附后的运行方向、加速度，确定吸附所述 纸箱需要的气压。

一般情况下，所述被吸附的纸箱是内部装有一定的物品的纸箱。但是也不 排除所述被吸附的纸箱是空纸箱的情况。而且，所述被吸附纸箱的外表面不会 附带有不利于对其进行吸附的物体。

吸附后的运动方向包括有竖直方向的运动，及水平方向的运动。所述竖直 方向的运动可以是对所述被吸附纸箱的提升、下放。而所述水平方向的运动对 应于对所述被吸附纸箱在相同高度上的平移。

不论是在竖直方向的运动，还是在水平方向的运动，在运动过程中所述被 吸附纸箱都有一定的加速度。一般来讲，所述被吸附纸箱在运动过程中的加速 度越大，需要真空吸盘所施加的吸附力也就越大。而且，所述真空吸盘吸附在 所述纸箱箱体上之后，所述真空吸盘与所述纸箱箱体之间的气压越小，则说明 所述真空吸盘施加在所述纸箱箱体上的吸附力越大。

由于所述运行方向、加速度与吸附所述纸箱需要的气压之间存在一定的关 系，因此，可以根据被吸附纸箱的质量、吸附后的运行方向、加速度，确定吸 附所述纸箱需要的气压。

S22，测量吸附后吸盘与所述纸箱的箱体之间的实际气压。

具体的，可以通过所述纸箱自动搬运堆码系统自带的气压传感器，测量吸 附后所述真空吸盘与所述纸箱箱体之间的实际气压。

S23，根据真空度-透气度模型，所述需要的气压、所述实际气压以及所述 纸箱箱体的实际透气度，判定所述吸盘对所述纸箱的吸附是否牢固。

本发明中，通过对吸附过程的分析，对吸附过程中的各个物理量之间的数 值关系进行建模，得到所述真空吸盘在瓦楞纸箱的稳定吸附状态下的真空度-透 气度模型。下面具体解释所述真空度-透气度模型的建模过程：

真空系统就是抽除容器中的各种气体，可以把被抽容器中所产生的各种气 体的流量称为真空系统的气体负荷。当真空泵启动之后，真空系统即对被抽容 器抽气。此时，真空系统对容器的有效抽速若以S表示，容器中的压力以p表示， 则单位时间内系统所排出的气体流量即是pS。容器中的压强变化率为dp/dt，容 器内的气体减少量即是V·dp/dt。根据动态平衡，可以得到式(1)：

$pS=-V\frac{dp}{dt}+Q---\left(1\right)$

其中，V表示容器的容积，Q表示因为真空泵抽取以外其他原因造成的气体 减少量。

所述其他原因可以是放气、渗透、蒸发和漏气。它们各自对应于放气流量Q_f、 渗透气流量Q_s、蒸发气流量Q_z以及漏气流量Q_l。因此，式(1)又可以表示为：

$pS=-V\frac{dp}{dt}+Q_f+Q_s+Q_z+Q_1---\left(2\right)$

对于一个设计、加工制造良好的真空系统，式(2)中的放气Q_f、渗气Q_s、蒸 气Q_z和漏气Q_l的气流量都是微小的。而对于纸箱、纸板等具有一定透气度的材 料，气体渗透量Q_s较大，不能忽略，所以在计算抽气量时需要考虑纸板的渗透 量Q_s。因此抽气初期真空系统的气体负荷主要是容器内原有的空间大气和纸板 所渗透量。由瓦楞纸箱形成的真空系统的极限压强实际就是抽气和漏气达到动 态平衡时的压强。

纸板的透气度D指在规定的条件下，在单位时间和单位压力差情况下，单 位面积的纸板所通过的平均空气量。因此，由其他原因造成的气体减少量Q可 以由式(3)给出：

Q＝p·A·D·Δp(3)

其中，p表示真空系统内的气压，A表示所述真空吸盘的有效面积，D表示 所述纸箱的透气度，Δp表示所述真空系统的内外压差。

将上述式(3)代入至式(1)，即得到如下式(4)：

$pS=-V\frac{dp}{dt}+p·A·D·\Delta p---\left(4\right)$

其中，Δp＝p₀-p。将上述内外压差的关系代入式(4)，进行相应的变形， 则有：

$\frac{dp}{p[(p_0-p)·A·D-S]}=\frac{dt}{v}---\left(5\right)$

对式(5)关于时间进行积分，则可以得到式(6)：

$ln[\frac{p}{(p-p_0)·A·D+S}·\frac{S}{p_0}]=\frac{p_0·A·D-S}{v}t---\left(6\right)$

其中，t表示所述真空吸盘，也即所述容器内的气压由标准大气压p₀变为p 所需要的时间。

在理想情况下，不考虑纸板透气度，真空系统的气体负荷主要是容器内原 有的空间大气，得到抽气方程式(7)：

$pS=-V\frac{dp}{dt}---\left(7\right)$

对上述式(7)，进行积分，可以得到容器内的气压由标准大气压p₀变为气压 p₁所需的抽真空时间t₀：

$t_0=\frac{V}{S}·ln\frac{p_0}{p_1}---\left(8\right)$

由于纸板具有透气度，存在一定的泄漏量，所以达到平衡压强时的时间会 延长，加入安全系数m，得到容器内的气压变为p₁抽真空时间t：

$t=m·\frac{V}{S}·ln\frac{p_0}{p_1}---\left(9\right)$

通常情况下，安全系数m的取值是2。将式(9)代入至式(6)，就得到了式(10)。

$ln[\frac{p}{(p-p_0)·A·D+S}·\frac{S}{p_0}]=\frac{p_0·A·D-S}{S}·m·ln\frac{p_0}{p_{need}}---\left(10\right)$

其中，p_need表示执行空气抽吸时所述真空吸盘内需要达到的气压。在式(10) 中，给定一个平衡气压p，就能够唯一确定被吸附纸箱的透气度D。所以，式(10) 就是本发明所提供的真空度-透气度模型。

有了上述真空度-透气度模型，将所述需要的气压以及所述实际气压代入至 所述真空度-透气度模型，就能得到所述纸箱的最大透气度参数。根据所述求得 的最大透气度参数，以及所述纸箱的实际透气度参数，就能够确定所述纸箱能 够被真空吸盘牢固吸附。

在本实施例中，所述纸箱的实际透气度参数是一个已知参数。也就是说， 在执行所述运用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空吸附能力的判定方法之前，被 吸附纸箱的透气度已经为仪器测定并记录。在所述运用涂布工艺提高瓦楞纸箱 表面真空吸附能力的判定方法执行过程中，所述被吸附纸箱的透气度可以作为 已知参数被使用。

另外，在所述运用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空吸附能力的判定方法的 执行过程中，各个步骤的执行先后次序可以互换，本发明对此不作限制。

本实施例通过根据被吸附纸箱的质量、吸附后的运行方向、加速度，确定 吸附所述纸箱需要的气压，测量吸附后吸盘与所述纸箱的箱体之间的实际气压， 以及根据真空度-透气度模型，所述需要的气压、所述实际气压以及所述纸箱箱 体的实际透气度，判定所述吸盘对所述纸箱的吸附是否牢固，实现了根据工况 条件对包装纸箱能否被牢固吸附的准确判断。

第二实施例

本实施例以本发明的上述实施例为基础，进一步的提供了运用涂布工艺提 高瓦楞纸箱表面真空吸附能力的判定方法中气压预估的一种技术方案。在该技 术方案中，根据被吸附纸箱的质量、吸附后的运行方向、加速度，确定吸附所 述纸箱需要的气压包括：根据搬运过程中竖直方向上的最大加速度，确定所述 吸盘在提升过程中所需的吸力；根据搬运过程中水平方向上的最大加速度，确 定所述吸盘在平移过程中所需的吸力；根据所述吸盘在提升过程中所需的吸力， 以及所述吸盘在平移过程中所需的吸力的取值，确定在搬运过程中所述吸盘所 需的最大吸力；利用所述最大吸力除以所述吸盘的实际吸附面积，求得吸附所 述纸箱需要的气压。

参见图3，根据被吸附纸箱的质量、吸附后的运行方向、加速度，确定吸 附所述纸箱需要的气压包括：

S31，根据搬运过程中竖直方向上的最大加速度，确定所述吸盘在提升过程 中所需的吸力。

图4A示出了提升过程中纸箱的受力分析图。参见图4A，在受力平衡的状 态下，有式(11)给出的关系：

W_1,need＝Mg+Ma_up(11)

其中，W_1,need为提升所述纸箱所需要的吸附力，M是被提升纸箱的质量，g是 重力加速度，a_up是提升所述纸箱向上运动的加速度。

给定在搬运过程中竖直方向上的最大加速度，就可以根据式(11)计算得到所 述吸盘在提升过程中所需的吸力W_1,need。

S32，根据搬运过程中水平方向上的最大加速度，确定所述吸盘在平移过程 中所需的吸力。

图4B示出了平移过程中纸箱的受力分析图。参见图4B，在受力平衡的状 态下，有式(12)给出的关系：

W_2,need＝M·(g+a_hori/μ)(12)

其中，W_2,need为提升所述纸箱所需要的吸附力，M是被提升纸箱的质量，g是 重力加速度，a_hori是平移所述纸箱向上运动的加速度，μ是所述吸盘与所述纸箱 之间的摩擦系数。

给定在搬运过程中水平方向上的最大加速度，就可以根据式(12)计算得到所 述吸盘在平移过程中所需的吸力W_2,need。

S33，根据所述吸盘在提升过程中所需的吸力，以及所述吸盘在平移过程中 所需的吸力的取值，确定在搬运过程中所述吸盘所需的最大吸力。

求得所述吸盘在提升过程中所需的吸力及所述吸盘在平移过程中所需的吸 力的取值之后，可以根据二者的取值，确定在搬运过程中所述吸盘所需的最大 吸力。

优选的，可以通过先将所述吸盘在提升过程中所需的吸力的取值，与所述 吸盘在平移过程中所需的吸力的取值进行比较，再选在所述吸盘在提升过程中 所需的吸力，及所述吸盘在平移过程中所需的吸力中取值较大的一个作为所述 吸盘所需的最大吸力的取值，从而实现对所述吸盘所需的最大吸力的取值的确 定。

S34，利用所述最大吸力除以所述吸盘的实际吸附面积，求得吸附所述纸箱 需要的气压。

本实施例确定所述吸盘在提升过程中所需的吸力，确定所述吸盘在平移过 程中所需的吸力，确定在搬运过程中所述吸盘所需的最大吸力，以及根据所述 最大吸力及所述吸盘的实际吸附面积，确定吸附素数纸箱需要的气压，实现了 对吸附所述纸箱需要的气压的合理确定。

第三实施例

本实施例以本发明上述实施例为基础，进一步的提供了运用涂布工艺提高 瓦楞纸箱表面真空吸附能力的判定方法的一种技术方案。在该技术方案中，在 根据真空度-透气度模型，所述需要的气压、所述实际气压以及所述纸箱箱体的 实际透气度，判定所述吸盘对所述纸箱的吸附是否牢固之前，还包括：利用纸 箱透气度测试仪测量所述纸箱箱体的实际透气度。

参见图5，所述运用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空吸附能力的判定方法 包括：

S51，根据被吸附纸箱的质量、吸附后的运行方向、加速度，确定吸附所述 纸箱需要的气压。

S52，测量吸附后吸盘与所述纸箱的箱体之间的实际气压。

S53，利用纸箱透气度测试仪测量所述纸箱箱体的实际透气度。

在本实施例中，在实际判定所述吸盘对所述纸箱的吸附是否牢固之前，利 用纸箱透气度测试仪对所述纸箱箱体的实际透气度进行实时测量，能够保证对 吸附是否牢固的判定的实时性和准确性。

S54，根据真空度-透气度模型，所述需要的气压、所述实际气压以及所述 纸箱箱体的实际透气度，判定所述吸盘对所述纸箱的吸附是否牢固。

本实施例通过在判定所述吸盘对所述纸箱的吸附是否牢固之前，利用纸箱 透气度测试仪测量所述纸箱箱体的实际透气度，保证了对吸附牢固程度的判定 的实时性和准确性。

第四实施例

本实施例提供了运用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空吸附能力的判定装置 的一种技术方案。所述运用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空吸附能力的判定装 置又被称为瓦楞纸箱的吸附牢固度判定装置。参见图6，所述运用涂布工艺提 高瓦楞纸箱表面真空吸附能力的判定装置包括：气压预估模块61、气压测量模 块62以及判定模块64。

所述气压预估模块61用于根据被吸附纸箱的质量、吸附后的运行方向、 加速度，确定吸附所述纸箱需要的气压。

所述气压测量模块62用于测量吸附后吸盘与所述纸箱的箱体之间的实际 气压。

所述判定模块64用于根据真空度-透气度模型，所述需要的气压、所述实 际气压以及所述纸箱箱体的实际透气度，判定所述吸盘对所述纸箱的吸附是否 牢固。

可选的，所述真空度-透气度模型由如下公式给出：

$ln[\frac{p}{(p-p_0)·A·D+S}·\frac{S}{p_0}]=\frac{p_0·A·D-S}{S}·m·ln\frac{p_0}{p_{need}}.$

其中，D为所述纸箱箱体的实际透气度，A为所述吸盘的实际吸附面积， S为所述吸盘的空气抽吸速度，p₀为标准大气压，p_need为所述需要的气压，p 为所述实际气压，m为安全系数。

可选的，所述气压预估模块61包括：提升吸力确定单元、平移吸力确定 单元、最大吸力确定单元以及需要气压确定单元。

所述提升吸力确定单元用于根据搬运过程中竖直方向上的最大加速度，确 定所述吸盘在提升过程中所需的吸力。

所述平移吸力确定单元用于根据搬运过程中水平方向上的最大加速度，确 定所述吸盘在平移过程中所需的吸力。

所述最大吸力确定单元用于根据所述吸盘在提升过程中所需的吸力，以及 所述吸盘在平移过程中所需的吸力的取值，确定在搬运过程中所述吸盘所需的 最大吸力。

所述需要气压确定单元用于利用所述最大吸力除以所述吸盘的实际吸附面 积，求得吸附所述纸箱需要的气压。

可选的，所述最大吸力确定单元具体用于：将所述吸盘在提升过程中所需 的吸力的取值，与所述吸盘在平移过程中所需的吸力的取值进行比较；选在所 述吸盘在提升过程中所需的吸力，及所述吸盘在平移过程中所需的吸力中取值 较大的一个作为所述吸盘所需的最大吸力的取值。

可选的，所述运用涂布工艺提高瓦楞纸箱表面真空吸附能力的判定装置还 包括：透气度测量模块63。

所述透气度测量模块63用于在根据真空度-透气度模型，所述需要的气压、 所述实际气压以及所述纸箱箱体的实际透气度，判定所述吸盘对所述纸箱的吸 附是否牢固之前，利用纸箱透气度测试仪测量所述纸箱箱体的实际透气度。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的 都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间的相同或相似的部分互相参见 即可。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技 术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所 作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。