本發明屬于包裝生產線技術領域，涉及包裝物料配重系統及配重方法的改進，具體說是一種自動包裝物料配重系統及配重方法。

背景技術：

目前的紡織行業，對棉紗、化纖、混紡等中間產品進行包裝和運輸時，一般使用編織袋或紙箱包裝指定數量的筒紗(一般為15或12只筒紗)，以每袋或每箱的總重量作為交貨的計量單位。傳統的配重采取人工操作，經過稱重、剔除和替換等方法，挑選出總重量滿足要求的指定數量筒紗，然后進行包裝。人工方式耗時較長、勞動強度大、出錯概率高，而且不便進行數據統計和反饋。

如何設計一種自動包裝物料配重系統及配重方法，應用于自動包裝生產線，作為自動生產線中的配重環節，節省人工的同時，還可提高生產效率和配重的準確率，并便于統計和反饋物料的重量數據。這是目前亟待解決的技術問題。

技術實現要素：

本發明為解決現有技術存在的上述問題，提供一種自動包裝物料稱重配重系統及配重方法，應用于自動包裝生產線，作為自動生產線中的配重環節，可提高生產效率和配重的準確率，減輕勞動強度，同時還便于統計和反饋物料的重量數據。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種自動包裝物料稱重配重系統，包括物料配重輸送線及控制系統，其特征在于，所述物料配重輸送線包括平行排列的主輸送線和副輸送線，所述主輸送線和副輸送線在同一端分別設置物料入口，所述主輸送線包括主進料段輸送帶、主稱重段輸送帶、配重段輸送帶，所述副輸送線包括副進料段輸送帶、副稱重段輸送帶，所述主輸送線與副輸送線之間設置配重緩沖裝置，所述副稱重段輸送帶上方設置入棧推送裝置，入棧推送裝置用于將副稱重段輸送帶上的物料推到所述配重緩沖裝置上，對應入棧推送裝置的配重緩沖裝置上設置物料入棧位，所述配重緩沖裝置的一側設置出棧推送裝置，所述出棧推送裝置用于將配重緩沖裝置上的物料推到所述主輸送線上，對應出棧推送裝置的配重緩沖裝置上設置物料出棧位，所述控制系統包括主輸送線控制模塊、副輸送線控制模塊、物料推送控制模塊及物料稱重配重算法模塊。

對上述技術方案的改進：所述主輸送線還包括設置在配重段輸送帶之后的配重輔助段輸送帶，所述出棧推送裝置用于將配重緩沖裝置上的物料推到所述主輸送線的配重輔助段輸送帶上。

對上述技術方案的進一步改進：所述配重段輸送帶與配重輔助段輸送帶對接的位置上安裝光電傳感器，所述光電傳感器與所述控制系統連接，通過光電傳感器對物料進行計數，由控制系統控制配重輔助段輸送帶在準確的位置拉開空位；所述入棧推送裝置、出棧推送裝置均設置推手，所述推手的伸縮移動采用氣缸、電磁動作器或電機做動力。

對上述技術方案的進一步改進：所述配重緩沖裝置包括物料架、活動框架及底座，所述物料架通過豎向導軌與豎向滑塊連接在所述活動框架上，通過物料架驅動機構驅動所述物料架相對于活動框架垂直升降，所述活動框架通過橫向導軌與橫向滑塊設置在所述底座上，通過活動框架驅動機構驅動所述活動框架相對于底座左右平移, 所述物料架上設置若干兩側敞口的物料存放格；所述物料架驅動機構的動力采用氣缸、電磁動作器或電機，所述活動框架驅動機構的動力采用氣缸、電磁動作器或電機。

對上述技術方案的進一步改進：所述物料配重輸送線前端增加一個篩選機構，用于將較輕的物料或較重的物料選出放到所述副輸送線上，所述控制系統中還包括物料預篩選模塊。

本發明一種利用上述自動包裝物料稱重配重系統的配重方法，其特征在于，對兩種重量均值有差別、方差一樣的物料進行配重，讓較輕的物料全部進入主輸送線，較重的物料全部進入副輸送線，以輕重物料的配比來調節配重后每組總重量的均值，使之達到規定的上下限要求；具體包括如下步驟：

(1)以n個物料為一組，副輸送線上的物料經過稱重之后全部進入配重緩沖裝置，保證配重緩沖裝置內待選物料總是達到一定的數量，并在配重緩沖裝置的物料出棧位配入主輸送線;

(2)主輸送線上的第a個物料在主稱重段輸送帶上略作停留，a包括1,2,……，n-1, 物料稱重配重算法模塊以之前的a-1個物料加上配重緩沖裝置內選取出n-（a-1）個物料的總重量以及加入此物料的a個物料加上緩沖區內選取出n-a個物料的總重量,比較兩個總重量的配重結果;

(3)如果a+（n-a）的配重結果更優，則同時啟動主稱重段輸送帶和配重段輸送帶，讓第a個物料進入配重段輸送帶，舍棄（a-1）+{n-(a-1)}方案，第a+1個物料進入主稱重段輸送帶，重復這樣的計算和比較；如果（a-1）+｛n-（a-1）｝的配重結果更優，則按此方案執行配重操作，即停止主稱重段輸送帶，啟動配重段輸送帶，在配重緩沖裝置的物料出棧位產生空位，將物料稱重配重算法模塊計算選取出的配重緩沖裝置上的物料配入主輸送線。

對上述技術方案的改進：所述n為15或12，通過控制輕重物料重量，控制平均的配入物料的數量為2、3或4。

本發明另一種利用上述自動包裝物料稱重配重系統的配重方法，其特征在于，對重量具有相同的均值與方差的物料進行配重，物料隨機的進入主輸送線和副輸送線，通過物料稱重配重算法模塊計算，以最優的方式將副輸送線的物料配入主輸送線，具體包括如下步驟：

(1)以n個物料為一組，副輸送線上的物料經過稱重之后全部進入配重緩沖裝置，保證配重緩沖裝置內待選物料總是達到一定的數量，并在配重緩沖裝置的物料出棧位配入主輸送線;

(2)主輸送線上的物料稱重之后直接進入配重段輸送帶，配重位置在配

重緩沖裝置的物料出棧位，即配重輔助段輸送帶的前端，配重段輸送帶上容納足夠數量的物料，并已知這些物料的重量，物料稱重配重算法模塊進行計算，選擇一個最優的配重方案，然后在所需的位置停止配重段輸送帶、運行配重輔助段輸送帶，由光電傳感器對通過的物料進行計數，在準確的位置拉開空位，并在空位中插入配重緩沖裝置上的相應物料。

對上述技術方案的改進：所述步驟（1）之前增加前端篩選步驟，把偏輕或偏重的物料選出進入副輸送線，剩下的物料進入主輸送線；或者，把重量偏離較大的物料選出進入副輸送線，剩下的物料進入主輸送線。

對上述技術方案的進一步改進：物料稱重配重算法模塊實時監控物料的重量均值變化趨勢，并隨這個趨勢實時調整配重的目標重量，使目標重量在滿足上下限的前提下做適當調整。

對上述技術方案的進一步改進：物料稱重配重算法模塊記錄下中長期物料的重量數據，分析均值和方差的變化趨勢，精簡為關鍵參數并反饋給生產管理者，當數據發生大幅度波動，導致配重無法達到目標值時報警。

本發明的優點和積極效果是：

1、本發明采用兩條輸送線傳送物料，稱為主輸送線和副輸送線。主輸送線和副輸送線在同一端分別設置物料入口，物料分別通過兩個物料入口進入主輸送線和副輸送線，經過配重處理后合并到一條輸送線上，即主輸送線。主輸送線上的物料經過主稱重段輸送帶稱重后進入配重段輸送帶，在這里借助兩條首尾相連的輸送帶拉開空位，以便來自配重緩沖裝置的物料插入。副輸送線上的物料經過稱重以后全部進入主稱重段輸送帶，然后經過控制系統中的物料稱重配重算法模塊的計算，將配重緩沖裝置上選定的物料插入到主輸送線上的空位。應用于自動包裝生產線，作為自動生產線中的配重環節，可提高生產效率和配重的準確率，減輕勞動強度，同時還便于統計和反饋物料的重量數據。

2、本發明控制系統的物料稱重配重算法模塊，便于統計和反饋物料的重量數據。

3、本發明對無差別的物料的情況，增加一個前端篩選機構，將較輕的物料、或較重的物料、或較輕和較重的物料選出放到副通道，以增加配重效率。

附圖說明

圖1是本發明一種自動包裝物料稱重配重系統的配重原理框圖；

圖2是本發明一種自動包裝物料稱重配重系統的平面布置示意圖；

圖3是本發明一種自動包裝物料稱重配重系統的立體圖；

圖4是本發明一種自動包裝物料稱重配重系統中配重緩沖裝置的立體圖。

圖中的序號為：1-主輸送線、1.1-主進料段輸送帶、1.2-主稱重段輸送帶、1.3-配重段輸送帶、1.4-配重輔助段輸送帶、2-副輸送線、2.1-副進料段輸送帶、2.2-副稱重段輸送帶、3-物料入口、4-配重緩沖裝置、4.1-活動框架、4.2-豎向導軌、4.3-物料架、4.4-豎向滑塊、4.5-豎向動力氣缸、4.6-橫向導軌、4.7-橫向移動同步帶、4.8-橫向滑塊、4.9-橫向移動電機、4.10-底座、4.11-物料存放格、5-物料入棧位、6、物料出棧位、7-物料出口、8-物料、9-光電傳感器、10-入棧推送裝置、11-出棧推送裝置。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步詳細描述：

參見圖1-圖4，本發明一種自動包裝物料稱重配重系統的實施例1，包括物料配重輸送線及控制系統，所述物料配重輸送線包括平行排列的主輸送線1和副輸送線2，主輸送線1和副輸送線2在同一端分別設置物料入口3。所述主輸送線1包括主進料段輸送帶1.1、主稱重段輸送帶1.2、配重段輸送帶1.3，配重段輸送帶1.3末端為物料出口。所述副輸送線2包括副進料段輸送帶2.1、副稱重段輸送帶2.2。在主輸送線與副輸送線之間設置配重緩沖裝置4，在副稱重段輸送帶2.1上方設置入棧推送裝置10，入棧推送裝置10用于將副稱重段輸送帶2.1上的物料推到所述配重緩沖裝置4上。在配重緩沖裝置4的一側設置出棧推送裝置11，出棧推送裝置11用于將配重緩沖裝置4上的物料推到主輸送線1的配重段輸送帶1.3上。上述控制系統包括主輸送線控制模塊、副輸送線控制模塊、物料推送控制模塊及物料稱重配重算法模塊。

具體而言：上述配重緩沖裝置4包括活動框架4.1、豎向導軌4.2、物料架4.3、豎向滑塊4.4、豎向動力氣缸4.5、橫向導軌4.6、橫向移動同步帶4.7、橫向滑塊4.8、橫向移動電機4.9及底座4.10，所述物料架4.3通過豎向導軌4.2與豎向滑塊4.4連接在所述活動框架4.1上，豎向動力氣缸4.5豎直設置，且兩端分別與物料架4.3及活動框架4.1連接，通過豎向動力氣缸4.5驅動所述物料架4.3相對于活動框架4.1垂直升降，在此例中，豎向動力氣缸4.5具有3個位置，分別對應于配重緩沖裝置4的上、中、下三層隔板的位置。所述底座上設置橫向導軌4.6，橫向導軌4.6上設置沿其橫向滑動的橫向滑塊4.8，所述活動框架4.1與橫向滑塊4.8連接，所述橫向移動電機4.9設置在底座4.10一端，橫向移動同步帶4.7的轉軸設置在底座4.10的另一端，所述橫向移動同步帶4.7與所述橫向滑塊4.8連接，橫向移動電機4.9驅動橫向移動同步帶4.7帶動活動框架4.1相對于底座4.10左右平移, 所述物料架4.3上設置若干兩側敞口的物料存放格4.11。

上述入棧推送裝置10、出棧推送裝置11所處位置是固定的，而物料架4.3通過左右和上下移動使得物料架4.3中的每一物料存放格4.11都能到達物料入棧位5、物料出棧位6。入棧推送裝置10、出棧推送裝置11均設置推手，所述推手伸縮移動可以采用氣缸、電磁動作器或電機做動力。

參見圖1-圖4，本發明一種自動包裝物料稱重配重系統的實施例2，在實施例1的基礎上，增加了以下裝置：在主輸送線的配重段輸送帶1.3之后設置配重輔助段輸送帶1.4，配重輔助段輸送帶1.4末端為物料出口7。在配重緩沖裝置4一側設置的出棧推送裝置11，其安裝位置與配重輔助段輸送帶1.4對應，用于將配重緩沖裝置4上的物料8推到配重輔助段輸送帶1.4上。另外，還在配重段輸送帶1.3與配重輔助段輸送帶1.4對接的位置上安裝光電傳感器9，光電傳感器9與上述控制系統連接，通過光電傳感器9對物料8進行計數，由控制系統控制配重輔助段輸送帶1.4在準確的位置拉開空位。

對于物料8重量事先沒有預選分類的，在本發明的物料配重輸送線前端增加一個篩選機構，把偏輕（或偏重）的物料選出進入副輸送線2，剩下的物料8進入主輸送線1。也可把重量偏離較大（偏重和偏輕）的物料8選出進入副輸送線2，剩下的物料進入主輸送線1。

本發明第一種利用上述自動包裝物料稱重配重系統的配重方法的實施方式，對兩種重量均值有差別、方差一樣的物料進行配重，讓較輕的物料全部進入主輸送線，較重的物料全部進入副輸送線，以輕重物料的配比來調節配重后每組總重量的均值，使之達到規定的上下限要求；具體包括如下步驟：

(1)以n個物料為一組，副輸送線上的物料經過稱重之后全部進入配重緩沖裝置，保證配重緩沖裝置內待選物料總是達到一定的數量，并在配重緩沖裝置的第一出棧位置配入主輸送線;

(2)主輸送線上的第a個物料在主稱重段輸送帶上略作停留，a包括1,2,……，n-1, 物料稱重配重算法模塊以之前的a-1個物料加上配重緩沖裝置內選取出n-（a-1）個物料的總重量以及加入此物料的a個物料加上緩沖區內選取出n-a個物料的總重量,比較兩個總重量的配重結果;

(3)如果a+（n-a）的配重結果更優，則同時啟動主稱重段輸送帶和配重段輸送帶，讓第a個物料進入配重段輸送帶，舍棄（a-1）+{n-(a-1)}方案，第a+1個物料進入主稱重段輸送帶，重復這樣的計算和比較；如果（a-1）+｛n-（a-1）｝的配重結果更優，則按此方案執行配重操作，即停止主稱重段輸送帶，啟動配重段輸送帶，在配重緩沖裝置的物料出棧位產生空位，將物料稱重配重算法模塊計算選取出的配重緩沖裝置上的物料配入主輸送線。

上述“配重結果更優”是指實際重量與目標重量差值的絕對值最小。

本發明第二種利用上述自動包裝物料稱重配重系統的配重方法的實施方式，對重量具有相同的均值與方差的物料進行配重，物料隨機的進入主輸送線和副輸送線，通過物料稱重配重算法模塊計算，以最優的方式將副輸送線的物料配入主輸送線，具體包括如下步驟：

(1)以n個物料為一組，副輸送線上的物料經過稱重之后全部進入配重緩沖裝置，保證配重緩沖裝置內待選物料總是達到一定的數量，并在配重緩沖裝置的物料出棧位配入主輸送線;

(2)主輸送線上的物料稱重之后直接進入配重段輸送帶，配重位置在配

重緩沖裝置的物料出棧位，即配重輔助段輸送帶的前端，配重段輸送帶上容納足夠數量的物料，并已知這些物料的重量，物料稱重配重算法模塊進行計算，選擇一個最優的配重方案，然后在所需的位置停止配重段輸送帶、運行配重輔助段輸送帶，由光電傳感器對通過的物料進行計數，在準確的位置拉開空位，并在空位中插入配重緩沖裝置上的相應物料。

上述“最優的配重方案”是指實際重量與目標重量差值的絕對值最小。

參見圖1-圖4，本發明一種利用上述自動包裝物料稱重配重系統實施例1的配重方法的具體實施例，本實施例的 n=12，物料8為筒紗。針對成品筒紗進行配重，每12個筒紗包裝成一袋，總重量為25千克，單個筒紗理論重量為2083克。通過生產控制，生產出2種平均重量略有差異的筒紗，例如：較輕的筒紗的平均重量低于理論重量20克，稱為輕筒紗；較重的筒紗的重量高于理論重量15克，稱為重筒紗。使輕筒紗全部進入主輸送線1，重筒紗全部進入副輸送線2。以輕、重筒紗的配比來調節每袋12個筒紗總重量，使之達到規定的均值和上下限。具體包括如下步驟：

(1)副輸送線2上的重筒紗稱重之后全部進入配重緩沖裝置4，控制系統的物料稱重配重算法模塊存儲每個筒紗的重量信息，以備配入主輸送線1;

(2)主輸送線1上的筒紗在稱重段逐一稱重，并送入配重段輸送帶1.3，從第6個筒紗稱重時開始進行配重計算。當第6個筒紗在主稱重段輸送帶1.2稱重時，此時已知主輸送線第1、2、3、4、5、6個筒紗重量、以及配重緩沖裝置4內全部筒紗重量。物料稱重配重算法模塊計算從配重緩沖裝置4選取7個筒紗的各種組合加上主輸送線1上的前5個筒紗能達到的總重量的最優解，稱為“5+7”配重方案。同時也計算從配重緩沖裝置選取6個筒紗的各種組合加上主輸送線1上的前6個筒紗能達到的總重量的最優解，稱為“6+6”配重方案。

(3)如果“5+7”配重方案的結果更接近目標值25kg，則啟動配重段輸送帶1.3不啟動主稱重段輸送帶1.2，使第6個筒紗停留在主稱重段輸送帶1.2，而在第5個和第6個筒紗之間拉出空位。在物料出棧位6，使用出棧推送裝置11將物料稱重配重算法模塊計算好的相應筒紗推入主輸送線1，完成上述“5+7”配重方案。完成配重之后，啟動主稱重段輸送帶1.2，將前述停留在主稱重段輸送帶1.2的第6個筒紗送入配重段輸送帶1.3，作為下一袋的第1個筒紗，重復配重過程。

(4)如果“6+6”配重方案的結果更接近目標值25kg，則同時啟動配重段和稱重段的輸送帶，使第6個筒紗進入配重段，第7個筒紗進入稱重段進行稱重，物料稱重配重算法模塊計算比較“6+6”配重方案與“7+5”配重方案，重復上述計算。以此類推，每次比較“6+6”，“7+5”，“8+4”，“9+3”，“10+2”，“11+1”等配重方案的相鄰2個，若后一個配重方案更優就舍棄前一個配重方案，直至找到最優解。

(5)每袋第1個到第5個筒紗稱重時，副輸送線2運行，補足配重緩沖裝置4上的筒紗，使得配重計算時候，配重緩沖裝置4內的筒紗個數都達到一定數量。

(6)本實施例中配重計算從第6個筒紗開始，根據實際情況，從第任意一個（1到12）開始計算均可，方案類似。由于主輸送線1的筒紗為輕筒紗，副輸送線2的筒紗為重筒紗，則從“5+7”到“11+1”配重方案，總重量呈遞增，因此，總能得到接近目標重量的最優解。

以上所述“最優解”指的是實際重量與目標重量差值的絕對值最小。

為了提高系統運行效率，控制適當的輕、重筒紗的重量均值，使得主輸送線1的筒紗與副輸送線2的筒紗優選配比為10比2，或者，9比3。

參見圖1-圖4，本發明一種利用上述自動包裝物料稱重配重系統實施例2的配重方法的具體實施例，本實施例的物料8為筒紗，本實施例以12個筒紗為一袋，對重量具有相同的均值與方差的筒紗進行配重，使每袋12個筒紗的總重量接近目標重量。筒紗隨機的進入主輸送線1和副輸送線2，通過物料稱重配重算法模塊計算，以最優的方式將副輸送線2的筒紗配入主輸送線1，具體包括如下步驟：

(1)副輸送線2上的筒紗經過稱重之后全部進入配重緩沖裝置4，保證配重緩沖裝置4內待選筒紗總是達到一定的數量，在配重緩沖裝置4的物料出棧位6進入主輸送線1;

(2)主輸送線1上的筒紗逐個稱重之后直接進入配重段輸送帶1.3，配重位置在配重緩沖裝置4的物料出棧位6，即配重輔助段輸送帶1.4的前端，配重段輸送帶1.3上可容納12個筒紗。此時已知全部12個筒紗的重量，物料稱重配重算法模塊計算選取配重緩沖裝置4內若干待選筒紗配入主輸送線1的各種組合，并計算出最接近目標重量的配重方案，并實施該配重方案，具體實施方法如下：例如計算結果為選取4個配重緩沖裝置4內的筒紗配入，則將前8個筒紗送入配重輔助段輸送帶1.4，然后停止配重段輸送帶1.3而啟動配重輔助段輸送帶1.4，在第8個筒紗后方拉出空位，由出棧推送裝置11將4個筒紗從（圖2中右側的）物料出棧位6推入配重輔助段輸送帶1.4上。

另外，可在本實施例的步驟（1）之前增加前端篩選步驟，把偏輕或偏重的筒紗選出進入副輸送線2，剩下的筒紗進入主輸送線1；或者，把重量偏離較大的筒紗選出進入副輸送線2，剩下的筒紗進入主輸送線1。這樣即可使用本發明一種利用上述自動包裝物料稱重配重系統實施例1的配重方法的配重算法。

進一步的，物料稱重配重算法模塊實時監控筒紗的重量均值變化趨勢，

并隨這個趨勢實時調整配重的目標重量，使目標重量在滿足上下限的前提下做輕微調整。

進一步的，物料稱重配重算法模塊記錄下中長期筒紗的重量數據，分析均值和方差的變化趨勢，精簡為關鍵參數并反饋給生產管理者，當數據發生大幅度波動，導致配重無法達到目標值時報警。

本發明配重系統的配重方法本質上是對物料8的一種排列，使一組物料8的總重量的波動變小。因此，用配重后每組總重量的方差與單獨物料8重量的方差之比對配重系統的工作效率進行衡量，稱之為配重效率因數λ，按如下公式來計算：

其中，為配重后每組總重量的方差，為單個物料重量的方差，n為每組包含的物料個數。λ總是在0到1之間，越小表明配重效率越高，上述參數是對本發明配重系統工作效率的一個衡量指標。

當然，上述說明并非是對本發明的限制，本發明也并不限于上述舉例，本技術領域的普通技術人員，在本發明的實質范圍內，所作出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本發明的保護范圍。