一种内壁通气型检测机构的研制

王 江，周大威，耿传熙，张加杰，朱 斌

（迈得医疗工业设备股份有限公司，浙江 台州 317600）

预灌封注射器是一种将“药物储存”和“注射功能”融为一体的注射器，以给药准确、药液利用率高、安全便捷等优势，在欧美国家获得广泛认可和应用[1]。最初国内使用的预灌封注射器大部分依赖进口，但由于国外技术垄断造成价格居高不下，限制了市场扩大。近年来，随着国产技术实现突破以及国内生物制品的快速发展，预灌封注射器在中国的发展势头迅猛。在预灌封注射器生产组装过程中，针尖通堵检测是非常重要的工艺流程，由于针尖的细小及产品生产过程中洁净度要求严格，针尖通堵存的检测更显重要。

本项目通过洁净气源分气、物料精准定位、定向吹气、接近感应检测等技术，向预灌封针筒针尖吹气充足、稳定，提高了针尖通堵检测的准确性。

1 设备的结构及工作原理

1.1 内壁通气型检测机构的整体结构

内壁通气型检测机构装置主要包括顶升机构、气流喷针组件、气流通道和感应机构，如图1 所示。直线电机携预灌封针筒到位后，顶升机构将气流喷枪插入预灌封针筒中，气流通过喷针向预灌封针筒针尖流向，针尖内孔无堵塞时，气流通过针尖，经过气流通道作用在紧贴气流通道出口的金属薄片上，使金属薄片产生形变靠近金属感应器，完成通堵检测。针尖堵塞时，则金属薄片不产生能使金属感应器感应到的形变。本机构完成了预灌封针筒针尖的通堵检测，具有结构简洁、成本低、检测效率高的特点。

图1 通气型检测机构设计图

本研究方案核心在于使用气流压强对感应薄片造成形变，感应器感应金属薄片靠近完成检测，如图2所示，包括洁净气源、气流喷针、气流通道、感应组件。气流截面直径为0.3 mm 的针尖内壁，进入气流通道后对水平方向上厚度为0.05 mm 的SUS304 薄片施加推力。最终实现金属感应器对金属薄片靠近时的感应。

图2 感应薄片检测通气性原理示意图

1.2 内壁通气检测机构的创新点

采用上述技术方案，提高了针尖通堵检测的检测效率与检测准确率，具有结构简单、成本低的特点。调试稳定性好，基本无需再对参数进行调整。

2 内壁通气检测机构控制系统设计

2.1 控制系统整体设计

整台设备的控制系统主要任务是吹气上下伺服运动控制和气流压力控制。通过PLC 控制吹气上下伺服机构实现吹气上下伺服的实时控制[2]。通过稳定的气压来控制吹气阀的吹气压力一定，保证流出针头的气流压力一定来实现推动金属片达到检测效果。触摸屏控制启动和反馈检测结果。整机控制方案如图3 所示。

图3 控制系统方案图

2.2 PLC 控制系统

本设备整体控制系统以PLC 为核心[3]，完成气缸、伺服电机的检测控制、运动控制和指示灯的控制，同时装配Proface 触摸屏实现人机界面交互[4]，硬件模块布局如图4 所示。核心的内壁吹气性检测工艺是通过控制伺服运动控制达到吹气位置，通过稳定的出气量控制通过针筒的流量压力，推动金属片完成检测。图5为伺服操作画面，里面集成了伺服所有可操作动作，伺服原先处于初始位，等待动子到位后，上升到吹气位，在吹气位进行吹气动作，然后进行检测动作。整体控制系统以PLC 为核心，选用了欧姆龙伺服驱动器以及欧姆龙电机、Proface 触摸屏、正泰电器等硬件。

图4 硬件模块布局图

图5 检测上下伺服

整机控制程序较庞大，主要分为公共程序、吹气上下伺服程序和吹气检测控制程序等[4]，能够实现初始化运行、位置控制、吹气检测控制、故障处理等各项任务，PLC 的输出控制主要是通过直接输出或者辅助继电器辅助实现的，相应的IO 信号如表1 所示。

表1 输入输出IO 信号

2.3 人机界面设计

本设备使用了Proface 人机界面，通过与PLC 的组态，能够实现设备运行监控及操作。根据设计的实用性原则，触摸屏画面以自动生产画面为主界面，有设定运行参数、位置参数和手动操作的按钮窗口，能够实现参数的设定及手动操作等。

根据设计的实用性原则，触摸屏画面以生产画面为主界面，下设运动参数、工艺设定等子窗口，通过按钮切换进入。主画面主要显示设备实时工况，如图6 所示。

图6 人机界面主画面

3 结论

本设备通过洁净气源供气，气流道导向、感应器检测实现金属薄片的形变与形变后的感应，实现对针尖通堵的准确检测；同时，通过采用不锈钢材料，大幅提高机构的洁净度与使用寿命，为预灌封针筒的组装提供了很好的实验和中试验证基础。