CN104816954A - 一种龙门式酒醅自动装甑机及装甑方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种龙门式酒醅自动装甑机，包括龙门装甑机器人、装甑执行机构、双目视觉识别系统及控制系统；所述龙门装甑机器人由两条水平的导轨、两根立柱、横梁以及滑枕组成，所述装甑执行机构安装在滑枕上；所述双目视觉识别系统包括输出端分别连接控制系统输入端的跑汽识别红外热像仪和高度识别红外热像仪。本发明的龙门装甑机器人的载重能力好，可以降低对机器人性能的要求，进而降低设备成本投入；采用由平导轨、V型导轨和齿条组合构成的导轨，可承受装甑运动过程中产生的微量位移而导致的位置偏移，从而确保布料补料的准确性，提高蒸馏效果；采用双目识别系统获取料面温度分布和高度，使酒醅均匀，避免气道堵塞压汽，确保蒸馏效果。

Description

一种龙门式酒醅自动装甑机及装甑方法

技术领域

本发明涉及酒醅装甑领域，具体涉及一种龙门式酒醅自动装甑机，还涉及装甑方法。

背景技术

俗话说“生香靠发酵、提香靠蒸馏”，在大曲酒的生产过程中，千百年来一直沿用了甑桶这一蒸馏设备。甑桶为圆台形（花盆状）蒸馏器，上口直径约2m、底口直径约1.8m、高1m左右，上部活动盖与冷却器相接，下部用多孔甑篦子相隔加热器。装甑是将固态发酵成熟的湿粘性固态散状酒醅装入甑桶中，利用高温蒸汽将酒醅中的酒精浓缩分离，提取香味并重新组合的过程。在装甑过程中，甑底通有蒸汽，要求上甑时一层层均匀疏松地铺撒酒醅，做到“轻撒匀铺、探汽上甑、边高中低”，铺撒过程中醅料表层不跑汽，料内气道分布匀散通畅不压汽。目前的自动或半自动上甑装置普遍采用多关节机器人，布料执行机构的料仓装满酒醅时重达数百斤，对多关节机器人的性能要求较高，以致装甑装置的价格高，影响白酒的生产成本；而且布料执行机构普遍不能模拟人工装甑实现定量出料、均匀抛撒布料，影响蒸馏效果；此外，目前还有采用红外相机采集甑桶中的温度分布信息，来判断是否存在跑气现象，进而对跑气区域进行定点补料，但是无法判断甑桶内料面高度，布料执行机构与料面的落差导致补料时酒醅抛洒实际覆盖面积要大于目标区域，而且酒醅抛洒量超出实际需要，进而导致酒醅分布不均匀，很容易出现气道堵塞压汽的现象，影响蒸馏效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种龙门式酒醅自动装甑机及装甑方法，可以解决现有自动或半自动装甑装置的价格高，影响白酒生产成本，以及不能模拟人工装甑实现定量出料、均匀抛撒布料，和无法判断甑桶内料面高度，容易出现气道堵塞压汽的现象，影响蒸馏效果的问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种龙门式酒醅自动装甑机，包括龙门装甑机器人、装甑执行机构、双目视觉识别系统及控制系统；所述龙门装甑机器人由两条水平的导轨、两根立柱、横梁以及滑枕组成，所述两条导轨分别设置于甑桶两侧，所述两根立柱底端分别滑动连接于两条导轨并与X轴驱动机构传动，所述横梁两端分别通过滑板滑动连接于两根立柱并与Z轴升降驱动机构传动，所述滑枕滑动连接于横梁并与Y轴驱动机构传动，所述装甑执行机构通过Z轴微调驱动机构安装在滑枕上；所述双目视觉识别系统包括输出端分别连接控制系统输入端的跑汽识别红外热像仪和高度识别红外热像仪，其中跑汽识别红外热像仪安装在甑桶正上方，高度识别红外热像仪安装在立柱或横梁上，二者从不同角度采集甑桶中的料面信息；所述X轴驱动机构、Z轴升降驱动机构、Y轴驱动机构、Z轴微调驱动机构和装甑执行机构的控制器输入端分别连接控制系统输出端。

本发明的进一步方案是，所述导轨包括H形的底座，所述底座上端面两侧的突起部分别设有平导轨和V型导轨，所述底座上端面的槽中设有齿条；所述立柱下端设有滑车，所述滑车上安装有分别与平导轨和V型导轨配合的车轮，以及与齿条配合的齿轮，所述齿轮与X轴驱动机构传动。

本发明的进一步方案是，所述装甑执行机构包括下端同轴连通有送料槽的料仓，以及同轴贯穿料仓的搅拌轴，所述搅拌轴穿出料仓的上端与驱动电机传动，位于料仓中的上部安装有搅拌松料器，位于送料槽中的下部安装有螺旋送料机构，穿出送料槽的下端连接有旋转抛撒筛，所述驱动电机的控制器输入端连接控制系统输出端。

本发明的更进一步方案是，所述搅拌松料器是连接在搅拌轴上的螺旋叶片，所述螺旋叶片设有三层，每层设有六片。

本发明的更进一步方案是，所述螺旋送料机构是由螺距较小的上部和螺距较大的下部组成的变螺距螺杆。

本发明的更进一步方案是，所述料仓的外壁安装有振动防粘器，所述料仓顶部还安装有料位计，所述旋转抛撒筛下端还安装有距离传感器，所述料位计和距离传感器的输出端连接控制系统输入端。

本发明的更进一步方案是，所述旋转抛撒筛呈碗状，搅拌轴下端从碗口插入并固定连接于碗底；所述旋转抛撒筛的壁上均匀设有多个筛孔。

本发明的进一步方案是，所述控制系统由工控机和PLC可编程逻辑控制器组成，所述跑汽识别红外热像仪和高度识别红外热像仪为红外热像仪，分别通过图像数据处理器连接工控机输入端，所述工控机与PLC可编程逻辑控制器通信，所述X轴驱动机构、Z轴升降驱动机构、Y轴驱动机构、Z轴微调驱动机构和装甑执行机构的控制器输入端分别连接PLC可编程逻辑控制器输出端。

本发明的进一步方案是，所述X轴驱动机构为伺服电机；所述Z轴升降驱动机构是竖直安装的液压缸，其活塞杆顶端与滑板固定连接；所述Y轴驱动机构是与Y轴驱动电机传动的Y轴丝杠，所述Z轴微调驱动机构是与Z轴驱动电机传动的Z轴丝杠，所述装甑执行机构安装在Z轴丝杠的丝母座上。

上述龙门式酒醅自动装甑机的装甑方法，包括以下步骤：

a. 在甑桶底部先撒一层谷壳，再铺两层酒醅，在甑桶底部通入蒸汽；

b. 在蒸汽冒出酒醅表面时，再铺一层酒醅，将甑桶内的酒醅表面划分为多个区域并进行编号，通过双目识别系统获取甑桶内酒醅表面温度分布场，对该温度分布场进行数据滤波、映射变换和二值化处理，得到各区域的特征参数灰度值，将特征参数的灰度值与常态阈值的像素比较，判断是否存在需要跑汽补料的区域，若全部不需要跑汽补料，则再铺一层酒醅；

c. 若步骤b判断有区域需要跑汽补料，则抽取目标特征，将像素分布和亮度、颜色转变为数字化信号，根据像素点之间的位置关系得到需跑汽补料区域的编号进行位置定位，并反馈至装甑机的控制系统进行跑汽补料；

d. 重复执行步骤b、c，直到酒醅层数达到40，装甑机控制系统统计各区域跑汽补料次数，对各区域进行找平补料。

本发明与现有技术相比的优点在于：

一、龙门装甑机器人的载重能力好，可以降低对机器人性能的要求，进而降低设备成本投入，以及白酒的制造成本；

二、每层布料时采用Z轴升降驱动机构以固定值提升装甑执行机构，补料时采用Z轴微调驱动机构实时调整旋转抛撒筛到甑桶中料面的抛撒高度，实现布料、补料更加均匀，提高蒸馏效果；

三、采用由平导轨、V型导轨和齿条组合构成的导轨，可承受装甑运动过程中产生的微量位移而导致的位置偏移，从而确保布料补料的准确性，进一步提高蒸馏效果；

四、在料仓内设置通过电机驱动的搅拌松料器，使料仓内湿粘的酒醅料保持松散状态、避免粘结，保证每次上料均匀和疏松程度保持一致，旋转抛撒筛模拟人工抡锨上甑、逐层装甑布料、补料，进行均匀布料、分层布料、漏汽补料，实现装甑布料、补料区域轻撒匀铺、边高中低的上甑效果；

五、螺旋送料机构是由螺距较小的上部和螺距较大的下部组成的变螺距螺杆，上部小螺距螺杆实现定量送料，下部大螺距螺杆可保证酒醅料在输送中不会堵料，保持酒醅料的疏松，将定量的酒醅料送入旋转筛进行抛撒，进一步提高上甑效果；

六、采用双目识别系统，两台红外热像仪从不同角度采集甑桶中的料面信息，可以准确获取料面温度分布和高度，进而提高补料的精确度，使酒醅分布均匀，避免出现气道堵塞压汽的现象，确保蒸馏效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为导轨2结构示意图。

图3为立柱及横梁的结构示意图。

图4为横梁及装甑执行机构的结构示意图。

图5为图4的A向视图。

图6为装甑执行机构的结构示意图。

图7为布料区域划分示意图。

图8为布料流程图。

具体实施方式

如图1~5所示的一种龙门式酒醅自动装甑机，包括龙门装甑机器人、装甑执行机构7、双目视觉识别系统及由工控机和PLC可编程逻辑控制器组成的控制系统。

所述龙门装甑机器人由两条水平的导轨2、两根立柱4、横梁5以及滑枕6组成，所述两条导轨2分别设置于甑桶1两侧，每条导轨2包括H形的底座16，所述底座16上端面两侧的突起部分别设有平导轨13和V型导轨14，所述底座16上端面的槽中设有齿条15，所述立柱4下端设有滑车3，所述滑车3上安装有分别与平导轨13和V型导轨14配合的车轮，以及与齿条15配合的齿轮，所述齿轮与作为X轴驱动机构8的伺服电机传动，所述滑车3前、后方分别设有输出端连接控制系统输入端的超声波传感器，用来防止运动时碰到障碍物；所述横梁5两端分别通过滑板10滑动连接于两根立柱4，所述滑板10与竖直安装的液压缸活塞杆顶端固定连接，所述液压缸作为Z轴升降驱动机构17；所述滑枕6滑动连接于横梁5，并与Y轴丝杠11传动，所述Y轴丝杠11与Y轴驱动电机9传动；所述滑枕6上安装有由Z轴驱动电机12传动的Z轴丝杠25，所述装甑执行机构7安装在Z轴丝杠25的丝母座18上。在导轨2、横梁5和滑枕6上分别安装有X轴行程开关19、Y轴行程开关21、Z轴行程开关23，其中导轨2上的X轴行程开关19用于对甑桶中心进行定位，横梁5上的Y轴行程开关21用于保证滑枕6沿横梁5作横向往返运动，装甑执行机构7不会与甑桶1发生碰撞，滑枕6上的Z轴行程开关23用于保证装甑执行机构7沿Z轴丝杠25的丝杠副升降时，不超出调整范围，始终保持在合适的抛撒范围内。在导轨2、横梁5和滑枕6上还分别安装有X轴激光测距仪20、Y轴激光测距仪22、Z轴激光测距仪24，其中导轨2上的X轴激光测距仪20实时测量装甑执行机构7在X轴方向上的抛撒坐标，横梁5上的Y轴激光测距仪22实时装甑执行机构7在Y轴方向上的抛撒坐标，滑枕6上的Z轴激光测距仪24实时装甑执行机构7与滑枕6之间的相对坐标。

为保证装甑定位精度和运动精度、减轻冲击能量，在横梁5与滑枕6之间装有Y轴移动滚轮26和Y轴支撑滚轮27，二者与横梁6之间的预紧及间隙，通过调整其偏心轴来实现。

所述双目视觉识别系统包括跑汽识别红外热像仪和高度识别红外热像仪，其中跑汽识别红外热像仪安装在甑桶正上方，高度识别红外热像仪安装在立柱4或横梁5上，二者从不同角度采集甑桶中的料面信息。

如图2所示的所述装甑执行机构7包括下端同轴连通有送料槽77的料仓74，以及同轴贯穿料仓74的搅拌轴71，所述搅拌轴71穿出料仓74的上端与驱动电机72传动，位于料仓74中的上部安装有搅拌松料器73，位于送料槽77中的下部安装有螺旋送料机构75，穿出送料槽77的下端连接有旋转抛撒筛76，所述驱动电机72的控制器输入端连接控制系统输出端。所述搅拌松料器73是连接在搅拌轴71上的螺旋叶片，所述螺旋叶片设有三层，每层设有六片。所述螺旋送料机构75是由螺距较小的上部和螺距较大的下部组成的变螺距螺杆；所述旋转抛撒筛76呈碗状，搅拌轴71下端从碗口插入并固定连接于碗底；所述旋转抛撒筛76的壁上均匀设有多个筛孔。所述料仓74的外壁安装有振动防粘器78，可保证湿、粘的酒醅料顺利下落，不会粘在料仓74上；所述料仓74顶部还安装有电容传感料位计79，用于实时检测料仓74内的酒醅料高度，控制进料过程；所述旋转抛撒筛76下端还安装有距离传感器，用于实时检测旋转抛撒筛76到甑桶中料面的距离，动态调整Z轴方向的抛撒高度，以确保补料时每层酒醅料抛撒均匀；所述料位计79和距离传感器的输出端连接控制系统输入端。

所述工控机与PLC可编程逻辑控制器通信，工控机作为上位机，主要完成待装甑桶内酒醅料的数据采集、酒醅图像的数据融合、抛撒酒醅料层的温度、漏汽部位的检测、装甑执行机构7姿态数据的采集、处理和插补运算等数据处理过程，PLC可编程逻辑控制器作为现场控制器，主要完成龙门装甑机器人的运动控制，并且把装甑执行机构7运转的实时信息通过RS232通讯数据线传送给对应的人机界面，使用触摸屏对装甑执行机构7的运转进行监控，工作时直接通过触摸屏对装甑执行机构7进行操作控制。

在龙门装甑机器人的导轨2之间放置两个甑桶，装满一个甑桶后再为另一个甑桶装甑布料，而装满的甑桶进行卸料，可以提高工作效率。

上述龙门式酒醅自动装甑机的装甑方法，包括以下步骤：

a. 根据装甑工艺要求，装甑前放干甑桶底部的水，检查甑桶底部确保蒸汽孔的穿孔率达100%；在甑桶底部先撒一层谷壳，再铺两层厚度5cm左右的酒醅，覆盖甑桶底部的蒸汽孔，然后打开蒸汽阀门，在甑桶底部通入蒸汽；

b. 在蒸汽冒出酒醅表面时，再铺一层酒醅，将甑桶内的酒醅表面划分为如图7所示的十一个区域并进行编号，通过双目识别系统获取甑桶内酒醅表面温度分布场，对该温度分布场进行数据滤波、映射变换和二值化处理，得到各区域的特征参数灰度值，将特征参数的灰度值与常态阈值的像素比较，判断是否存在需要跑汽补料的区域，若全部不需要跑汽补料，则再铺一层酒醅；

c. 若步骤b判断有区域需要跑汽补料，则抽取目标特征，将像素分布和亮度、颜色转变为数字化信号，根据像素点之间的位置关系得到需跑汽补料区域的编号进行位置定位，并反馈至装甑机的控制系统进行跑汽补料；

d. 重复执行步骤b、c，直到酒醅层数达到40，装甑机控制系统统计各区域跑汽补料次数，对各区域进行找平补料。

Claims (10)

1.一种龙门式酒醅自动装甑机，其特征在于：包括龙门装甑机器人、装甑执行机构（7）、双目视觉识别系统及控制系统；所述龙门装甑机器人由两条水平的导轨（2）、两根立柱（4）、横梁（5）以及滑枕（6）组成，所述两条导轨（2）分别设置于甑桶（1）两侧，所述两根立柱（4）底端分别滑动连接于两条导轨（2）并与X轴驱动机构（8）传动，所述横梁（5）两端分别通过滑板（10）滑动连接于两根立柱（4）并与Z轴升降驱动机构（17）传动，所述滑枕（6）滑动连接于横梁（5）并与Y轴驱动机构传动，所述装甑执行机构（7）通过Z轴微调驱动机构安装在滑枕（6）上；所述双目视觉识别系统包括输出端分别连接控制系统输入端的跑汽识别红外热像仪和高度识别红外热像仪，其中跑汽识别红外热像仪安装在甑桶正上方，高度识别红外热像仪安装在立柱（4）或横梁（5）上，二者从不同角度采集甑桶中的料面信息；所述X轴驱动机构（8）、Z轴升降驱动机构（17）、Y轴驱动机构、Z轴微调驱动机构和装甑执行机构（7）的控制器输入端分别连接控制系统输出端。

2.如权利要求1所述的一种龙门式酒醅自动装甑机，其特征在于：所述导轨（2）包括H形的底座（16），所述底座（16）上端面两侧的突起部分别设有平导轨（13）和V型导轨（14），所述底座（16）上端面的槽中设有齿条（15）；所述立柱（4）下端设有滑车（3），所述滑车（3）上安装有分别与平导轨（13）和V型导轨（14）配合的车轮，以及与齿条（15）配合的齿轮，所述齿轮与X轴驱动机构（8）传动。

3.如权利要求1所述的一种龙门式酒醅自动装甑机，其特征在于：所述装甑执行机构（7）包括下端同轴连通有送料槽（77）的料仓（74），以及同轴贯穿料仓（74）的搅拌轴（71），所述搅拌轴（71）穿出料仓（74）的上端与驱动电机（72）传动，位于料仓（74）中的上部安装有搅拌松料器（73），位于送料槽（77）中的下部安装有螺旋送料机构（75），穿出送料槽（77）的下端连接有旋转抛撒筛（76），所述驱动电机（72）的控制器输入端连接控制系统输出端。

4.如权利要求3所述的一种龙门式酒醅自动装甑机，其特征在于：所述搅拌松料器（73）是连接在搅拌轴（71）上的螺旋叶片，所述螺旋叶片设有三层，每层设有六片。

5.如权利要求3所述的一种龙门式酒醅自动装甑机，其特征在于：所述螺旋送料机构（75）是由螺距较小的上部和螺距较大的下部组成的变螺距螺杆。

6.如权利要求3所述的一种龙门式酒醅自动装甑机，其特征在于：所述料仓（74）的外壁安装有振动防粘器（78），所述料仓（74）顶部还安装有料位计（79），所述旋转抛撒筛（76）下端还安装有距离传感器，所述料位计（79）和距离传感器的输出端连接控制系统输入端。

7.如权利要求3所述的一种龙门式酒醅自动装甑机，其特征在于：所述旋转抛撒筛（76）呈碗状，搅拌轴（71）下端从碗口插入并固定连接于碗底；所述旋转抛撒筛（76）的壁上均匀设有多个筛孔。

8.如权利要求1所述的一种龙门式酒醅自动装甑机，其特征在于：所述控制系统由工控机和PLC可编程逻辑控制器组成，所述跑汽识别红外热像仪和高度识别红外热像仪为红外热像仪，分别通过图像数据处理器连接工控机输入端，所述工控机与PLC可编程逻辑控制器通信，所述X轴驱动机构（8）、Z轴升降驱动机构（17）、Y轴驱动机构、Z轴微调驱动机构和装甑执行机构（7）的控制器输入端分别连接PLC可编程逻辑控制器输出端。

9.如权利要求1或8所述的一种龙门式酒醅自动装甑机，其特征在于：所述X轴驱动机构（8）为伺服电机；所述Z轴升降驱动机构（17）是竖直安装的液压缸，其活塞杆顶端与滑板（10）固定连接；所述Y轴驱动机构是与Y轴驱动电机（9）传动的Y轴丝杠（11），所述Z轴微调驱动机构是与Z轴驱动电机（12）传动的Z轴丝杠（25），所述装甑执行机构（7）安装在Z轴丝杠（25）的丝母座（18）上。

10.如权利要求1~9任一项所述龙门式酒醅自动装甑机的装甑方法，其特征在于包括以下步骤：

a. 在甑桶底部先撒一层谷壳，再铺两层酒醅，在甑桶底部通入蒸汽；

b. 在蒸汽冒出酒醅表面时，再铺一层酒醅，将甑桶内的酒醅表面划分为多个区域并进行编号，通过双目识别系统获取甑桶内酒醅表面温度分布场，对该温度分布场进行数据滤波、映射变换和二值化处理，得到各区域的特征参数灰度值，将特征参数的灰度值与常态阈值的像素比较，判断是否存在需要跑汽补料的区域，若全部不需要跑汽补料，则再铺一层酒醅；

c. 若步骤b判断有区域需要跑汽补料，则抽取目标特征，将像素分布和亮度、颜色转变为数字化信号，根据像素点之间的位置关系得到需跑汽补料区域的编号进行位置定位，并反馈至装甑机的控制系统进行跑汽补料；

d. 重复执行步骤b、c，直到酒醅层数达到40，装甑机控制系统统计各区域跑汽补料次数，对各区域进行找平补料。