数码电子雷管引火元件全自动生产技术及其应用

袁春井,刘清云,任春培,任常胜 

摘要：电子雷管具备的“联网检测、密码起爆、智能控爆、爆后反馈”等功能特点，在减少爆破振动、提高爆破效率、有效遏制私制爆炸物品、防止使用环节非法流失等方面都具有独特技术优势。国家民爆行业十四五发展规划中明确指出，全面推广使用电子雷管，并出台一系列政策措施，为电子雷管的快速切换提供了制度支撑。电子雷管作为民爆器材，本身具有易燃、易爆、有毒、有害等特性，在制造过程中涉危涉爆危险工序较多，自动化无人化生产技术在减轻繁重的体力劳动、实现人机隔离、保证安全生产质量，提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。涂药头涉及危险药剂，属于涉危涉爆危险工序，全自动涂药头技术符合民爆行业发展方向，这一技术在民爆行业发展的大趋势下一呼即出。

关键词：中国制造2025、互联网+、引火元件、MES系统、蘸药、电子雷管

引言：

现有电子雷管引火元件的生产大多是采用人工生产或半自动化加工的方式，生产效率较低，所生产的产品质量难以保证，而且生产过程存在较大的安全隐患。因此研究开发全自动、人机隔离操作的全连续自动化电子雷管引火元件生产线具有现实的重要意义。

电子雷管引火元件生产全过程自动化装配是民爆行业技术改造的方向和难点，通过对电子雷管引火元件自动化生产技术进行研发，提升了民爆起爆器材生产过程自动化程度，降低了安全风险，打通电子雷管全流程的自动化智能化生产具有十分重要的意义。

随着“中国制造2025”和“互联网+”战略的实施，民爆行业生产控制模式已由小作坊向连续化、自动化方向快速转型。新技术、新设备、新工艺被广泛采用，民爆产品实现信息化、智能化、无人化技术生产以不可阻挡的趋势向我们走来。

引火元件全自动生产技术符合民爆行业相关GB28263、GB50089等标准要求，其中的加药、搅拌、蘸涂等危险岗位实现人机隔离生产；以气动装置为主，辅助采用高精度（防爆）伺服电机；与危险物品接触部件选用防静电材质；危险工序之间防爆钢板隔断；传送过程控制安全距离；药量自动监测与设备联锁控制，实现自动化、智能化、信息化的集成。

引火元件全自动化生产技术装备的自动化功能：包括自动上、下料、自动搅拌、自动加料、自动蘸药、自动烘干、自动蘸药、涂防潮层、自动检测等各组成工序均自动操作，无需人工干预；辅助操作人员仅需为成套设备提供外围加料、收料、巡查、故障排除。

智能化功能：包括具备关键生产工艺环节的故障自诊断及处置、关键数据采集记录、运行状态记录、现场控制屏上的信息可显示到上层控制台、关联环境状态的安全联锁及报警、产品计数及效核、与上层主控制器及MES系统数据交互、安全质量参数曲线图和实时记录显示生产及设备的相关数据的功能。实现设备、物料自动跟踪检测与提醒；开机前提示需要检查项目，强制操作者对关键部位的可靠性进行检查与验证；定时提示到期需要更换的易损件；定时提示中、大型维护保养内容；系统内置语音芯片能讯速播报出故障点并在触屏上对故障位置进行图示提醒；根据客户要求设计不同操作权限。

信息化功能：建立数码电子雷管引火元件质量检测数据库，方便质量溯源与追踪；可实现远程通讯云监控，方便管理者实时监控查询设备生产运行情况；开停机时间、产品规格及生产量、合格率等数据自动传送至管理人员；可远程协助设备维护、修改控制程序，实现与客户零距离接触。

一、引火元件全自动生产技术项目研究内容

新研发的电子雷管引火元件全自动化生产线，实现电子雷管引火元件的智能化、柔性化生产，实现电子雷管引火元件吸盘自动上料、自动一、二次蘸药、自动加药、在线药头质量及引火元件质量检测及标示、自动防潮层蘸涂、自动烘干、自动传输、自动回模、安全防护等功能，相关关键生产工艺环节的故障自诊断及处置、关键数据采集记录、运行状态记录、现场控制屏上的信息可显示到上层控制台、关键重点质量控制点报警、产品计数、与上层主控制器及MES系统数据交互、设备的相关数据的记录功能。

二、解决的关键问题

1、解决电子雷管引火元件蘸药成型问题。

本项目拟实现电子雷管引火元件蘸药成型工序的连续化、自动化生产，必须克服因药剂的浓度与挥发等不可控特征与自动化生产矛盾的关键技术问题，电子雷管引火元件药头因药剂的浓度与挥发等原因加工后外形不规则，难以定形，而自动化生产设备对于材料或控制要求却有较高的要求。正是这些技术问题阻碍了现有在研设备的自动化、连续化程度，迫使研制单位退而求其次采用人工蘸药工艺。

电子雷管引火元件蘸药是将药剂蘸涂到引火元件上，其大小、成型均是依靠操作工熟练程度来保证。因此解决这一关键技术问题的实质是如何运用程序和机械动作来代替手工操作的灵活性。要确保药头的成型就必须设计出十分柔性的机械手和编制合理的软件操作程序。

2、解决电子雷管引火元件药头烘干与在线涂防潮漆的兼容性问题。

实现电子雷管引火元件药头烘干与在线涂防潮漆的无缝衔接，减少模具与治具之间的转移，简化设备，提高设备的可靠性。

三、技术路线与技术方案

结合长期生产过程中积累的工作经验和工艺路线，在工艺引领下，进行合理的工艺布局规划，同时为了满足行业发展指导意见要求，生产线从设计之初，就按照少人化、无人化设计，减少作业流程中人员与危险品的直接接触。全线只有引火元件上料与空模上料需要人工上料，人工将整板的引火元件（200发/板）进行多层堆放在设备的上料位置，一次可完成5000发引火元件上料。

项目设备系统的技术路线和工艺路线如下：

设备系统的技术路线

工艺路线图

电子雷管引火元件全自动化生产技术，包括依次设置的引火元件上料单元、引火元件传输单元、一次蘸药单元、一次冷风定型单元、一次烘干单元、二次蘸药单元、二次冷风定型单元、二次烘干单元、涂防潮层单元、涂防潮层烘干单元和引火元件下料单元；

电子雷管引火元件上料单元的结构如图1所示，包括：引火元件存放工位、机械手吸盘抓取机构、空吸塑盘转运机构、引火元件上模工位，引火元件切边工位、电阻检测工位、视觉检测工位、装模工位、预留返空工位等，其中引火元件存放工位用于引火元件的吸塑盘存放，空吸塑盘转运机构用于将空吸塑盘从引火元件存放工位转运到空吸塑盘放置工位，引火元件转运机构用于将引火元件从吸塑盘中取出，并放置到引火元件上料工位；

图1

全线只有引火元件上料与空模上模需要人工作业外，其余均由设备自行作业，空模上模是由人工将空的模具堆叠存放到自动上模平台上，由设备自行分模，人工将整盘的引火元件（200发/盘）进行多层堆放（25层）在设备的上料位置，由机械手吸盘抓取机构将其抓取并放置到引火元件上模工位转盘的卡具上，卡具随着转盘可以按照设定的角度进行旋转，当旋转至引火元件切边工位，该工位的切边装置对引火元件边框进行剪切，同时机械手吸盘抓取机构继续将引火元件进行抓取并放置下一工位旋转过来的卡具上，切边后的引火元件旋转到电阻检测工位，进行电性能检测，然后旋转到下一视觉检测工位进行视觉检测，检测合格后的引火元件通过装模机械手，将其抓取到转运模具中（模具是240发/模），通过转运模具将其传输至一次蘸药工位。转盘机构外围对应的工位设置有机械手吸盘抓取机构、切边机构、电阻检测机构、视觉检测机构、装模机械手、以及预留的空的返回工位，各个工位可同时工作，工作节拍匹配，确保上模、切边、电阻检测、视觉检测、装模等工位能够同时工作，确保了工作效率。

一次蘸药单元结构如图2所示，一次蘸药处的药槽内，设有搅拌桨，在设备运行过程中不停的旋转搅拌，放置药剂沉降，每次蘸药后，药槽都会自动适量的添加药剂，然后通过刮平机构将其药剂液面刮平，确保下次蘸药的液面齐平，刮出的药剂自动流入外侧打的药剂槽内，通过泵将其将其输送到加药槽内，实现循环利用。

蘸药处，采用多个双排四列机械手抓，可以同时从转运模具取出或是放置多个多组引火元件，旋转式蘸涂机构采用的双排双列的机构，与双排四列的机械手抓配合使用，确保一次性上下多组引火元件，便于提升蘸涂的效率。双排四列机械手抓先将引火元件从转运模具中取出，然后放置到旋转式蘸涂机构的卡槽内，蘸涂完成药剂后，双排四列机械手抓将其取下放置到转运模具中，同时另外一个双排四列机械手抓将其抓取的引火元件放置到旋转式蘸涂机构的卡槽内进行机械蘸涂药剂。这样两个双排四列的机械手交替于旋转式蘸涂机构进行对接，减少蘸涂过程中的等待时间，提升了设备的运行效率。

图2

蘸涂完成后的整模引火元件传输到风冷机构下方进行风冷定型，确保蘸涂后的药剂在引火元件上能够快速的成型，放置药剂的流淌。然后，将其推送到烘柜中进行烘干作业。

烘干单元结构如图3所示烘柜采用多层式结构，通过自动化控制系统控制引火元件按照先进先出的原则进行烘干作业，保证各个层次的烘干时间基本一致。

图3

伺服电机驱动升降式传输机，进行升降，控制程序通过逻辑运算，控制能够在线实时计算和分析各层烘仓的状态，通过逻辑控制，按照先进先出的原则，控制引火元件烘干时间。

烘干后的引火元件流入下一道工序进行视觉检测，视觉检测合格后进行第二次蘸药。

二次蘸药单元、涂防潮层（漆）单元的结构基本与一次蘸药单元和烘干单元相同，只是工艺上使用的药剂、药量、烘干的温度、风速、以及时间有所不同，其动作及方式和工作原理基本一致；              完成三次蘸涂后，产品经过烘干，经过验收合格后产品送入引火元件下料单元。                           

图4

引火元件下料单元烘干单元结构如图4所示，需要引火元件转运模具下模机构、引火元件AGV转运小车；转运料仓、伺服电机等配合工作。将烘干成品引火元件转运模具从下向上推入转运料仓内，工作过程中，通过伺服电机驱动转运料仓升降，直至转运料仓内排满引火元件，伺服电机将运行，带动转运料仓下降，将其放置到引火元件转运AGV小车上。另外的转运小车带着空的转运料仓再次进入引火元件转运模具下模机构，进行下一转运料仓的装模。

四、创新点

1、电子雷管引火元件由手工生产线转换为连续化生产线。

本项目通过解决解决电子雷管引火元件蘸药成型问题，克服电子雷管引火元件药头烘干与在线涂防潮漆的兼容性问题，借助机械手与应用程序，自动抓取与排放引火元件，使线材加工模块与装配模块无缝连接，实现数码电子雷管引火元件连续化、自动化生产，减少操作人员，减轻劳动强度。

2、设计开发一种兼具运输治具功能的引火元件模具。

本项目设计为在线引火元件模具，拟将引火元件模具与后端工序使用的运输治具统一起来。减少模具与治具之间的转移，简化设备，提高设备的可靠性。

3、采用视觉检测技术对引火元件贴片质量以及药头外观质量进行检测。

目前电子雷管引火元件生产过程中，其引火元件、药头质量都是采用通电检测和采用人工取样进行外观目视检测。这种检测方式对于引火元件贴片、药头质量，只能抽样目视检测，难以做到100%检测。本项目拟采用先进的视觉检测技术，能全数、逐个对引火元件贴片、药头的外观质量进行检测，及时发现引火元件贴片、药头外观的质量问题，及时剔除不合格品，有效保证数码电子雷管质量。

4、建立电子雷管质量追溯系统。

本项目所开发的自动化生产线，设置多道检测工序，可以对引火元件贴片、引火元件电阻、药头外观质量进行检测。本项目拟收集、加工、处理以上图形与数字信息，建立生产信息、质量信息数据库，开发一种用于追溯产品质量问题信息系统。对于用户使用过程中反映的质量问题，能方便的通过有关信息，追溯至生产现场，查找质量问题的原因，改进生产与质量管理体系。

5、严格安全标准，隔爆间内、外选用防爆电器设备

根据GB50089规定，电子雷管隔爆间内危险等级为1.2级，电气危险场所划分为Ｆ1区；隔爆间外危险等级为1.4级，其与隔爆间内视为采用密实隔墙隔离，电气危险场划分为Ｆ2区。按照安全规范要求，隔爆间内、外均应选用相应的防爆电器设备，但是目前市场上同类型设备普遍采用的是普通型电器设备，钢板间外未选用防爆接线箱。本项目所开发的生产线严格执行安全标准，隔爆间内选用防爆型电机、防爆接线箱；隔爆间外选用防爆接线箱，并对电机进行安全防护处理。

五、结果与讨论

1、经济效益

现有电子雷管引火元件生产的各工序采用纯人工的生产方式，在完成年产1000万发数码电子雷管的条件下，各工序用人情况如下，合计不少于16人：涂药头：合计10人，涂防潮漆：合计5人，引火元件收集：合计1人。

本项目所开发的自动化生产线定员约为3人，其中1人加药、1人巡视、1人辅助上料（引火元件与转运模具）。本项目与现有数码电子雷管引火元件生产方式相比，在年产1000万发条件下，最少可节省13名操作人员，按人均7万元（含五险一金）计算，可节省人工成本约91万元。

生产线集成了数码电子雷管组装的大部分工序，生产线外形尺寸约为：16.8m（长）×1.5m（宽）×2.2m(高)，与原有分散的单台设备组成的生产线相比，将大大减少占地面积，减少工房投资。

2、社会效益

1）促进工业雷管（电子雷管）生产的技术进步。

现有民爆行业关于数码电子雷管的研究成果，未见有较为完整解决电子雷管引火元件各部件再加工、组装装配的自动化技术方案。本项目研究开发电子雷管引火元件自动生产线，实现一次同时对20发电子雷管引火元件药头蘸涂，在线自动上下料、在线烘干、在线涂防潮漆，其它工序均实现无人化自动生产，提供了一套完整解决电子雷管引火元件的自动化技术方案，促进了工业雷管（电子雷管）生产的技术进步。

2）提高电子雷管的产品质量。

本项目由设备进行在线多种检测、在线蘸药、在线烘干、在线涂防潮漆的情况下，不受人为因素影响，所生产的产品质量及尺寸的一致性将大幅度提高。此外，本项目设备采用了CCD视觉识别检测技术，对引火元件质量、药头外观质量、进行100%的检测，当出现某项指标偏差时，系统将报警提示处理，有效地保证了数码电子雷管的产品质量。

3）减轻劳动强度，提高生产效率。

本项目设备是代替人工完成上下料、蘸药、烘干、涂防潮漆，减轻劳动强度，并大幅提高产量。

六、 结论

综上所述，电子雷管引火元件全自动生产技术及其应用，其总体技术方案比较新颖、科学、合理，整体技术水平站位高，具有较强的创新性。在行业的应用实现了电子雷管引火元件的一体化、少（无）人化、智能化生产，提高了劳动生产率，降低了作业人员劳动强度，为数码电子雷管的生产前段工序的提供一套较为完整的解决方案，具有显著的经济和社会效益，推动数码电子雷管装备技术水平的提升，推动行业技术进步，促进行业技术升级改造。

参考文献

李志雄、王文斌 电子雷管用电引火元件探究   广东化工2016 ，11（43）：145-146