潘紹明 ，羅功坤，蔡啟仲

PAN Shao-ming, LUO Gong-kun, CAI Qi-zhong

（廣西工學(xué)院，柳州 545006）

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)商品貼標(biāo)是已成為商品生產(chǎn)中不可缺少的環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在商品標(biāo)簽的材質(zhì)、形狀很多，被貼標(biāo)對(duì)象的類型、品種也很多，貼標(biāo)要求也不盡相同，而且對(duì)貼標(biāo)的速度要求越來越高，單靠人工手工貼標(biāo)簽，已經(jīng)無法滿足社會(huì)的需求。慢慢的，貼標(biāo)簽由人工手工貼標(biāo)轉(zhuǎn)化到自動(dòng)化的機(jī)械控制貼標(biāo)。這樣就改善了很多生產(chǎn)方面的問題。貼標(biāo)機(jī)是產(chǎn)品包裝實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化的根本保證，因此貼標(biāo)機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中起到相當(dāng)重要的作用。

全自動(dòng)平面貼標(biāo)機(jī)是一款在產(chǎn)品的平面上貼上不干膠標(biāo)簽的自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)，此類儀器可以直接連接生產(chǎn)流水線，自動(dòng)完成產(chǎn)品的輸送、產(chǎn)品定位、標(biāo)簽出標(biāo)、產(chǎn)品貼標(biāo)、標(biāo)簽撫壓、成品輸出等工作。雖然貼標(biāo)機(jī)與人工貼標(biāo)相比無論在貼標(biāo)精度還是效率方面都有很大的提高，但是就目前社會(huì)自動(dòng)化的發(fā)展形勢(shì)來看，現(xiàn)有的貼標(biāo)機(jī)貼標(biāo)速度還是不能滿足社會(huì)發(fā)展的要求，迫切需要研發(fā)出更高精度，更高效率的貼標(biāo)機(jī)，這就要求對(duì)貼標(biāo)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善，對(duì)電控方法進(jìn)行優(yōu)化改革。 本文設(shè)計(jì)的貼標(biāo)機(jī)由常規(guī)的步進(jìn)電機(jī)換成伺服電機(jī)，步距更加準(zhǔn)確，使貼標(biāo)機(jī)出標(biāo)速度、輸送速度更穩(wěn)定，更高, 系統(tǒng)采用了PLC控制技術(shù)，其控制邏輯是以程序方式放在存儲(chǔ)器中要改變控制邏輯，只需改變程序即可，系統(tǒng)連線少、體積小、功耗小、速度快，并且采用半導(dǎo)體集成電路做定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體震蕩產(chǎn)生，精度高，定時(shí)范圍寬，修改方便，不受環(huán)境影響。

1 貼標(biāo)機(jī)的功能分析和總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)功能的功能分析

本貼標(biāo)機(jī)的用途：使用不干膠標(biāo)簽對(duì)紙盒進(jìn)行貼標(biāo)。紙盒與貼標(biāo)材料規(guī)格：紙盒尺寸是62×62×l8(mm)，紙盒內(nèi)裝有一圓形(60×15(mm))的鋁質(zhì)工件：貼標(biāo)材料是不干膠標(biāo)簽卷筒，每張標(biāo)簽的尺寸是50×45(mm)。紙盒、標(biāo)簽卷和貼標(biāo)后的成品外觀圖如圖1所示，而標(biāo)簽分布如圖2所示：

圖1 紙盒、貼標(biāo)材料和成品

圖2 標(biāo)簽分布圖

設(shè)計(jì)的貼標(biāo)機(jī)需滿足以下功能要求：

l）可將不干膠標(biāo)簽可靠地貼在紙盒的上表面。要完成這一功能，系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)以下操作：對(duì)被貼標(biāo)件紙盒的運(yùn)送和準(zhǔn)確定位，貼標(biāo)材料不干膠標(biāo)簽的精確進(jìn)給，標(biāo)簽從標(biāo)簽紙帶上的剝離，標(biāo)簽被牢固地貼在紙盒上，以及在貼標(biāo)完成后，成品能被順利輸出。

2）全自動(dòng)的連續(xù)貼標(biāo)。貼標(biāo)過程中的各項(xiàng)操作，均為自動(dòng)執(zhí)行，無需人工干預(yù)，并可通過控制系統(tǒng)完成對(duì)各操作動(dòng)作的協(xié)調(diào)控制和連續(xù)執(zhí)行。

3）較低的設(shè)計(jì)和制造成本。使用傳感器、伺服電機(jī)、調(diào)速電機(jī)、PLC、熔斷器設(shè)計(jì)電路，使用數(shù)量少，搭配合理，降低整個(gè)貼標(biāo)機(jī)的設(shè)計(jì)和制造成本，使其具有較好的推廣性。

4）具有緊湊的機(jī)械結(jié)構(gòu)。根據(jù)PLC的控制機(jī)理以及調(diào)速電機(jī)、伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，簡(jiǎn)化貼標(biāo)機(jī)傳動(dòng)裝置，合理安排貼標(biāo)機(jī)各機(jī)構(gòu)的布局，使所設(shè)計(jì)的貼標(biāo)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間位置小，使用方便。

1.2 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)

1.2.1 工藝分析

選擇和擬定工藝過程是貼標(biāo)機(jī)設(shè)計(jì)第一階段的任務(wù)，是貼標(biāo)機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。工藝過程方案是否合理和先進(jìn)，將直接影響所研制的貼標(biāo)機(jī)結(jié)構(gòu)、外形尺寸、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式和貼標(biāo)質(zhì)量。本貼標(biāo)機(jī)為多工位貼標(biāo)機(jī)，其貼標(biāo)運(yùn)動(dòng)是間歇運(yùn)動(dòng)，工藝路線為階梯型，即在貼標(biāo)過程中兼有豎直和水平兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，采用"刷貼法"完成貼標(biāo)動(dòng)作。根據(jù)系統(tǒng)功能需求可將整個(gè)貼標(biāo)過程分為以下五道工序，如圖3所示：

圖3 貼標(biāo)工序圖

1.2.2 貼標(biāo)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

貼標(biāo)機(jī)作為自動(dòng)工作機(jī)中的一個(gè)特定的類型，它具有一般自動(dòng)工作機(jī)的基本共性，在結(jié)構(gòu)上包括驅(qū)動(dòng)元件、工作機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和自動(dòng)控制裝置系統(tǒng)四大部分。同時(shí)貼標(biāo)機(jī)也具有其自身的一些特點(diǎn)，根據(jù)本貼標(biāo)機(jī)的工藝，可將貼標(biāo)機(jī)的結(jié)構(gòu)劃分為以下五個(gè)部分，各子部分分別完成各自的功能，并協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)貼標(biāo)機(jī)功能。如圖4所示：

圖4中所示的5個(gè)工作機(jī)構(gòu)都是要完成對(duì)紙盒貼標(biāo)而使用的專門機(jī)構(gòu)，其中輔助操作機(jī)構(gòu)包括紙盒輸送裝置、貼標(biāo)材料輸送裝置和成品取出機(jī)構(gòu)，工藝操作機(jī)構(gòu)包括貼標(biāo)機(jī)構(gòu)和撫壓機(jī)構(gòu)。控制裝置采用了采用PLC控制技術(shù)，系統(tǒng)中各執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)均是順序動(dòng)作，要求控制裝置可完成對(duì)各電機(jī)的順序控制，同時(shí)電氣線路要求接線方便，可靠性高，故障率低；紙盒輸送裝置是將單個(gè)紙盒在運(yùn)動(dòng)路線進(jìn)行輸送，使用伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使用皮帶作為傳動(dòng)工具。標(biāo)簽輸送裝置用于完成對(duì)卷筒標(biāo)簽的輸送，它通過伺服電機(jī)牽引標(biāo)簽紙帶，使標(biāo)簽被輸送至指定位置，標(biāo)簽在移動(dòng)中經(jīng)過剝標(biāo)板能自動(dòng)從標(biāo)簽紙帶上剝離，而貼標(biāo)后的標(biāo)簽紙帶則要求被回收。貼標(biāo)機(jī)構(gòu)是貼標(biāo)機(jī)的工藝操作機(jī)構(gòu)，它的主要功能是將標(biāo)簽的剝離出的前緣固定在紙盒上，貼標(biāo)完成后，貼標(biāo)頭自動(dòng)收回。撫壓機(jī)構(gòu)也是貼標(biāo)機(jī)的工藝操作機(jī)構(gòu)，由于本貼標(biāo)機(jī)中采用的是"刷貼法"進(jìn)行貼標(biāo)，因而標(biāo)簽剝離出的前緣被粘在紙盒上后，還需使用滾筒或是刷子，將標(biāo)簽的剩余部分在紙盒上撫平壓實(shí)。

圖4 貼標(biāo)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成方塊圖

2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 標(biāo)簽輸送裝置和貼標(biāo)機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)

標(biāo)簽輸送裝置和貼標(biāo)機(jī)構(gòu)是由5個(gè)部分組成的，如圖5所示：

圖5 標(biāo)簽輸送裝置的組成

圖5中的所示的標(biāo)簽卷支撐軸1用于支撐標(biāo)簽卷，使標(biāo)簽卷保持在一定的牽引力的作用范圍內(nèi)可以松展成帶。牽引輪2是用來牽引標(biāo)簽紙帶，將標(biāo)簽移動(dòng)指定的距離。導(dǎo)輥組3對(duì)標(biāo)簽帶起著承托、引導(dǎo)、轉(zhuǎn)向及校正的作用。剝離桿4的作用是使標(biāo)簽在輸送過程中，克服不干膠標(biāo)簽和標(biāo)簽紙帶之間的粘附力，完成標(biāo)簽自動(dòng)剝離。標(biāo)簽回收輪5在牽引輪2送標(biāo)的同時(shí)，將標(biāo)簽紙帶以卷筒的形式回收起來。隨著標(biāo)簽紙帶的輸送，標(biāo)簽帶回收卷的直徑越來越大，這是和標(biāo)簽送料卷相反的。當(dāng)標(biāo)帶經(jīng)過剝離桿時(shí)候，由于標(biāo)帶上的標(biāo)簽較硬，它不易沿剝離桿急轉(zhuǎn)彎，因此當(dāng)標(biāo)帶的底紙急轉(zhuǎn)彎時(shí)，標(biāo)簽由于慣性繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，與底紙分離，順勢(shì)粘貼到輸送到位的盒子上面，再與盒子一起進(jìn)入撫壓機(jī)構(gòu)進(jìn)行滾壓，牢固的貼到盒子上面。而底紙則由轉(zhuǎn)動(dòng)的紙帶回收輪回收卷好。

2.2 撫壓機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)

撫壓機(jī)構(gòu)采用滾筒進(jìn)行撫壓，如圖6所示。

圖6 撫壓滾筒

滾筒式的撫壓，動(dòng)作具有一定的柔順性，防止標(biāo)簽被刮花，而且使用了軸承支撐，利用紙盒碰撞的動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)，而不用另外的電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，所以大大節(jié)省了成本。

2.3 貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

貼標(biāo)機(jī)的控制結(jié)構(gòu)如圖7所示：生產(chǎn)流水線將待貼物品傳送到到貼標(biāo)機(jī)的傳送送帶上，傳送帶伺服電機(jī)控制傳送帶的速度以及啟停，在傳送帶作用下，物品自動(dòng)往貼標(biāo)位置傳送；在分瓶調(diào)速電機(jī)作用下，分瓶輪以一定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，將待貼物品拉開一定的距離；測(cè)物傳感器檢測(cè)出待貼物品到位時(shí)，反饋信號(hào)給PLC； PLC對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，發(fā)出控制信號(hào)，控制牽引底紙的驅(qū)動(dòng)輥伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，送出標(biāo)簽；標(biāo)簽貼到物品上面后，經(jīng)過撫壓機(jī)構(gòu)緊壓后，牢固貼到工件上；測(cè)標(biāo)傳感器檢測(cè)到兩個(gè)標(biāo)簽之間的間隙后，發(fā)出信號(hào)給PLC控制伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)束一個(gè)貼標(biāo)過程。下一個(gè)物品繼續(xù)被傳到貼標(biāo)位置，重復(fù)以上動(dòng)作，完成連續(xù)性貼標(biāo)生產(chǎn)。另外，為了方便操作，系統(tǒng)的人機(jī)界面采用觸摸屏控制。系統(tǒng)的主要部件的型號(hào)如表1所示。

圖7 貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

表1 主要部件的型號(hào)選擇

3 系統(tǒng)調(diào)試

完成貼標(biāo)機(jī)機(jī)械裝配、電機(jī)和傳感器安裝、以及PLC控制線路連接后，進(jìn)行大量的系統(tǒng)調(diào)試。比如檢查傳感器的位置是否最佳，調(diào)整好各驅(qū)動(dòng)元件的速度，各執(zhí)行元件的協(xié)調(diào)性。

經(jīng)過不斷的調(diào)試，有效解決了經(jīng)常出現(xiàn)的沖標(biāo)、拉標(biāo)、卡盒、打滑、刮傷、偏位、停機(jī)、氣泡、褶皺等問題，進(jìn)一步改善了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)整體性能。

4 結(jié)論

本文開發(fā)出了一套全自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)，該貼標(biāo)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)由一般的步進(jìn)電機(jī)換成伺服電機(jī)，步距更加準(zhǔn)確，使貼標(biāo)機(jī)出標(biāo)速度、輸送速度更穩(wěn)定，更高。同時(shí)改用以下定位方法：分2段出標(biāo)，1段采用高速正常貼標(biāo)速度6倍的速度出標(biāo)，完成定位后，第2段按正常速度連續(xù)出標(biāo)并貼標(biāo)，極大降低了輸送機(jī)構(gòu)本身的不穩(wěn)定性帶來的影響，提高貼標(biāo)質(zhì)量和效率，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。此款儀器可以直接連接生產(chǎn)流水線，也可單機(jī)貼標(biāo)，貼標(biāo)效率達(dá)到60件/分，且精度達(dá)到±0.1mm。其貼標(biāo)頭上下、前后可調(diào)，適應(yīng)不同規(guī)格的工件貼標(biāo)需要。

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[3] 魯遠(yuǎn)棟主編.PLC機(jī)電控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社,2006.

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