田常青，張艷冬

（1.遼寧工業(yè)大學 機械工程與自動化學院，遼寧 錦州121001;2.上海申克機械有限公司，上海200444）

基于GLM-E吹氣式自動貼標機自動掃碼貼標機的設(shè)計

田常青1,2，張艷冬1

（1.遼寧工業(yè)大學 機械工程與自動化學院，遼寧 錦州121001;2.上海申克機械有限公司，上海200444）

自動掃碼貼標機的設(shè)計主要包括部分機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和控制系統(tǒng)的設(shè)計，機械部分在GLM-E的基礎(chǔ)上改裝了可旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)方位的吹塑頭，可實現(xiàn)對物品的多方位貼標以及在物品預(yù)送帶上加裝了物品的分撥定位裝置，提高了貼標的精度。控制部分采用采用工控機作為上位機，以西門子S7-200系列PLC作為下位機，系統(tǒng)中由條形碼掃描器對條形碼進行掃描和識別，通過串口通信反饋給上位機。

自動掃碼貼標機；GLM-E吹氣式自動貼標機；掃碼；貼標

掃碼貼標機是通過掃描條形碼進行貼標的，它滿足了一些行業(yè)對自動化生產(chǎn)設(shè)備的需求，例如：食品行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、化妝品行業(yè)等等。我國貼標機行業(yè)起步較晚，而在自動掃碼貼標領(lǐng)域的技術(shù)水平與國外相比更是存在較大的差距。在國內(nèi)掃碼貼標市場上，掃碼貼標機的種類主要有半自動條形碼貼標簽機、手持式掃碼槍掃描噴碼機，種類較少，貼標方位沒有具體的位置，無法滿足對貼標具體位置的要求，不能實現(xiàn)自動化的掃碼貼標以及貼標精度低等缺點。由碧彩（中國）研發(fā)的GLM-E經(jīng)濟型自動吹氣式貼標機，采用吹氣式的貼標方式。自動掃碼貼標機就是在此貼標機的基礎(chǔ)上將掃碼貼標、切換貼標方位的功能結(jié)合為一體設(shè)計的。實現(xiàn)了掃碼貼標的功能，其次解決了原有設(shè)備中產(chǎn)品無法準確定位、貼標位置不精確，以及貼標方位單一的缺點[1-6]。

1 方案設(shè)計

1.1 設(shè)計要求

從貼標機的市場來說，掃碼貼標機的需求較為廣泛，自動掃碼貼標機主要應(yīng)用于對外包裝上已經(jīng)附有條形碼的產(chǎn)品進行貼標。通過掃描條形碼來獲取對應(yīng)產(chǎn)品的信息，并將打印有產(chǎn)品信息的標簽貼到產(chǎn)品要求的位置上。該自動掃碼貼標機能夠?qū)崿F(xiàn)對不同類型的產(chǎn)品進行掃碼貼標，分別實現(xiàn)三種方位的貼標，即在產(chǎn)品表面的上、中、下進行貼標，自動化程度高、貼標精度高，性能可靠穩(wěn)定。

1.2 主要設(shè)計參數(shù)確定

該設(shè)計是基于GLM-E經(jīng)濟型自動吹氣式貼標機的基礎(chǔ)上進行改進設(shè)計的，所以設(shè)計參數(shù)的確定見表1。

表1 GLM-E吹氣式自動貼標機的主要技術(shù)參數(shù)表

圖1 GLM-E經(jīng)濟型自動吹塑貼標機結(jié)構(gòu)示意圖

該貼標機設(shè)備中，傳送帶采用速度不同的傳輸帶，首端傳輸帶速度用于產(chǎn)品的傳輸和分撥，速度為30 m/min，后面為貼標傳送帶，速度為40 m/min。

根據(jù)表1，初步設(shè)計產(chǎn)品分撥定位裝置的尺寸為：長300 mm，高70 mm,可調(diào)節(jié)的寬度范圍為0～ 500 mm；吹塑頭旋轉(zhuǎn)裝置在同一水平面上可180°旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)3種方位的貼標。掃碼槍與吹塑頭間的距離也有3種，分別為700、350、1 050 mm。

1.3 整體設(shè)計方案及工作原理

本方案是基于GLM-E經(jīng)濟型自動吹塑貼標機的改進設(shè)計，整體結(jié)構(gòu)與上圖1相仿。主要組成部分為機械結(jié)構(gòu)部分[7-9]和控制系統(tǒng)部分[9-10]。

圖2 基于GLM-E經(jīng)濟型自動吹塑貼標機改進后結(jié)構(gòu)示意圖

其工作原理為：當被貼標產(chǎn)品經(jīng)過分揀后傳送到輸送帶上后，隨輸送帶勻速前進，當產(chǎn)品經(jīng)過安裝在輸送帶上的紅外線光感條形碼掃描器（掃描槍）時，光感將信號傳送給送標機構(gòu)，（以及將產(chǎn)品上的條形碼信息傳遞給標簽出口的熱敏打印機，來選擇打印的標簽）開始送標，當標簽到達出口時，由吹塑頭將標簽噴到待貼標物上，完成整個貼標動作，進入下一個貼標動作[7-8]。工作流程圖如圖3。

圖3 自動掃碼貼標機工作流程圖

2 機械結(jié)構(gòu)部分創(chuàng)新設(shè)計

2.1 產(chǎn)品定位分撥機構(gòu)的設(shè)計

定位分撥機構(gòu)是安裝在產(chǎn)品運輸帶上，用于校正產(chǎn)品傳輸?shù)奈恢茫约氨ＷC產(chǎn)品勻速傳輸?shù)拇涡?。工作原理是：根?jù)產(chǎn)品的長寬高來調(diào)節(jié)兩片分撥片的距離，在分撥片的兩側(cè)的安裝位置處加工成可調(diào)節(jié)的旋鈕式，擴大了對多樣產(chǎn)品的分撥功能。如圖4所示為定位分撥裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖4 定位分撥裝置的結(jié)構(gòu)圖

在工作過程中。包裝對齊的方式通常有兩種：一種是包裝居中對齊；另一種是包裝側(cè)對齊。包裝居中對齊時，需要同時調(diào)節(jié)兩個定位條之間的寬度，包裝側(cè)對齊時，其中一側(cè)的定位條固定，通過調(diào)節(jié)另一側(cè)定位條的位置來實現(xiàn)所需要的寬度。其原理大致相同，以包裝居中對齊來說明，原理如下：

圖5 產(chǎn)品分撥定位裝置工作原理圖

當包裝寬度發(fā)生變化時，定位條A和B必須相對于中間移動相同的距離。如圖4所示，以調(diào)節(jié)一側(cè)的定位條來說具體操作方法：(1)首先用標尺確定定位條需要調(diào)節(jié)的距離，可用定位條與傳送工作臺邊緣的距離來衡量；(2)松開十字手柄9；(3)側(cè)板7和10可繞芯軸8旋轉(zhuǎn)，立柱11和手柄軸可通過側(cè)板上的弧孔移動，從而可推動定位條12向前或者向后移動，移動過程中可用標尺進行度量確定達到所要求的距離；(4)當移動距離達到要求后，擰緊十字手柄9?？砂赐瑯臃椒ú襟E來調(diào)節(jié)另一側(cè)定位條的距離。

2.2 吹塑頭旋轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計

為了將標簽旋轉(zhuǎn)90°，改變標簽的方位，通過加裝旋轉(zhuǎn)裝置來旋轉(zhuǎn)貼標機實現(xiàn)這一功能要求。如圖中所示為貼標頭的正常位置，當需要改變標簽在商品上的位置和方向時，將3彈簧鎖緊銷拉出，然后推動滑槽和導向軌在水平面上旋轉(zhuǎn)，可選擇向左或者向右旋轉(zhuǎn)，直到旋轉(zhuǎn)至90°時，側(cè)面的彈簧鎖緊銷卡入6旋轉(zhuǎn)軸上的卡槽內(nèi)，完成旋轉(zhuǎn)動作。此外，該旋轉(zhuǎn)裝置在縱向方向上可以有±380 mm的伸縮范圍，由安裝在滑槽兩側(cè)不同高度的4個彈簧定位銷進行前后卡緊定位。

圖6 吹塑頭旋轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)圖

圖7 吹塑頭旋轉(zhuǎn)裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 控制系統(tǒng)設(shè)計方案

自動掃碼貼標機系統(tǒng)由貼標系統(tǒng)和條形碼掃描以及標簽打印系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，整個系統(tǒng)涉及到機械、計算機、通信、人工智能等多個技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用知識。通過對自動掃碼貼標機的功能分析，需要利用工控機作為上位機，以西門子S7-200系列PLC作為下位機；系統(tǒng)中由條形碼掃描器對條形碼進行掃描和識別，通過串口通信反饋給上位機。所以在整個控制系統(tǒng)中上位機需要控制三個方面的驅(qū)動：對條形碼數(shù)據(jù)庫的驅(qū)動打印、條形碼掃描器的掃描讀取、對標簽打印機的打印驅(qū)動。這三方面驅(qū)動控制，需要基于Visual Basic編程環(huán)境實現(xiàn)[9-11]。自動掃碼貼標機的整體設(shè)計方案框圖如圖8。

在整個系統(tǒng)中，工控機（上位機）PC的任務(wù)主要是：完成對條形碼的識別和讀取、條形碼信息數(shù)據(jù)庫的管理、控制標簽的切換打印以及對標簽打印記錄的查詢和貼標的結(jié)果信息的記錄和監(jiān)控；通過人機交互式友好界面（用戶終端界面）來實現(xiàn)系統(tǒng)的參數(shù)輸入、系統(tǒng)的實時監(jiān)控以及對條形碼數(shù)據(jù)庫的支持；上位機通過串口通信連接來實現(xiàn)與PLC信息傳遞，上位機主要向PLC發(fā)送指令信息，同時也需要接受PLC發(fā)送過來的貼標動作狀態(tài)的信息。PLC作為整個控制系統(tǒng)的下位機，它的工作任務(wù)主要是：實現(xiàn)貼標動作的控制，如：由氣動電磁閥控制的貼標動作、通過真空管完成對標簽的吸附動作、光電感應(yīng)物品后開始貼標動作。

圖8 系統(tǒng)整體設(shè)計方案框架圖

圖9 掃碼貼標機控制系統(tǒng)硬件接線圖

3.2 控制系統(tǒng)硬件的組成

自動掃碼貼標機的控制系統(tǒng)部分的設(shè)計主要包括條形碼掃描識別以及標簽打印系統(tǒng)、條形碼數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和貼標控制系統(tǒng)。其中條形碼對應(yīng)標簽打印系統(tǒng)的硬件組成主要是上位機和標簽打印機；條形碼掃描識別和條形碼數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的硬件組成為條形碼掃描器（條形碼閱讀器）；貼標控制系統(tǒng)的硬件組成為西門子S7-200 PLC（下位機）和電氣設(shè)備等。

3.3 控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計

在自動掃碼貼標機控制系統(tǒng)中，由下位機（PLC）所控制的貼標動作在時序上必須與上位機所控制的標簽打印動作相協(xié)調(diào)，同時PLC必須將貼標動作信息傳遞給上位機，因此，要實現(xiàn)兩者的信息交流，必須要通過串口通信。所以這部分通信程序的實現(xiàn)主要包括兩個部分，上位機通信程序的設(shè)計和下位機PLC通信程序的設(shè)計。

上位機的軟件設(shè)計主要包括：上位機與條形碼掃描器的通信程序設(shè)計；上位機與標簽紙打印機的通信程序設(shè)計；上位機與PLC（下位機）的通信程序設(shè)計。該部分通信連接主要是基于VB（Visual basic 6.0）的環(huán)境下實現(xiàn)的串口通信。下位機的軟件設(shè)計主要為：控制貼標的各種動作，并即將貼標系統(tǒng)的貼標動作信息傳遞給上位機顯示出來。

4 結(jié)論

該掃碼貼標機的設(shè)計主要是根據(jù)市場的功能需求，在現(xiàn)有的吹氣式自動貼標機的基礎(chǔ)上，對貼標機的部分機械結(jié)構(gòu)和整體控制部分進行了設(shè)計，得到集掃碼和貼標為一體的貼標機設(shè)備，并增加了對產(chǎn)品定位以及可調(diào)節(jié)更換貼標方位的功能，設(shè)計后，對貼標機的電氣控制系統(tǒng)進行了試驗?zāi)M。該設(shè)計的創(chuàng)新之處在于實現(xiàn)了掃碼自動貼標的功能。為國內(nèi)市場上掃碼貼標機的研究提供了參考。

[1]滕燕,李小寧,孫靜.氣動全自動貼標機的研究與開發(fā)[J].中國制造業(yè)信息化,2004,33(12):118-120.

[2]高德.包裝機械設(shè)計[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005.

[3]丁源,李秀峰.UG NX 8.0中文版從入門到精通[M].北京:清華大學出版社,2013.

[4]單巖,吳立軍,蔡娥.三維造型技術(shù)基礎(chǔ)（UG NX版）[M].北京:清華大學出版社,2008.

[5]高安邦,石磊,張曉輝.西門子S7-200/300/400系列PLC自學手冊[M].北京:中國電力出版社,2013.

[6]李道霖.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用:西門子系列[M].北京:清華大學出版社,2006.

[7]張加林.光電檢測裝置在包裝機械上的應(yīng)用[J].包裝與食品機械,1996,14(1):39-44.

[8]李凌,呼詠,梁寧.自動試管貼標機的設(shè)計與研究[J].包裝工程,2014(9):85-88.

[9]陸秀梅.計算機通信技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用研究[J].信息系統(tǒng)工程,2015(11):28.

[10]Muhammad Tahir,Khalid Mahmood,Farzana Shafique.Use of electronic information resources and facilities by humanities scholars[J].The Electronic Library,2010, 28(1):122.

[11]Petran M,Letessier J,Rafelski J,et al.SHARE with CHARM[J].Computer Physics Communications,2014, 185(7):2056.

責任編校：劉亞兵

Design ofAutomatic Scanning Code and Labeling Machine Based on GLM-E BlowAutomatic Labeling Machine

TIAN Chang-qing1,2，ZHANG Yan-dong1

（1.Mechanical Engineering andAutomation College,Liaoning University of Technology,Jinzhou 121001,China;（2.Shanghai Schenck Machinery Co.Ltd,Shanghai 200444,China）

Design of automatic scanning code and labeling machine includes design of electrical control system and design of partial mechanical structure.The blowing head which can rotate and adjust the orientation is modified on the basis of GLM-E in the mechanical part to achieve the items’azimuth labeling and positioning devices for their distribution in the conveyor belt are installed,which improves labeling accuracy.Control part of IPC as the host computer,and Siemens S7-200 series PLC as the next crew,the bar codes are scanned and recognized by the bar code scanner in this system,and give feedback to the host computer through the serial communication.

automatic scanning code and labeling machine;GLM-E blowing automatic labeling machine;scanning code;labeling

TH122

A

1674-3261(2017)01-0021-04

2015-12-15

田常青(1989-)，女，山東滕州人，碩士生。

張艷冬(1960-)，女，遼寧錦州人，副教授，碩士。

10.15916/j.issn1674-3261.2017.01.006