[精品]全自動平面貼標機的系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

1、全自動平面貼標機的系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)a designed and implement of full auto plane labeling machine system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)摘 要：針對平面貼標機的特點，對平面貼標機進行了系統(tǒng)的設(shè)計，并實現(xiàn)了貼標的全自動化。系統(tǒng)主 要由傳輸結(jié)構(gòu)、貼標機構(gòu)、撫壓機構(gòu)，控制裝置組成。采用伺服電機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的步逬電機， 步距更加準確，使貼標機出標的速度，輸送速度更高，更穩(wěn)定，采用分2段的出標方法，極大 降低了輸送結(jié)構(gòu)本身的不穩(wěn)定帶來的影響，提

2、高了貼標的質(zhì)量和效率。關(guān)鍵詞：平面貼標機；自動；plc控制系統(tǒng)；伺服電機中圖分類號：tp23文獻標識碼：bdoi: 10.3969/j.issn.l 009-0134.2010.12(上).320引言隨著社會的發(fā)展，對商品貼標是已成為商品 生產(chǎn)中不可缺少的環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在商品標簽的材質(zhì)、 形狀很多，被貼標對象的類型、品種也很多，貼 標要求也不盡相同，而且對貼標的速度要求越來 越高，單靠人丄手工貼標簽，已經(jīng)無法滿足社會 的需求。慢慢的，貼標簽由人工手工貼標轉(zhuǎn)化到 自動化的機械控制貼標。這樣就改善了很多生產(chǎn) 方而的問題。貼標機是產(chǎn)品包裝實現(xiàn)機械化、自 動化的根本保證，因此貼標機在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中 起到相當(dāng)

3、重要的作用。全口動平面貼標機是一款在產(chǎn)品的平面上貼 上不干膠標簽的自動貼標機，此類儀器可以直接 連接生產(chǎn)流水線，自動完成產(chǎn)品的輸送、產(chǎn)品 定位、標簽出標、產(chǎn)甜貼標、標簽撫壓、成殆輸 岀等工作。雖然貼標機與人工貼標相比無論在貼 標精度還是效率方血都有很大的提高，但是就目 前社會自動化的發(fā)展形勢來看，現(xiàn)冇的貼標機貼 標速度還是不能滿足社會發(fā)展的要求，迫切需要 研發(fā)出更高精度，更高效率的貼標機，這就要求 對貼標機結(jié)構(gòu)進行改善，對電控方法進行優(yōu)化改 革。本文設(shè)計的貼標機由常規(guī)的步進電機換成伺 服電機，步距更加準確，使貼標機出標速度、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

4、方式放在存儲器中要改變控 制邏輯，只需改變程序即町，系統(tǒng)連線少、休積 小、功耗小、速度快，并且采用半導(dǎo)體集成電路文章編號：1009-0134(2010)12(上)-0095-03做定時器，時鐘脈沖由晶體震蕩產(chǎn)生，精度高， 沱時范圍寬，修改方便，不受環(huán)境影響。1貼標機的功能分析和總體設(shè)計1.1系統(tǒng)功能的功能分析本貼標機的用途：使用不干膠標簽對紙 盒進行貼標。紙盒與貼標材料規(guī)格：紙盒尺 寸是62 x 62 x 18 (mm),紙盒內(nèi)裝有一圓形( 60x15(mm)的鋁質(zhì)工件：貼標材料是不干膠標簽 卷筒,每張標簽的尺寸是50 x 45 (mm) o紙盒、標 簽卷和貼標后的成品外觀圖如圖1所示，而標簽

5、分 布如圖2所示：(b)標簽卷圖1紙盒、貼標材料利成品圖2標簽分布圖收梢日期：2010-07-26基金頂目：廣西科技廳口然科學(xué)基金(0991067,0832066)作者簡介：潘紹明(1976 -)，男，廣西上林人，講師，碩士，主要從射計算機控制與嵌入式自動控制的教學(xué)和科研工作。第32卷 第12期2010-12(上)【95】設(shè)計的貼標機需滿足以卜功能要求：1）nj將不干膠標簽可靠地貼在紙盒的上表 面。要完成這一功能，系統(tǒng)必須實現(xiàn)以下操作： 對被貼標件紙盒的運送利準確定位，貼標材料不 干膠標簽的精確進給，標簽從標簽紙帶上的剝 離，標簽被牢固地貼在紙盒上，以及在貼標完成 后，成品能被順利輸出。2）全

6、自動的連續(xù)貼標。貼標過程小的各項操 作，均為口動執(zhí)行，無需人工干預(yù)，并可通過控制 系統(tǒng)完成對各操作動作的協(xié)調(diào)控制和連續(xù)執(zhí)行。3）較低的設(shè)計和制造成本。使用傳感器、伺 服電機、調(diào)速電機、plc、熔斷器設(shè)計電路，使用 數(shù)暈少，搭配合理，降低整個貼標機的設(shè)計和制 造成本，使其具有較好的推廣性。4）具冇緊湊的機械結(jié)構(gòu)。根據(jù)plc的控制機 理以及調(diào)速電機、伺服電機的運動特點，簡化貼 標機傳動裝宜，合理安排貼標機各機構(gòu)的布局， 使所設(shè)計的貼標機結(jié)構(gòu)緊湊，所占空問位置小， 使用方便。1.2系統(tǒng)總體方案的設(shè)計1.2.1工藝分析選擇和擬定工藝過程是貼標機設(shè)計笫一階段 的任務(wù)，是貼標機設(shè)計的基礎(chǔ)。工藝過程方案是

7、否合理和先進，將直接影響所研制的貼標機結(jié) 構(gòu)、外形尺寸、機構(gòu)的運動方式和貼標質(zhì)最。本 貼標機為多工位貼標機，其貼標運動是間歇運 動，工藝路線為階梯型，即在貼標過程中兼有豎 直和水平兩個方向的運動，采用刷貼法完成貼標 動作。根據(jù)系統(tǒng)功能需求對將整個貼標過程分為 以下五道工序，如圖3所示：i抵金定位 2送標 3.姑標簽 4.撫壓標簽 5成品取出圖3貼標工序圖1.2.2貼標機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計貼標機作為口動工作機中的一個特立的類型， 它具有一般口動工作機的基本共性，在結(jié)構(gòu)上包括 驅(qū)動元件、工作機構(gòu)、傳動機構(gòu)和口動控制裝置系 統(tǒng)四人部分。同時貼標機也具有其自身的一些特 點，根據(jù)本貼標機的工藝，可將貼標機的結(jié)

8、構(gòu)劃分 為以下五個部分，各子部分分別完成各a的功能， 并協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)貼標機功能。如圖4所示：圖4屮所示的5個工作機構(gòu)都是要完成對紙盒 貼標而使用的專門機構(gòu)，其中輔助操作機構(gòu)包括 紙盒輸送裝置、貼標材料輸送裝置和成品取出機 構(gòu)，工藝操作機構(gòu)包括貼標機構(gòu)和撫壓機構(gòu)。控 制裝置采用了采用plc控制技術(shù)，系統(tǒng)中各執(zhí)行 元件的運動均是順序動作，要求控制裝置可完成 對各電機的順序控制，同時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 個紙盒在運動路線進行輸送，使用伺服電機進行 驅(qū)動，使用皮帶作為傳動丄具。標簽輸送裝置用 丁完成對卷筒標簽的輸送，它通過伺服電機牽引 標簽紙帶，使標簽被輸送

9、至指眾位置，標簽在移 動中經(jīng)過剝標板能自動從標簽紙帶上剝離，而貼 標后的標簽紙帶則要求被冋收。貼標機構(gòu)是貼標 機的工藝操作機構(gòu)，它的主要功能是將標簽的剝 離出的前緣固定在紙盒上，貼標完成后，貼標頭 自動收回。撫壓機構(gòu)也是貼標機的工藝操作機 構(gòu)，由于木貼標機中采用的是刷貼法進行貼標， 因而標簽剝離出的詢緣被粘在紙盒上厲，還需使 用滾筒或是刷子，將標簽的剩余部分在紙盒上撫 平壓實。圖4貼標機的結(jié)構(gòu)組成方塊圖2系統(tǒng)的實現(xiàn)2.1標簽輸送裝置和貼標機構(gòu)的實現(xiàn)標簽輸送裝置和貼標機構(gòu)是山5個部分組成 的，如圖5所示：圖5中的所示的標簽卷支撐軸1用于支撐標簽 卷，使標簽卷保持在一立的牽引力的作用范圍內(nèi) 可以松

10、展成帶。牽引輪2是用來牽引標簽紙帶，將96第 32 卷第 12 期 2010-12（上）第隅2勺甲比貼標機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖人飢界m圖7標簽移動指定的距離。導(dǎo)轆紐3對標簽帶起著承 托、引導(dǎo)、轉(zhuǎn)向及校止的作用。剝離桿4的作用 是使標簽在輸送過程中，克服不干膠標簽和標簽 紙帶z間的粘附力，完成標簽自動剝離。標簽回 收輪5在牽引輪2送標的同時，將標簽紙帶以卷筒 的形式冋收起來。隨著標簽紙帶的輸送，標簽帶 冋收卷的直徑越來越人，這是和標簽送料卷相反 的。當(dāng)標帶經(jīng)過剝離桿時候，由于標帶上的標簽 較便，它不易沿剝離桿急轉(zhuǎn)彎，因此當(dāng)標帶的底 紙急轉(zhuǎn)彎時，標簽由于慣性繼續(xù)向前運動，與底 紙分離，順勢粘貼到輸送到位

11、的盒子上面，再與 盒子-起進入撫壓機構(gòu)跡行滾壓，牢固的貼到盒子 上面o而底紙則由轉(zhuǎn)動的紙帶回收輪冋收卷好。2.2撫壓機構(gòu)的實現(xiàn)撫壓機構(gòu)采用滾筒進行撫壓，如圖6所示。/撫壓滾簡滾簡支撐軸、他承/7滾簡安裝支架圖6 撫壓滾筒滾筒式的撫壓，動作具有一定的柔順性，防 止標簽被刮花，而fl使用了軸承支撐，利用紙盒 碰撞的動力來驅(qū)動，而不用另外的電機來驅(qū)動， 所以人人節(jié)省了成本。2.3貼標機控制系統(tǒng)的實現(xiàn)貼標機的控制結(jié)構(gòu)如圖7所示：綸產(chǎn)流水線將 待貼物品傳送到到貼標機的傳送送帶上，傳送帶 伺服電機控制傳送帶的速度以及啟停，在傳送帶 作用卜s物品自動往貼標位置傳送；在分瓶調(diào)速 電機作用下，分瓶輪以一定的速度

12、轉(zhuǎn)動，將待貼 物品拉開一泄的距離；測物傳感器檢測出待貼物 品到位時，反饋信號給plc； plc對信號進行處 理，發(fā)出控制信號，控制牽引底紙的驅(qū)動餛伺服 電機轉(zhuǎn)動，送出標簽；標簽貼到物品上面后，經(jīng) 過撫壓機構(gòu)緊壓后，牢固貼到工件上；測標傳感 器檢測到兩個標簽z間的間隙后，發(fā)出信號給plc 控制伺服電機停止轉(zhuǎn)動，結(jié)束一個貼標過程。下 一個物品繼續(xù)被傳到貼標位置，重復(fù)以上動作， 完成連續(xù)性貼標生產(chǎn)。另外，為了方便操作，系 統(tǒng)的人機界血采用觸摸屏控制。系統(tǒng)的主要部件 的型號如表1所示。分版輪說速電機表1主要部件的型號選擇主要祁件選用電器送標機構(gòu)伺般電機+冊動23小妃86byg4（m*sh-2046m爪

13、盒楡送機構(gòu)何bk電機鴨動器住號處86byg404*sh-2046m分hk機溝調(diào)速電機速器即弓處uss2（6uw>也測物體sm物傳妙劌又舉卅動傳感跆型號足lxj01檢韻垛簽劉標傳妙做又穢仔車仙妙備）用號經(jīng)lx-10i用制裝置plc捋制器使用s7200系列保護歿対供電歿錐開關(guān)電躱型號it s-300.24(24v,300w>3系統(tǒng)調(diào)試完成貼標機機械裝配、電機和傳感器安裝、 以及plc控制線路連接厲，進行人量的系統(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 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、拉標、卡盒、打滑、刮傷、偏位、停機、氣 泡、褶皺等問題，進一步改善了系統(tǒng)的設(shè)計，提 高了系統(tǒng)整體性能。4結(jié)論本文開發(fā)出了一套全口動貼標機，該貼標機 的驅(qū)動電機由一般的步進電機換成伺服電機， 步距更加準確，使貼標機出標速度、輸送速度 更穩(wěn)定，更髙。同時改用以下定位方法：分2段 出標，1段采用高速止常貼標速度6倍的速度出 標，完成定位后，第2段按正常速度連續(xù)出標并 貼標，極大降低了輸送機構(gòu)本身的不穩(wěn)定性帶來 的影響，提高貼標質(zhì)量和效率，提高市場競爭 力。此款儀器可以直接連接生產(chǎn)流水線，也可 單機貼標，貼標效率達到60件/分，且精