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自動(dòng)分標(biāo)組合技術(shù)的研究和開發(fā)
摘 要：自動(dòng)分標(biāo)是針對(duì)煙草行業(yè)外銷煙盒的特殊要求，研究開發(fā)的一項(xiàng)新型技術(shù)。主要功能為根據(jù)需求對(duì)不同警句的煙標(biāo)進(jìn)行分離、排序、再組合。由于國內(nèi)還未有同類的技術(shù)，故自動(dòng)分標(biāo)技術(shù)的研發(fā)將填補(bǔ)該領(lǐng)域的一項(xiàng)空白，而使用自動(dòng)化設(shè)備代替人工完成分標(biāo)工序，可以大幅度地提高生產(chǎn)效率，減少人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，為企業(yè)帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)分標(biāo)組合 組合技術(shù) 收紙技術(shù) 送紙技術(shù)
引言
分標(biāo)是指在煙標(biāo)生產(chǎn)過程中進(jìn)行的一項(xiàng)工序。上海煙草集團(tuán)產(chǎn)品中“中華”“金鹿”等外銷的煙盒包裝上必須印刷不同款式的警句;同時(shí)針對(duì)不同警句的煙盒，其排列順序也有著嚴(yán)格的規(guī)定，即每條外銷卷煙內(nèi)至少須有3種不同警句的煙盒。因此在煙標(biāo)的生產(chǎn)過程中必須進(jìn)行一道工序就是將印有不同警句的煙標(biāo)有序的分開、排序、再組合，以確保在卷煙生產(chǎn)中每條(10包)卷煙中有3種不同的警句煙盒。
目前這道工序由人工來完成，員工采取類似于發(fā)牌的方式，將煙標(biāo)有序分類后，再重新組合到一起。但這種人工發(fā)牌方式速度慢，效率低。隨著外銷卷煙訂單業(yè)務(wù)量的增多，為滿足分標(biāo)量增加的需求，研發(fā)自動(dòng)分標(biāo)組合技術(shù)，以自動(dòng)化代替人工滿足生產(chǎn)需求成為了一項(xiàng)重要課題。
一、國內(nèi)外市場調(diào)研
根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)資料的調(diào)查與研究，筆者發(fā)現(xiàn)了一些具有類似功能的設(shè)備，比如：制作撲克牌過程中的配頁裝置、書本印刷裝訂生產(chǎn)中的分頁裝置。但筆者也同時(shí)發(fā)現(xiàn)此類設(shè)備是針對(duì)特定產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)計(jì)的，使用針對(duì)性強(qiáng)，通用性低。而且由于煙標(biāo)的生產(chǎn)過程中對(duì)煙標(biāo)的表面質(zhì)量要求較高，不能有擦傷。故此類設(shè)備并不能直接應(yīng)用到煙標(biāo)分標(biāo)工序生產(chǎn)中。經(jīng)過市場調(diào)研，煙標(biāo)分標(biāo)組合技術(shù)在國內(nèi)外還是一項(xiàng)空白。
二、自動(dòng)分標(biāo)組合技術(shù)的研發(fā)
根據(jù)煙標(biāo)分標(biāo)過程中的相關(guān)要求和特性，筆者確定了自動(dòng)分標(biāo)組合的基本工作原理，將各不同警句的煙標(biāo)分別從整堆煙標(biāo)中分離，并以圖1所示進(jìn)行排列(不同的英文字母代表不同警句的煙標(biāo))，隨后再往一個(gè)方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，最終完成不同警句煙標(biāo)間的交差組合。結(jié)合市場調(diào)研所收集到的資料，筆者決定將其運(yùn)動(dòng)步驟拆分為3個(gè)部分進(jìn)行論述。
2.1 送紙技術(shù)
送紙技術(shù)即將不同警句的煙標(biāo)從各自的紙堆中一張一張地取出，并平穩(wěn)放置于同一平臺(tái)上，在印刷包裝行業(yè)中將單張紙從紙堆中剝離有以下方法。
(1)刀門送紙。刀門送紙即調(diào)節(jié)刀門與真空皮帶間的間隙，利用真空皮帶的吸力作為驅(qū)動(dòng)，使單張煙標(biāo)從整堆煙標(biāo)的底部輸出。但該套機(jī)構(gòu)在輸出煙標(biāo)時(shí)，煙標(biāo)表面必會(huì)與刀門有接觸，故非常容易造成煙標(biāo)表面的擦傷，產(chǎn)生廢品。此外由于依靠的是真空皮帶輸送，在高速運(yùn)行中很難精確地保證從各個(gè)出紙工位輸出的單張煙標(biāo)同時(shí)到達(dá)同一平臺(tái)上。
(2)吸盤送紙。吸盤送紙(即單張紙印刷機(jī)飛達(dá))使用真空吸盤從紙堆上方將單張煙標(biāo)吸起遞交給遞紙吸盤，再利用機(jī)械機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)紙張向前輸送至真空皮帶，但該套機(jī)構(gòu)的工作原理較為復(fù)雜，所需要的工作空間較大。
(3)自動(dòng)分標(biāo)組合送紙技術(shù)。送紙技術(shù)是整個(gè)自動(dòng)分標(biāo)組合中的重點(diǎn)部分。針對(duì)刀門送紙和吸盤送紙的分析，要在高速運(yùn)行的情況下，保證單張煙標(biāo)完好地從紙堆中穩(wěn)定輸出，并同時(shí)保證不同警句的單張煙標(biāo)同步進(jìn)入一個(gè)平臺(tái)，直接引用上述2項(xiàng)技術(shù)已不可能。
筆者根據(jù)分標(biāo)組合的整體需求，對(duì)送紙機(jī)構(gòu)進(jìn)行了重新的設(shè)計(jì)。為了避免影響煙標(biāo)的品質(zhì)，不在送紙過程中損壞煙標(biāo)的表面，如圖4還是使用吸盤將單張紙煙標(biāo)從整堆煙標(biāo)中剝離;為縮小送紙路徑，如圖5采取從紙堆底部取紙的方式，如圖6將取出的單張煙標(biāo)直接放置在平臺(tái)上;為減小設(shè)備空間，降低制造成本，在設(shè)計(jì)時(shí)擯棄了復(fù)雜的機(jī)械元件，改用標(biāo)準(zhǔn)化的氣動(dòng)元件進(jìn)行替代。
2.2 組合技術(shù)
組合技術(shù)即為已分開擺放的單張煙標(biāo)進(jìn)行排序組合，重點(diǎn)是必須保證不同警句的煙標(biāo)間隔排列不能缺張，組合時(shí)不對(duì)煙標(biāo)產(chǎn)生損壞，組合過程中各煙標(biāo)不能發(fā)生翻身。
(1)煙標(biāo)缺張檢測。為了保證不同警句的煙標(biāo)間隔排序不缺張，在煙標(biāo)被放置于真空皮帶上時(shí)，如圖7每一個(gè)煙標(biāo)的側(cè)上方都有一個(gè)感應(yīng)探頭，探頭會(huì)在送紙動(dòng)作完成后對(duì)每個(gè)工位上的煙標(biāo)進(jìn)行檢測，以確定沒有缺張;如果檢測到缺張，PLC則會(huì)控制缺張工位的送紙機(jī)構(gòu)重復(fù)執(zhí)行取紙動(dòng)作，直到探頭檢測到煙標(biāo)為止。
(2)煙標(biāo)翻身控制。當(dāng)所有煙標(biāo)到達(dá)預(yù)定位置時(shí)，真空皮帶迅速帶動(dòng)煙標(biāo)向一側(cè)運(yùn)動(dòng)，保證煙標(biāo)快速準(zhǔn)確地進(jìn)入收集區(qū)域。在這一過程中，煙標(biāo)脫離真空皮帶吸附，如圖8在慣性、自重、空氣阻力作用下做拋物線下落，直至收集區(qū)域。通過實(shí)驗(yàn)可知真空皮帶速度過慢會(huì)造成煙標(biāo)在近乎豎直的情況下接觸紙堆(如圖9)，容易造成煙標(biāo)翻身;過快煙標(biāo)則會(huì)以近乎平行的狀態(tài)撞擊到擋板上，容易造成煙標(biāo)受損。所以在調(diào)試期間必須根據(jù)紙張克重對(duì)真空皮帶的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以得到最佳的組合效果。
2.3 收紙技術(shù)
根據(jù)后期的打包要求，煙標(biāo)需要每200張/堆的方式進(jìn)行分包。人工進(jìn)行該項(xiàng)操作是依據(jù)操作人員的經(jīng)驗(yàn)先取出一定的煙標(biāo)放在電子秤上進(jìn)行稱重，再根據(jù)顯示數(shù)量進(jìn)行添加或去除，效率較慢。
為了方便操作人員完成后期的打包操作，該項(xiàng)工序改為自動(dòng)化完成。在真空皮帶出口處安裝光電計(jì)數(shù)器，再在紙堆區(qū)域安裝汽缸，當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到設(shè)定值時(shí)，如圖10汽缸驅(qū)動(dòng)滑針彈出，將煙標(biāo)進(jìn)行分割。處于滑針下方的煙標(biāo)紙堆會(huì)由橫向皮帶進(jìn)行輸出(如圖11)，完成按照固定數(shù)值分割紙堆的工序。
三、設(shè)備開發(fā)成果
在通過不斷的研究和實(shí)驗(yàn)后，煙草包裝印刷公司成功研制了一臺(tái)集上述技術(shù)特點(diǎn)的煙標(biāo)組合設(shè)備(如圖6)，該設(shè)備可以滿足6種不同警句煙標(biāo)的自動(dòng)分標(biāo)組合需求。如圖12，煙標(biāo)分標(biāo)組合機(jī)從機(jī)械傳動(dòng)、程序編寫、電器控制等各方面都是一次全新地嘗試。
3.1 設(shè)備性能
(1)組合數(shù)量。警句配置最大可分標(biāo)組合數(shù)量為6個(gè)。 (2)分標(biāo)一致性。可滿足所有分標(biāo)動(dòng)作等時(shí)、等速、準(zhǔn)確無誤。(3)煙標(biāo)送紙穩(wěn)定性。測試送紙穩(wěn)定、無歪斜。(4)煙標(biāo)成品質(zhì)量。具有防擦傷、防偏移、防雙張，煙標(biāo)完好無損。(5)聯(lián)機(jī)控制同步技術(shù)。輸送精確控制。(6)煙標(biāo)收集分垛要求。煙標(biāo)整齊收集、不翻轉(zhuǎn)，并依照張數(shù)的要求準(zhǔn)確地將煙標(biāo)分開。(7)收集方式簡易性。設(shè)備采取堆垛式，簡化員工收標(biāo)過程，降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度。(8)效率。產(chǎn)量1萬張/時(shí)。(9)質(zhì)量。包括警句配置滿足要求、配置煙標(biāo)收集整齊、數(shù)量準(zhǔn)確，同時(shí)確保運(yùn)行中煙標(biāo)沒有擦傷等損失。
3.2 推廣應(yīng)用
自動(dòng)分標(biāo)組合從技術(shù)研究到實(shí)體開發(fā)的成功，使原來繁鎖、原始的人工分撿的方式，可用自動(dòng)化的設(shè)備來取代，避免了因長時(shí)間疲勞分撿帶來的差錯(cuò)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。
自動(dòng)分標(biāo)組合設(shè)備的研發(fā)填補(bǔ)了國內(nèi)外市場在這一領(lǐng)域的空白，并成功申請了新型實(shí)用專利，專利號(hào)為：ZL201220665424.6。
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