基于GLM-E吹氣式自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)自動(dòng)掃碼貼標(biāo)機(jī)的設(shè)計(jì)

田常青，張艷冬

（1.遼寧工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 錦州121001;2.上海申克機(jī)械有限公司，上海200444）

基于GLM-E吹氣式自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)自動(dòng)掃碼貼標(biāo)機(jī)的設(shè)計(jì)

田常青1,2，張艷冬1

（1.遼寧工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 錦州121001;2.上海申克機(jī)械有限公司，上海200444）

自動(dòng)掃碼貼標(biāo)機(jī)的設(shè)計(jì)主要包括部分機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，機(jī)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(shí)現(xiàn)對(duì)物品的多方位貼標(biāo)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(biāo)的精度?？刂撇糠植捎貌捎霉た貦C(jī)作為上位機(jī)，以西門(mén)子S7-200系列PLC作為下位機(jī)，系統(tǒng)中由條形碼掃描器對(duì)條形碼進(jìn)行掃描和識(shí)別，通過(guò)串口通信反饋給上位機(jī)。

自動(dòng)掃碼貼標(biāo)機(jī)；GLM-E吹氣式自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)；掃碼；貼標(biāo)

掃碼貼標(biāo)機(jī)是通過(guò)掃描條形碼進(jìn)行貼標(biāo)的，它滿(mǎn)足了一些行業(yè)對(duì)自動(dòng)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(guó)貼標(biāo)機(jī)行業(yè)起步較晚，而在自動(dòng)掃碼貼標(biāo)領(lǐng)域的技術(shù)水平與國(guó)外相比更是存在較大的差距。在國(guó)內(nèi)掃碼貼標(biāo)市場(chǎng)上，掃碼貼標(biāo)機(jī)的種類(lèi)主要有半自動(dòng)條形碼貼標(biāo)簽機(jī)、手持式掃碼槍掃描噴碼機(jī)，種類(lèi)較少，貼標(biāo)方位沒(méi)有具體的位置，無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)貼標(biāo)具體位置的要求，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的掃碼貼標(biāo)以及貼標(biāo)精度低等缺點(diǎn)。由碧彩（中國(guó)）研發(fā)的GLM-E經(jīng)濟(jì)型自動(dòng)吹氣式貼標(biāo)機(jī)，采用吹氣式的貼標(biāo)方式。自動(dòng)掃碼貼標(biāo)機(jī)就是在此貼標(biāo)機(jī)的基礎(chǔ)上將掃碼貼標(biāo)、切換貼標(biāo)方位的功能結(jié)合為一體設(shè)計(jì)的。實(shí)現(xiàn)了掃碼貼標(biāo)的功能，其次解決了原有設(shè)備中產(chǎn)品無(wú)法準(zhǔn)確定位、貼標(biāo)位置不精確，以及貼標(biāo)方位單一的缺點(diǎn)[1-6]。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)要求

從貼標(biāo)機(jī)的市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，掃碼貼標(biāo)機(jī)的需求較為廣泛，自動(dòng)掃碼貼標(biāo)機(jī)主要應(yīng)用于對(duì)外包裝上已經(jīng)附有條形碼的產(chǎn)品進(jìn)行貼標(biāo)。通過(guò)掃描條形碼來(lái)獲取對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的信息，并將打印有產(chǎn)品信息的標(biāo)簽貼到產(chǎn)品要求的位置上。該自動(dòng)掃碼貼標(biāo)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同類(lèi)型的產(chǎn)品進(jìn)行掃碼貼標(biāo)，分別實(shí)現(xiàn)三種方位的貼標(biāo)，即在產(chǎn)品表面的上、中、下進(jìn)行貼標(biāo)，自動(dòng)化程度高、貼標(biāo)精度高，性能可靠穩(wěn)定。

1.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)確定

該設(shè)計(jì)是基于GLM-E經(jīng)濟(jì)型自動(dòng)吹氣式貼標(biāo)機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)的，所以設(shè)計(jì)參數(shù)的確定見(jiàn)表1。

表1 GLM-E吹氣式自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)表

圖1 GLM-E經(jīng)濟(jì)型自動(dòng)吹塑貼標(biāo)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

該貼標(biāo)機(jī)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(biāo)傳送帶，速度為40 m/min。

根據(jù)表1，初步設(shè)計(jì)產(chǎn)品分撥定位裝置的尺寸為：長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)3種方位的貼標(biāo)。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(jì)方案及工作原理

本方案是基于GLM-E經(jīng)濟(jì)型自動(dòng)吹塑貼標(biāo)機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，整體結(jié)構(gòu)與上圖1相仿。主要組成部分為機(jī)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(jì)型自動(dòng)吹塑貼標(biāo)機(jī)改進(jìn)后結(jié)構(gòu)示意圖

其工作原理為：當(dāng)被貼標(biāo)產(chǎn)品經(jīng)過(guò)分揀后傳送到輸送帶上后，隨輸送帶勻速前進(jìn)，當(dāng)產(chǎn)品經(jīng)過(guò)安裝在輸送帶上的紅外線(xiàn)光感條形碼掃描器（掃描槍?zhuān)r(shí)，光感將信號(hào)傳送給送標(biāo)機(jī)構(gòu)，（以及將產(chǎn)品上的條形碼信息傳遞給標(biāo)簽出口的熱敏打印機(jī)，來(lái)選擇打印的標(biāo)簽）開(kāi)始送標(biāo)，當(dāng)標(biāo)簽到達(dá)出口時(shí)，由吹塑頭將標(biāo)簽噴到待貼標(biāo)物上，完成整個(gè)貼標(biāo)動(dòng)作，進(jìn)入下一個(gè)貼標(biāo)動(dòng)作[7-8]。工作流程圖如圖3。

圖3 自動(dòng)掃碼貼標(biāo)機(jī)工作流程圖

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)部分創(chuàng)新設(shè)計(jì)

2.1 產(chǎn)品定位分撥機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

定位分撥機(jī)構(gòu)是安裝在產(chǎn)品運(yùn)輸帶上，用于校正產(chǎn)品傳輸?shù)奈恢?，以及保證產(chǎn)品勻速傳輸?shù)拇涡?。工作原理是：根?jù)產(chǎn)品的長(zhǎng)寬高來(lái)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(kuò)大了對(duì)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(guò)程中。包裝對(duì)齊的方式通常有兩種：一種是包裝居中對(duì)齊；另一種是包裝側(cè)對(duì)齊。包裝居中對(duì)齊時(shí)，需要同時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)定位條之間的寬度，包裝側(cè)對(duì)齊時(shí)，其中一側(cè)的定位條固定，通過(guò)調(diào)節(jié)另一側(cè)定位條的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)所需要的寬度。其原理大致相同，以包裝居中對(duì)齊來(lái)說(shuō)明，原理如下：

圖5 產(chǎn)品分撥定位裝置工作原理圖

當(dāng)包裝寬度發(fā)生變化時(shí)，定位條A和B必須相對(duì)于中間移動(dòng)相同的距離。如圖4所示，以調(diào)節(jié)一側(cè)的定位條來(lái)說(shuō)具體操作方法：(1)首先用標(biāo)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(tái)邊緣的距離來(lái)衡量；(2)松開(kāi)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(guò)側(cè)板上的弧孔移動(dòng)，從而可推動(dòng)定位條12向前或者向后移動(dòng)，移動(dòng)過(guò)程中可用標(biāo)尺進(jìn)行度量確定達(dá)到所要求的距離；(4)當(dāng)移動(dòng)距離達(dá)到要求后，擰緊十字手柄9?？砂赐瑯臃椒ú襟E來(lái)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(jì)

為了將標(biāo)簽旋轉(zhuǎn)90°，改變標(biāo)簽的方位，通過(guò)加裝旋轉(zhuǎn)裝置來(lái)旋轉(zhuǎn)貼標(biāo)機(jī)實(shí)現(xiàn)這一功能要求。如圖中所示為貼標(biāo)頭的正常位置，當(dāng)需要改變標(biāo)簽在商品上的位置和方向時(shí)，將3彈簧鎖緊銷(xiāo)拉出，然后推動(dòng)滑槽和導(dǎo)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(shí)，側(cè)面的彈簧鎖緊銷(xiāo)卡入6旋轉(zhuǎn)軸上的卡槽內(nèi)，完成旋轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)彈簧定位銷(xiāo)進(jìn)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(jì)

3.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

自動(dòng)掃碼貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)由貼標(biāo)系統(tǒng)和條形碼掃描以及標(biāo)簽打印系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，整個(gè)系統(tǒng)涉及到機(jī)械、計(jì)算機(jī)、通信、人工智能等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用知識(shí)。通過(guò)對(duì)自動(dòng)掃碼貼標(biāo)機(jī)的功能分析，需要利用工控機(jī)作為上位機(jī)，以西門(mén)子S7-200系列PLC作為下位機(jī)；系統(tǒng)中由條形碼掃描器對(duì)條形碼進(jìn)行掃描和識(shí)別，通過(guò)串口通信反饋給上位機(jī)。所以在整個(gè)控制系統(tǒng)中上位機(jī)需要控制三個(gè)方面的驅(qū)動(dòng)：對(duì)條形碼數(shù)據(jù)庫(kù)的驅(qū)動(dòng)打印、條形碼掃描器的掃描讀取、對(duì)標(biāo)簽打印機(jī)的打印驅(qū)動(dòng)。這三方面驅(qū)動(dòng)控制，需要基于Visual Basic編程環(huán)境實(shí)現(xiàn)[9-11]。自動(dòng)掃碼貼標(biāo)機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案框圖如圖8。

在整個(gè)系統(tǒng)中，工控機(jī)（上位機(jī)）PC的任務(wù)主要是：完成對(duì)條形碼的識(shí)別和讀取、條形碼信息數(shù)據(jù)庫(kù)的管理、控制標(biāo)簽的切換打印以及對(duì)標(biāo)簽打印記錄的查詢(xún)和貼標(biāo)的結(jié)果信息的記錄和監(jiān)控；通過(guò)人機(jī)交互式友好界面（用戶(hù)終端界面）來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的參數(shù)輸入、系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及對(duì)條形碼數(shù)據(jù)庫(kù)的支持；上位機(jī)通過(guò)串口通信連接來(lái)實(shí)現(xiàn)與PLC信息傳遞，上位機(jī)主要向PLC發(fā)送指令信息，同時(shí)也需要接受PLC發(fā)送過(guò)來(lái)的貼標(biāo)動(dòng)作狀態(tài)的信息。PLC作為整個(gè)控制系統(tǒng)的下位機(jī)，它的工作任務(wù)主要是：實(shí)現(xiàn)貼標(biāo)動(dòng)作的控制，如：由氣動(dòng)電磁閥控制的貼標(biāo)動(dòng)作、通過(guò)真空管完成對(duì)標(biāo)簽的吸附動(dòng)作、光電感應(yīng)物品后開(kāi)始貼標(biāo)動(dòng)作。

圖8 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案框架圖

圖9 掃碼貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)硬件接線(xiàn)圖

3.2 控制系統(tǒng)硬件的組成

自動(dòng)掃碼貼標(biāo)機(jī)的控制系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)主要包括條形碼掃描識(shí)別以及標(biāo)簽打印系統(tǒng)、條形碼數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和貼標(biāo)控制系統(tǒng)。其中條形碼對(duì)應(yīng)標(biāo)簽打印系統(tǒng)的硬件組成主要是上位機(jī)和標(biāo)簽打印機(jī)；條形碼掃描識(shí)別和條形碼數(shù)據(jù)庫(kù)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(biāo)控制系統(tǒng)的硬件組成為西門(mén)子S7-200 PLC（下位機(jī)）和電氣設(shè)備等。

3.3 控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

在自動(dòng)掃碼貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)中，由下位機(jī)（PLC）所控制的貼標(biāo)動(dòng)作在時(shí)序上必須與上位機(jī)所控制的標(biāo)簽打印動(dòng)作相協(xié)調(diào)，同時(shí)PLC必須將貼標(biāo)動(dòng)作信息傳遞給上位機(jī)，因此，要實(shí)現(xiàn)兩者的信息交流，必須要通過(guò)串口通信。所以這部分通信程序的實(shí)現(xiàn)主要包括兩個(gè)部分，上位機(jī)通信程序的設(shè)計(jì)和下位機(jī)PLC通信程序的設(shè)計(jì)。

上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)主要包括：上位機(jī)與條形碼掃描器的通信程序設(shè)計(jì)；上位機(jī)與標(biāo)簽紙打印機(jī)的通信程序設(shè)計(jì)；上位機(jī)與PLC（下位機(jī)）的通信程序設(shè)計(jì)。該部分通信連接主要是基于VB（Visual basic 6.0）的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的串口通信。下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)主要為：控制貼標(biāo)的各種動(dòng)作，并即將貼標(biāo)系統(tǒng)的貼標(biāo)動(dòng)作信息傳遞給上位機(jī)顯示出來(lái)。

4 結(jié)論

該掃碼貼標(biāo)機(jī)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)市場(chǎng)的功能需求，在現(xiàn)有的吹氣式自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)的基礎(chǔ)上，對(duì)貼標(biāo)機(jī)的部分機(jī)械結(jié)構(gòu)和整體控制部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，得到集掃碼和貼標(biāo)為一體的貼標(biāo)機(jī)設(shè)備，并增加了對(duì)產(chǎn)品定位以及可調(diào)節(jié)更換貼標(biāo)方位的功能，設(shè)計(jì)后，對(duì)貼標(biāo)機(jī)的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)?zāi)M。該設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處在于實(shí)現(xiàn)了掃碼自動(dòng)貼標(biāo)的功能。為國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上掃碼貼標(biāo)機(jī)的研究提供了參考。

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責(zé)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