壓敏標(biāo)簽供送裝置中剝離機(jī)構(gòu)的設(shè)計

蔡建新 陳松

摘 要：當(dāng)前的自動化貼標(biāo)設(shè)備大多采用壓敏標(biāo)簽，以卷材形式供應(yīng)。標(biāo)簽供送是貼標(biāo)中的重要環(huán)節(jié)之一，如果標(biāo)簽供送不可靠，將導(dǎo)致后續(xù)的貼標(biāo)操作無法順利完成。本文通過對標(biāo)簽供送工藝進(jìn)行分析，設(shè)計了標(biāo)簽供送裝置的總體結(jié)構(gòu)?；趧冸x力與標(biāo)簽彎曲曲率半徑的關(guān)系，建立了標(biāo)簽剝離時的力學(xué)模型，設(shè)計了標(biāo)簽供送裝置中的剝離機(jī)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：標(biāo)簽供送;剝離;力學(xué)模型;結(jié)構(gòu)設(shè)計

中圖分類號：TB486 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）34-0044-03

Structural Design of the Feeding Device of Pressure Sensitive Labels

CAI Jianxin CHEN Song

（Wuxi Institute of Technician，Wuxi Jiangsu 214153）

Abstract： Pressure sensitive labels in roll form are widely used in existing automated labeling equipment. Label feeding is an important part of labeling. Unreliable feeding would lead to the failure of the subsequent labeling operation. The process of feeding label was studied and the structure of a label feeding device was developed in this paper. Based on the relationship between the peeling force and the curvature radius of the label， the mechanical model of the label peeling was established， and the peeling mechanism of the label feeding device was designed.

Keywords： label feeding;peeling;model of mechanics;structural design

標(biāo)簽供送是貼標(biāo)中的重要環(huán)節(jié)之一，如果標(biāo)簽供送不可靠，將導(dǎo)致后續(xù)的貼標(biāo)操作無法順利完成。而且，標(biāo)簽供送的精度也會影響貼標(biāo)的精度。因此，標(biāo)簽供送裝置是整個貼標(biāo)系統(tǒng)里的關(guān)鍵部件。標(biāo)簽供送裝置主要解決標(biāo)簽從底紙上可靠剝離、標(biāo)簽及時供送、標(biāo)簽供送位置準(zhǔn)確等問題。

1 壓敏標(biāo)簽

標(biāo)簽的種類繁多，主要可以分為片式標(biāo)簽、卷筒狀標(biāo)簽、熱黏性標(biāo)簽、感壓性標(biāo)簽及收縮筒形標(biāo)簽。壓敏標(biāo)簽由面層（基材層）、隔離紙層和壓敏膠層組成[1]，如圖1所示。面層材料可以是紙張、薄膜、特種材料或?qū)盈B體;隔離紙層由隔離層和底紙構(gòu)成，涂有硅保護(hù)的隔離層覆蓋在底紙上，使標(biāo)簽更易從底紙上撕下。壓敏標(biāo)簽可以片材、卷材或折疊形式供應(yīng)，而卷材對自動化生產(chǎn)是較為有利的形式。

2 標(biāo)簽供送裝置整體設(shè)計方案

2.1 標(biāo)簽供送工藝分析

標(biāo)簽供送裝置必須實現(xiàn)將壓敏標(biāo)簽順利地從底紙上剝離及供送到取標(biāo)位置的功能。標(biāo)簽供送裝置主要由放紙輥、導(dǎo)向輥、張緊輥、緩沖輥、剝離板、光電傳感器、托標(biāo)座和收紙輥等部分構(gòu)成。

如圖2所示，標(biāo)簽卷放置在放紙輥上，收紙輥在電機(jī)的帶動下牽引標(biāo)簽帶按圖示路線行走。導(dǎo)向輥的兩側(cè)裝有擋盤，防止標(biāo)簽走向偏移;通過調(diào)節(jié)張緊輥兩輪之間的距離，可以控制其對標(biāo)簽帶的壓緊力，從而使標(biāo)簽帶在張緊輥與收紙輥之間處于張緊狀態(tài)，使得標(biāo)簽剝離可靠;緩沖輥減小了電機(jī)剛啟動時加速度對標(biāo)簽帶的突然拉緊，以防標(biāo)簽帶被拉斷;剝離板完成將標(biāo)簽與底紙分離的動作，標(biāo)簽從底紙上分離后，承托在托標(biāo)座上;標(biāo)簽被取走后，光電傳感器檢測到托標(biāo)座上無標(biāo)簽，電機(jī)運(yùn)行，供送標(biāo)簽，到位后，電機(jī)停止。

2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

按照各機(jī)構(gòu)功能，可將標(biāo)簽供送裝置（見圖3）分為放紙機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、張緊機(jī)構(gòu)、緩沖機(jī)構(gòu)、剝離機(jī)構(gòu)、收紙機(jī)構(gòu)、托標(biāo)座和機(jī)架等部分。其中，放紙機(jī)構(gòu)支撐標(biāo)簽卷，兩側(cè)有擋盤對標(biāo)簽卷軸向定位并控制標(biāo)簽帶走向。步進(jìn)電機(jī)通過同步帶與收紙輥相連，驅(qū)動收紙機(jī)構(gòu)完成放卷、剝離、收紙等一系列動作。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)兩側(cè)擋盤通過緊定螺釘與導(dǎo)向輥固定，導(dǎo)向輥用來改變標(biāo)簽帶運(yùn)行的路徑和方向，使其按設(shè)定路徑運(yùn)行，擋盤用來防止標(biāo)簽帶軸向走偏。張緊機(jī)構(gòu)由張緊輥和軸構(gòu)成，二者通過過盈配合相連，張緊輥由橡膠制作，張緊輥與標(biāo)簽帶之間摩擦力較大，且壓緊時彈性較大，在給標(biāo)簽帶提供一定張緊力的同時，避免了將標(biāo)簽壓潰。緩沖機(jī)構(gòu)一端連接緩沖輥，另一端與緩沖塊相連，可以通過調(diào)節(jié)緩沖塊質(zhì)量或者改變緩沖塊與支點間的距離來控制緩沖拉力。剝離板通過螺釘與機(jī)架固定，剝離刀口處標(biāo)簽與底紙實現(xiàn)分離。托標(biāo)座固定在剝離機(jī)構(gòu)的前段，用來承接剝離下來的標(biāo)簽，其橫向位置可以調(diào)節(jié)。前后支架對各功能機(jī)構(gòu)起支撐固定作用，實現(xiàn)標(biāo)簽供送的整體設(shè)計功能。

3 剝離機(jī)構(gòu)的設(shè)計

供送標(biāo)簽時，標(biāo)簽若不能可靠剝離，或是剝離出部分的方位不適當(dāng)，都會影響貼標(biāo)精度，甚至取標(biāo)失敗，因此標(biāo)簽供送裝置的剝離機(jī)構(gòu)是貼標(biāo)機(jī)的核心部分之一。

如圖4所示，當(dāng)收紙輥拉動標(biāo)簽帶繞過剝離刀時，標(biāo)簽因自身的剛度，并不與紙帶一同繞過剝離板，而是扯裂膠層脫離紙帶，此時底紙強(qiáng)迫變形，彎曲處的曲率半徑同剝離刀口半徑。當(dāng)粘結(jié)劑提供給標(biāo)簽的連接力無法使標(biāo)簽產(chǎn)生剝離刀口半徑的變形時，標(biāo)簽便順利地從底紙上脫離;反之，標(biāo)簽剝離失敗，同底紙一同送往收紙輥。

影響標(biāo)簽剝離的因素有標(biāo)簽帶的張緊力、標(biāo)簽包角、剝離刀口曲率半徑、膠的黏性、標(biāo)簽的力學(xué)特性、送標(biāo)的速度和環(huán)境溫度等。有研究表明[2]，剝離刀口曲率半徑的減小將提高標(biāo)簽的剝離可靠性，但同時會使系統(tǒng)阻力大幅增加，導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)失步;反之，增大剝離刀口的曲率半徑將提高標(biāo)簽的剝離速度，但同時會降低剝離可靠性，因此剝離刀的優(yōu)化設(shè)計是剝離機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵。

假設(shè)標(biāo)簽剝出時，標(biāo)簽方向平行于剝離刀口方向，即不產(chǎn)生偏移。又由于標(biāo)簽在橫向受力及形狀都相互對稱，故可將標(biāo)簽簡化為如圖5所示懸臂梁的平面彎曲模型，底紙與標(biāo)簽之間的連接力可以看作作用在懸臂梁上的均布載荷，因此在[x]處產(chǎn)生[w（x）]的撓度。懸臂梁在[x=0]處的撓度[w（x）]相當(dāng)于標(biāo)簽剛剛剝離出底紙時產(chǎn)生的彎曲變形，由[w（x）]可以求出該處的曲率半徑[ρ（x）]，若剝離刀口處的半徑[R]小于[ρ（x=0）]，則標(biāo)簽彎曲的程度就不足以使其繞過剝離刀口，即順利同底紙分離。

忽略剪力對彎曲變形的影響，可得[3]：

[1ρ=MEIz]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，[ρ]為[x]處的曲率半徑;[M]為[x]處的彎矩;[E]為標(biāo)簽的彈性模量;[Iz]為慣性矩。

由圖5可得：

[M=q（l-x）?（l-x）2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ?   ? ? （2）

將其代入式（1）得：

[ρ=2EIzq（l-x）2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

由供應(yīng)商提供的90°剝離黏性[s=8N25mm]（試驗方法為FINAT的FTM2，試樣寬度為25mm），可轉(zhuǎn)為40mm寬標(biāo)簽的均布載荷[q=8N25mm×40mm=16N]。

FINAT為全球不干膠標(biāo)簽制造商協(xié)會的簡稱，F(xiàn)TM2是在90°的剝離角度下測試的，而實際剝離角度要小于90°。一般情況下，剝離力隨著剝離角度的減小而減小，故這里采用90°剝離力偏安全。

因標(biāo)簽橫截面近似為長方形，標(biāo)簽厚度[h=0.082mm]，橫向?qū)挾萚b=40mm]，故可得：

[Iz=bh312=1.84×10-15m4]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

查材料手冊得材料彈性模量[E=2 000MPa]，標(biāo)簽縱向長度[l=15mm]，將其代入式（2）得：

[ρ=7.36×10-616（0.015-x）2（m）]

故[x=0]時，標(biāo)簽處的曲率半徑為[ρ=2.04mm]，所以只需令剝離刀口的半徑[R<ρ]，即可使標(biāo)簽自動剝離，這里取[R=1.5mm]。

4 結(jié)語

本文通過對標(biāo)簽供送工藝進(jìn)行分析，得出標(biāo)簽供送裝置的整體結(jié)構(gòu)。在標(biāo)簽剝離時，把標(biāo)簽看作是懸臂梁結(jié)構(gòu)，基于剝離力與標(biāo)簽彎曲曲率半徑的關(guān)系，建立了標(biāo)簽剝離時的力學(xué)模型，從而確定了剝離刀口的尺寸。由此，對不同類型的標(biāo)簽，可以設(shè)計出與之相適應(yīng)的剝離機(jī)構(gòu)，對壓敏標(biāo)簽供送裝置中剝離機(jī)構(gòu)的設(shè)計具有一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

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[3]邱棣華.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2010.