一種自動雙掃描雙貼標設備的研制

李 鋒，方貴本

（南寧富桂精密工業有限公司，廣西 南寧530000）

一種自動雙掃描雙貼標設備的研制

李 鋒，方貴本

（南寧富桂精密工業有限公司，廣西 南寧530000）

研發的一種自動雙掃描雙貼標的設備，它涉及了內存卡生產加工自動化技術領域，包含機架、入料皮帶輸送帶、XY軸取放料機械手、空Tray出料皮帶傳輸帶、上下掃描機構、左右出標機構、左右貼標機構、出料皮帶輸送帶。該設備結構簡單合理且自動化程度高，實現產品的批量上料及兩件產品的同時掃描貼標，節約人工成本的同時，還提高生產效率。

自動化；掃描；貼標

掃描及貼標工序在內存卡生產中相當普遍，傳統人工操作的生產組裝方式存在生產效率低下、技術不標準，且勞動強度大等諸多問題。在當前我國人口紅利已喪失殆盡的形勢下，如何大幅度提高生產效率，降低勞動力成本和降低勞動強度，理所當然受到業內的廣泛關注。

1 總體設想

1.1 貼標工序的傳統人工操作流程

掃描及貼標工序的傳統人工操作流程如圖1所示。內存卡由隨流水線單件流入，人工拿起單件內存卡后裝入Tray盤，當一盤裝滿后，就用掃描槍逐一對各單件進行掃描，然后整盤放回流水線，再由下工站作業員取整個Tray，撕下標簽逐一貼到各單件上。

圖1 人工操作動作流程

1.2 實現自動化作業的總方案設計

研發的目的在于針對現有技術的缺陷和不足，提供一種結構簡單、設計合理、使用方便、高效率的自動掃描貼標設備。為此，擬訂如下技術方案：

（1）導入新設計的Tray盤堆棧式批量供料，減少作業員添料次數；

（2）通過XY軸機械手自動從Tray盤每次吸料6件；

（3）XY軸機械手自動分3次送至傳輸線同時放入2件；

（4）上下掃描儀同時自動掃描2件；

（5）左右兩貼標機構同時自動貼標2件。

即，作業員將滿載內存卡的一迭tray放入設備，設備對內存卡進行自動掃描和貼標，并自動送至后段接駁的流水線以流至下一工站。圖2給出了實現自動化作業的流程。

圖2 自動化作業流程圖

2 機械總體構造及各部件功能說明

2.1 機械部分總體構造

研發的設備是一種自動雙掃描雙貼標的設備，如圖3所示。主要由機架1、入料皮帶輸送帶2、XY軸取放料機械手3、空Tray出料皮帶傳輸帶4、上下掃描機構5、左右出標機構6、左右貼標機構7、出料皮帶輸送帶8等組成。機架1為整臺設備主體支撐框架，用于固定各機械零部件及電氣組件。

圖3 自動雙掃描雙貼標設備結構總圖

研發的設備采用Solidworks軟件進行3D建模繪制[1]。相對其他軟件，自動化設備三維建模后更適合于檢查各零件是否干涉、各部件模擬動作[2]。

2.2 各部件的整體工序聯接及功能說明

人工將滿載產品的一迭tray放到入料皮帶輸送帶2；入料皮帶輸送帶2將最底面的一盤tray從一迭tray中分離并傳送至取料位，XY軸取放料機械手3自動吸取2件產品并放到出料皮帶輸送帶8上；出料皮帶輸送帶8將產品送至掃描位，上下掃描機構5自動掃描后；出料皮帶輸送帶8將產品送至貼標位，左右出標機構6將卷料標簽的一張從底紙上剝離；左右貼標機構7吸取剝離后的標簽并貼到產品上；出料皮帶輸送帶8將貼標后的產品送至后段接駁的流水線。

當一盤tray的產品均被取走后，XY軸取放料機械手3將其吸取并放到空Tray出料皮帶傳輸帶4；空Tray出料皮帶傳輸帶4上對其進行收集暫存。

皮帶輸送機由三相異步電機驅動，可由PLC控制其輸送速度，更利于tray及產品輸送定位[3]。

3 設備入料側設計

3.1 入料輸送帶設計

入料輸送帶如圖4所示，包括頂升承接組件21、分盤組件22、皮帶輸送軌道23、到位傳感器24、定位組件25.

圖4 入料輸送帶結構圖

其工作原理：作業員將滿載內存卡的一迭Tray放到入料輸送帶上，分盤組件22支撐住整迭Tray，作業員按啟動按鈕后，頂升承接組件21上升，支撐整迭Tray最底面的一盤，分盤組件22動作去支撐整迭Tray最底面的倒數第二盤Tray，頂升承接組件21下降將最底面Tray放置在皮帶輸送軌道23上，皮帶輸送軌道23將此Tray往前運輸，當到位傳感器24感應到此Tray時，皮帶輸送軌道23停止轉動，定位組件25對此Tray壓緊定位，等待XY軸取放料機械手3進行取料。

3.2 XY軸取放料機械手設計

XY軸取放料機械手如圖5所示。包括XY軸機械手31、Z軸氣缸升降組件32、吸嘴組件33.其工作原理：XY軸機械手31驅動吸嘴組件33移動至已定位好的Tray上方，Z軸氣缸升降組件32驅動吸嘴組件33下降利用真空吸住一排6件內存卡，Z軸氣缸升降組件32驅動6件內存卡一起上升，XY軸機械手31將6件內存卡輸送至出料皮帶輸送帶8上方，Z軸氣缸升降組件32下降，吸嘴組件33破真空將兩件內存卡放到出料輸送帶8上。

圖5 XY軸取放料機械手3結構圖

4 出標貼標機構和出料輸送帶設計

出標、貼標機構和出料輸送帶的構造組成如圖6所示。由出料輸送帶8、左右出標機構6和左右貼標機構7組成。

圖6 出標、貼標機構和出料皮帶輸送帶結構圖

4.1 出料輸送帶設計

出料輸送帶如圖7所示。包含前雙皮帶軌道81、翻轉組件82、到位觸發掃描感應器83、定位組件84、到位觸發貼標感應器85、阻擋組件86、后雙皮帶軌道87.其工作原理：兩件內存卡被放到前雙皮帶軌道81后，前雙皮帶軌道81將此兩件內存卡輸送至翻轉組件82處，翻轉組件將此兩件內存卡翻轉180°使其待貼標面朝上，并送至后雙皮帶軌道87.同步的XY軸取放料機械手3繼續放兩件內存卡。當6件均放完，XY軸取放料機械手3返回tray上方繼續取下一排6件內存卡，如此循環取放料。

圖7 出料皮帶輸送帶結構圖

當后雙皮帶軌道87輸送兩內存卡至到位觸發掃描感應器83感應區域時，雙軌道上兩組上感應器51及下感應器52同時對兩內存卡的上下面進行掃描讀碼上傳。掃描完成后，后雙皮帶軌道87繼續輸送兩內存卡至到位觸發貼標感應器85感應區域時，定位組件84與阻擋組件86配合將內存卡壓緊，待貼標。

4.2 左右出標機構設計

左右出標機構6分別鏡像固定在出料輸送帶8左右兩邊，結構如圖8所示。包括標簽剝離機構61、標簽感應器62、壓料帶機構63、料帶輸送電機64、收底紙轉盤65、放料帶轉盤67.其工作原理：作業員事先將一盤料帶放在放料帶轉盤67上，按如圖纏料帶方式將料帶纏繞至收底紙轉盤65.當左右出標機構6收到設備給予的出標信號要求時，料帶輸送電機64轉動帶動收底紙轉盤65和放料帶轉盤67轉動，料帶勻速往前移動。當標簽感應器感應到料帶上的標簽前端，料帶輸送電機64轉動固定圈數使標簽每次準確往前移動固定距離至剝標位，壓料帶機構63下壓，貼標機構7下壓利用真空吸住標簽，標簽剝離機構61對標簽進行剝離，標簽則被吸附在貼標機構上[4]。

圖8 左右出標機構結構圖

4.3 左右貼標機構設計

左右貼標機構7分別固定在出料輸送帶8左右兩邊軌道上方，結構如圖9所示。包括旋轉氣缸71、升降氣缸72、吸標頭73.其工作原理：吸標頭73利用真空吸附住剝離后的標簽，在升降氣缸72驅動下下壓，在內存卡上的吸標頭73破真空進行貼標，在標簽剝離機構61上的吸標頭則吸真空進行取標。就單個貼標機構而言，兩個吸標頭單獨動作互不干擾，當一頭在貼標的同時，另一頭在吸標，完成一件的貼標后，升降氣缸72驅動上升，再由旋轉氣缸71將兩吸標頭旋轉180°，以此提高貼標效率[5]。且左右兩組貼標機構分別單獨負責出料皮帶輸送帶8兩軌道的貼標，其效率更是提高一倍。

圖9 左右貼標機構結構

完成貼標后，阻擋組件86下降，出料皮帶輸送帶8將兩內存卡輸送至設備后方接駁的流水線流至下一工站。如此自動完成兩內存卡的整個掃描貼標作業，而設備則在不斷循環地對后續內存卡進行掃描和貼標。

5 空Tray出料傳輸帶設計

5.1 空Tray出料輸送帶設計

空Tray出料傳輸帶如圖10所示。包括空tray有料感應器41、皮帶輸送軌道42、空Tray到位感應器43、頂升組件44、空Tray支撐組件45.

圖10 空Tray出料皮帶傳輸帶結構圖

其工作原理：當一盤Tray共4排24件內存卡均被XY軸取放料機械手3放到出料皮帶輸送帶8后，XY軸取放料機械手3返回空tray上方，Z軸氣缸升降組件32驅動吸嘴組件33下降利用真空吸住空tray后上升，XY軸取放料機械手3移動至空Tray出料皮帶傳輸帶4上方，Z軸氣缸升降組件32驅動吸嘴組件33下降破真空使空tray放置到皮帶輸送軌道42上，空tray有料感應器41感應到空tray，皮帶輸送軌道42將空Tray輸送到空Tray到位感應器43感應區，皮帶輸送軌道42的電機停止轉動。頂升組件44將空Tray頂起，下降后空Tray被自動支撐在4個空Tray支撐組件45上。下一盤Tray如此循環，并自動堆疊在前一盤Tray的下方并由空tray支撐組件45一起支撐住。當空Tray堆疊累積到一定高度后，由作業員全部取走。

5.2 空Tray支撐組件的特別設計

在初期設計中，空Tray的收集支撐結構采用與入料皮帶輸送帶2的分盤組件22一樣的結構，但動作相反，即分盤組件氣缸將支撐塊先縮回，下方氣缸將tray頂起至高于支撐塊支撐面的高度后，分盤組件氣缸將支撐塊再伸出，下方氣缸縮回，那么tray則被支撐塊支撐住。

但在實際生產中，設備制作成本也是設計時需考慮的一重要因素。故需考慮如何利用簡單實用又省成本的結構去實現支撐功能，于是設計了如圖11所示的結構。空tray支撐組件主要由支撐塊、鉸鏈銷、鉸鏈座及限位板組成。其原理為：下方氣缸將tray頂起，tray邊接觸到支撐塊斜面，頂起過程中，頂升力作用于斜面2，使支撐塊沿著鉸鏈銷向上旋轉至斜面2與限位板同一平面，此時tray被頂至脫離支撐塊的位置，支撐塊則因重力作用沿著鉸鏈銷向下旋轉至恢復支撐狀態，tray隨下方氣缸一起垂直下降后被支撐塊的支撐平面1支撐住而脫離氣缸，即tray被暫存在支撐塊上[6]。

圖11 空Tray支撐組件結構圖

此空tray支撐組件即利用重力實現支撐塊的支撐狀況及縮回狀態的切換，替代了初期方案的驅動支撐塊伸縮的兩個氣缸，共節省設備制作成本約800塊/臺。

6 結束語

自動雙掃描雙貼標設備現已調試成功，并應用于生產中。此設備設計巧妙、結構簡單、制造方便、成本較低，也可應用于同行業類似工序。實際生產表明產生了良好的經濟效益，有較好的推廣價值。

[1]曹 巖.SOLIDWORKS機械設計實例精解[M].北京：機械工業出版社，2006.

[2]李學志．計算機輔助設計與繪圖[M]．北京：清華大學出版社，2007.

[3]鄧星鐘.機電傳動控制[M].武漢：華中科技大學出版社，2001.

[4]秦大同，謝里陽.現代機械設計手冊（第三卷）[M].北京：化學工業出版社，2011.

[5]張福生.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業出版社，2011.

[6]顏鴻森，姚燕安，王玉新，等譯.機構裝置的創造性設計（creative design of mechanical devices）[M].北京：機械工業出版社，2002.

Equipment of Automatic Double Scanning and Double Labeling

LI Feng，FANG Gui-ben
（Nanning Fu Gui Precision Industry Co.，Ltd.，Nanning Guangxi 530000，China）

This paper developed a sort of equipment of automatic double scanning and double labeling.It involves the technical field of automation about the production and processing of memory card，which includes the frame，the feeding belt conveyor，the XY-axis Pick-and-Place robot，the discharge belt conveyor of empty tray，the mechanism of up and down scanning，the left and right mechanism of feeding label，the left and right mechanism of labeling，the discharge belt conveyor of product.This equipment has reasonable and simple structure，and high automation degree，which not only can process feeding in in batches and simultaneous scanning and labeling of two product to reduce labor cost，but also can enhance productivity.

automation；scanning；labeling

TB486.3

A

1672-545X（2017）10-0095-04

2017-07-20

李 鋒（1986-），男，廣西平南人，本科，助理工程師，研究領域：自動化設備設計、安裝、調試及管理。