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自動(dòng)分標組合技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)
摘 要：自動(dòng)分標是針對煙草行業(yè)外銷(xiāo)煙盒的特殊要求，研究開(kāi)發(fā)的一項新型技術(shù)。主要功能為根據需求對不同警句的煙標進(jìn)行分離、排序、再組合。由于國內還未有同類(lèi)的技術(shù)，故自動(dòng)分標技術(shù)的研發(fā)將填補該領(lǐng)域的一項空白，而使用自動(dòng)化設備代替人工完成分標工序，可以大幅度地提高生產(chǎn)效率，減少人員的勞動(dòng)強度，為企業(yè)帶來(lái)更高的經(jīng)濟效益。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)分標組合 組合技術(shù) 收紙技術(shù) 送紙技術(shù)
引言
分標是指在煙標生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行的一項工序。上海煙草集團產(chǎn)品中“中華”“金鹿”等外銷(xiāo)的煙盒包裝上必須印刷不同款式的警句;同時(shí)針對不同警句的煙盒，其排列順序也有著(zhù)嚴格的規定，即每條外銷(xiāo)卷煙內至少須有3種不同警句的煙盒。因此在煙標的生產(chǎn)過(guò)程中必須進(jìn)行一道工序就是將印有不同警句的煙標有序的分開(kāi)、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(lái)完成，員工采取類(lèi)似于發(fā)牌的方式，將煙標有序分類(lèi)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(zhù)外銷(xiāo)卷煙訂單業(yè)務(wù)量的增多，為滿(mǎn)足分標量增加的需求，研發(fā)自動(dòng)分標組合技術(shù)，以自動(dòng)化代替人工滿(mǎn)足生產(chǎn)需求成為了一項重要課題。
一、國內外市場(chǎng)調研
根據國內外相關(guān)資料的調查與研究，筆者發(fā)現了一些具有類(lèi)似功能的設備，比如：制作撲克牌過(guò)程中的配頁(yè)裝置、書(shū)本印刷裝訂生產(chǎn)中的分頁(yè)裝置。但筆者也同時(shí)發(fā)現此類(lèi)設備是針對特定產(chǎn)品生產(chǎn)設計的，使用針對性強，通用性低。而且由于煙標的生產(chǎn)過(guò)程中對煙標的表面質(zhì)量要求較高，不能有擦傷。故此類(lèi)設備并不能直接應用到煙標分標工序生產(chǎn)中。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調研，煙標分標組合技術(shù)在國內外還是一項空白。
二、自動(dòng)分標組合技術(shù)的研發(fā)
根據煙標分標過(guò)程中的相關(guān)要求和特性，筆者確定了自動(dòng)分標組合的基本工作原理，將各不同警句的煙標分別從整堆煙標中分離，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)，隨后再往一個(gè)方向進(jìn)行運動(dòng)，最終完成不同警句煙標間的交差組合。結合市場(chǎng)調研所收集到的資料，筆者決定將其運動(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從各自的紙堆中一張一張地取出，并平穩放置于同一平臺上，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(mén)送紙。刀門(mén)送紙即調節刀門(mén)與真空皮帶間的間隙，利用真空皮帶的吸力作為驅動(dòng)，使單張煙標從整堆煙標的底部輸出。但該套機構在輸出煙標時(shí)，煙標表面必會(huì )與刀門(mén)有接觸，故非常容易造成煙標表面的擦傷，產(chǎn)生廢品。此外由于依靠的是真空皮帶輸送，在高速運行中很難精確地保證從各個(gè)出紙工位輸出的單張煙標同時(shí)到達同一平臺上。
(2)吸盤(pán)送紙。吸盤(pán)送紙(即單張紙印刷機飛達)使用真空吸盤(pán)從紙堆上方將單張煙標吸起遞交給遞紙吸盤(pán)，再利用機械機構驅動(dòng)紙張向前輸送至真空皮帶，但該套機構的工作原理較為復雜，所需要的工作空間較大。
(3)自動(dòng)分標組合送紙技術(shù)。送紙技術(shù)是整個(gè)自動(dòng)分標組合中的重點(diǎn)部分。針對刀門(mén)送紙和吸盤(pán)送紙的分析，要在高速運行的情況下，保證單張煙標完好地從紙堆中穩定輸出，并同時(shí)保證不同警句的單張煙標同步進(jìn)入一個(gè)平臺，直接引用上述2項技術(shù)已不可能。
筆者根據分標組合的整體需求，對送紙機構進(jìn)行了重新的設計。為了避免影響煙標的品質(zhì)，不在送紙過(guò)程中損壞煙標的表面，如圖4還是使用吸盤(pán)將單張紙煙標從整堆煙標中剝離;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將取出的單張煙標直接放置在平臺上;為減小設備空間，降低制造成本，在設計時(shí)擯棄了復雜的機械元件，改用標準化的氣動(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(kāi)擺放的單張煙標進(jìn)行排序組合，重點(diǎn)是必須保證不同警句的煙標間隔排列不能缺張，組合時(shí)不對煙標產(chǎn)生損壞，組合過(guò)程中各煙標不能發(fā)生翻身。
(1)煙標缺張檢測。為了保證不同警句的煙標間隔排序不缺張，在煙標被放置于真空皮帶上時(shí)，如圖7每一個(gè)煙標的側上方都有一個(gè)感應探頭，探頭會(huì )在送紙動(dòng)作完成后對每個(gè)工位上的煙標進(jìn)行檢測，以確定沒(méi)有缺張;如果檢測到缺張，PLC則會(huì )控制缺張工位的送紙機構重復執行取紙動(dòng)作，直到探頭檢測到煙標為止。
(2)煙標翻身控制。當所有煙標到達預定位置時(shí)，真空皮帶迅速帶動(dòng)煙標向一側運動(dòng)，保證煙標快速準確地進(jìn)入收集區域。在這一過(guò)程中，煙標脫離真空皮帶吸附，如圖8在慣性、自重、空氣阻力作用下做拋物線(xiàn)下落，直至收集區域。通過(guò)實(shí)驗可知真空皮帶速度過(guò)慢會(huì )造成煙標在近乎豎直的情況下接觸紙堆(如圖9)，容易造成煙標翻身;過(guò)快煙標則會(huì )以近乎平行的狀態(tài)撞擊到擋板上，容易造成煙標受損。所以在調試期間必須根據紙張克重對真空皮帶的速度進(jìn)行調節，以得到最佳的組合效果。
2.3 收紙技術(shù)
根據后期的打包要求，煙標需要每200張/堆的方式進(jìn)行分包。人工進(jìn)行該項操作是依據操作人員的經(jīng)驗先取出一定的煙標放在電子秤上進(jìn)行稱(chēng)重，再根據顯示數量進(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，該項工序改為自動(dòng)化完成。在真空皮帶出口處安裝光電計數器，再在紙堆區域安裝汽缸，當計數器達到設定值時(shí)，如圖10汽缸驅動(dòng)滑針彈出，將煙標進(jìn)行分割。處于滑針下方的煙標紙堆會(huì )由橫向皮帶進(jìn)行輸出(如圖11)，完成按照固定數值分割紙堆的工序。
三、設備開(kāi)發(fā)成果
在通過(guò)不斷的研究和實(shí)驗后，煙草包裝印刷公司成功研制了一臺集上述技術(shù)特點(diǎn)的煙標組合設備(如圖6)，該設備可以滿(mǎn)足6種不同警句煙標的自動(dòng)分標組合需求。如圖12，煙標分標組合機從機械傳動(dòng)、程序編寫(xiě)、電器控制等各方面都是一次全新地嘗試。
3.1 設備性能
(1)組合數量。警句配置最大可分標組合數量為6個(gè)。 (2)分標一致性�？蓾M(mǎn)足所有分標動(dòng)作等時(shí)、等速、準確無(wú)誤。(3)煙標送紙穩定性。測試送紙穩定、無(wú)歪斜。(4)煙標成品質(zhì)量。具有防擦傷、防偏移、防雙張，煙標完好無(wú)損。(5)聯(lián)機控制同步技術(shù)。輸送精確控制。(6)煙標收集分垛要求。煙標整齊收集、不翻轉，并依照張數的要求準確地將煙標分開(kāi)。(7)收集方式簡(jiǎn)易性。設備采取堆垛式，簡(jiǎn)化員工收標過(guò)程，降低員工勞動(dòng)強度。(8)效率。產(chǎn)量1萬(wàn)張/時(shí)。(9)質(zhì)量。包括警句配置滿(mǎn)足要求、配置煙標收集整齊、數量準確，同時(shí)確保運行中煙標沒(méi)有擦傷等損失。
3.2 推廣應用
自動(dòng)分標組合從技術(shù)研究到實(shí)體開(kāi)發(fā)的成功，使原來(lái)繁鎖、原始的人工分撿的方式，可用自動(dòng)化的設備來(lái)取代，避免了因長(cháng)時(shí)間疲勞分撿帶來(lái)的差錯，減輕了勞動(dòng)強度，提高了工作效率。
自動(dòng)分標組合設備的研發(fā)填補了國內外市場(chǎng)在這一領(lǐng)域的空白，并成功申請了新型實(shí)用專(zhuān)利，專(zhuān)利號為：ZL201220665424.6。
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