姚華平，林偉堅(jiān)，辛其扎，周玉梅，林開群，朱立學(xué)

（1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 廣州 510225；2.廣州市博仕機(jī)電工貿(mào)有限公司，廣東 廣州 511442）

0 引言

我國(guó)近十年來飲料行業(yè)高速發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)也相當(dāng)劇烈，生產(chǎn)廠家都在瓶蓋上做起了文章，如 “再來一瓶”、揭蓋后中獎(jiǎng)等，都要求在瓶蓋內(nèi)打印標(biāo)記。激光打標(biāo)是利用高能量密度的激光對(duì)工件進(jìn)行局部照射，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學(xué)反應(yīng)，從而留下永久性標(biāo)記的一種打標(biāo)方法，具有應(yīng)用范圍廣、打標(biāo)速度快、性能穩(wěn)定、無污染和易于控制等優(yōu)點(diǎn)，可以打出各種大小的文字、符號(hào)和圖案等[1，2]。因此，塑蓋飲料廠的自動(dòng)化包裝生產(chǎn)線中已越來越多地采用激光技術(shù)對(duì)塑蓋進(jìn)行打標(biāo)來提高自動(dòng)化控制水平、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)品的防偽功能。針對(duì)現(xiàn)有塑蓋打標(biāo)機(jī)不能實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化上料，以及在線高速打標(biāo)效果不理想的現(xiàn)狀[3]，廣州市博仕機(jī)電工貿(mào)有限公司自行研制出新一代塑蓋高速激光打標(biāo)生產(chǎn)線，主要包括理蓋機(jī)、激光打標(biāo)機(jī)和提升機(jī)等，具有塑蓋理蓋、有序送料、激光打標(biāo)和自動(dòng)裝箱四大功能。該生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了塑蓋完全自動(dòng)化理蓋上料，且塑蓋的理蓋錯(cuò)誤率小于0.01%；塑蓋打標(biāo)生產(chǎn)率不低于800個(gè)/min，打標(biāo)誤差率小于0.025%。

1 全自動(dòng)塑蓋高速激光打標(biāo)生產(chǎn)線

全自動(dòng)塑蓋高速激光打標(biāo)生產(chǎn)線主要包括四大部分：可靠的整理機(jī)構(gòu) （理蓋機(jī)構(gòu)）、快速的有序排列通道、高效的固定激光打標(biāo)和自動(dòng)裝箱，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。整理機(jī)構(gòu)完成將塑蓋進(jìn)行有續(xù)排列并將打標(biāo)表面統(tǒng)一朝上，并輸送至待打印通道；快速排列通道是利用重力原理設(shè)置傾斜的輸送通道，并在中段進(jìn)行分列排列，配合震動(dòng)裝置，順利地將塑蓋分成六列并輸送至打標(biāo)區(qū)域；高效的固定激光打標(biāo)完成對(duì)塑蓋的固定、打標(biāo)、輸出等動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效地激光打標(biāo)，保證標(biāo)識(shí)的準(zhǔn)確性和清晰度；自動(dòng)裝箱完成自動(dòng)統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量，計(jì)數(shù)并裝箱，完成連續(xù)自動(dòng)地包裝成品。

圖1 激光打標(biāo)生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)示意圖

2 全自動(dòng)理蓋有序送料機(jī)構(gòu)

2.1 理蓋機(jī)構(gòu)

理蓋機(jī)構(gòu)是利用重力作用下物體重心偏移原理進(jìn)行垂直篩選，對(duì)塑蓋進(jìn)行連續(xù)的、準(zhǔn)確的同狀態(tài)整理。為提高理蓋效率，理蓋機(jī)構(gòu)可同時(shí)對(duì)多個(gè)尺寸的塑蓋進(jìn)行篩選。如圖2所示，塑蓋在進(jìn)入理蓋機(jī)時(shí)為雜亂成堆，結(jié)合簡(jiǎn)單的彈性掃除機(jī)構(gòu)，解決因速度加快后來不及完全重力分離的層疊塑蓋。再經(jīng)過垂直段外凸的凸輪，調(diào)節(jié)塑蓋通過時(shí)的重心轉(zhuǎn)移，從而控制翻蓋率與輸送量，以適應(yīng)不同尺寸的塑蓋。然后利用鼓風(fēng)裝置吹出塑蓋，減少在出口輸送過程中對(duì)塑蓋的磨損，提高塑蓋的輸出速度。可編程控制器結(jié)合光電檢測(cè)，控制輸送流量，同時(shí)反饋控制重力篩選裝置的工況，以求達(dá)到精確入料。

2.2 有序送料機(jī)構(gòu)

激光打標(biāo)機(jī)雖然打標(biāo)的速度很快，但是一次也只能對(duì)一個(gè)塑蓋進(jìn)行打標(biāo)。為保證激光打標(biāo)的最高效率，需要先把塑蓋排列成連續(xù)狀態(tài)，因此把整理輸出的塑蓋由出口的單道寬口通道，利用傾斜的輸送通道進(jìn)入待打標(biāo)區(qū)域，然后通過震動(dòng)裝置破壞塑蓋在下滑輸送過程中形成的堵塞、擠壓等不良狀態(tài)，如圖3所示。由理蓋機(jī)構(gòu)出口的不規(guī)則多列排列到具有分割裝置的六條單列的待打印通道中，并保證一定的緩沖數(shù)量，一組接一組地進(jìn)入激光打標(biāo)區(qū)域，保證激光打標(biāo)過程的連續(xù)、高速、整齊。

3 高速激光打標(biāo)和自動(dòng)裝箱機(jī)構(gòu)

3.1 高速激光打標(biāo)機(jī)構(gòu)

雖然激光打標(biāo)機(jī)的偏震鏡頭運(yùn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度快，但是由于需要打印圖案的復(fù)雜程度與數(shù)量，偏震鏡頭的運(yùn)行仍需要一定的時(shí)間。同時(shí)，由于要打印的范圍細(xì)小、圖案的對(duì)中精度要求高，產(chǎn)品在打印的時(shí)間內(nèi)稍有偏差或震動(dòng)，就會(huì)造成較大的圖象變形。因此，在打標(biāo)之前利用光電開關(guān)組、氣缸組和定位裝置組把塑蓋整齊排列并固定牢固，保證每次激光都能打標(biāo)到不同塑蓋的相同位置。

在充分利用激光打標(biāo)機(jī)的打標(biāo)區(qū)域，如圖4所示的情況下，準(zhǔn)備打標(biāo)的塑蓋需要連續(xù)地輸送到激光打標(biāo)頭下。打標(biāo)區(qū)域設(shè)計(jì)分成三條通道，一條通道在進(jìn)蓋并固定，一條通道進(jìn)行打標(biāo)，一條通道進(jìn)行打標(biāo)后的出蓋動(dòng)作。在確定每個(gè)蓋子在穩(wěn)定的狀態(tài)下后，向激光機(jī)發(fā)出打印請(qǐng)求和通道序號(hào)，激光機(jī)響應(yīng)后進(jìn)行打標(biāo)。打標(biāo)完成后，激光機(jī)會(huì)發(fā)出打印完成信號(hào)，并偏震到下一條準(zhǔn)備打印的通道，對(duì)通道內(nèi)的蓋子進(jìn)行打標(biāo)。收到打印完成的信號(hào)后，設(shè)備通過氣缸、吹氣閥和光電檢測(cè)開關(guān)的聯(lián)合動(dòng)作，把打印完成的蓋子推出通道，確認(rèn)通道清空后，等候下次進(jìn)蓋，進(jìn)行循環(huán)的動(dòng)作。此外，如果其中一條通道因蓋子變形而卡住導(dǎo)致故障停止打標(biāo)，則還有另外兩條通道繼續(xù)工作，可以待操作人員接到報(bào)警后，在合適的時(shí)間才進(jìn)行故障處理，大大地提高設(shè)備和人員的使用效率和靈活性。

3.2 自動(dòng)裝箱機(jī)構(gòu)

在打標(biāo)完成后，塑蓋通過提升機(jī)提升到裝箱的高度，如圖5所示。利用動(dòng)作的節(jié)拍性計(jì)算產(chǎn)量，在需要的設(shè)定點(diǎn)后自動(dòng)隔離連續(xù)輸送的成品，同時(shí)切換包裝點(diǎn)，完成自動(dòng)包裝成品，達(dá)成整套設(shè)備的自動(dòng)無人生產(chǎn)。

4 結(jié)束語

本文主要介紹了自行研制的集理蓋、送料、打標(biāo)和裝箱功能于一體的全自動(dòng)塑蓋高速激光打標(biāo)生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了安全、穩(wěn)定、高效的塑蓋打標(biāo)生產(chǎn)流程。此外，該生產(chǎn)線還可進(jìn)一步推廣應(yīng)用于食品、制藥、電子、機(jī)械和輕工等行業(yè)，應(yīng)用于在一定體積內(nèi)的工件打標(biāo)批號(hào)、防偽標(biāo)識(shí)、抽獎(jiǎng)號(hào)碼等各種要求嚴(yán)格的標(biāo)識(shí)。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，食品飲料行業(yè)也發(fā)展迅速，我們相信會(huì)有越來越多的食品飲料廠家使用先進(jìn)的激光打標(biāo)技術(shù)來提高包裝機(jī)器的自動(dòng)化控制水平和生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。

[1]任建明.激光打標(biāo)機(jī)在標(biāo)牌行業(yè)的應(yīng)用[J].網(wǎng)印工業(yè)，2008，5.

[2]庾晉，白杉，王東.激光打標(biāo)-一種嶄新的包裝技術(shù)[J].新設(shè)備·新材料·新工藝，2004，1.

[3]董杰.陣列式在線激光打標(biāo)機(jī)的研制[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2003.