李存鵬 （安徽國(guó)防科技職業(yè)學(xué)院機(jī)械工程系，安徽 六安237011）

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，PCB（印刷電路板）幾乎會(huì)出現(xiàn)在每一種電子設(shè)備當(dāng)中，電子設(shè)備越來越復(fù)雜，需要的PCB也越來越密集，區(qū)分各種大小各異的PCB的有效方法就是PCB貼標(biāo)。原有的手工貼標(biāo)簽，因其效率較低，已經(jīng)無法滿足社會(huì)的需求，貼標(biāo)機(jī)應(yīng)用而生。但現(xiàn)有大部分貼標(biāo)機(jī)中使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，結(jié)構(gòu)及控制復(fù)雜，制造成本高且功能單一，無法滿足形式各異的PCB板貼標(biāo)要求。因此，設(shè)計(jì)和開發(fā)一種成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)單的STM多能能PCB貼標(biāo)機(jī)具有重要的實(shí)際價(jià)值［1，2］。

1 功能分析

（l）可將不干膠標(biāo)簽可靠地貼在PCB板的正反面，正反面所貼條碼的數(shù)量及位置可以隨意設(shè)定，正反面所用條碼是同一種。要完成這一功能，系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)以下操作：對(duì)被貼標(biāo)件PCB板的運(yùn)送和準(zhǔn)確定位，貼標(biāo)材料不干膠標(biāo)簽的精確進(jìn)給，標(biāo)簽從標(biāo)簽紙帶上的剝離，標(biāo)簽被牢固地貼在PCB板上，以及在貼標(biāo)完成后，成品能被順利輸出。

（2）全自動(dòng)的連續(xù)貼標(biāo)。貼標(biāo)過程中的各項(xiàng)操作，均為自動(dòng)執(zhí)行，無需人工干預(yù)，并可通過控制系統(tǒng)完成對(duì)各操作動(dòng)作的協(xié)調(diào)控制和連續(xù)執(zhí)行。

（3）適用不同的label和PCB板，不貼條碼時(shí)，設(shè)備可以當(dāng)正常軌道使用。

（4）label須貼在PCB白線內(nèi)，居中，不能傾斜，不可偏出白線框，精度0.2mm，完成貼label和刷入條碼的C／T （單面10s／4pcs，正反面20s／7pcs）。

（5）較低的設(shè)計(jì)和制造成本。使用傳感器、伺服電機(jī)、調(diào)速電機(jī)、PLC、熔斷器設(shè)計(jì)電路，使用數(shù)量少，搭配合理，降低整個(gè)貼標(biāo)機(jī)的設(shè)計(jì)和制造成本，使其具有較好的推廣性。

（6）具有緊湊的機(jī)械結(jié)構(gòu)。根據(jù)PLC的控制機(jī)理以及調(diào)速電機(jī)、伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，簡(jiǎn)化貼標(biāo)機(jī)傳動(dòng)裝置，合理安排貼標(biāo)機(jī)各機(jī)構(gòu)的布局，使所設(shè)計(jì)的貼標(biāo)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間位置小，使用方便。

2 貼標(biāo)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

擬定貼標(biāo)的工作流程是貼標(biāo)機(jī)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)，工藝流程設(shè)計(jì)的合理性，直接影響所研制貼標(biāo)機(jī)總體結(jié)構(gòu)、外形布局、運(yùn)動(dòng)方式和貼標(biāo)質(zhì)量。根據(jù)系統(tǒng)功能需求可將整個(gè)貼標(biāo)過程分為如圖1所示的5道工序。

圖1 貼標(biāo)機(jī)工作流程

STM貼標(biāo)機(jī)屬于典型的自動(dòng)化設(shè)備，它的結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)元件、工作機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和自動(dòng)控制系統(tǒng)4大部分［3］。根據(jù)貼標(biāo)機(jī)的功能要求和工藝特點(diǎn)，STM多功能PCB貼標(biāo)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)主要有PCB輸入流水線，標(biāo)簽輸送、分離、回收機(jī)構(gòu)，標(biāo)簽定位、貼標(biāo)、壓緊機(jī)構(gòu)，PCB板翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及PCB輸出流水線5部分組成，各部分協(xié)調(diào)同步工作，完成PCB貼標(biāo)工作。

控制裝置選用PLC控制，控制裝置可完成各執(zhí)行部件的順序控制，PCB輸入流水線使用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)PCB板的準(zhǔn)確輸入，標(biāo)簽輸送、分離、回收機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)牽引將卷筒標(biāo)簽輸送至指定位置，標(biāo)簽在移動(dòng)中經(jīng)過分標(biāo)板能自動(dòng)從標(biāo)簽紙帶上剝離，貼標(biāo)后的標(biāo)簽紙帶進(jìn)行回收。標(biāo)簽定位、貼標(biāo)、壓緊機(jī)構(gòu)主要完成標(biāo)簽的精確定位及指定區(qū)域牢固貼標(biāo)的工作，采用PCB板翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了PCB板的正反面貼標(biāo)。

2.1 PCB輸入流水線

PCB輸入流水線結(jié)構(gòu)如圖2所示。該流水線在左右旋絲桿的調(diào)節(jié)下可以進(jìn)行寬度方向的調(diào)節(jié)，以滿足不同寬度的PCB板。由于貼標(biāo)機(jī)前后都有工作站，假設(shè)PCB都是從貼標(biāo)機(jī)寬度的中心流入，所以需要以設(shè)備中點(diǎn)進(jìn)行對(duì)稱調(diào)節(jié)，流水線采用伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，PCB前進(jìn)方向由氣缸進(jìn)行阻擋定位，PCB寬度方向由2個(gè)氣缸組合進(jìn)行夾緊定位及下壓固定，以此對(duì)PCB板進(jìn)行牢固定位。

圖2 PCB輸入流水線

圖3 標(biāo)簽輸送、分離、回收機(jī)構(gòu)

2.2 標(biāo)簽輸送、分離、回收機(jī)構(gòu)

標(biāo)簽輸送、分離、回收機(jī)構(gòu)如圖3所示。該機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)標(biāo)簽卷進(jìn)料輪，使標(biāo)簽卷在一定的牽引力作用下可以松展成帶移動(dòng)，采用光釬尋邊定位到指定的位置，同時(shí)配有電磁剎車張力控制系統(tǒng)，以保證標(biāo)簽不松弛。導(dǎo)輥組對(duì)標(biāo)簽帶起著承托、引導(dǎo)、轉(zhuǎn)向及校正的作用。標(biāo)簽在分標(biāo)板上完成標(biāo)簽自動(dòng)剝離。標(biāo)簽回收輪在牽引輪送標(biāo)的同時(shí)，將標(biāo)簽紙帶以卷筒的形式回收起來。隨著標(biāo)簽紙帶的輸送，標(biāo)簽帶回收卷伴隨著送料卷直徑的變小，其直徑變得越來越大，可以定期進(jìn)行回收處理。

2.3 標(biāo)簽定位、貼標(biāo)、壓緊、移栽機(jī)構(gòu)

標(biāo)簽定位、貼標(biāo)、壓緊、移栽機(jī)構(gòu)如圖4所示。該機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)XY滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽定位，采用Z軸貼標(biāo)氣缸通過真空吸板壓力閥吸取標(biāo)簽完成標(biāo)簽的貼附，并在貼標(biāo)氣缸上加裝精密調(diào)壓閥控制下壓力量，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽的可靠壓緊。

圖4 標(biāo)簽定位、貼標(biāo)、壓緊、移栽機(jī)構(gòu)

圖5 PCB板定位、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

2.4 PCB板定位、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

PCB板定位、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖5所示。該機(jī)構(gòu)由Z向氣缸，Y向氣缸，旋轉(zhuǎn)氣缸和夾爪氣缸進(jìn)行組合，來對(duì)流水線上的PCB板進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)PCB正反面或單面貼標(biāo)。

STM多功能PCB貼標(biāo)機(jī)整體效果圖如圖6所示。

3 貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

PCB流水線將PCB傳送到貼標(biāo)機(jī)的傳送帶上，伺服電機(jī)控制傳送帶的傳輸速度以及啟動(dòng)、停止，在傳送帶作用下，PCB自動(dòng)往貼標(biāo)位置傳送；測(cè)物傳感器檢測(cè)出待貼PCB到達(dá)指定位置后，立即向PLC反饋信號(hào)，PLC處理信號(hào)，發(fā)出控制指令，控制牽引標(biāo)簽卷的驅(qū)動(dòng)輥伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，輸送標(biāo)簽，標(biāo)簽完成定位、分離、貼標(biāo)、壓緊等動(dòng)作，測(cè)標(biāo)傳感器通過檢測(cè)2個(gè)標(biāo)簽之間的間隙，向PLC發(fā)出信號(hào)，控制伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，完成一個(gè)貼標(biāo)過程［4］。重復(fù)以上動(dòng)作，完成連續(xù)自動(dòng)化PCB貼標(biāo)生產(chǎn)。另外，為了便于操作，系統(tǒng)的人機(jī)界面采用觸摸屏控制。

圖6 STM多功能PCB貼標(biāo)機(jī)整體效果圖

4 作業(yè)時(shí)間分析

STM多功能PCB貼標(biāo)機(jī)的單面、正反面貼標(biāo)作業(yè)時(shí)間分析如圖7、圖8所示，其滿足完成貼label和刷入條碼的C／T （單面10s／4pcs，正反面20s／7pcs）的功能要求。

圖7 單面貼標(biāo)作業(yè)時(shí)間分析

圖8 正、反面貼標(biāo)作業(yè)時(shí)間分析

5 結(jié)語(yǔ)

該貼標(biāo)機(jī)采用伺服電機(jī)代替一般的步進(jìn)電機(jī)，步距更加準(zhǔn)確，使貼標(biāo)機(jī)出標(biāo)速度、輸送速度更穩(wěn)定，更高，采用貼標(biāo)氣缸實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽的定位、分離、貼標(biāo)、壓緊及PCB的翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了PCB精確地正反面貼標(biāo)，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。該貼標(biāo)機(jī)可以直接連接生產(chǎn)流水線，也可單機(jī)貼標(biāo)，有很好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

［1］孫智慧，徐克非 .包裝機(jī)械概論 ［M］.北京：印刷工業(yè)出版社，2007.

［2］宋爾濤 .包裝自動(dòng)控制原理及過程自動(dòng)化 ［M］.北京：印刷工業(yè)出版社，1999.

［3］魯遠(yuǎn)棟.PLC機(jī)電控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù) ［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006.

［4］陳杰，黃鴻 .傳感器與檢測(cè)技術(shù) ［M］.北京：高等教育出版社，2002.