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摘要：研究了模內(nèi)貼標(biāo)技術(shù)的生產(chǎn)工藝和機(jī)械手在注塑機(jī)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及分類(lèi)，重點(diǎn)研究機(jī)械手在注塑設(shè)備中的操作流程及機(jī)械手各系統(tǒng)間的關(guān)系，對(duì)模內(nèi)貼標(biāo)的影響因素及應(yīng)對(duì)策略，概述模內(nèi)貼標(biāo)機(jī)械手的研究熱點(diǎn)和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：模內(nèi)貼標(biāo) 機(jī)械手 注塑成型 流程

中圖分類(lèi)號(hào)：TS80文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-5349（2016）11-0175-02

在現(xiàn)實(shí)生活中，隨著智能化生產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用，膜內(nèi)標(biāo)貼（IML）技術(shù)逐步流行起來(lái)。膜內(nèi)貼標(biāo)產(chǎn)品以其表面抗磨損、高清晰度、立體效果明顯、美觀、經(jīng)濟(jì)效益好等特性獲得了市場(chǎng)的認(rèn)可。模內(nèi)貼標(biāo)有兩種貼標(biāo)成型方式：注射成型和吹塑成型。目前歐洲80%的模內(nèi)貼標(biāo)是通過(guò)注射成型的。

模內(nèi)貼標(biāo)生產(chǎn)線中，機(jī)械手控制器可控制機(jī)械手完成自動(dòng)拾取標(biāo)簽，精確放置標(biāo)簽至相關(guān)模腔。智能機(jī)械臂的廣泛應(yīng)用，大大降低了人工操作的危險(xiǎn)性和勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率。

一、模內(nèi)貼標(biāo)技術(shù)的生產(chǎn)工藝

模內(nèi)貼標(biāo)過(guò)程中，標(biāo)簽盒內(nèi)放有以單張形式疊放的印刷好并模切的標(biāo)簽；隨后模具開(kāi)啟，機(jī)械手吸附單張標(biāo)簽，定位放置到開(kāi)啟的模具內(nèi)。標(biāo)簽印刷面朝內(nèi)，標(biāo)簽外側(cè)涂有固態(tài)粘合劑，并以真空負(fù)壓或靜電吸附的方式將標(biāo)簽吸附于模具壁；待模具閉合后，熔融的塑料注入模具而成型，此時(shí)借助模具的高溫，模具內(nèi)附有固態(tài)粘合劑的標(biāo)簽熔化并與塑料容器結(jié)合成一體；經(jīng)冷卻后，再次打開(kāi)模具，標(biāo)簽和容器成為一體，成為成型容器的一部分。

模內(nèi)貼標(biāo)技術(shù)與傳統(tǒng)貼標(biāo)技術(shù)相比，具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

（1）通過(guò)完整的生產(chǎn)線流程，模內(nèi)貼標(biāo)產(chǎn)品生產(chǎn)全部采用機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)，保證了生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性。

（2）產(chǎn)品質(zhì)量高。通過(guò)塵絨麂皮及皮革對(duì)貼標(biāo)膜的處理，提高產(chǎn)品的品質(zhì)。

（3）通過(guò)技術(shù)的更新，為生產(chǎn)廠家提供質(zhì)量和品牌的保護(hù)。

（4）由于是采用膜內(nèi)貼標(biāo)技術(shù)，因此標(biāo)簽不受外界溫濕度環(huán)境的影響，延長(zhǎng)了使用壽命。

二、智能機(jī)械臂的應(yīng)用現(xiàn)狀

在注塑機(jī)中，采用智能機(jī)械臂可以完成注塑工件、廢料拿取等自動(dòng)化生產(chǎn)操作動(dòng)作。通過(guò)與注塑機(jī)進(jìn)行整合，可以形成一套完整的自動(dòng)化生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)設(shè)備。隨著注塑成型設(shè)備自動(dòng)化程度的提高，機(jī)械手已成為注塑成型設(shè)備的關(guān)注焦點(diǎn)。

當(dāng)前智能機(jī)械臂的應(yīng)用類(lèi)型多種多樣。一般通過(guò)功能、運(yùn)動(dòng)軌跡、抓取方式及動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行分類(lèi)。機(jī)械臂在國(guó)內(nèi)一般用于澆鑄行業(yè)，并沒(méi)有在其他行業(yè)中大規(guī)模使用。

三、機(jī)械手在注塑機(jī)模內(nèi)貼標(biāo)工藝中的應(yīng)用

（一）機(jī)械手在注塑設(shè)備中操作流程

根據(jù)加工工藝，注塑成型模內(nèi)貼標(biāo)工藝主要分為圖1所示的七大步驟。注塑成型模內(nèi)貼標(biāo)工藝是一個(gè)循環(huán)的過(guò)程，機(jī)械手主要完成取標(biāo)和取件的工作。其中機(jī)械手如何準(zhǔn)確而穩(wěn)定地取標(biāo)并精確地將其放入模腔內(nèi)是生產(chǎn)系統(tǒng)中需要重點(diǎn)考慮的因素之一。

1.機(jī)械手取標(biāo)、貼標(biāo)流程

機(jī)械手的取標(biāo)和貼標(biāo)過(guò)程以模內(nèi)靜電吸附形式為例，在機(jī)械手上配置靜電產(chǎn)生器，當(dāng)機(jī)械手將標(biāo)簽移動(dòng)至模具上方時(shí)，智能控制單元控制靜電產(chǎn)生器讓標(biāo)簽產(chǎn)生靜電，這樣標(biāo)簽將會(huì)自動(dòng)貼在模具上。工序如圖2所示。

在整個(gè)取標(biāo)、貼標(biāo)過(guò)程中，機(jī)械手主要完成水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作。

（二）機(jī)械手各系統(tǒng)間關(guān)系

在注塑成型模內(nèi)貼標(biāo)工藝的循環(huán)過(guò)程中，機(jī)械手的操作動(dòng)作與整個(gè)系統(tǒng)是否協(xié)調(diào)配合、機(jī)械手位置定位的精確度直接決定了產(chǎn)品質(zhì)量。將智能交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，才能保證注塑用模內(nèi)貼標(biāo)工藝的品質(zhì)。

1.控制系統(tǒng)

對(duì)各個(gè)執(zhí)行單元發(fā)出控制信號(hào)，并對(duì)作業(yè)執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)反饋信息對(duì)機(jī)械臂動(dòng)作進(jìn)行調(diào)整及修正。包括機(jī)械臂位置定位及控制部分，通常采用連續(xù)軌跡控制及離散點(diǎn)控制兩種方式。

2.動(dòng)力系統(tǒng)

在生產(chǎn)線中，給各個(gè)器件提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。目前有機(jī)械、電動(dòng)、液壓及氣動(dòng)等幾種方式。在實(shí)際生產(chǎn)中通常采用液壓及氣動(dòng)兩種方式進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)。氣動(dòng)式操作便捷、移動(dòng)迅速、接口簡(jiǎn)單、造價(jià)低、維修方便；液壓式結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作平穩(wěn)、耐沖擊、耐震動(dòng)、防爆性好，具有精度高及持續(xù)操控的特性，但由于漏油會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成污染。

3.智能交互系統(tǒng)

機(jī)械手的定位、抓取、釋放等操作都需要機(jī)械臂、機(jī)械腕和抓取器等各個(gè)器件進(jìn)行良好的交互。智能交互系統(tǒng)通過(guò)交互模塊發(fā)布指令完成相應(yīng)執(zhí)行動(dòng)作。

（三）機(jī)械手對(duì)模內(nèi)貼標(biāo)工藝的影響因素

在整個(gè)生產(chǎn)中，尤其是在取標(biāo)和貼標(biāo)過(guò)程中，機(jī)械手的位置檢測(cè)能力、位置控制能力及網(wǎng)絡(luò)通信能力對(duì)貼標(biāo)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率起到非常重要的作用。

生產(chǎn)線操作過(guò)程中，為了避免重復(fù)貼標(biāo)現(xiàn)象的出現(xiàn)，機(jī)械手貼標(biāo)作業(yè)時(shí)必須精確定位標(biāo)簽放置坐標(biāo)。如果出現(xiàn)重標(biāo)就可能出現(xiàn)貼標(biāo)不正、未貼標(biāo)等情況出現(xiàn)。如果機(jī)械手采取真空方式來(lái)吸附標(biāo)簽，就必須考慮真空吸附力度問(wèn)題。若吸附力過(guò)大就會(huì)吸附多頁(yè)待貼標(biāo)簽。當(dāng)吸附力不夠時(shí)，會(huì)出現(xiàn)掉標(biāo)現(xiàn)象。氣壓和掉標(biāo)問(wèn)題還易導(dǎo)致缺標(biāo)現(xiàn)象。針對(duì)這些問(wèn)題，可以通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)械手的真空吸力、有效消除靜電的方法來(lái)解決。

智能化機(jī)械手與注塑機(jī)交互模塊的設(shè)計(jì)影響著整個(gè)生產(chǎn)線的效率。在生產(chǎn)線正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，機(jī)械手各個(gè)環(huán)節(jié)的傳感器將大量參數(shù)傳遞給位置控制系統(tǒng)，為控制系統(tǒng)調(diào)用不同的位置控制程序提供依據(jù)，機(jī)械手控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)將大量控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鲌?zhí)行部件。同時(shí)從圖2可以看出機(jī)械手與注塑機(jī)在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)配合才能更好實(shí)現(xiàn)“一模多腔”。這些因素使得整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)需要具備完善的通信能力。

在模內(nèi)貼標(biāo)工藝中，規(guī)定智能機(jī)械臂放置標(biāo)簽的精確度在±02mm以?xún)?nèi)。并且必須保證機(jī)械臂運(yùn)行的精度及其穩(wěn)定性。機(jī)械臂定位精度可結(jié)合傳感器位置定位技術(shù)和調(diào)節(jié)機(jī)械手的控制系統(tǒng)不同算法與參數(shù)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（四）模內(nèi)貼標(biāo)機(jī)械手的研究熱點(diǎn)

（1）模內(nèi)貼標(biāo)工藝中因重標(biāo)導(dǎo)致的歪標(biāo)、掉標(biāo)等現(xiàn)象主要是因標(biāo)簽間靜電過(guò)大引起的。消除靜電是保障貼標(biāo)質(zhì)量的主要任務(wù)之一。全球靜電控制與消除行業(yè)巨頭英國(guó)制造商“密其國(guó)際”研制出消除靜電的發(fā)生器，由該公司994IML型模內(nèi)貼標(biāo)高壓發(fā)生器和微型靜電發(fā)生器組合而成，通常應(yīng)用于體積較小的拾標(biāo)器中。

（2）針對(duì)機(jī)械手控制系統(tǒng)中的通信問(wèn)題的研究，主要有基于CAN總線方式，及基于LabVIEW的串行通信方案，多數(shù)研究均是基于實(shí)際應(yīng)用生產(chǎn)線、實(shí)際硬件及開(kāi)發(fā)軟件而制定不同的通信方案。

（3）機(jī)械手定位精度的研究一直是關(guān)注的焦點(diǎn)，主要有針對(duì)機(jī)身震動(dòng)特性的分析、機(jī)械手動(dòng)力學(xué)分析及機(jī)械手原點(diǎn)回歸方案的研究。機(jī)械手最終定位的精度主要由控制系統(tǒng)的控制策略來(lái)決定。目前國(guó)內(nèi)機(jī)械手控制系統(tǒng)中主要采用模糊控制、自適應(yīng)控制、魯棒控制及反饋控制等策略。

四、展望

當(dāng)今歐洲市場(chǎng)約85%—95%的食品包裝物采用模內(nèi)貼標(biāo)技術(shù)加工而成，歐美主要塑料制品公司通過(guò)引入模內(nèi)貼標(biāo)成型設(shè)備提升產(chǎn)品品質(zhì)、生產(chǎn)效率，最終提升經(jīng)營(yíng)收益。模內(nèi)貼標(biāo)生產(chǎn)系統(tǒng)正向“一模多腔”“多模多腔”的趨勢(shì)發(fā)展著，而該生產(chǎn)系統(tǒng)中主要部件機(jī)械臂必然隨著智能化生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展而廣泛應(yīng)用。根據(jù)工業(yè)4.0的發(fā)展趨勢(shì)，機(jī)械臂在今后幾年的發(fā)展趨勢(shì)如下：

（1）效率更高、精確度更高、易于維護(hù)；

（2）智能化、組件化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化；

（3）其控制系統(tǒng)向開(kāi)放型控制器發(fā)展，采用模塊化結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性；

（4）智能交互能力更強(qiáng)；通過(guò)智能控制和自主系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成完整的智能化生產(chǎn)系統(tǒng)。

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責(zé)任編輯：孫瑤