顧晟吉

(南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211135)

0 引言

證件加蓋鋼印現(xiàn)仍然是人工操作來完成，耗時(shí)長，質(zhì)量不穩(wěn)定。如果證件數(shù)量很多，操作人員的工作強(qiáng)度大，難免會(huì)產(chǎn)生印跡部位受力不均勻，字跡不清晰。目前市場上的全自動(dòng)鋼印機(jī)雖解決了自動(dòng)加蓋鋼印，但仍需人工把證書放在相應(yīng)位置，并未真正解決人工操作難題，無法大幅度提高工作效率?，F(xiàn)設(shè)計(jì)一種全自動(dòng)鋼印打印機(jī)，通過氣動(dòng)抓手抓取證書、自動(dòng)打印，完成后自動(dòng)取出證書，對(duì)提高工作效率具有實(shí)際的意義。

1 結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

首先確定全自動(dòng)鋼印打印所需運(yùn)動(dòng)方式，即證件必須正確堆放在固定區(qū)域，由抓手抓住證件，而后將證件準(zhǔn)確送到鋼印機(jī)打印位置，完成后打印后退回原位，抓手將證件通過另一方向移動(dòng)將證件移至證件擺放區(qū)，松開抓手，抓手原位返回繼續(xù)抓住第2個(gè)證件，重復(fù)上述動(dòng)作，最終

完成證件打印。從所需動(dòng)作分析，完成一個(gè)證件的打印共需2個(gè)水平運(yùn)動(dòng)、2個(gè)垂直方向運(yùn)動(dòng)以及抓紙及松紙動(dòng)作。水平方向的縱向、橫向運(yùn)動(dòng)分別由2個(gè)氣缸控制，抓手的上下移動(dòng)要求定位準(zhǔn)確，采用伺服電機(jī)通過絲桿驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)垂直方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)[1]。所有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各種動(dòng)作完成后，均由傳感器發(fā)出信號(hào)來連接相互位置關(guān)系。

1.2 工作原理

全自動(dòng)鋼印打印機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，首先伺服電機(jī)13通過件2上的兩根直線導(dǎo)軌作垂直方向移動(dòng)，移動(dòng)到位后由抓手組件15取放印件。抓手組件由直空發(fā)生器7及氣動(dòng)吸盤8組成，縱向移動(dòng)由推拉氣缸3實(shí)現(xiàn)。當(dāng)抓手裝置將證件移至鋼印機(jī)指定位置時(shí)，鋼印機(jī)接收傳感器信號(hào)后實(shí)施加蓋鋼印動(dòng)作。動(dòng)作到位后傳感器信號(hào)發(fā)出停止動(dòng)作并返回原位置，此刻推拉油缸3返回動(dòng)作到位信號(hào)發(fā)生后氣缸1作水平方向的橫向移動(dòng)，將證件移動(dòng)擺放區(qū)16位置，此刻直空發(fā)生器7及與之連接的氣動(dòng)吸盤8動(dòng)作松開證件，伺服電機(jī)13通過滾珠絲桿副垂直方向移動(dòng)到指定位置后氣缸1到達(dá)原位，至此一個(gè)循環(huán)動(dòng)作完成，重復(fù)進(jìn)行下一輪操作，完成下一個(gè)證件的蓋印。

圖1 全自動(dòng)鋼印打印機(jī)結(jié)構(gòu)1

圖2 全自動(dòng)鋼印打印機(jī)結(jié)構(gòu)2

2 控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)與原理

系統(tǒng)采用西門子S7-200PLC作為全自動(dòng)鋼印打印機(jī)的控制系統(tǒng)。利用主程序來分解系統(tǒng)的各個(gè)主要?jiǎng)幼?，有利于程序結(jié)構(gòu)的搭建與編寫[2]。

為保證系統(tǒng)每次能夠正常啟動(dòng)不報(bào)錯(cuò)，在每次開機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候需要先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行清零復(fù)位[3]。整個(gè)PLC程序分成上電初始化、上下料機(jī)構(gòu)位置確立、自動(dòng)上料、自動(dòng)蓋章、自動(dòng)下料、輸出線圈控制、調(diào)用報(bào)警ALM控制7個(gè)部分。 控制系統(tǒng)主程序如圖3。

圖3 主程序

子程序上電初始化把程序全部復(fù)位，其作用在于使系統(tǒng)做好工作準(zhǔn)備，降低程序死循環(huán)的可能性，增加系統(tǒng)可靠性[4-5]。

在整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行過程中，上下料機(jī)構(gòu)位置的確定是每一個(gè)環(huán)節(jié)的節(jié)點(diǎn)，因此在程序中需要確定機(jī)構(gòu)的幾個(gè)位置，包括機(jī)構(gòu)處于上料環(huán)節(jié)的位置(左側(cè)上、下方位置)、蓋章環(huán)節(jié)的位置(中間上方前、后側(cè))、放料環(huán)節(jié)的位置(右側(cè)上、下方位置)。

在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)節(jié)中，主要環(huán)節(jié)為自動(dòng)上料與自動(dòng)下料。

自動(dòng)上料的運(yùn)行軌跡為：在初始狀態(tài)機(jī)構(gòu)處于左側(cè)上方位置，上電以后機(jī)構(gòu)下行至左側(cè)下方位置；開始吸紙，然后回到左側(cè)上方，行至中間位置停下；機(jī)構(gòu)開始前伸，上料完畢。

子程序自動(dòng)上料如圖4所示。

圖4 自動(dòng)上料

自動(dòng)上料完成以后，進(jìn)入自動(dòng)蓋章環(huán)節(jié)，機(jī)構(gòu)完成前伸動(dòng)作后觸發(fā)蓋章機(jī)動(dòng)作執(zhí)行蓋章環(huán)節(jié)。自動(dòng)蓋章程序如圖5。

圖5 自動(dòng)蓋章

自動(dòng)蓋章環(huán)節(jié)結(jié)束以后進(jìn)入自動(dòng)下料，機(jī)構(gòu)上抬至中間上方位置，然后繼續(xù)移動(dòng)至右側(cè)上方位置，機(jī)構(gòu)下放放紙后回到上料初始位置。子程序如圖6。

圖6 自動(dòng)下料

子程序輸出線圈控制如圖7。

3 結(jié)語

全自動(dòng)鋼印打印機(jī)的應(yīng)用將解決大批量證件加蓋印的勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定的幾大難題，整個(gè)操作過程可實(shí)施無人化，工作效率大幅度提高，質(zhì)量穩(wěn)定。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，布局合理，裝拆方便，制造成本低，運(yùn)行過程平穩(wěn)無沖擊，證件定位擺放準(zhǔn)確，有利于使用及推廣，是一種適用于大批量證件加蓋鋼印的自動(dòng)化設(shè)備。

圖7 輸出線圈控制