復合門木質龍骨自動貼碼機的設計與研究

謝重, 王均暉, 張靜潔, 吳廷威

（臺州職業技術學院機電工程學院，浙江臺州 318000）

0 引言

隨著科技的迅速發展和社會生活的不斷進步，家具市場發生了根本變化，個性化和多樣化需求的家具制造面臨嚴峻挑戰[1]。為了提高家具企業競爭力，信息化和工業化將成為家具制造業發展的必然趨勢[2]。因此，家具制造企業應加快觀念和知識更新，結合自身的資源條件，走現代的工業化協作生產之路，使我國的家具行業在國際市場中更具競爭力[3-4]。

目前，市場中貼碼機種類多樣，但針對家具這種木質材料且能實現全自動、批量化貼標的貼碼設備比較少見。針對市場中常用的復合門木質龍骨材料，課題組設計了一款通用性強的自動貼碼機構，基于PLC控制算法能實現自動打印條碼、自動剝離條碼、準確快速貼碼，并具有物料編碼記錄功能，對加工數據進行追蹤，極大地提高了復合門木質龍骨的貼碼效率。

1 貼碼機的原理及技術要求

復合門是由兩種或兩種以上主要材料做成的門,其通用結構是內框架+門芯+飾面板，制作復合門的第一道工序即是制作門的龍骨架，圖1所示為完成木質龍骨從下料、鋸料到貼碼的完整裝置圖。貼碼機（如圖2）是對按規定長度切割后的木質龍骨進行貼碼，且在貼碼動作前要完成條碼打印、條碼檢測和條碼剝離。貼碼機安裝在出料口，通過2組氣缸的推動來實現貼碼動作。

圖1 龍骨物料加工總裝圖

圖2 貼碼機構圖

針對復合門木質龍骨貼碼產線中存在的問題，結合市場需求，提出以下技術要求：1）為提高生產效率、保持工序間流暢，應合理安排各工藝順序；2）為保證貼碼平整且貼碼位置準確，要求執行機構運行動作準確、可靠；3）整機布局合理、結構緊湊、運行平穩。

2 貼碼機的機械結構設計

2.1 貼碼機剝碼機構設計

數據條碼[5]通過打印機（型號為TSC TTP2410MU）打印出來后，條碼進入剝離模塊，剝離模塊[6]由支撐帶、剝離平臺、輔助銅管等組成，如圖3所示。條碼剝離后，條碼粘貼面不能與剝離平臺大面積接觸，所以剝離后的條碼附著在剝離平臺凸起的支撐帶（一定間距）。同時，剝離平臺上還布置了輔助銅管，銅管上有均勻間距分布的直徑為1 mm的氣孔，通過真空發生器產生吸力，使條碼吸住。當進行貼碼動作時，橫向氣缸到達剝離平臺上方，此時銅管上的氣孔吹出氣體，使條碼順利離開剝離平臺。

圖3 條碼剝離機構

2.2 貼碼機執行機構設計

貼碼機執行機構如圖4所示，條碼被剝離后，通過上下氣缸端部上的吸頭將條碼吸起，同時吸頭上覆有一層薄海綿以增加吸頭與條碼非粘貼面的接觸面積。條碼成功吸起后，橫向氣缸將條碼轉移至貼碼位置，最后通過上下氣缸的位移完成貼碼，此動作保持1 s左右，以確保條碼的附著質量良好。同時，上下氣缸端部的吸頭上安裝了光纖感應器，檢測條碼是否成功吸到和在轉移條碼至貼碼位置時是否發生脫落。

圖4 貼碼機執行機構

3 貼碼機的控制系統設計

3.1 硬件系統設計

貼碼機的硬件系統[7]主要包括XC1-24T-E的信捷PLC、電磁閥、光纖感應器、人機界面、開關按鈕等，具體的設計框圖如圖5所示。

圖5 貼碼機硬件系統框圖

3.2 軟件系統設計

貼碼機軟件系統設計包括PLC流程圖（如圖6）、I/O地址表（如表1）和PLC主要程序（如圖7）等。

圖6 PLC 流程圖

圖7 PLC 主要程序

表1 I/O地址表

3.3 人機界面設計

人機界面（human machine interaction，HMI），又稱用戶界面或使用者界面，是人與計算機之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口[8]。復合門木質龍骨自動貼碼機的人機界面使用CUSN品牌15 in電阻式觸摸屏，屏幕的分辨率為1024×768 dpi，采用USB接口連接進行程序下載。與PLC連接的通信端口為COM1:RS232/RS485，其主要可以完成包括參數設置、狀態監控、報警顯示視等功能。人機界面的畫面設計框圖如圖8所示，參數設置界面設計如圖9所示。

圖8 人機界面整體設計框圖

圖9 參數設置界面設計

4 貼碼機的主要參數與測試結果

4.1 貼碼機主要參數

所設計的復合門木質龍骨自動貼碼機的主要參數如表2所示。

表2 貼碼機主要參數

4.2 測試結果

經過現場測試，具體調試如下：1） 通過PLC程序控制，銅管的吹氣先于條碼上下氣缸提前開啟；2）同時保證條碼上下氣缸工作完畢后延時1 s左右返回。

實驗數據表明：調試完畢后，可防止氣缸提升過快導致條碼沒有完全下落，從而實現產品輸出與條碼粘貼作業完美對接，保證條碼內容的準確性，粘貼的敷貼性，動作的可靠性。部分測試效果如圖10所示。

圖10 實際效果圖

5 結語

該復合門木質龍骨自動貼碼機的運用，有效地提升了目前市場上用于木質龍骨自動上下料貼碼的數據跟蹤能力，且可運用于需要進行數據標定的的工序中；通過搭載工控系統，可實現條碼補貼，為設備連入MES系統和設備數據互通提供了基礎。同時，該復合門木質龍骨自動貼碼機具有較強的適用性，可適用于不同型號和尺寸的木質龍骨的貼碼，極大地提高了企業的生產效率。