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自动分标组合技术的研究和开发
摘 要：自动分标是针对烟草行业外销烟盒的特殊要求，研究开发的一项新型技术。主要功能为根据需求对不同警句的烟标进行分离、排序、再组合。由于国内还未有同类的技术，故自动分标技术的研发将填补该领域的一项空白，而使用自动化设备代替人工完成分标工序，可以大幅度地提高生产效率，减少人员的劳动强度，为企业带来更高的经济效益。
关键词：自动分标组合 组合技术 收纸技术 送纸技术
引言
分标是指在烟标生产过程中进行的一项工序。上海烟草集团产品中“中华”“金鹿”等外销的烟盒包装上必须印刷不同款式的警句;同时针对不同警句的烟盒，其排列顺序也有着严格的规定，即每条外销卷烟内至少须有3种不同警句的烟盒。因此在烟标的生产过程中必须进行一道工序就是将印有不同警句的烟标有序的分开、排序、再组合，以确保在卷烟生产中每条(10包)卷烟中有3种不同的警句烟盒。
目前这道工序由人工来完成，员工采取类似于发牌的方式，将烟标有序分类后，再重新组合到一起。但这种人工发牌方式速度慢，效率低。随着外销卷烟订单业务量的增多，为满足分标量增加的需求，研发自动分标组合技术，以自动化代替人工满足生产需求成为了一项重要课题。
一、国内外市场调研
根据国内外相关资料的调查与研究，笔者发现了一些具有类似功能的设备，比如：制作扑克牌过程中的配页装置、书本印刷装订生产中的分页装置。但笔者也同时发现此类设备是针对特定产品生产设计的，使用针对性强，通用性低。而且由于烟标的生产过程中对烟标的表面质量要求较高，不能有擦伤。故此类设备并不能直接应用到烟标分标工序生产中。经过市场调研，烟标分标组合技术在国内外还是一项空白。
二、自动分标组合技术的研发
根据烟标分标过程中的相关要求和特性，笔者确定了自动分标组合的基本工作原理，将各不同警句的烟标分别从整堆烟标中分离，并以图1所示进行排列(不同的英文字母代表不同警句的烟标)，随后再往一个方向进行运动，最终完成不同警句烟标间的交差组合。结合市场调研所收集到的资料，笔者决定将其运动步骤拆分为3个部分进行论述。
2.1 送纸技术
送纸技术即将不同警句的烟标从各自的纸堆中一张一张地取出，并平稳放置于同一平台上，在印刷包装行业中将单张纸从纸堆中剥离有以下方法。
(1)刀门送纸。刀门送纸即调节刀门与真空皮带间的间隙，利用真空皮带的吸力作为驱动，使单张烟标从整堆烟标的底部输出。但该套机构在输出烟标时，烟标表面必会与刀门有接触，故非常容易造成烟标表面的擦伤，产生废品。此外由于依靠的是真空皮带输送，在高速运行中很难精确地保证从各个出纸工位输出的单张烟标同时到达同一平台上。
(2)吸盘送纸。吸盘送纸(即单张纸印刷机飞达)使用真空吸盘从纸堆上方将单张烟标吸起递交给递纸吸盘，再利用机械机构驱动纸张向前输送至真空皮带，但该套机构的工作原理较为复杂，所需要的工作空间较大。
(3)自动分标组合送纸技术。送纸技术是整个自动分标组合中的重点部分。针对刀门送纸和吸盘送纸的分析，要在高速运行的情况下，保证单张烟标完好地从纸堆中稳定输出，并同时保证不同警句的单张烟标同步进入一个平台，直接引用上述2项技术已不可能。
笔者根据分标组合的整体需求，对送纸机构进行了重新的设计。为了避免影响烟标的品质，不在送纸过程中损坏烟标的表面，如图4还是使用吸盘将单张纸烟标从整堆烟标中剥离;为缩小送纸路径，如图5采取从纸堆底部取纸的方式，如图6将取出的单张烟标直接放置在平台上;为减小设备空间，降低制造成本，在设计时摈弃了复杂的机械元件，改用标准化的气动元件进行替代。
2.2 组合技术
组合技术即为已分开摆放的单张烟标进行排序组合，重点是必须保证不同警句的烟标间隔排列不能缺张，组合时不对烟标产生损坏，组合过程中各烟标不能发生翻身。
(1)烟标缺张检测。为了保证不同警句的烟标间隔排序不缺张，在烟标被放置于真空皮带上时，如图7每一个烟标的侧上方都有一个感应探头，探头会在送纸动作完成后对每个工位上的烟标进行检测，以确定没有缺张;如果检测到缺张，PLC则会控制缺张工位的送纸机构重复执行取纸动作，直到探头检测到烟标为止。
(2)烟标翻身控制。当所有烟标到达预定位置时，真空皮带迅速带动烟标向一侧运动，保证烟标快速准确地进入收集区域。在这一过程中，烟标脱离真空皮带吸附，如图8在惯性、自重、空气阻力作用下做抛物线下落，直至收集区域。通过实验可知真空皮带速度过慢会造成烟标在近乎竖直的情况下接触纸堆(如图9)，容易造成烟标翻身;过快烟标则会以近乎平行的状态撞击到挡板上，容易造成烟标受损。所以在调试期间必须根据纸张克重对真空皮带的速度进行调节，以得到最佳的组合效果。
2.3 收纸技术
根据后期的打包要求，烟标需要每200张/堆的方式进行分包。人工进行该项操作是依据操作人员的经验先取出一定的烟标放在电子秤上进行称重，再根据显示数量进行添加或去除，效率较慢。
为了方便操作人员完成后期的打包操作，该项工序改为自动化完成。在真空皮带出口处安装光电计数器，再在纸堆区域安装汽缸，当计数器达到设定值时，如图10汽缸驱动滑针弹出，将烟标进行分割。处于滑针下方的烟标纸堆会由横向皮带进行输出(如图11)，完成按照固定数值分割纸堆的工序。
三、设备开发成果
在通过不断的研究和实验后，烟草包装印刷公司成功研制了一台集上述技术特点的烟标组合设备(如图6)，该设备可以满足6种不同警句烟标的自动分标组合需求。如图12，烟标分标组合机从机械传动、程序编写、电器控制等各方面都是一次全新地尝试。
3.1 设备性能
(1)组合数量。警句配置最大可分标组合数量为6个。 (2)分标一致性。可满足所有分标动作等时、等速、准确无误。(3)烟标送纸稳定性。测试送纸稳定、无歪斜。(4)烟标成品质量。具有防擦伤、防偏移、防双张，烟标完好无损。(5)联机控制同步技术。输送精确控制。(6)烟标收集分垛要求。烟标整齐收集、不翻转，并依照张数的要求准确地将烟标分开。(7)收集方式简易性。设备采取堆垛式，简化员工收标过程，降低员工劳动强度。(8)效率。产量1万张/时。(9)质量。包括警句配置满足要求、配置烟标收集整齐、数量准确，同时确保运行中烟标没有擦伤等损失。
3.2 推广应用
自动分标组合从技术研究到实体开发的成功，使原来繁锁、原始的人工分捡的方式，可用自动化的设备来取代，避免了因长时间疲劳分捡带来的差错，减轻了劳动强度，提高了工作效率。
自动分标组合设备的研发填补了国内外市场在这一领域的空白，并成功申请了新型实用专利，专利号为：ZL201220665424.6。
参考文献：
[1]王乔.印刷机械电气控制.印刷工业出版社，2008.
[2]宝成.电工基础.科学普及出版社，1983.
[3]曹士鑫.机械设计.高等教育出版社，1996.
[4]戴生寅.机械基础.科学普及出版社，1982.
[5]成刚虎.印刷机械.印刷工业出版社，2007.
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