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自動分標組合技術的研究和開發
摘 要：自動分標是針對煙草行業外銷煙盒的特殊要求，研究開發的一項新型技術。主要功能為根據需求對不同警句的煙標進行分離、排序、再組合。由于國內還未有同類的技術，故自動分標技術的研發將填補該領域的一項空白，而使用自動化設備代替人工完成分標工序，可以大幅度地提高生產效率，減少人員的勞動強度，為企業帶來更高的經濟效益。
關鍵詞：自動分標組合 組合技術 收紙技術 送紙技術
引言
分標是指在煙標生產過程中進行的一項工序。上海煙草集團產品中“中華”“金鹿”等外銷的煙盒包裝上必須印刷不同款式的警句;同時針對不同警句的煙盒，其排列順序也有著嚴格的規定，即每條外銷卷煙內至少須有3種不同警句的煙盒。因此在煙標的生產過程中必須進行一道工序就是將印有不同警句的煙標有序的分開、排序、再組合，以確保在卷煙生產中每條(10包)卷煙中有3種不同的警句煙盒。
目前這道工序由人工來完成，員工采取類似于發牌的方式，將煙標有序分類后，再重新組合到一起。但這種人工發牌方式速度慢，效率低。隨著外銷卷煙訂單業務量的增多，為滿足分標量增加的需求，研發自動分標組合技術，以自動化代替人工滿足生產需求成為了一項重要課題。
一、國內外市場調研
根據國內外相關資料的調查與研究，筆者發現了一些具有類似功能的設備，比如：制作撲克牌過程中的配頁裝置、書本印刷裝訂生產中的分頁裝置。但筆者也同時發現此類設備是針對特定產品生產設計的，使用針對性強，通用性低。而且由于煙標的生產過程中對煙標的表面質量要求較高，不能有擦傷。故此類設備并不能直接應用到煙標分標工序生產中。經過市場調研，煙標分標組合技術在國內外還是一項空白。
二、自動分標組合技術的研發
根據煙標分標過程中的相關要求和特性，筆者確定了自動分標組合的基本工作原理，將各不同警句的煙標分別從整堆煙標中分離，并以圖1所示進行排列(不同的英文字母代表不同警句的煙標)，隨后再往一個方向進行運動，最終完成不同警句煙標間的交差組合。結合市場調研所收集到的資料，筆者決定將其運動步驟拆分為3個部分進行論述。
2.1 送紙技術
送紙技術即將不同警句的煙標從各自的紙堆中一張一張地取出，并平穩放置于同一平臺上，在印刷包裝行業中將單張紙從紙堆中剝離有以下方法。
(1)刀門送紙。刀門送紙即調節刀門與真空皮帶間的間隙，利用真空皮帶的吸力作為驅動，使單張煙標從整堆煙標的底部輸出。但該套機構在輸出煙標時，煙標表面必會與刀門有接觸，故非常容易造成煙標表面的擦傷，產生廢品。此外由于依靠的是真空皮帶輸送，在高速運行中很難精確地保證從各個出紙工位輸出的單張煙標同時到達同一平臺上。
(2)吸盤送紙。吸盤送紙(即單張紙印刷機飛達)使用真空吸盤從紙堆上方將單張煙標吸起遞交給遞紙吸盤，再利用機械機構驅動紙張向前輸送至真空皮帶，但該套機構的工作原理較為復雜，所需要的工作空間較大。
(3)自動分標組合送紙技術。送紙技術是整個自動分標組合中的重點部分。針對刀門送紙和吸盤送紙的分析，要在高速運行的情況下，保證單張煙標完好地從紙堆中穩定輸出，并同時保證不同警句的單張煙標同步進入一個平臺，直接引用上述2項技術已不可能。
筆者根據分標組合的整體需求，對送紙機構進行了重新的設計。為了避免影響煙標的品質，不在送紙過程中損壞煙標的表面，如圖4還是使用吸盤將單張紙煙標從整堆煙標中剝離;為縮小送紙路徑，如圖5采取從紙堆底部取紙的方式，如圖6將取出的單張煙標直接放置在平臺上;為減小設備空間，降低制造成本，在設計時擯棄了復雜的機械元件，改用標準化的氣動元件進行替代。
2.2 組合技術
組合技術即為已分開擺放的單張煙標進行排序組合，重點是必須保證不同警句的煙標間隔排列不能缺張，組合時不對煙標產生損壞，組合過程中各煙標不能發生翻身。
(1)煙標缺張檢測。為了保證不同警句的煙標間隔排序不缺張，在煙標被放置于真空皮帶上時，如圖7每一個煙標的側上方都有一個感應探頭，探頭會在送紙動作完成后對每個工位上的煙標進行檢測，以確定沒有缺張;如果檢測到缺張，PLC則會控制缺張工位的送紙機構重復執行取紙動作，直到探頭檢測到煙標為止。
(2)煙標翻身控制。當所有煙標到達預定位置時，真空皮帶迅速帶動煙標向一側運動，保證煙標快速準確地進入收集區域。在這一過程中，煙標脫離真空皮帶吸附，如圖8在慣性、自重、空氣阻力作用下做拋物線下落，直至收集區域。通過實驗可知真空皮帶速度過慢會造成煙標在近乎豎直的情況下接觸紙堆(如圖9)，容易造成煙標翻身;過快煙標則會以近乎平行的狀態撞擊到擋板上，容易造成煙標受損。所以在調試期間必須根據紙張克重對真空皮帶的速度進行調節，以得到最佳的組合效果。
2.3 收紙技術
根據后期的打包要求，煙標需要每200張/堆的方式進行分包。人工進行該項操作是依據操作人員的經驗先取出一定的煙標放在電子秤上進行稱重，再根據顯示數量進行添加或去除，效率較慢。
為了方便操作人員完成后期的打包操作，該項工序改為自動化完成。在真空皮帶出口處安裝光電計數器，再在紙堆區域安裝汽缸，當計數器達到設定值時，如圖10汽缸驅動滑針彈出，將煙標進行分割。處于滑針下方的煙標紙堆會由橫向皮帶進行輸出(如圖11)，完成按照固定數值分割紙堆的工序。
三、設備開發成果
在通過不斷的研究和實驗后，煙草包裝印刷公司成功研制了一臺集上述技術特點的煙標組合設備(如圖6)，該設備可以滿足6種不同警句煙標的自動分標組合需求。如圖12，煙標分標組合機從機械傳動、程序編寫、電器控制等各方面都是一次全新地嘗試。
3.1 設備性能
(1)組合數量。警句配置最大可分標組合數量為6個。 (2)分標一致性。可滿足所有分標動作等時、等速、準確無誤。(3)煙標送紙穩定性。測試送紙穩定、無歪斜。(4)煙標成品質量。具有防擦傷、防偏移、防雙張，煙標完好無損。(5)聯機控制同步技術。輸送精確控制。(6)煙標收集分垛要求。煙標整齊收集、不翻轉，并依照張數的要求準確地將煙標分開。(7)收集方式簡易性。設備采取堆垛式，簡化員工收標過程，降低員工勞動強度。(8)效率。產量1萬張/時。(9)質量。包括警句配置滿足要求、配置煙標收集整齊、數量準確，同時確保運行中煙標沒有擦傷等損失。
3.2 推廣應用
自動分標組合從技術研究到實體開發的成功，使原來繁鎖、原始的人工分撿的方式，可用自動化的設備來取代，避免了因長時間疲勞分撿帶來的差錯，減輕了勞動強度，提高了工作效率。
自動分標組合設備的研發填補了國內外市場在這一領域的空白，并成功申請了新型實用專利，專利號為：ZL201220665424.6。
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