基于ZB421烟包商标纸静态激光打码装置的设计

引言

ZB421包装机由YB421型硬盒包装机、YB55A型盒外透明纸包装机、YB65型硬条包装机及YB95A型条外透明纸包装机、烟包输送通道和配套电控柜等构成,用于实现对新型烟草(加热不燃烧卷烟)的包装。其烟包包装形式为短支双铝包,可以稳定完成从烟支进给到条盒成品包装的全部过程,并且能完全避免人工接触烟支[1]。该机组电气控制系统采用倍福公司产品,是基于PC控制技术的开放式自动化系统,整合PLC、运动控制、HMI(人机界面)于一体,从而实现对设备复杂电控系统的集中控制[2]。

随着卷烟市场的不断发展,特别是欧洲市场,开始出现对卷烟烟包外侧商标纸打码的需求。烟包包装机组结构紧凑,通常没有激光打码位置,同时商标纸部件工况复杂,现有的激光打码器无法在烟包输送过程中对外侧商标纸进行准确打码。因此基于ZB421机组,设计了一种商标纸静态激光打码装置,是一种新型的烟包商标纸打码方式,可以对烟包进行自动化静态激光打码,与传统打码方式[3]相比,打码效率更高,稳定性更强。

1结构与工艺

1.1结构

商标纸静态激光打码装置安装在YB421型硬盒包装机和YB55A型盒外透明纸包装机之间,由第一输送通道、翻包机构、顶升输出机构、烟包提升通道、激光打码器和第二输送通道构成,其结构如图1所示。

1.2工艺流程

商标纸静态激光打码装置的工艺流程如图2所示。YB421型硬盒包装机包装完成的烟包在通道上以姿态A竖直排列,经过翻包机构,通道上烟包姿态由竖直状态的烟包A变成平躺姿态的烟包B。平躺的烟包B在进入激光打码装置前是紧密相连的,后面烟包的推力将前面的烟包推入顶升输出机构3。烟包B进入顶升输出机构3后,在烟包提升通道4中堆叠五包烟包,激光打码器对静止的第三包烟进行打码。打码完成的烟包由顶升输出机构3中的推手推出,以姿态C进入下一通道。

2控制硬件

2.1机械控制

顶升输出机构由共轭凸轮驱动连杆和曲柄滑块构成,其结构如图3所示。基座上安装凸轮3—1,齿轮3—2一端与凸轮3—1同轴,另一端与齿轮3—3配合,带动曲柄滑块3—4运动。滑块末端与推手3—5相连,当凸轮3—1转动时,推手3—5做直线往复运动,将提升通道最上方的烟包1推出。连杆3—7一端通过滚子与凸轮3—1相连,另一端与顶升板3—6铰接,烟包1在顶升板3—6做上下往复运动过程中被顶出进入烟包提升通道。顶升板3—6和推手3—5的动作与凸轮3—1行程相位相对应,顶升板位于最高位置时,推手向前推烟;顶升板向下运动时,推手向左将烟推到指定位置后向右回退,待推手回退到烟包之后,顶升板开始向上运动,形成一次完整的工作循环。

激光打码器在特定的打码窗口为烟包提升通道中的烟包进行激光打码,如图4所示,打码窗口4—1大于烟包1宽度,同时为了方便激光穿过,在打码窗口4—1外侧一圈设计倒角。这种使打码窗口最大化的设计,可以满足用户对烟包外侧商标纸激光打码位置多样化的需求,推广性更强。

2.2电气控制

顶升输出机构凸轮的动力由三相交流电机3M5640获得。SINAMICS的G120C变频器由于具有结构紧凑、操作简单、调试方便等优点被广泛应用于工业自动化领域的控制系统,于是选用该变频器来驱动电机3M5640,其接线图如图5所示。模拟电压控制信号接在变频器的3、4端子,同时设置变频器参数P1 000=2[4],即模拟输入,电机3M5640的速度由程序输出的模拟量信号控制。通过程序对不同工况的分析实现对顶升输出机构的速度控制,使其既能根据自身传感器检测情况,也能根据上游机和下游机的运行状况进行速度匹配。

3控制方式

为保持上下游通道烟包输送流畅,顶升输出机构的速度与整个机组速度匹配,需要增加相应的传感器控制顶升输出机构的动作,实现机组的长期稳定运行。

3.1第一输出通道启停传感器

在第一输出通道上,距离顶升输出机构入口前方100 cm处安装电容式传感器3S5237用于判断顶升输出机构的启动。当传感器3S5237连续感应到烟包500 ms,说明此时烟包已经堆积到3S5237处,顶升输出机构需要动作,将YB421型硬盒包装机包装完成的烟包输送到YB55A型盒外透明纸包装机。如果此时YB55A型盒外透明纸包装机启动传感器3S235感应,YB55A启动,则顶升输出机构的速度与YB55A型盒外透明纸包装机速度保持一致;如果此时传感器3S235未感应,YB55A未启动,则顶升输出机构的速度为一固定值20 r/min,慢速将烟包输送至YB55A型盒外透明纸包装机。

为了让顶升输出机构尽可能多利用烟包,减少烟包的浪费,在顶升输出机构入口前方30 cm处安装电容式传感器3S5247用于判断顶升输出机构的停止。当传感器3S5247未感应到烟包300 ms,说明此时YB421型硬盒包装机没有包装完成的烟包输出,通道上烟包数量极少,顶升输出机构停止动作。

3.2顶升输出机构堵塞传感器

YB421型硬盒包装机包装完成的烟包在顶升输出机构中有前进和提升两个动作,由于工况或者烟包输送不顺畅,偶尔会在顶升输出机构中发生堵塞,轻则烟包变形,影响烟包质量,重则损坏机械结构[5]。为了避免发生堵塞后,顶升输出机构仍然动作损坏机械结构,在前进通道和提升通道分别安装电感式传感器3S5240和3S5242用于实时检测顶升输出机构的堵塞情况。如果前进通道发生堵塞挤烟,压杆脱开,3S5240感应不到,YB55A型盒外透明纸包装机和顶升输出机构停止,同时在人机交互界面显示红色信息“前进通道堵塞”;如果提升通道发生堵塞挤烟,压杆脱开,3S5242感应不到,YB55A型盒外透明纸包装机和顶升输出机构停止,同时在人机交互界面显示红色信息“提升通道堵塞”。

3.3第二输送通道堵塞传感器

顶升输出机构与YB55A型盒外透明纸包装机之间的第二输送通道长约4 m,为了更好地进行速度匹配,在通道上安装电容式传感器3S5235和3S5239。3S5239安装于距离顶升输出机构出口2 m处,3S5235安装于距离顶升输出机构出口1 m处。在机组正常运行时,烟包应该在3S5239和YB55A启动传感器3S235之间,一旦YB55A型盒外透明纸包装机由于自身故障停机等原因,无法及时处理由顶升输出机构输出的打好码的烟包,则会导致烟包在通道上累积。如果3s5239连续感应到500 ms,说明此时烟包在通道上已经累积了一半,YB55A型盒外透明纸包装机要以更快的速度运行,才能即时处理顶升输出机构送过来的烟包,保持通道烟包数量稳定。如果3s5235连续感应到500 ms,说明此时通道上的烟包大量累积,顶升输出机构需要停止,待YB55A型盒外透明纸包装机处理部分烟包使3s5235连续300 ms不感应后才再次启动。

3.4安全防护传感器

为了防止在运行过程中,操作人员误操作顶升输出机构或其他物品落入机构,确保设备的安全性,在顶升输出机构上安装了一个防护罩,如果防护罩被打开,则顶升输出机构和YB55A盒外透明纸包装机停止,同时在人机交互界面显示红色信息“激光打码防护罩打开”。

4结束语

由于传统的动态激光打码方式编码容易跑偏,设计了一种新型烟包商标纸静态激光打码装置,应用于ZB421短支双铝包烟包商标纸侧边打码。该装置由第一输送通道、翻包机构、烟包提升通道、烟包顶升输出机构、激光打码器和第二输送通道构成,在装置中安装若干传感器,根据传感器的检测状态控制顶升输出机构的启停与速度,可以快速对烟包商标纸进行静态激光打码,大大提高了打码的效率和稳定性。