多功能组合贴标包装自动化生产线结构设计

多功能组合贴标包装自动化生产线结构设计

李宗忠    董征莲

（山东马克智能科技有限公司  中国 潍坊  261206）

（山东交通职业学院 中国 潍坊  261206）

摘　要：本项目研发一种集测漏、视觉检测、动态称重等多功能组合贴标包装自动线。这套自动线应用视觉检测和动态称重等国内先进的生产技术。具有速度高、准确度高、可靠性高的特点，满足贴标包装行业的新需求，检测技术从最初的依靠人工目视检测到现在以无损检测、计算机视觉检测为主技术阶段的发展，把计算机视觉检测技术应用在贴标包装自动化生产线上，提供高了生产效率、节约了劳动力成本。

关键词：贴标包装；智能制造；生产线；发展现状

Keywords：Stick label packaging, Intelligent manufacturing, Production line; Development status

基金资助：潍坊市科学技术发展计划（项目编号2021ZJ1062）

1. 生产工艺流程分析

本研究综合分析目前的贴标包装自动化生产线工艺，经过现场调研和资料查询[5-6]，综合考虑多功能需求、动作可靠性和包装效率，优化生产流程。主要对智能生产线测漏、视觉检测与动态称重相结合的配套设备及相关的系统，进行了整合研发。将该生产研发流程划分为十个阶段，工艺流程图如图 1所示，主要包括设计自动化生产线机械部分结构→画出三维模型→确定设备各部分设计方案→加工生产线所需零部件→确定PLC集成控制系统设计方案→确定视觉在线检测系统软件设计方案→确定动态称重系统在线检测方案→设计生产线各个单一功能设备之间衔接过渡→装配自动化生产线→对生产线进行调试。具体流程如图1所示。

图 1多功能组合贴标包装机生产线研发流程图

2. 整体机械结构的分析与确定

本项目主要是为了提升贴标包装机械的自动化、智能化水平。对多功能组合贴标包装自动化生产线的机械结构、软件、控制系统进行优化设置，重点实现单个单一功能机械设备之间的衔接、信息传输的集成化设计、设备控制系统的开发等关键部分的研制。主要研究内容如下:

(1)自动化生产线的机械部分结构设计

从人机工程学角度，结合企业生产实际需求及工艺设计要求，进行自动化生产线机械部分结构设计，绘制设备的三维立体图及二维平面图。

(2）控制系统设计

采用PLC控制，集成化模块化分屏式管理;根据参数要求，由高精度传感器，伺服机构和气动系统等进行PLC相应系统的控制设计。设计了能实现气压测漏、视觉检测贴标质量及污点、动态称重的功能的生产线，解决了平时需要3台设备才能完成的工作量,填补了国内包装市场的空白[7-8]。

(3）视觉在线检测技术的设计

视觉检测技术是以CCD和数字图像处理技术为代表的计算机视觉检测技术。采用PLC可编程控制器和C语言专用视觉控制器，可靠性高,编程和使用方便，实现产品在线自动检测过程。采用国内领先的2D视觉检测技术，根据实际生产需求编制相应的软件，实现在线检测过程。应用视觉系统对标签的高精度定位来检测所贴标签是否处于产品规定公差范围之内;应用视觉在线检测技术自动、智能、高精度的检测产品表面上的污点。

(4）自动化生产线的零部件生产、整机装配、程序调试。

利用人工智能深度学习技术，自动适应不同的瓶型及不同的污点类型，快速贴标、自动检测。实现组合包装机生产线的柔性化。

3. 系统关键机械结构的设计

多功能组合贴标包装系统，集产品测漏、视觉检测、实时称重等多功能于一体的关键，在于对测漏机、视觉检测系统以及称重系统进行了创新设计，并将各个模块之间实现了有效衔接、信息传输的集成化设计等。下面着重对测漏机、视觉检测系统以及称重系统进行重点的阐述。

4.1 测漏机的设计

为实现多功能组合贴标包装系统的产品测漏功能，可以选择所设计的多种规格的测漏机，具体分单头、双头、三头、多头等型号。规格多样，能够满足不同用户的生产需求；还可根据客户要求定做。产品的型号主要有：SL—JL401、JL202、JL203、JL204、JL205、JL206型等。表1为SL-JLD204型，多头测漏机数值设定表。设计的测漏机应用范围为：连线吹瓶机，非破坏性流水作业，100%的检测漏桶，也可人工分瓶检漏。检测对象为：中空容器。工作原理采用差压、微电子信号比较。运输带为电子无级变速。测定精度为 0.1mm针孔。用电量为单相220伏，240W。压缩空气为4—6 Kg/cm2大气压。

4.2 视觉检测机系统的结构

视觉检测机系统主要由：电脑系统，显示系统，输送系统，摄像检测系统和剔除系统构成。

电脑系统：采用微机对电路进行实时的检测和监控，能准确快速地进行计量，实现不合标准产品的分选。电脑系统可以储存多个参数，用户根据自己的产品可以调用已经储存的参数，这给用户带来了极大的方便。通过修改参数也能实现产品的检测。同时工控机还能储存不合格产品的记录。

显示系统：采用高分辨率显示器，给用户提供了简单明了的操作界面。

输送系统：由无刷电机和输送皮带组成。无刷电机驱动模块为电机提供了高转矩，高精度，宽调速的驱动，实现了物品的匀速运动，让称重单元更加准确地判断物品的重量。

视觉检测系统 由主摄像头单元和工控单元构成。

剔除系统以空气为动力，由上位机系统检测对比，对不合格产品进行剔除。由视觉系统、上位机、控制系统、执行系统等组成多功能组合贴标系统[9-10]。其中视觉系统包括工业相机、镜头、光源，控制系统包括运动控制卡、接线盒、传感器、气动装置，执行系统由伺服/步进电机、末端执行器等组成，具体型号如表1所示。

表1视觉检测机主要功能部件的选型

4.3 称重系统设计

多功能组合贴标包装在线智能化检测设备，配置在线称重系统，能够实时监测产品的重量，对于超重或超轻的产品及时进行剔除。有效地降低了次品率，提高了生产效率，提高了自动化生产线的自动化、智能化水平。

该在线称重系统的信号采集，主要由一个压力传感器，五个磁性开关以及一个光电开关构成。执行机构由平移缸、气动手指、提瓶缸、挡瓶气缸跟剔除气缸构成。

4.4 控制系统设计及软件实现

控制系统设计是指根据控制对象的特点和控制目标，将控制系统所需的传感器、执行器、控制器、通信设备等组合起来，设计出一个能够实现自动化控制的系统。控制系统设计的过程通常包括以下几个步骤：

（1）确定控制对象和控制目标，明确控制系统的任务和要求。

（2）选择传感器和执行器，根据控制对象的特点和控制目标选择合适的传感器和执行器，以获得准确的控制信号和良好的控制效果。

（3）选择控制器，选择合适的控制器对传感器采集的信号进行处理，产生控制指令，并将控制指令传递给执行器。

（4）设计控制算法，根据控制对象的特点和控制目标，设计合适的控制算法，使得控制系统能够快速、准确地响应控制指令，实现自动化控制。

5 结论

针对我国产品贴标包装生产线存在的功能单一、效率低、智能化自动化程度低等问题。本课题对体表包装自动线进行了关键部件的创新设计与优化改进，达到提供一种综合性、组合性、更智能化的自动生产线，显著降低了包装过程中的包装成本，实现组合贴标包装在线检测设备的高效、高性能作业。

参考文献

[1] 张小改.企业包装自动化生产线的研究[D].浙江工业大学,2016.

[2] 王孝培.冲压设计资料[M].北京:机械工业出版社,2022.

[3] 吴明清. 密封盖的聚氨酯橡胶冲裁成形复合模改进[J].热加工工艺,2012,41（11）:98-99.

[4] 付宏生.冷冲压成形工艺与模具设计制造[M].北京:化学工业出版社,2018.56-57.