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0引言

軟袋包裝廣泛應(yīng)用于食品、化工、調(diào)味料、飼料添加劑、醫(yī)藥等，其包裝形式深受用戶喜愛。軟袋包裝是指采用柔性包裝材料制成的包裝袋，并充填流動性或半流動性物料的包裝形式“氣目前，在食品、醫(yī)藥等生產(chǎn)過程中，針對軟袋物料的識別、包裝、貼標等單一工位自動化水平較高，但整體自動化水平較低。因此，為便于對物料的實時跟蹤和監(jiān)控，防止物料信息混亂和錯誤貼標，減少生產(chǎn)過程中人為污染源的加入，設(shè)計一個全自動的軟袋物料上、下料、在線識別打印、貼標及包裝系統(tǒng)對于提高生產(chǎn)企業(yè)自動化水平，保證產(chǎn)品質(zhì)量具有重大現(xiàn)實意義。

基于此，本文設(shè)計一種全自動軟袋物料再包裝生產(chǎn)線，能夠?qū)崿F(xiàn)將軟袋物料自動上料并在線識別物料具體信息，然后將軟袋物料信息實時打印并自動貼于物料上，再將貼標后的物料進行自動包裝為枕形袋，最后根據(jù)物料信息由自動下料系統(tǒng)將物料按類按序自動下料。

1系統(tǒng)總體設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)功能要求，對實際生產(chǎn)過程進行分析最終確定系統(tǒng)流程如圖1所示。系統(tǒng)由上料部分、信息識別部分、打印貼標部分、包裝部分及下料部分組成。上料部分：由抓取和整形兩部分組成，抓取部分將位于料筐中的軟袋物料按序逐袋抓取放置于傳送帶上指定位置。由于軟袋易變形，且抓取后放于傳送帶上位置不固定，因此，設(shè)置整形部分，將物料進行上下、左右及前后整形，保證包裝物料位于上料工位初始位置處。信息識別部分：分為兩次識別，一次識別在線識別物料初始信息，通過讀取物料原始標簽碼實現(xiàn)；二次識別為識別物料在線實時貼標信息，通過讀取新貼標簽信息來實現(xiàn)，保證貼標正確。打印貼標部分：分為打印和貼標兩部分，打印部分根據(jù)讀取到的物料原始標簽信息，通過數(shù)據(jù)庫査詢獲得物料的具體信息，生成按要求制定的標簽并由工業(yè)打印機在線實時打印出來并由吸標手吸住標簽。待物料經(jīng)傳送帶運行至貼標手下方時，貼標手動作將新打印的實時標簽貼于物料表面。包裝部分：將貼標后的物料包裝成枕形袋，由制袋、縱封、橫封和切斷及輸送部分組成，制袋部分完成制袋功能，將包裝膜由制袋器整形為袋狀，再由縱封部分將物料裹入包裝膜中，經(jīng)橫封和切斷形成枕形袋，再由輸送裝置將包裝好的物料輸出至預(yù)定位置。

下料部分：將包裝后輸出至預(yù)定位置的物料，由機械夾手夾取并按類按序放入應(yīng)放的料筐中，從而完成一個操作循環(huán)。

綜合以上分析確定系統(tǒng)布局如圖2所示。

1.自動上料單元；2.位置校正單元；3.除水單元；4.掃描識別單元；5.打印貼標單元；6.掃描校對單元，7.推送、刮送單元；

8.自動再包裝單元；9.下料分檢單元

圖2自動包裝系統(tǒng)的整體布

2系統(tǒng)關(guān)鍵單元設(shè)計

2.1自動上料、下料單元設(shè)計

考慮到軟袋物料具有流動性、易變形的特點，抓取操作存在一定技術(shù)困難⑶，同時傳送帶輸送的隨機物料需按類按序碼放，并且在抓取后的運動過程中要求精確定位和運動速度快，經(jīng)過試驗和分析，采用直角坐標機器人與專用氣動剛性機械手組合來實現(xiàn)自動化上下料。

上料單元模型簡圖如圖3所示，自動化作業(yè)時，軟袋物料按1X3X6的方式放置于料框中，上料傳感器檢測到有待上物料時，處于原點位置的機械手沿X方向移動至需抓取物料的X坐標位置，再沿Y向下降至抓取位置，機械手閉合抓取物料，然后機械手按原路徑返回至初始位置。根據(jù)要求，在每一工作循環(huán)開始時機械手打開，將物料蝠于上固定典氣完成一次上料工作循環(huán)。

下料單元模型簡圖如圖4所示，當軟袋包裝成枕形袋經(jīng)輸送帶輸出至待下料位置（機械夾手原點位置）后，機械夾手閉合抓取物料并沿Z方向上移，根據(jù)上位機數(shù)據(jù)庫讀取的軟袋條碼信息（以A型為例），機械手沿X、Y方向聯(lián)動至A型料框需放料位置后，再沿Z方向下降一定距離，機械手張開，將物料放入料筐的正確位置，放置物料后機械手返回原點位置，進行下一次工作循環(huán)。

1.機架；2.料框；3.機械夾手；4.X軸機械臂;

5.氣紅；6.連接板；7.Y軸機械臂

圖3上料單元模型圖

末端執(zhí)行機構(gòu)使用專用機械夾手實現(xiàn)物料的抓取，結(jié)構(gòu)如圖5所示，機械手通過機架與線性模組滑塊固定，依靠氣缸桿的伸出與縮回提供動力，帶動滑塊經(jīng)過連桿機構(gòu)傳動實現(xiàn)機械手的張開與閉合，完成物料的抓取和碼放。

1.機架；2.控制柜安裝板；3.下料傳送帶；4.軟袋模型；5.機械手；6.X軸機械臂；7.迷你氣缸；8.Z軸機械臂；9.Y軸機械10

支撐導軌；11.ILV型料框；12.IV型料框；13.HI型料框；14.H型料框：15.I型料框；16.地腳；17.工控機安裝板

圖4下料單元模型簡圖

2.2信息識別單元設(shè)計

信息識別包括條碼信息的自動獲取和遠距離

存儲，是實現(xiàn)生產(chǎn)線全自動化的紐帶。生產(chǎn)中主要存在以下難點：1）初始條碼因人工貼標存在粘貼傾斜的現(xiàn)象且軟袋放置于傳送帶上時姿態(tài)不確定；2）自動化要求較高的生產(chǎn)率，需要有較高的掃描頻率；3）獲取的條碼信息須及時反饋至上位機數(shù)據(jù)庫存儲，以便生成新的文字標簽?；诖?，在上料機構(gòu)設(shè)計整形裝置，對抓取的軟袋物料進行左右、前后和上下整形，并選用德國SICK公司的CLV410固定型條碼掃描器如圖5所示，該設(shè)備掃描分辨率和頻率達到為0.1mm和800Hz,并且傳輸速率高，400m距離時傳輸速度可達15Mbit/s^[5,o實際試驗證明，所選用的條碼閱讀器和所設(shè)計的整形裝置可以滿足需要，正確讀取率不低于99%。

1.迷你氣缸2.機架3.螺栓4.鑰釘5.連桿

6.氣缸連接塊7.滑塊8.搖桿9.機械手手抓

圖5專用氣動機械手示意圖

傳統(tǒng)生產(chǎn)中人工貼標存在效率低、錯誤率高、粘貼不規(guī)范、且不能完全保證標簽與物料對應(yīng)的缺點。根據(jù)系統(tǒng)要求，選用美國Zebra工業(yè)打印機（如圖6所示）和壓敏膠標簽氣動貼標手。該打印機可以在無人看管的情況下實現(xiàn)24小時連續(xù)高速打印，并且不受打印材料限制，采用熱轉(zhuǎn)印方式打印的文字與圖形具有防刮，防水，防腐蝕的特點，可連接至上位機數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)現(xiàn)場實時打印時。

3控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖7所示，PC機與運動控制卡構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)的處理和信號的監(jiān)控等。工控機負責人機交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控工作，通過控制程序向多軸運動控制卡發(fā)出脈沖指令；運動控制卡接受指令完成所有運動控制的細節(jié)，包括脈沖和方向的輸出、加減速的處理、原點和限位信號的檢測、路徑規(guī)劃、邏輯控制等⑶。

運動控制卡通過脈沖輸出、編碼器輸入接口向上、下料直角坐標機器人各軸伺服驅(qū)動器和傳送帶伺服驅(qū)動器發(fā)出脈沖指令并接受編碼器反饋信號控制各伺服電機的轉(zhuǎn)速和方向，完成精確的點位控制；原點和限位傳感器負責位置的檢測并反饋至控制卡形成閉環(huán)控制；上、下料傳感器負責待上、待下物料的檢測，通過開關(guān)量輸入和輸出接口發(fā)出電平信號控制電磁閥的通斷，完成各氣動元件的動作；打印貼標機和自動包裝機的運動控制有獨立的PLC控制器控制，打印貼標機和上位機之間只進行物料信息的交換。

3.2軟件設(shè)計