STM多功能PCB贴标机的设计与实现

李存鹏 （安徽国防科技职业学院机械工程系，安徽 六安237011）

随着电子技术的不断发展，PCB（印刷电路板）几乎会出现在每一种电子设备当中，电子设备越来越复杂，需要的PCB也越来越密集，区分各种大小各异的PCB的有效方法就是PCB贴标。原有的手工贴标签，因其效率较低，已经无法满足社会的需求，贴标机应用而生。但现有大部分贴标机中使用步进电动机作为驱动元件，结构及控制复杂，制造成本高且功能单一，无法满足形式各异的PCB板贴标要求。因此，设计和开发一种成本低、结构紧凑、操作简单的STM多能能PCB贴标机具有重要的实际价值［1，2］。

1 功能分析

（l）可将不干胶标签可靠地贴在PCB板的正反面，正反面所贴条码的数量及位置可以随意设定，正反面所用条码是同一种。要完成这一功能，系统必须实现以下操作：对被贴标件PCB板的运送和准确定位，贴标材料不干胶标签的精确进给，标签从标签纸带上的剥离，标签被牢固地贴在PCB板上，以及在贴标完成后，成品能被顺利输出。

（2）全自动的连续贴标。贴标过程中的各项操作，均为自动执行，无需人工干预，并可通过控制系统完成对各操作动作的协调控制和连续执行。

（3）适用不同的label和PCB板，不贴条码时，设备可以当正常轨道使用。

（4）label须贴在PCB白线内，居中，不能倾斜，不可偏出白线框，精度0.2mm，完成贴label和刷入条码的C／T （单面10s／4pcs，正反面20s／7pcs）。

（5）较低的设计和制造成本。使用传感器、伺服电机、调速电机、PLC、熔断器设计电路，使用数量少，搭配合理，降低整个贴标机的设计和制造成本，使其具有较好的推广性。

（6）具有紧凑的机械结构。根据PLC的控制机理以及调速电机、伺服电机的运动特点，简化贴标机传动装置，合理安排贴标机各机构的布局，使所设计的贴标机结构紧凑，所占空间位置小，使用方便。

2 贴标机总体结构设计

拟定贴标的工作流程是贴标机设计的首要任务，工艺流程设计的合理性，直接影响所研制贴标机总体结构、外形布局、运动方式和贴标质量。根据系统功能需求可将整个贴标过程分为如图1所示的5道工序。

图1 贴标机工作流程

STM贴标机属于典型的自动化设备，它的结构包括驱动元件、工作机构、传动机构和自动控制系统4大部分［3］。根据贴标机的功能要求和工艺特点，STM多功能PCB贴标机的主要结构主要有PCB输入流水线，标签输送、分离、回收机构，标签定位、贴标、压紧机构，PCB板翻转机构及PCB输出流水线5部分组成，各部分协调同步工作，完成PCB贴标工作。

控制装置选用PLC控制，控制装置可完成各执行部件的顺序控制，PCB输入流水线使用伺服电机驱动，实现PCB板的准确输入，标签输送、分离、回收机构采用伺服电机牵引将卷筒标签输送至指定位置，标签在移动中经过分标板能自动从标签纸带上剥离，贴标后的标签纸带进行回收。标签定位、贴标、压紧机构主要完成标签的精确定位及指定区域牢固贴标的工作，采用PCB板翻转机构实现了PCB板的正反面贴标。

2.1 PCB输入流水线

PCB输入流水线结构如图2所示。该流水线在左右旋丝杆的调节下可以进行宽度方向的调节，以满足不同宽度的PCB板。由于贴标机前后都有工作站，假设PCB都是从贴标机宽度的中心流入，所以需要以设备中点进行对称调节，流水线采用伺服电机进行驱动，PCB前进方向由气缸进行阻挡定位，PCB宽度方向由2个气缸组合进行夹紧定位及下压固定，以此对PCB板进行牢固定位。

图2 PCB输入流水线

图3 标签输送、分离、回收机构

2.2 标签输送、分离、回收机构

标签输送、分离、回收机构如图3所示。该机构由伺服电机驱动标签卷进料轮，使标签卷在一定的牵引力作用下可以松展成带移动，采用光钎寻边定位到指定的位置，同时配有电磁刹车张力控制系统，以保证标签不松弛。导辊组对标签带起着承托、引导、转向及校正的作用。标签在分标板上完成标签自动剥离。标签回收轮在牵引轮送标的同时，将标签纸带以卷筒的形式回收起来。随着标签纸带的输送，标签带回收卷伴随着送料卷直径的变小，其直径变得越来越大，可以定期进行回收处理。

2.3 标签定位、贴标、压紧、移栽机构

标签定位、贴标、压紧、移栽机构如图4所示。该机构采用伺服电机驱动XY滑台运动实现标签定位，采用Z轴贴标气缸通过真空吸板压力阀吸取标签完成标签的贴附，并在贴标气缸上加装精密调压阀控制下压力量，实现标签的可靠压紧。

图4 标签定位、贴标、压紧、移栽机构

图5 PCB板定位、翻转机构

2.4 PCB板定位、翻转机构

PCB板定位、翻转机构如图5所示。该机构由Z向气缸，Y向气缸，旋转气缸和夹爪气缸进行组合，来对流水线上的PCB板进行翻转，实现PCB正反面或单面贴标。

STM多功能PCB贴标机整体效果图如图6所示。

3 贴标机控制系统的实现

PCB流水线将PCB传送到贴标机的传送带上，伺服电机控制传送带的传输速度以及启动、停止，在传送带作用下，PCB自动往贴标位置传送；测物传感器检测出待贴PCB到达指定位置后，立即向PLC反馈信号，PLC处理信号，发出控制指令，控制牵引标签卷的驱动辊伺服电机转动，输送标签，标签完成定位、分离、贴标、压紧等动作，测标传感器通过检测2个标签之间的间隙，向PLC发出信号，控制伺服电机停止转动，完成一个贴标过程［4］。重复以上动作，完成连续自动化PCB贴标生产。另外，为了便于操作，系统的人机界面采用触摸屏控制。

图6 STM多功能PCB贴标机整体效果图

4 作业时间分析

STM多功能PCB贴标机的单面、正反面贴标作业时间分析如图7、图8所示，其满足完成贴label和刷入条码的C／T （单面10s／4pcs，正反面20s／7pcs）的功能要求。

图7 单面贴标作业时间分析

图8 正、反面贴标作业时间分析

5 结语

该贴标机采用伺服电机代替一般的步进电机，步距更加准确，使贴标机出标速度、输送速度更稳定，更高，采用贴标气缸实现标签的定位、分离、贴标、压紧及PCB的翻转，实现了PCB精确地正反面贴标，提高市场竞争力。该贴标机可以直接连接生产流水线，也可单机贴标，有很好的市场应用前景。

［1］孙智慧，徐克非 .包装机械概论 ［M］.北京：印刷工业出版社，2007.

［2］宋尔涛 .包装自动控制原理及过程自动化 ［M］.北京：印刷工业出版社，1999.

［3］鲁远栋.PLC机电控制系统应用设计技术 ［M］.北京：电子工业出版社，2006.

［4］陈杰，黄鸿 .传感器与检测技术 ［M］.北京：高等教育出版社，2002.