基于GLM-E吹气式自动贴标机自动扫码贴标机的设计

田常青，张艳冬

（1.辽宁工业大学 机械工程与自动化学院，辽宁 锦州121001;2.上海申克机械有限公司，上海200444）

基于GLM-E吹气式自动贴标机自动扫码贴标机的设计

田常青1,2，张艳冬1

（1.辽宁工业大学 机械工程与自动化学院，辽宁 锦州121001;2.上海申克机械有限公司，上海200444）

自动扫码贴标机的设计主要包括部分机械结构的设计和控制系统的设计，机械部分在GLM-E的基础上改装了可旋转调节方位的吹塑头，可实现对物品的多方位贴标以及在物品预送带上加装了物品的分拨定位装置，提高了贴标的精度。控制部分采用采用工控机作为上位机，以西门子S7-200系列PLC作为下位机，系统中由条形码扫描器对条形码进行扫描和识别，通过串口通信反馈给上位机。

自动扫码贴标机；GLM-E吹气式自动贴标机；扫码；贴标

扫码贴标机是通过扫描条形码进行贴标的，它满足了一些行业对自动化生产设备的需求，例如：食品行业、医药行业、化妆品行业等等。我国贴标机行业起步较晚，而在自动扫码贴标领域的技术水平与国外相比更是存在较大的差距。在国内扫码贴标市场上，扫码贴标机的种类主要有半自动条形码贴标签机、手持式扫码枪扫描喷码机，种类较少，贴标方位没有具体的位置，无法满足对贴标具体位置的要求，不能实现自动化的扫码贴标以及贴标精度低等缺点。由碧彩（中国）研发的GLM-E经济型自动吹气式贴标机，采用吹气式的贴标方式。自动扫码贴标机就是在此贴标机的基础上将扫码贴标、切换贴标方位的功能结合为一体设计的。实现了扫码贴标的功能，其次解决了原有设备中产品无法准确定位、贴标位置不精确，以及贴标方位单一的缺点[1-6]。

1 方案设计

1.1 设计要求

从贴标机的市场来说，扫码贴标机的需求较为广泛，自动扫码贴标机主要应用于对外包装上已经附有条形码的产品进行贴标。通过扫描条形码来获取对应产品的信息，并将打印有产品信息的标签贴到产品要求的位置上。该自动扫码贴标机能够实现对不同类型的产品进行扫码贴标，分别实现三种方位的贴标，即在产品表面的上、中、下进行贴标，自动化程度高、贴标精度高，性能可靠稳定。

1.2 主要设计参数确定

该设计是基于GLM-E经济型自动吹气式贴标机的基础上进行改进设计的，所以设计参数的确定见表1。

表1 GLM-E吹气式自动贴标机的主要技术参数表

图1 GLM-E经济型自动吹塑贴标机结构示意图

该贴标机设备中，传送带采用速度不同的传输带，首端传输带速度用于产品的传输和分拨，速度为30 m/min，后面为贴标传送带，速度为40 m/min。

根据表1，初步设计产品分拨定位装置的尺寸为：长300 mm，高70 mm,可调节的宽度范围为0～ 500 mm；吹塑头旋转装置在同一水平面上可180°旋转，实现3种方位的贴标。扫码枪与吹塑头间的距离也有3种，分别为700、350、1 050 mm。

1.3 整体设计方案及工作原理

本方案是基于GLM-E经济型自动吹塑贴标机的改进设计，整体结构与上图1相仿。主要组成部分为机械结构部分[7-9]和控制系统部分[9-10]。

图2 基于GLM-E经济型自动吹塑贴标机改进后结构示意图

其工作原理为：当被贴标产品经过分拣后传送到输送带上后，随输送带匀速前进，当产品经过安装在输送带上的红外线光感条形码扫描器（扫描枪）时，光感将信号传送给送标机构，（以及将产品上的条形码信息传递给标签出口的热敏打印机，来选择打印的标签）开始送标，当标签到达出口时，由吹塑头将标签喷到待贴标物上，完成整个贴标动作，进入下一个贴标动作[7-8]。工作流程图如图3。

图3 自动扫码贴标机工作流程图

2 机械结构部分创新设计

2.1 产品定位分拨机构的设计

定位分拨机构是安装在产品运输带上，用于校正产品传输的位置，以及保证产品匀速传输的次序。工作原理是：根据产品的长宽高来调节两片分拨片的距离，在分拨片的两侧的安装位置处加工成可调节的旋钮式，扩大了对多样产品的分拨功能。如图4所示为定位分拨装置的结构图。

图4 定位分拨装置的结构图

在工作过程中。包装对齐的方式通常有两种：一种是包装居中对齐；另一种是包装侧对齐。包装居中对齐时，需要同时调节两个定位条之间的宽度，包装侧对齐时，其中一侧的定位条固定，通过调节另一侧定位条的位置来实现所需要的宽度。其原理大致相同，以包装居中对齐来说明，原理如下：

图5 产品分拨定位装置工作原理图

当包装宽度发生变化时，定位条A和B必须相对于中间移动相同的距离。如图4所示，以调节一侧的定位条来说具体操作方法：(1)首先用标尺确定定位条需要调节的距离，可用定位条与传送工作台边缘的距离来衡量；(2)松开十字手柄9；(3)侧板7和10可绕芯轴8旋转，立柱11和手柄轴可通过侧板上的弧孔移动，从而可推动定位条12向前或者向后移动，移动过程中可用标尺进行度量确定达到所要求的距离；(4)当移动距离达到要求后，拧紧十字手柄9。可按同样方法步骤来调节另一侧定位条的距离。

2.2 吹塑头旋转装置的设计

为了将标签旋转90°，改变标签的方位，通过加装旋转装置来旋转贴标机实现这一功能要求。如图中所示为贴标头的正常位置，当需要改变标签在商品上的位置和方向时，将3弹簧锁紧销拉出，然后推动滑槽和导向轨在水平面上旋转，可选择向左或者向右旋转，直到旋转至90°时，侧面的弹簧锁紧销卡入6旋转轴上的卡槽内，完成旋转动作。此外，该旋转装置在纵向方向上可以有±380 mm的伸缩范围，由安装在滑槽两侧不同高度的4个弹簧定位销进行前后卡紧定位。

图6 吹塑头旋转装置结构图

图7 吹塑头旋转装置内部结构图

3 控制系统设计

3.1 控制系统设计方案

自动扫码贴标机系统由贴标系统和条形码扫描以及标签打印系统两部分构成，整个系统涉及到机械、计算机、通信、人工智能等多个技术领域的应用知识。通过对自动扫码贴标机的功能分析，需要利用工控机作为上位机，以西门子S7-200系列PLC作为下位机；系统中由条形码扫描器对条形码进行扫描和识别，通过串口通信反馈给上位机。所以在整个控制系统中上位机需要控制三个方面的驱动：对条形码数据库的驱动打印、条形码扫描器的扫描读取、对标签打印机的打印驱动。这三方面驱动控制，需要基于Visual Basic编程环境实现[9-11]。自动扫码贴标机的整体设计方案框图如图8。

在整个系统中，工控机（上位机）PC的任务主要是：完成对条形码的识别和读取、条形码信息数据库的管理、控制标签的切换打印以及对标签打印记录的查询和贴标的结果信息的记录和监控；通过人机交互式友好界面（用户终端界面）来实现系统的参数输入、系统的实时监控以及对条形码数据库的支持；上位机通过串口通信连接来实现与PLC信息传递，上位机主要向PLC发送指令信息，同时也需要接受PLC发送过来的贴标动作状态的信息。PLC作为整个控制系统的下位机，它的工作任务主要是：实现贴标动作的控制，如：由气动电磁阀控制的贴标动作、通过真空管完成对标签的吸附动作、光电感应物品后开始贴标动作。

图8 系统整体设计方案框架图

图9 扫码贴标机控制系统硬件接线图

3.2 控制系统硬件的组成

自动扫码贴标机的控制系统部分的设计主要包括条形码扫描识别以及标签打印系统、条形码数据库管理系统和贴标控制系统。其中条形码对应标签打印系统的硬件组成主要是上位机和标签打印机；条形码扫描识别和条形码数据库管理系统的硬件组成为条形码扫描器（条形码阅读器）；贴标控制系统的硬件组成为西门子S7-200 PLC（下位机）和电气设备等。

3.3 控制系统软件的设计

在自动扫码贴标机控制系统中，由下位机（PLC）所控制的贴标动作在时序上必须与上位机所控制的标签打印动作相协调，同时PLC必须将贴标动作信息传递给上位机，因此，要实现两者的信息交流，必须要通过串口通信。所以这部分通信程序的实现主要包括两个部分，上位机通信程序的设计和下位机PLC通信程序的设计。

上位机的软件设计主要包括：上位机与条形码扫描器的通信程序设计；上位机与标签纸打印机的通信程序设计；上位机与PLC（下位机）的通信程序设计。该部分通信连接主要是基于VB（Visual basic 6.0）的环境下实现的串口通信。下位机的软件设计主要为：控制贴标的各种动作，并即将贴标系统的贴标动作信息传递给上位机显示出来。

4 结论

该扫码贴标机的设计主要是根据市场的功能需求，在现有的吹气式自动贴标机的基础上，对贴标机的部分机械结构和整体控制部分进行了设计，得到集扫码和贴标为一体的贴标机设备，并增加了对产品定位以及可调节更换贴标方位的功能，设计后，对贴标机的电气控制系统进行了试验模拟。该设计的创新之处在于实现了扫码自动贴标的功能。为国内市场上扫码贴标机的研究提供了参考。

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责任编校：刘亚兵

Design ofAutomatic Scanning Code and Labeling Machine Based on GLM-E BlowAutomatic Labeling Machine

TIAN Chang-qing1,2，ZHANG Yan-dong1

（1.Mechanical Engineering andAutomation College,Liaoning University of Technology,Jinzhou 121001,China;（2.Shanghai Schenck Machinery Co.Ltd,Shanghai 200444,China）

Design of automatic scanning code and labeling machine includes design of electrical control system and design of partial mechanical structure.The blowing head which can rotate and adjust the orientation is modified on the basis of GLM-E in the mechanical part to achieve the items’azimuth labeling and positioning devices for their distribution in the conveyor belt are installed,which improves labeling accuracy.Control part of IPC as the host computer,and Siemens S7-200 series PLC as the next crew,the bar codes are scanned and recognized by the bar code scanner in this system,and give feedback to the host computer through the serial communication.

automatic scanning code and labeling machine;GLM-E blowing automatic labeling machine;scanning code;labeling

TH122

A

1674-3261(2017)01-0021-04

2015-12-15

田常青(1989-)，女，山东滕州人，硕士生。

张艳冬(1960-)，女，辽宁锦州人，副教授，硕士。

10.15916/j.issn1674-3261.2017.01.006