一种LED圆形灯管自动贴标机的研发

洪五贵 洪李兵

（江苏帝浦拓普智能装备有限公司，昆山 215300）

图1 LED圆形灯管贴标签示意图

1 LED圆形灯管自动贴标机的特点

1.1 效率高

该设备除了需人功更换料盘，其他动作均由该设备自动完成。经实践证明，自动贴标机设备每小时的产出≥1 000根，而人工每小时的产出只有400根，效率提升了1.5倍。

1.2 通用性强

该设备可适用于粘贴200 mm×13 mm、480 mm×13 mm、6 950 mm×13 mm、1 116 mm×13 mm 和1 130mm×13 mm等不同长度的标签，工作前只需改动伺服参数即可。同时，设备通用的标签颜色可以为银色、白色、透明色等多种颜色。特殊颜色需微调传感器参数。

1.3 贴附精度高

设备的送标、吸标、贴标采用伺服系统控制，经实践证明，控制精度可以达到-0.10～0.10 mm。

2 整体结构研发及工作原理

2.1 整体结构

LED圆形灯管自动贴标机的整体结构如图2所示。该设备由老化机、搬运模组、传送模组、测试模组、定位翻转模组、贴标模组、打标模组以及不良剔除模组等部分组成。

2.2 工作原理

如图2所示，该装置工作时，先由搬运模组B从前工站老化机A中夹取老化后的LED圆形灯管，并放置于贴标机的传送模组C上，然后灯管通过被伺服驱动的链条，被传送模组C输送到测试模组D工位。该模组采用调频变压器检测LED圆形灯管，并记录电压、电流、功率、功率因数和谐波，同时将获得的参数储存并输出。若测试结果为OK，则流入下一个工站进行贴标；若测试结果为NG，则后段不用贴标，直接从不良剔除模组H剔除到不良品盒内。LED圆形灯管被传送模组C送到贴标模组F下方的定位翻转模组E后，由定位模组E的两侧机构对LED圆形灯管进行定位，并使灯管上升旋转180°。灯管定位完成后，贴标模组F把标签与底纸进行剥离，并吸取标签贴到LED圆形灯管上（测试不良品不需贴标），再由仿形滚轮对LED圆形灯管上的标签进行滚压贴紧。贴标完成的灯管会被传送到打标模组G，由喷码机对LED圆形灯管头进行打标（测试不良品无需打标）。打标完成的LED圆形灯管被传送模组C送到不良剔除模组H（如果良品则不用剔除）。上述工序完成后，贴好标签的LED圆形灯管被传送模组送到下一工站，待包装入库。

图2 整体结构

2.3 核心贴标模组主体结构

核心贴标模组主体结构如图3所示，包括供标组件、配重组件、压标组件、定位翻转组件1、贴标组件、剥离滚标组件、定位翻转组件2、剥离动力电机、收底纸电机、收底纸组件、底纸回收组件、标签剥离移动位以及标签剥离初始位。

2.4 核心贴标模组动作原理

2.4.1 送标

通过进行森林抚育技术的应用，能够对人工造林下的林区条件进行提升，从而改善现有人工林区内的光照条件，对林区内的卫生状况进行整合，从而防止受到一些病害风险的影响，将林木病虫害的发病率降低，使林木成长质量得到提升，因此让社会生态环境得到相应的净化。此外，在进行森林抚育过程中，还要及时的对森林中的一些有害林木进行清理，这样能够提高整体林木的抵抗能力，降低对自然灾害的影响。

如图3所示，当通过检测后的LED圆形灯管通过传送模组的输送，进入到贴标模组下方后，由定位翻转组件1和定位翻转组件2夹住LED圆形灯管的两端，从而将LED圆形灯管夹紧定位并上升旋转180°，然后供标力矩电机开始旋转放料，将标签放出，同时收底纸伺服旋转带动收底纸组件进行收料，并由底纸回收组件将底纸进行收集。标签通过01供标组件中的恒力电机，使标签保持一定的张力，不致于弯曲变形。收底纸伺服收料到指定长度后停止动作，恒力电机一直旋转，以保证标签是水平拉紧状态。

图3 贴标模组

2.4.2 吸标

标签被送到指定位置后，压标组件气缸运动压住标签，然后由贴标组件带动吸盘移动至标签上方吸住标签。当剥离刀驱动电机带动剥离刀剥离标签时，剥离滚标组件从右往左运动。按四边形原则，剥离刀从B点向A点移动时，上层底纸长度变短，下层底纸长度变长，但底纸总长不变。为保证标签吸附效果，贴标组件中的标签吸头采用包胶工艺。经过批量验证，使用包胶吸头，吸标效果非常好，不会有漏吸、吸附不佳等现象。

2.4.3 贴标

贴标组件吸取标签并运动至LED圆形灯管上方后，将会下移使标签贴在LED圆形灯管上。因为贴标组件中的标签吸头采用包胶工艺，所以可以保证标签在充分按压后，紧密贴合在LED圆形灯管上。

2.4.4 滚动压标

贴标完成后，贴标组件破真空，标签吸头离开LED圆形灯管，随后仿形滚轮滚压标签，剥离滚标组件从左往右运动，通过滚压机构将标签与LED圆形灯管紧密贴合在一起。经过批量使用验证，仿LED圆形灯管外形的包胶滚轮滚压标签效果优秀，标签无褶皱弯曲变形。

3 核心贴标模组中收卷力矩电机设计计算

贴标模组的核心是供料力矩电机的选型，因为收标签伺服的拉力恒定，且随着标签的减少，标签料卷的半径一直变小，若要保证标签被拉直，则标签放料和收料要有一定的拉力差，且拉力值恒定。因此，要求电机的输出转矩需保持同步变化，否则会导致放料过快、长度过长或标签被拉断。本文以核心贴标模组中收卷力矩电机设计计算举例说明。

已知条件：标签送料速度v=0.3 m·s-1，开始放卷时标签最大直径为D1=500 mm，放卷结束时空卷最小直径D2=120 mm，放卷拉力为F1=15 N，固定标签料卷的气涨轴的摩擦扭矩Mf=0.6 N·m。以此进行放料力矩电机的相关计算。

3.1 扭矩计算

放卷时需要最小扭矩M1为：

代入数据计算可得M1=0.3 N·m。

放卷时最大扭矩M2为：

代入数据计算可得M2=3.15 N·m。

3.2 放卷速度计算

放卷时最大速度n1为：

代入数据计算可得n1=47.75 r·min-1。

3.3 减速比计算

通过查电机选型手册知，力矩电机端转速限制值n=1 500 r·min-1，则减速箱的减速比i为：

代入数据计算可得i≈31.41。

按选型手册的建议，初选减速箱减速比i2时，电机转速最好限制在1 000 r·min-1内，则由式（4）可得，初选减速箱的减速比i2≈20.94。另外，考虑到力矩电机的特性，电机在堵转的条件下，若电压太高易导致电机发热，此时系统热保护动作后电机将无法正常工作。因此，力矩电机最高电压要减去50%。查电机选型手册可知，此时减速比小于23.56，因此初定i2为 20。

3.4 确认电机型号

由i2=20可得电机的最大力矩M3为：

计算可得M3=0.157 5 N·m。因此，通过查电机选型手册曲线图可以确认力矩电机的型号为90TP20GV22。

3.5 减速箱允许扭矩校验

减速箱允许扭矩M4为：

代入数据计算可得M4=3.15 N·m。通过查电机选型手册可知，90TP20GV22型电机的最大允许转矩为20 N·m，而3.15 N·m＜20 N·m。因此，减速箱允许转矩满足要求。

4 结语

本文设计的自动贴标机主要解决了标签过长、尺寸规格过多、贴标面为弧面不利于自动贴标的问题。通过市场使用反馈，采用此设备可以实现自动贴标，从而完全取代人工，提升了生产效率，提高了贴标精度，提升了产品品质，降低了产品成本。同时，此设备的兼容性较强，只需调整伺服参数即可适应不同长度的标签，具有良好的市场前景和推广价值。