CN104626755A - 一种适用于移动中执行柔性膜标识的多自由度打标装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于移动中执行柔性膜标识的多自由度打标装置，包括支撑组件、传动组件、动力组件、打标针组件和记号笔组件，其中支撑组件可实现打标装置的机械连接，同时还具有导向和位置调节的功能；动力组件为打标装置提供可控的动力，传动组件可适于在运动中多自由度地驱动打标针组件和记号笔组件，并提供高精度的打标操作；打标针组件和记号笔组件分别可在柔性膜上打出针孔和颜色标记，并检测标记是否成功完成。通过本发明，在高速运动过程中也能够高精度、稳定可靠地执行打标操作，而且反应灵敏度高，因而尤其适用于RFID标签之类对表面标识质量高的运用场合。

Description

一种适用于移动中执行柔性膜标识的多自由度打标装置

技术领域

本发明属于柔性膜质量检测设备相关领域，更具体地，涉及一种适用于移动中执行柔性膜标识的多自由度打标装置。

背景技术

在生产具有柔性膜结构如印刷品、包装袋等产品的过程中，需对产品进行实时监控以发现产品存在的缺陷，并在发现缺陷的产品上做出标识。若出现缺陷产品漏标的情况，会对产品合格率造成极大的影响，因此，需要一种能够便于操控而且能够高准确性对产品缺陷位置执行标记的打标装置。

传统的打标装置主要分为气动、激光、电腐蚀三大类型，气动打标机为打印针在压缩空气作用下做高频冲击运动，从而在产品上打印出有一定深度的标记，激光打标机是用激光束在各种不同的物质表面打上永久的标记；电腐蚀主要用于打印固定不变的商标等。然而，这些类型的装置均存在功能单一、精确度低和故障率高等缺陷，相应难于满足在柔性膜上精准标识的需求。

尤其是，对于连续进给的柔性RFID标签这类柔性膜产品而言，采用现有的打标装置在实际测试中往往存在稳定性较差、位置控制和速度控制的精度不高等问题，特别当需要在高速移动过程中执行打标操作时，其反应不够灵敏，相应会造成所作出的标识深浅不一，产生拖痕，这样不仅会影响标识的美观，而且较长的针孔甚至可能破坏RFID标签的电气性能。相应地，相关领域亟需对此作出进一步的改进，以便更为迅速、可靠地在譬如RFID标签之类的柔性膜上做出标记。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于移动中执行柔性膜标识的多自由度打标装置，其中通过采用双路传动组件，并对其他关键元件如双作用凸轮轴、传动轴和支撑组件的具体结构及其相互设置关系进行设计，相应即便在高速运动过程中也能够高精度、稳定可靠地执行多自由度调节和打标操作，而且反应灵敏度高，并同时具备颜色标识和孔洞标识多种功能，因而尤其适用于RFID标签之类对表面标识质量高的运用场合。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种适用于移动中执行柔性膜标识的多自由度打标装置，该多自由度打标装置包括支撑组件、传动组件、动力组件、打标针组件和记号笔组件，其特征在于：

所述支撑组件整体呈水平布置的筒状结构，并包括固定圆柱筒、移动圆柱筒和连接板，其中该移动圆柱筒的一端可轴向移动地套设在所述固定圆柱筒内，它的另外一端则与所述连接板固定联接，并且该连接板相对于所述移动圆柱筒的端面保持竖直地设置；

所述传动组件包括安装基板、水平设置的凸轮轴以及并排竖直设置的双路传动单元，其中：

对于安装基板而言，它由竖直基板和连接在该竖直基板一侧的水平基板共同组成，其中所述竖直基板与所述连接板相互联接，并使得整个安装基板及安装其上的其他元件可绕着所述移动圆柱筒的轴向执行调节；所述水平基板上则开有两个通孔，用于供所述双路传动单元分别向下通过；

对于凸轮轴而言，它呈现为两端分别具有第一凸轮和第二凸轮的单轴结构；此外，该凸轮轴水平贯穿所述竖直基板的上部并与安装在该竖直基板另外一侧的所述动力组件相连，由此在其驱动下发生旋转；

对于并排竖直设置的双路传动单元而言，它们的结构相同且各自包括滚轮、传动轴、直线轴承和复位弹簧，其中该滚轮的轴心与所述传动轴的上端水平相连，该滚轮本身则分别与所述第一凸轮或第二凸轮相配合接触，相应在其驱动下将所述凸轮轴的旋转转换为传动轴的上下移动；该传动轴的下端分别用于连接所述打标针组件或记号笔组件，其中部轴身与所述直线轴承的内圈过渡配合，由此实现竖直方向的固定和导向；该直线轴承的外圈套设有固定套筒，所述复位弹簧设置在该固定套筒与所述传动轴的轴肩之间，并用于当所述第一凸轮或第二凸轮处于回程状态时，将所述传动轴分别予以顶起；

所述打标针组件竖直安装在所述双路传动单元之一的传动轴下端，并通过该传动轴的上下运动，用于在柔性膜表面上做出孔洞标识；

所述记号笔组件竖直安装在所述双路传动单元传动轴中另外一个传动轴的下端，并同样通过该传动轴的上下运动，用于在柔性膜表面做出颜色标识。

作为进一步优选地，所述打标针组件包括双头螺栓、打标针套筒、打标针弹簧、打标针和第一色标传感器，其中该双头螺栓的上端与所述传动轴相连以承载驱动力，它的下端则旋入所述打标针套筒并顶住所述打标针弹簧和打标针，同时为所述打标针弹簧提供预紧力；该打标针可替换地安装在所述打标针套筒内，且其针头向下伸出用于击打柔性薄膜；该第一色标传感器设置在所述水平基板上，用于对柔性薄膜执行色差检测，由此判定打标针是否成功做出孔洞标识。

作为进一步优选地，所述记号笔组件包括转接板、记号笔、记号笔支撑板和第二色标传感器，其中该转接板水平设置且其一端用于固定安装所述记号笔，它的另外一端则与所述传动轴进行轴孔配合，并使得整个记号笔组件可绕着该传动轴周向转动；该记号笔可替换地套合在所述转接板上，且其笔头向下伸出用于在柔性薄膜表面做出颜色标识；该记号笔支撑板联接在所述转接板与记号笔之间，并具有可沿着竖直方向上下移动的U型槽，由此便于微调记号笔的高度；该第二色标传感器设置在所述记号笔支撑板上，用于对柔性薄膜执行色差检测，由此判定记号笔是否成功做出颜色标识。

作为进一步优选地，所述记号笔组件还包括笔头保护罩，该笔头保护罩固定在所述水平基板上，不随记号笔运动，并使得记号笔下降时笔头可穿过该保护罩，而记号笔上升回位后正好处于保护罩内部。

作为进一步优选地，所述柔性膜优选为RFID标签。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、通过采用结构相同的双路传动组件，并对其中的关键结构如双作用凸轮轴、传动轴、滚轮和固定套筒的结构及其相互设置方式进行设计，能够高精度、灵活可调地对打标针组件和记号笔组件执行高精度的驱动；尤其是，通过仅采用单个的凸轮轴来完成传动，不仅可显著减少设备的复杂情况，减少故障率，而且能够实现各个标记头的即时响应，与现有技术相比有效防止在譬如RFID标签之类的柔性薄膜上产生拖痕和划伤；

2、通过对支撑组件、转动组件之间的相互设置关系以及所配套的标记头的具体构造和设置方式进行设计，能够在尽可能小的空间内完成相关元件的紧凑化组装；此外，按照本发明的打标针组件和记号笔组件不仅可实现轴向方向上的精确导线，限制其径向运动，而且还可在XYZ三个方向上自由调节，进一步提高了对打标范围的适应性；

3、按照本发明的打标装置可实现针孔标识和颜色标识多种功能，并便于同时反馈标识结果，同时具备打标精准、响应迅速、结构紧凑和便于多自由度调节等优点，因而尤其适用于譬如RFID标签之类的柔性膜标识用途。

附图说明

图1是按照本发明优选实施例所构建的打标装置的主体结构示意图；

图2是图1中所示支撑组件的结构立体示意图；

图3是图1中所示传动组件的结构立体示意图；

图4a和4b分别是图3中所示传动组件的双作用凸轮轴的侧视图和剖视图；

图5是图1中所示打标针组件的结构立体示意图；

图6是图1中所示记号笔组件的结构立体示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是按照本发明优选实施例所构建的打标装置的主体结构示意图。如图1中所示，该打标装置主要包括支撑组件10、动力组件20、传动组件30、打标针组件40以及记号笔组件50等。其中通过仅通过机械机构而无需任何激光设备或气动设备等，即可在柔性膜的高速、连续运动中于产品具有缺陷的位置实现精准可靠地打标；同时，还可提供记号笔和打标针两种标识方式的选择，并对打标结果进行检测。

具体而言，参见图2，支撑组件10整体譬如呈水平布置的筒状结构，并包括固定圆柱筒13、移动圆柱筒12和连接板11等，其中移动圆柱筒12的一端可轴向移动地套设在固定圆柱筒13内，它的另外一端则与譬如呈圆形的连接板11固定联接，并且该连接板11相对于移动圆柱筒12的端面保持竖直地设置；此外，固定圆柱筒13和移动圆柱筒12上还可等间隔地设有若干个螺纹孔。固定圆柱筒13尾端可用螺钉固定在平台上，作为整个装置的支撑；旋钮15可以调节松紧度并固定动圆柱筒的轴向位置，导向销14固定在动圆柱筒的螺纹孔上，其导向面与固定圆柱筒的导向槽相配合，从而限制动圆柱的周向运动。以此方式，上述支撑组件不仅可实现打标装置的机械连接，同时还具有导向和轴向位置调节的功能，在此情况，它具有一与待标识柔性膜运动方向垂直的直线滑动自由度，可以拖动笔组件和打标针组件直线移动。

参见图3，作为本发明的关键改进之一，传动组件30包括安装基板31、水平设置的凸轮轴32以及并排竖直设置的双路传动单元等。对于安装基板31而言，它由竖直基板31a和连接在该竖直基板31a一侧的水平基板31b共同组成，其中竖直基板31a与连接板11譬如通过多个调节螺栓相互联接，并使得整个安装基板31及安装其上的其他元件可绕着移动圆柱筒12的轴向执行调节；水平基板31b上则开有两个通孔，用于供双路传动单元分别向下通过。

对于凸轮轴32而言，它安装在动力组件20的伺服电机上，向两个传动轴35提供动力，并呈现为两端分别具有第一凸轮和第二凸轮的单轴结构，并且该第一凸轮和第二凸轮的型线譬如可设置为相反。此外，该凸轮轴32水平贯穿竖直基板31a的上部并与安装在该竖直基板31a另外一侧的动力组件20相连，由此在其驱动下发生旋转；两个传动轴35上端与凸轮轴相配合，下端分别连接打标针组件40与记号笔组件50。打标针组件40譬如安装在内侧，用于在柔性膜上打出针孔标记；记号笔组件50譬如安装在外侧，用于在柔性膜上打出颜色标记。

更具体地，对于并排竖直设置的双路传动单元而言，它们的结构相同且各自包括滚轮34、传动轴35、直线轴承38和复位弹簧37等，其中凸轮轴32譬如通过联轴器与伺服电机相连以提供周期性的动力，滚轮34的轴心则与传动轴35的上端水平相连，该滚轮34本身分别与所述第一凸轮或第二凸轮相配合接触，相应在其驱动下将凸轮轴32的旋转转换为传动轴35的上下移动，也即当凸轮转动时，滚轮可以在无阻滞滚动的同时，为传动轴提供轴向的推动力。传动轴35的下端分别用于连接打标针组件40或记号笔组件50，其中部轴身与直线轴承38的内圈过渡配合，由此实现竖直方向的固定和导向；该直线轴承38利用了滚珠的滚动实现直线运动，摩擦低、精度高，其外圈与固定套筒39的内圈相配合并譬如通过螺钉固定，由此限制直线轴承38的径向和周向自由度，并确保了传动轴35的轴向运动。直线轴承38的外圈套设有固定套筒39，该固定套筒优选呈直径不同的二级结构，并且直径相对较小的下端固定在所述水平基板31b上，它的上端具有凸槽，用于承载复位弹簧37。该复位弹簧37设置在固定套筒39的上端凸槽与所述传动轴35的轴肩之间，并保持一定的预紧力，因此当凸轮处于回程状态时，复位弹簧可即时顶起传动轴。此外，导正销36可固定在传动轴上，与固定套筒上端的导向槽相配合，以便限制导向轴的周向运动。

参见图4，显示了按照本发明优选实施方式的凸轮轴32的二维零件结构。如图所示，为保证打标针和记号笔的分步运动，本发明中的凸轮轴设计有两个凸轮，并优选设置为型线相反。举例而言，当仅需打标针打标时，凸轮轴旋转半圈，其中一个凸轮处于行程中，推动传动轴打标，另一个凸轮在基圆中并不推动传动轴打标；当仅需记号笔打标时，凸轮轴反转半圈，两个凸轮的状态刚好相反；当需要记号笔和打标针同时打标时，凸轮轴旋转整圈，可先后推动打标针和记号笔打标。因此，该设计可提供标记头的多重选择。

图5是本发明实施例中打标针组件40的立体结构示意图，包括双头螺栓41，打标针弹簧42，打标针43，打标针套筒44，第一色标传感器45。双头螺栓41上端与传动组件30的凸轮轴相连接以承载动力，下端旋入打标针套筒44，顶住弹簧42以及打标针43，同时为弹簧提供预紧力。弹簧42安装在打标针43与双头螺栓41之间，为打标针提供缓冲。打标针43为硬质合金材料，安装后针头伸出打标针套筒44，可击穿柔性薄膜；打标针套筒44用于安装和固定打标针43。一号色标传感器45固定在传动组件30的基板上，并不随打标针运动。当打标针动作后，色标传感器可通过检测打标位置柔性薄膜的色差检测出打标针是否成功地在薄膜上穿孔，并将信号反馈给信号接收装置。

图6是本发明实施例中记号笔组件50的立体结构示意图，包括转接板51，记号笔52，记号笔支撑板53，第二色标传感器54，以及作为优选的笔头保护罩55。标记头转接板51为标记头组件50的连接部件，其一端与传动组件30的传动轴23进行轴孔配合，因此标记头组件可绕传动轴23周向转动，可以灵活地调节记号笔的打标位置，调节后拧紧螺钉固定，以接收传动组件的动力驱动；其另一端固定记号笔，通过其上的旋钮可以方便地固定和更换记号笔。记号笔52固定在标记头转接板上，用于在柔性膜上做出颜色标记，可以随时更换。记号笔支撑板53可开有U型槽，固定在标记头转接板51上，可以微调支撑记号笔的高度。笔头保护套55固定在传动组件30的基板上，不随记号笔运动，其设计需保证记号笔下降打标时笔头可穿过保护套，记号笔上升回位后笔头处于保护套罩中。第二色标传感器54固定在记号笔支撑板53上，功能同第一色标传感器。当记号笔运动后，色标传感器可通过检测打标位置的色差检测出颜色标记是否成功，并将信号反馈给信号接收装置。

下面将具体进一步说明按照本发明的工作过程。

按照本发明的打标装置可提供记号笔和打标针双标识选择，记号笔可在柔性膜上做出颜色标记，打标针可在柔性膜上穿孔，并通过对传动组件的设计可分别驱动打标针组件和记号笔组件的精确运动。通过选择伺服电机运动模式，该装置可在记号笔标识，打标针标识，打标针和记号笔同时标识这多种模式之间灵活切换。

当打标完成后，色标传感器可通过检查柔性膜的色差鉴定出是否打标成功。以此可避免打标失败和鉴定出记号笔墨水耗尽，提醒用户及时更换记号笔。此外，为了避免记号笔笔头长期暴露在空气中容易风干而失效，本发明为记号笔笔头设计了笔罩，打标时笔头可穿过笔罩不受阻碍，停机后笔头回位处于笔罩的遮挡下。根据柔性膜特性和特征的不同，色标传感器也可以具体选择为光电传感器或CCD视觉传感器。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于移动中执行柔性膜标识的多自由度打标装置，该多自由度打标装置包括支撑组件(10)、传动组件(30)、动力组件(20)、打标针组件(40)和记号笔组件(50)，其特征在于：

所述支撑组件(10)整体呈水平布置的筒状结构，并包括固定圆柱筒(13)、移动圆柱筒(12)和连接板(11)，其中该移动圆柱筒(12)的一端可轴向移动地套设在所述固定圆柱筒(13)内，它的另外一端则与所述连接板(11)固定联接，并且该连接板(11)相对于所述移动圆柱筒(12)的端面保持竖直地设置；

所述传动组件(30)包括安装基板(31)、水平设置的凸轮轴(32)以及并排竖直设置的双路传动单元，其中：

对于安装基板(31)而言，它由竖直基板(31a)和连接在该竖直基板(31a)一侧的水平基板(31b)共同组成，其中所述竖直基板(31a)与所述连接板(11)相互联接，并使得整个安装基板(31)及安装其上的其他元件可绕着所述移动圆柱筒(12)的轴向执行调节；所述水平基板(31b)上则开有两个通孔，用于供所述双路传动单元分别向下通过；

对于凸轮轴(32)而言，它呈现为两端分别具有第一凸轮和第二凸轮的单轴结构；此外，该凸轮轴(32)水平贯穿所述竖直基板(31a)的上部并与安装在该竖直基板(31a)另外一侧的所述动力组件(20)相连，由此在其驱动下发生旋转；

对于并排竖直设置的双路传动单元而言，它们的结构相同且各自包括滚轮(34)、传动轴(35)、直线轴承(38)和复位弹簧(37)，其中该滚轮(34)的轴心与所述传动轴(35)的上端水平相连，该滚轮(34)本身则分别与所述第一凸轮或第二凸轮相配合接触，相应在其驱动下将所述凸轮轴(32)的旋转转换为传动轴(35)的上下移动；该传动轴(35)的下端分别用于连接所述打标针组件(40)或记号笔组件(50)，其中部轴身与所述直线轴承(38)的内圈过渡配合，由此实现竖直方向的固定和导向；该直线轴承(38)的外圈套设有固定套筒(39)，所述复位弹簧(37)设置在该固定套筒(39)与所述传动轴(35)的轴肩之间，并用于当所述第一凸轮或第二凸轮处于回程状态时，将所述传动轴(35)分别予以顶起；

所述打标针组件(40)竖直安装在所述双路传动单元之一的传动轴(35)下端，并通过该传动轴的上下运动，用于在柔性膜表面上做出孔洞标识；

所述记号笔组件(50)竖直安装在所述双路传动单元传动轴中另外一个传动轴(35)的下端，并同样通过该传动轴的上下运动，用于在柔性膜表面做出颜色标识。

2.如权利要求1所述的多自由度打标装置，其特征在于，所述打标针组件(40)优选包括双头螺栓(41)、打标针套筒(44)、打标针弹簧(42)、打标针(43)和第一色标传感器(45)，其中该双头螺栓(41)的上端与所述传动轴(35)相连以承载驱动力，它的下端则旋入所述打标针套筒(44)并顶住所述打标针弹簧(42)和打标针(43)，同时为所述打标针弹簧(42)提供预紧力；该打标针(43)可替换地安装在所述打标针套筒(44)内，且其针头向下伸出用于击打柔性薄膜；该第一色标传感器(45)设置在所述水平基板(31b)上，用于对柔性薄膜执行色差检测，由此判定打标针是否成功做出孔洞标识。

3.如权利要求1或2所述的多自由度打标装置，其特征在于，所述记号笔组件(50)优选包括转接板(51)、记号笔(52)、记号笔支撑板(53)和第二色标传感器(54)，其中该转接板(51)水平设置且其一端用于固定安装所述记号笔(52)，它的另外一端则与所述传动轴(35)进行轴孔配合，并使得整个记号笔组件可绕着该传动轴周向转动；该记号笔(52)可替换地套合在所述转接板(51)上，且其笔头向下伸出用于在柔性薄膜表面做出颜色标识；该记号笔支撑板(53)联接在所述转接板(51)与记号笔(52)之间，并具有可沿着竖直方向上下移动的U型槽，由此便于微调记号笔(52)的高度；该第二色标传感器(54)设置在所述记号笔支撑板(53)上，用于对柔性薄膜执行色差检测，由此判定记号笔是否成功做出颜色标识。

4.如权利要求3所述的多自由度打标装置，其特征在于，所述记号笔组件(50)优选还包括笔头保护罩(55)，该笔头保护罩(55)固定在所述水平基板(31b)上，不随记号笔运动，并使得记号笔下降时笔头可穿过该保护罩，而记号笔上升回位后正好处于保护罩内部。

5.如权利要求1-4任意一项所述的多自由度打标装置，其特征在于，所述柔性膜优选为RFID标签。