堆叠纸质标签气流诱导分离方法及其应用

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纸质标签广泛用于物品的标识,从堆叠标签中分离单张标签是自动化包装中极具挑战的共性技术。目前尚没有一种分离方法既能分离纸质标签又能满足高可靠性(大于99.9%)和高效率(小于1秒/张)的需求。为此,本文提出了一种基于气流诱导的堆叠纸质标签分离方法,从理论、数值仿真以及实验三方面对该方法进行了研究,主要研究和结论如下:1)对纸质标签的物理模型展开了研究。采用离散扭转弹簧-质量点模型两种方式对标签力学模型进行了描述。基于非线性悬臂梁的弯曲法设计了实验,对标签的抗弯刚度进行了测量。根据Forchheimer二次项高速非达西流经验公式对标签的透气性进行了描述,设计了相应的实验,测得了标签的透气性参数。2)提出了气流诱导纸质标签分离方法。针对真空吸盘拾取纸质标签失败的原因进行了仿真分析,揭示了纸质标签的透气性导致了真空吸附力在堆叠标签之间的传递,是吸盘拾取标签失败的主要原因。据此,本文提出了一种采用气流诱导堆叠纸质标签预分离,阻断其真空吸附力的传递,再用真空吸盘拾取的新方法,并基于纸质标签在气流作用下的受力分析,提出了存在初始缝隙的分离机理和无初始缝隙的分离机理的两种推测。3)采用数值仿真研究了气流诱导纸质标签发生分离的机理。利用Abaqus CEL方法对无初始缝隙的气流诱导纸质标签分离过程进行了数值研究。结果表明,气体诱导纸质标签分离的动态过程呈现出三个阶段:初始间隙产生阶段、微缝隙拓展阶段、分离通道形成阶段。利用ANSYS对这三个阶段分别进行了进一步的数值模拟,找到了每个阶段推动纸质标签发生分离的力,并观察到,气体流速超过一定值后,纸质标签的分离会出现不稳定抖动现象。本文利用线性稳定性理论对该抖动现象进行了研究,且通过数值仿真验证了理论分析的正确性。4)提出了气流诱导纸质标签分离的完整实现方案。依据纸质标签分离方法要求对纸质标签施加的力和约束,提出了相应的结构实现方案,建立了该实现方案的力学模型,分析了该实现方案的物理参数:流体压力、标签的约束和受力以及标签的物理特性,对标签分离性能的影响,并对这些物理参数进行了局部灵敏度分析,获得了这些物理参数对标签分离性能影响的排序。5)实验验证了气流诱导纸质标签分离方法。设计了基于该实现方案的标签分离模块的详细结构,完成了制造和调试,并集成到了全自动包装机。进行了标签分离实验测试,观察发现首张标签总是优先分离,分离时间小于0.1s,分离效率达到3600张/分钟,且标签分离模块能达到3s/张的处理效率及99.9%的可靠性,验证了该分离方法的高效率和高可靠性。对喷嘴气体流速、标签的约束、不同标签等的实验验证了本文理论和仿真分析的结论。测试了四种不同规格的纸质标签在气流诱导作用下的分离效果,表明该纸质标签分离方法具有广泛的适应性。
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