塑模商标图案智能三维雕刻系统

　　摘　要设计一套由三菱Q系列PLC、伺服驱动器、伺服电机、变频器等组成的智能三维雕刻系统。针对产品塑模包装上的商标或图案进行按需定制及雕刻，可进行自动操作模式或手动操作模式并采用最优路径雕出用户需要的图案，满足不同用户的需求。并利用红外感应模块识别货品到位信号，设计推送机构，进行快速出入货，提高工作效率，形成智能雕刻过程。

　　关键词三菱Q系列PLC;最优路径;智能;三维雕刻

　　1　引言

　　在传统商标制作过程中一般贴纸形式商标储存环境要求高、商标易受损伤，而在手工雕刻商标中又存在合格率低、效率低、产量低和需要大量劳动力等问题。这些问题都会使制作过程乃至制作结果不尽人意，大量浪费人力物力，从而造成资源的浪费。针对以上传统商标制作过程中存在的问题，提出了由三菱Q系列PLC、伺服驱动器、伺服电机、变频器等组成的塑模商标图案智能三维雕刻系统。

　　针对产品塑模包装上的商标或图案进行按需定制及雕刻，可进行自动操作模式或手动操作模式并采用最优路径雕出用户需要的图案，满足不同用户的需求。并利用红外感应模块识别货品到位信号、设计推送机构、进行快速出入货、提高工作效率、形成智能雕刻过程。

　　2　设计目标

　　针对传统商标制作过程中存在的问题进行了逐一的分析、解决。首先，雕刻机的工作效率很高。任何机械只要有足够的动力，就可以不停的工作。消除了人工雕刻对体力和脑力的耗费。

　　此外，雕刻机采取流水线作业，较之人工雕刻，工作效率高是本雕刻系统的一大优点。其次，雕刻机对操作人员的技术要求低。众所周知雕刻本身也是一项技术，人工雕刻需要雕刻者熟练掌握雕刻技术，但是雕刻机通过对程序的设置，简化了对工人的技术要求。只要它们懂得一点机械操作技术即可。再次，雕刻机能够产出质量更高的产品。技术程度再熟练的雕刻技术人员也可能会出现差错，然而雕刻机可以最大限度地降低误差，使得雕刻出来的产品更加精确。也就是说该系统雕刻的产品是高精度的，这一点几乎是人工雕刻所无法比拟的。

　　另外，本系统会在很大程度上提高雕刻精度及产品精美度，合格率高，并解决一般贴纸形式商标储存环境要求高，易损伤商标的问题。

　　3　系统模型设计

　　在PLC逐渐普及的今天，将PLC应用于智能雕刻上，提高控制的灵活性和便捷性，为各行业商标制作提供了便利。

　　3.1系统硬件设计

　　(1)PLC的CPU模块选型：选用Q02HCPU来进行整个系统的控制。Q02HCPU是高性能型CPU，在本系统中起到整体逻辑控制与通讯功能。

　　(2)I/O输入输出模块选型：选用1个输入模块QX41与1个输出模块QY41P作为系统与外部I/0设备通讯的接口。输入模块连接启动按钮、停止按钮、复位按钮、限位开关、手动自动切换按钮、正反转切换按钮、XYZ轴选择按钮和传感器，输出模块连接继电器等。

　　(3)智能模块选型：选用1个QD75P4N来控制三个伺服系统运行。控制原理如图1、图2(QD75P4N模块三轴接线)所示。

　　(4)人机界面选型：选用GOTSIMPLE系列的GS2110-WTBD作为整个系统的监控显示窗口。

　　(5)电气布局图(控制面板各电器的安装位置如图3，图4所示)。

　　(6)Q系列PLC、24/5V直流电源原理图：系统电源的二相电和接地经过端子分别与Q系列PLC、24/5V直流电源，另外，引出L、N两条线与电源相连，分交流接触器做控制电路，中间继电器做输出隔离和控制输出元件，直流电源为传感器、等提供电源。电气原理图如图5所示：

　　3.2系统软件设计

　　(1)整个系统的设计过程中所用到的软件，如表1所示。

　　(2)按自顶向下的顺序编写程序，模块化设计各功能块。编程流程如图6所示：

　　4　人机界面设计

　　在本套智能控制系统中，触摸屏的人性化界面，让控制更加方便。可以直观地看到系统的当前运行状态，并轻松写入设置数据和下达控制指令。它包主界面、参数设置界面和控制界面和监控界面。系统的开机界面，操作界面如图7，图8所示。

　　触摸屏操作步骤如下：

　　(1)系统调试前先将触摸屏程序导入到触摸屏中，以实现控制系统的调节;

　　(2)进入开机画面，触碰画面的任意地方进入系统主界面;

　　(3)在系统主界面中，按下相应的设置菜单和按钮，进行调试工作。

　　5　结论

　　本文以三菱Q系列PLC为控制核心，以三菱GS系列触摸屏为监控设备，及相关器件组成了一套塑模商标图案智能三维雕刻系统。该系统通过PLC控制伺服驱动器驱动伺服电机，使横、纵及深度三维定位达到精准，运行平稳，并可以转换运行速率，大大提高了效率，节省了大量的人力，使雕刻的图案更加精美。图案可通过根据厂家需要雕刻出不同的深度，达到立体雕刻的效果，让图案更加美观，体现出图案的层次感。系统可选取多种图案进行雕刻，且通过多次调用PLC内的子程序，多次重复运行，实现图案多样化、复杂化，并能够量化生产，适应于工业生产。

　　参考文献：

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