马赛克纸贴自动敷贴机的设计
苗艳杰
摘 要：针对当前马赛克纸贴的生产大多是人工作业，其效率低下，生产质量达不到要求，急需设计出一整套全自动化的马赛克纸贴自动敷贴设备解决问题。通过对马赛克纸贴各个方面的深入研究探讨，构想出了一整套马赛克纸贴的设计。本文基于马赛克纸贴自动敷贴机的设计，系统地讲述了马赛克部分的关键设计，包括纸贴的张紧模块、刷胶模块、胎膜的敷贴模块。首次设计并制作出可实现全自动化，无废边正向导调的马赛克纸贴自动敷贴设备。
关键词：马赛克纸贴；功能模块；机械设计
1 前言
马赛克产品一直是我国的重大产业，在我国的生产建设中占据着重要地位，从上个世纪就受到各界人士的关注。经过漫长的岁月，马赛克也已由从单一的颜色调转向到丰富多彩的颜色搭配。当前马赛克的消费者群体也在逐渐扩大，马赛克产品的形状更加受到广大的认同[1]。由于马赛克的生产效率低下，生产环境较为恶劣，人工耗大，需要设计出实现马赛克生产的全自动设备。
马赛克产品的生产过程包括五个步骤，马赛克产品的诸多环节依旧靠人工完成[2]。当前已有好多学者开始对马赛克生产进行全方面的研究，前人已设计出马赛克颗粒的自动铺贴机，其结构简单，能实现马赛克多种颜色的识别[3-4]。这种设备也只是马赛克产品的颗粒铺贴环节，而铺贴好的马赛克颗粒还需要进行刷胶敷贴。当前市场上已有部分成型的机械设备能实现该功能，但设备还不够完善。本文在前人的研究基础上，重新设计出一套新的马赛克纸贴自动敷贴机的设计。
2 系统的总体设计及工作原理
2.1 总体设计
根据马赛克产品的相关的要求，系统应实现下面的功能：
（1）纸贴能够平铺即有足够的张紧力；
（2）刷胶部分要能自动均匀刷胶保持纸贴的完整性；
（3）胎膜的敷贴有适当的压紧使敷贴的更好；
（4）胎膜在入料、敷贴、出料要配有相对应的传感器使其在特定位置停止及运动；
（5）为保证高效率、无废边的工作，在适当处设计相应的裁剪装置。
基于上述的设计要求，经过多方面研究，设计出一种马赛克纸贴自动敷贴机的机械结构设计，如图1所示。
经过研究，首先采用S型导向结构使其纸贴处于张紧状态，其结构简单，原理易懂，制造方便；在此結构中安装一组张力检测装置，能够在此检测纸贴相对应的张紧状态，以此也可做出相对调节。其次在马赛克敷贴模块采用气压缸的装置，使胎膜在敷贴过程中一直处于压紧状态。本系统在马赛克敷贴的整个过程中利用相互的运动和光电传感器实现马赛克胎膜的快速、稳定工作。
2.2 工作过程
基于马赛克敷贴的各种要求，所设计出的马赛克纸贴自动敷贴机的工作过程如下：
初始点设备皆是静止状态，开始启动电源；首先传送带I开始转动，胎膜1经传送带I传送至传感器B处，传感器B检测到胎膜1后，传送带II开始转动（下压料滚筒随之转动），胎膜1经上下压料滚筒进行纸贴（S型导向后经刷胶机对其刷胶）的敷贴，传送至传送带II；当处在敷贴过程中，传感器B一直检测到有胎膜，后面的胎膜2传送至传感器A，检测到胎膜，传送带I将停止转动；胎膜1在敷贴过程完成作业，传感器B检测不到胎膜后，传送带I、传送带III开始转动；胎膜1传送至传送带III上，胎膜2经敷贴传送至传送带II，胎膜3在传送带I上；当胎膜1传送至传感器C处时，检测到胎膜，传送带II、传送带III将停止转动，裁剪装置启动气缸将对待裁剪部分（胎膜1和胎膜2的相连接处）进行裁剪，将连接的纸贴剪断后，传送带II、传送带III将继续转动；胎膜1经传送带III出料，胎膜2传送至传送带III上，胎膜3将进行敷贴；以此过程循环作业。
3 系统的关键技术设计实现
3.1 张紧模块的设计
纸贴在传输过程中，需经过一定的传输来控制其运动。为保证纸贴在敷贴过程中的稳定，达到对马赛克产品的要求，需要控制纸贴的速度。由于机械的运动或轻微的振动，马赛克纸贴敷贴机上的纸贴的传输速度就会发生改变，导致纸贴在敷贴过程中发生断裂或产生褶皱。即决定采用S型导向装置来控制纸贴的传输方向和速度。如图2所示。
如图所示，纸贴在经过放卷机后， 通过导向滚轮多次转向来实现纸贴的张紧状态；而纸贴的张紧力通过张紧检测装置进行检测。纸张的张紧力是要满足敷贴的适宜值，除了通过敷贴过程中上下敷贴滚轮的转速控制外，还需再放卷机上来加以控制，则将通过磁粉制动器来对放卷机的速度进行调节。
3.2 刷胶模块的设计
纸贴在敷贴前要对其进行刷胶过程，则需满足对纸贴刷胶的胶量控制、刷胶过程中对纸贴的自动传送、胶水的方便送入等。经过各方查找及市场上的调研，设计出多套刷胶模块的方案；经过多方案的研究比较，将在进入敷贴前设置一套如下图3所示的刷胶模块。
整体上通过驱动电机带动刷胶滚筒及压纸滚筒的转动，实现了对纸贴的刷胶及纸贴的传送功能。在刷胶中，刷胶驱动电机与传送带II同步作业，防止了纸贴的累积；刷胶滚轮实现对纸贴的刷胶，胶量调节滚筒则用来调节刷胶滚筒上胶的均匀性，压纸滚轮使纸贴很好地附在刷胶滚筒上，使刷胶滚筒上的胶均匀地涂刷在纸贴上。
3.3 敷贴模块的设计
基于胎膜在敷贴过程中是全自动化的敷贴过程。而胎膜在敷贴过程中，需加一个力使纸贴很好地敷贴在胎膜上。但胎膜在此过程中可能会遭到破坏或敷贴不严（纸贴易脱落）现象，考虑到此现象，故设计出一种气缸式的敷贴装置。如下图4所示。
如图所示，此模块单元主要由上下敷贴滚筒、气缸、滑动轴承座组成，气缸可带动上敷贴滚轮上下移动，能满足不同规格的马赛克敷贴要求。在胎膜的敷贴过程中，随着下敷贴滚筒的转动，胎膜将进入敷贴状态，进而胎膜将顶起上敷贴滚筒，对气缸一个力；气缸加载有高压气体，相对应的气缸也会给上敷贴滚筒一个阻力，使刷胶后的纸贴紧紧地敷贴在胎膜上。此模块结构简单、方便，并且很好地避免了对胎膜的破坏。
4 建模
根據设计出的机械结构及其工作过程，针对各个模块单元的结构设计；利用Solidworks三维软件建模出一种全自动化的马赛克纸贴自动敷贴机。如图5所示。
5 总结与展望
在当前的马赛克行业中，马赛克的生产厂家较多，且马赛克图案也一直受到广大人们的喜爱，市场需求很大；当下马赛克的纸贴技术还不能实现全自动化或存在缺陷，而马赛克产品的生产一直是马赛克产业急需待解决的难题。本文设计出的马赛克纸贴敷贴机较为规整、结构简单、操作方便；能够很好地实现马赛克产品快速、稳定的自动敷贴；效率高、成本低，能够很好地满足市场的需求，并且很好地解决了我国马赛克产品的生产。
参考文献
[1] 陈菲菲.马赛克在佛山的发展与设计方向的转变[J].中国陶瓷工业，2013，20（5）：36-38.
[2] 叶何.基于嵌入式的马赛克运动控制系统[J].佛山陶瓷，2017，27（9）：27-29.
[3] WANG Xing-bo， LUO Qi-rong， YE He. Design of Automatic Machine for Paving Mosaic Patterns [C].In proceeding of 2015 International Conference on Mechanics and Mechanical Engineering， Chengdu， Dec.， 2015.
[4] 董碧云，杨伟，张涛川，黄卓，杨宇峰.可扩展式马赛克自动铺贴设备的系统设计[J].机电工程技术，2017，46（02）：20-21.
[5] 步建军.多颜色马赛克自动铺贴及涂胶机的研发[D].广州：华南理工大学，2015.
Abstract： For the current production of mosaic paper stickers are mostly manual operations， the efficiency is low， the production quality cannot meet the requirements， it is urgent to design a set of fully automated mosaic paper stickers automatic application equipment to solve the problem. Through in-depth research and discussion on all aspects of mosaic paper， a series of mosaic paper stickers were conceived. This paper is based on the design of the mosaic paper sticker automatic applicator and systematically describes the key design of the mosaic part， including the paper application of the tension module， the brushing module， and the application of the fetal film. For the first time， a mosaic paper sticker automatic applicator， which can realize full automation without waste scraps and forward adjustment， was designed and manufactured.
Keywords： Mosaic paper sticker； Functional module； Mechanical design
摘 要：针对当前马赛克纸贴的生产大多是人工作业，其效率低下，生产质量达不到要求，急需设计出一整套全自动化的马赛克纸贴自动敷贴设备解决问题。通过对马赛克纸贴各个方面的深入研究探讨，构想出了一整套马赛克纸贴的设计。本文基于马赛克纸贴自动敷贴机的设计，系统地讲述了马赛克部分的关键设计，包括纸贴的张紧模块、刷胶模块、胎膜的敷贴模块。首次设计并制作出可实现全自动化，无废边正向导调的马赛克纸贴自动敷贴设备。
关键词：马赛克纸贴；功能模块；机械设计
1 前言
马赛克产品一直是我国的重大产业，在我国的生产建设中占据着重要地位，从上个世纪就受到各界人士的关注。经过漫长的岁月，马赛克也已由从单一的颜色调转向到丰富多彩的颜色搭配。当前马赛克的消费者群体也在逐渐扩大，马赛克产品的形状更加受到广大的认同[1]。由于马赛克的生产效率低下，生产环境较为恶劣，人工耗大，需要设计出实现马赛克生产的全自动设备。
马赛克产品的生产过程包括五个步骤，马赛克产品的诸多环节依旧靠人工完成[2]。当前已有好多学者开始对马赛克生产进行全方面的研究，前人已设计出马赛克颗粒的自动铺贴机，其结构简单，能实现马赛克多种颜色的识别[3-4]。这种设备也只是马赛克产品的颗粒铺贴环节，而铺贴好的马赛克颗粒还需要进行刷胶敷贴。当前市场上已有部分成型的机械设备能实现该功能，但设备还不够完善。本文在前人的研究基础上，重新设计出一套新的马赛克纸贴自动敷贴机的设计。
2 系统的总体设计及工作原理
2.1 总体设计
根据马赛克产品的相关的要求，系统应实现下面的功能：
（1）纸贴能够平铺即有足够的张紧力；
（2）刷胶部分要能自动均匀刷胶保持纸贴的完整性；
（3）胎膜的敷贴有适当的压紧使敷贴的更好；
（4）胎膜在入料、敷贴、出料要配有相对应的传感器使其在特定位置停止及运动；
（5）为保证高效率、无废边的工作，在适当处设计相应的裁剪装置。
基于上述的设计要求，经过多方面研究，设计出一种马赛克纸贴自动敷贴机的机械结构设计，如图1所示。
经过研究，首先采用S型导向结构使其纸贴处于张紧状态，其结构简单，原理易懂，制造方便；在此結构中安装一组张力检测装置，能够在此检测纸贴相对应的张紧状态，以此也可做出相对调节。其次在马赛克敷贴模块采用气压缸的装置，使胎膜在敷贴过程中一直处于压紧状态。本系统在马赛克敷贴的整个过程中利用相互的运动和光电传感器实现马赛克胎膜的快速、稳定工作。
2.2 工作过程
基于马赛克敷贴的各种要求，所设计出的马赛克纸贴自动敷贴机的工作过程如下：
初始点设备皆是静止状态，开始启动电源；首先传送带I开始转动，胎膜1经传送带I传送至传感器B处，传感器B检测到胎膜1后，传送带II开始转动（下压料滚筒随之转动），胎膜1经上下压料滚筒进行纸贴（S型导向后经刷胶机对其刷胶）的敷贴，传送至传送带II；当处在敷贴过程中，传感器B一直检测到有胎膜，后面的胎膜2传送至传感器A，检测到胎膜，传送带I将停止转动；胎膜1在敷贴过程完成作业，传感器B检测不到胎膜后，传送带I、传送带III开始转动；胎膜1传送至传送带III上，胎膜2经敷贴传送至传送带II，胎膜3在传送带I上；当胎膜1传送至传感器C处时，检测到胎膜，传送带II、传送带III将停止转动，裁剪装置启动气缸将对待裁剪部分（胎膜1和胎膜2的相连接处）进行裁剪，将连接的纸贴剪断后，传送带II、传送带III将继续转动；胎膜1经传送带III出料，胎膜2传送至传送带III上，胎膜3将进行敷贴；以此过程循环作业。
3 系统的关键技术设计实现
3.1 张紧模块的设计
纸贴在传输过程中，需经过一定的传输来控制其运动。为保证纸贴在敷贴过程中的稳定，达到对马赛克产品的要求，需要控制纸贴的速度。由于机械的运动或轻微的振动，马赛克纸贴敷贴机上的纸贴的传输速度就会发生改变，导致纸贴在敷贴过程中发生断裂或产生褶皱。即决定采用S型导向装置来控制纸贴的传输方向和速度。如图2所示。
如图所示，纸贴在经过放卷机后， 通过导向滚轮多次转向来实现纸贴的张紧状态；而纸贴的张紧力通过张紧检测装置进行检测。纸张的张紧力是要满足敷贴的适宜值，除了通过敷贴过程中上下敷贴滚轮的转速控制外，还需再放卷机上来加以控制，则将通过磁粉制动器来对放卷机的速度进行调节。
3.2 刷胶模块的设计
纸贴在敷贴前要对其进行刷胶过程，则需满足对纸贴刷胶的胶量控制、刷胶过程中对纸贴的自动传送、胶水的方便送入等。经过各方查找及市场上的调研，设计出多套刷胶模块的方案；经过多方案的研究比较，将在进入敷贴前设置一套如下图3所示的刷胶模块。
整体上通过驱动电机带动刷胶滚筒及压纸滚筒的转动，实现了对纸贴的刷胶及纸贴的传送功能。在刷胶中，刷胶驱动电机与传送带II同步作业，防止了纸贴的累积；刷胶滚轮实现对纸贴的刷胶，胶量调节滚筒则用来调节刷胶滚筒上胶的均匀性，压纸滚轮使纸贴很好地附在刷胶滚筒上，使刷胶滚筒上的胶均匀地涂刷在纸贴上。
3.3 敷贴模块的设计
基于胎膜在敷贴过程中是全自动化的敷贴过程。而胎膜在敷贴过程中，需加一个力使纸贴很好地敷贴在胎膜上。但胎膜在此过程中可能会遭到破坏或敷贴不严（纸贴易脱落）现象，考虑到此现象，故设计出一种气缸式的敷贴装置。如下图4所示。
如图所示，此模块单元主要由上下敷贴滚筒、气缸、滑动轴承座组成，气缸可带动上敷贴滚轮上下移动，能满足不同规格的马赛克敷贴要求。在胎膜的敷贴过程中，随着下敷贴滚筒的转动，胎膜将进入敷贴状态，进而胎膜将顶起上敷贴滚筒，对气缸一个力；气缸加载有高压气体，相对应的气缸也会给上敷贴滚筒一个阻力，使刷胶后的纸贴紧紧地敷贴在胎膜上。此模块结构简单、方便，并且很好地避免了对胎膜的破坏。
4 建模
根據设计出的机械结构及其工作过程，针对各个模块单元的结构设计；利用Solidworks三维软件建模出一种全自动化的马赛克纸贴自动敷贴机。如图5所示。
5 总结与展望
在当前的马赛克行业中，马赛克的生产厂家较多，且马赛克图案也一直受到广大人们的喜爱，市场需求很大；当下马赛克的纸贴技术还不能实现全自动化或存在缺陷，而马赛克产品的生产一直是马赛克产业急需待解决的难题。本文设计出的马赛克纸贴敷贴机较为规整、结构简单、操作方便；能够很好地实现马赛克产品快速、稳定的自动敷贴；效率高、成本低，能够很好地满足市场的需求，并且很好地解决了我国马赛克产品的生产。
参考文献
[1] 陈菲菲.马赛克在佛山的发展与设计方向的转变[J].中国陶瓷工业，2013，20（5）：36-38.
[2] 叶何.基于嵌入式的马赛克运动控制系统[J].佛山陶瓷，2017，27（9）：27-29.
[3] WANG Xing-bo， LUO Qi-rong， YE He. Design of Automatic Machine for Paving Mosaic Patterns [C].In proceeding of 2015 International Conference on Mechanics and Mechanical Engineering， Chengdu， Dec.， 2015.
[4] 董碧云，杨伟，张涛川，黄卓，杨宇峰.可扩展式马赛克自动铺贴设备的系统设计[J].机电工程技术，2017，46（02）：20-21.
[5] 步建军.多颜色马赛克自动铺贴及涂胶机的研发[D].广州：华南理工大学，2015.
Abstract： For the current production of mosaic paper stickers are mostly manual operations， the efficiency is low， the production quality cannot meet the requirements， it is urgent to design a set of fully automated mosaic paper stickers automatic application equipment to solve the problem. Through in-depth research and discussion on all aspects of mosaic paper， a series of mosaic paper stickers were conceived. This paper is based on the design of the mosaic paper sticker automatic applicator and systematically describes the key design of the mosaic part， including the paper application of the tension module， the brushing module， and the application of the fetal film. For the first time， a mosaic paper sticker automatic applicator， which can realize full automation without waste scraps and forward adjustment， was designed and manufactured.
Keywords： Mosaic paper sticker； Functional module； Mechanical design
