普天物流

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烟草物流自动开箱系统关键装备及应用模式研究

Ｔｈｅ ｋｅｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｏｒ ｔｏｂａｃｃｏ ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ ａｕｔｏｍａｔｉｃ

ｕｎｐａｃｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ

杨勤’，赵慧亮’，赵冠浩’，闰爱政’，罗盛照

ＹＡＮＧ Ｑｉｎ’，ＺＨＡ０ Ｈｕｉ－ｌｉａｎｇ‘，ＺＨＡＯ Ｇｕａｎ—ｈａｏ’，ＹＡＮ Ａｉ．ｚｈｅｎｇ’，ＬＵＯ Ｓｈｅｎｇ．ｚｈａｏ

（１．贵州大学机械工程学院，贵阳５５０００３；２．贵阳普天物流技术股份有限公司，贵阳５５０００８）

摘要：针对目前国内烟草物流分拣系统装备的现状及其总体发展趋势，研究了烟箱物流自动开箱系统

中的激光划开、箱盖自动打开、条烟自动推出等关键装备技术，分析了其信息控制模式和功

能应用模型，这样便为实现烟草物流自动开箱系统与上层备梦见住新房 货系统、下层分拣系统的高度融

合，有效地提高分拣系统整体效率提供参考依据，从而有效解决其因作业特殊所造成的效率

相对薄弓弓问题。

关键词：烟草；分拣系统；自动开箱；装备

中圈分类号：ＴＢ４８６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ００９—０１ ３４（２０１ ３）０４（上）一０１ ３０—０４

Ｄｏｉ：１ ０．３９６９／Ｊ．１ｓｓｎ．１ ００９－０１ ３４．２０１ ３．Ｏ４（．上）．４０

０引言

随着科学技术的飞速发展，计算机控制技术

和信息技术的运用有效地提高了分拣系统的自动

化程度和分拣效率，物流分拣系统中开始运用各

种各样的自动化机械设备。烟草物流开箱系统是

烟草物流分拣中的关键技术环节之一，由于其作

业特殊性，目前的烟草物流设备制造商依然多采

用线体传输到位、人工开箱、人工辅助设备来实

现条烟与烟箱的分离，该方式不仅劳动强度大，

而且常出现因为人员疲劳恍惚而补错烟、损坏烟

的情况。虽然有少部份的制造商解决了条烟与烟

箱的自动分离，但因为烟箱的高低、封带位置不

同等因素，烟箱的封带划断作业依然是采用人工

划断的方式。因此，实现烟草物流开箱系统自动

化已是亟需解决的问题。

１烟草物流自动开箱系统

开箱系统作为烟草物流分拣系统的关键装备

模块，其开箱效率的高度直接影响了整个系统的

分拣效率，从机器人拆码垛系统输送过来的件

烟，经过开箱系统将条烟完全退出之后，为后续

条烟按订单的快速分拣提供基础，其开箱作业顺

序可概括为：上架一胶带划开一箱盖打开一条烟

推出。

烟草物流自动开箱系统是为了解决卷烟自动

分拣中件烟烟箱的自动打开及条烟与烟箱的自动

分离，为分拣机不间断地提供整件条烟的系统。

其核心为如何可靠地把不同品牌不同规格的件烟

的胶带划开同时又不能粘刀，以致影响后续件烟

的胶带划割，如何把不同品牌不同规格的件烟的

烟箱箱盖打开，如何把不同品牌不同规格的件烟

的条烟与烟箱分离。自动开箱系统工艺流程如图ｌ

所示。

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图１自动开箱系统工艺流程

通过采用件烟自动对中激光烧蚀的方式来划

割胶带，可实现不同品牌不同规格的件烟的可靠

划断；采用一端固定一端移动，真空吸拉烟箱箱

盖拉出导入缝，再通过翻拉板由导入缝插入烟箱

箱盖，强行把烟箱箱盖搬开，最后通过三维曲线

导向装置在件烟的运行过程中把烟箱箱盖导开，

从而实现不同品牌不同规格的件烟的烟箱箱盖打

开；通过抱夹对中的方式把件烟对正推烟机构，

再由头端带滚轮的推烟机构把烟箱内的条烟推

收稿日期：２０１２－１２－１０

基金项目：黔科合重大专项字（［２００７１６０１７—０３０５）；科技人员服务企业行动（ＳＱ２００９ＧＪＦ２００５２９１）

作者简介：杨勤（１９６２一），男，辽宁人，教授，硕士，研究方向为机械设计、人机工程等。

［１３０１ 第３５卷第４期２０１３－０４（上）

务１ ｌＩ８秒化

出，最后通过条烟缓存皮带机内的夹持整形装置

把推出来的条烟整形避免散垛，从而实现不同品

牌不同规格的条烟与烟箱分离，系统操作工位如

图２所示。

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图２系统操作工位

２烟草物流自动开箱系统关键装备

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烟草物流自动开箱系统主要由激光划胶带

机、传输设备、停放器、转辙机构、下箱盖自动

划开机构、上箱盖自动划开机构、箱盖自动导开

输送设备、抱挟机构、推烟机构、缓存皮带机、

控制系统等组成。总体上可以分为烟箱自动划开

设备、烟箱自动打开设备和条烟推出设备三个方

面。

２．１烟箱自动划开设备技术特征

烟箱自动划开设备是为了划开封住箱盖的胶

带，在该模块中主要采用激光烧蚀的方式来划割

胶带，可实现对不同品牌不同规格的件烟的可靠

划断。设备结构如图３所示。

图３烟箱自动划开设备

２．１．１烟箱对中机构

对中机构作为件烟的停放和固定装置，对中

精度的高低决定了激光器对胶带烧蚀口的准确

度，对中机构的设计对设备完成烟箱划开动作至

关重要。

１）对中机构采用双排滚柱垂直家访效果 对中夹紧方

式，位置夹持精度和可靠性较高；

２）有效避免倾斜及变形，降低封箱口位置偏

差：

２．１．２激光划开设备流清水鼻涕

激光划开设备采用激光头为５０Ｗ的激光器，

激光器固定安装于烟箱胶带封口对应设备位置，

可以对运行中的烟箱封口胶带执行动态划开动

作，激光器烧蚀的原理为：通过激光产生的高温

将胶带烧蚀，在划开时利用激光头自身的震荡使

得划开口成锯齿形，且激光烧蚀胶带锯齿宽度可

以满足不同规格烟箱的尺寸容差，从而为变形的

或不同规格件烟的箱盖胶带封口提供较宽的破

口，有效减少后序烟箱箱盖打开所需拉力。

１）激光胶带烧蚀形成的破口范围适用于多种

不同规格烟箱划开应用，具有较强适应性；

２）具有割缝细、热影响区小、切割面质量

好、切割时无噪声、切割过程容易实现自动化控

制。

２．２箱盖自动打开设备技术特点

件烟在烟箱划开设备完成胶带烧蚀后，进入

件烟箱盖自动打开设备，到达操作位时，停放平

台将件烟箱抬起，气缸携带压盘从件小学生自我介绍简短 烟箱上部伸

出将烟箱固定，利用真空吸拉机构吸拉烟箱下箱

盖，拉出导入缝，由气缸携带的翻拉板向下移情人节的由来 动

插入导入缝，再通过固定于下端的气缸伸出，沿

其产生的弧线轨迹将烟箱箱盖拉开，最后通过三

维曲线导向装置在件烟的运行过程中把烟箱箱盖

导开，从而实现不同品牌不同规格的件烟的烟箱

箱盖打开。上箱盖打开动作与下箱盖打开原理相

同。上、下箱盖打开设备如图４、５Ｎ示。

图４上箱盖打开设备 图５下箱盖打开设备

１）通过真空吸盘产生足够拉力，为翻拉板机

构提供导入缝。

２）箱盖打开机构集成了向下移动和拉开两个

工位操作，增加了装备结构设计的紧密性。

第３５卷第４期２０１３—０４（上） ［１３１１

ｌ 匐 化

３）将烟箱箱盖打开工作依次按下箱盖、上箱 积，防止个别条烟在箱内散型；

盖顺序分别进行，提高开箱准确度。

通过安装于传输线上的三维曲线导向装置实

现箱盖的完全打开。

２．３条烟自动推出设备技术特征

通过夹紧对中的方式把件烟纸箱对正推烟机

构，再由头端带滚轮的推烟机构把烟箱内的条烟推

出，最后通过条烟缓存皮带机内的夹持整形装置，

对推出的条烟整形，以避免散垛，从而实现不同品

牌不同规格的条烟与烟箱分离，件烟空箱直接由辊

柱输送线输出。条烟自动推出设备如图６所示。

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图６条烟自动推出设备

２．３．１件烟抱夹机构

件烟抱夹机构是为了保证条烟在推出时能够

顺利推出而对烟箱进行固定的装置，件烟抱夹机

构采用多方位的气缸对烟箱进行垂直方向上的伸

缩和水平方向上的抱夹、固定。

１）垂直安装于烟箱正上方的气缸驱动抱紧机

构向下伸出至恰当位置时，水平对称安装于抱夹

机构横梁上的两个气缸同时向内侧抱紧，实现对

烟箱在水平方向上的固定及对中；

２）垂直安装的气缸采用内镶式气缸，保证了

气缸杆携带的抱夹机构沿气缸壁轨道垂直下滑时

的稳定性和准确性。

２．３．２条烟推出及整形机构

当件烟抱夹机构对烟箱夹紧之后，由气缸端

头携带滚轮的推出机构伸出，使条烟与烟箱分

离，推出机构复位，控制系统发出信号，使输送

线恢复运转，将空烟箱从输送线一侧出口输出；

再通过条烟整型机构将散乱的条烟垛型规整，从

而为条烟向中转小车移动提供便利。

１）条烟推出机构由气缸端头携带的多排滚

轮在条烟推出时，增大滚轮与条烟之间的接触面

［１３２１ 第３５卷第４期２ｏ１３—０４（上）

２）条烟整形机构通过安装于缓存皮带机两侧

的整型装置，在气缸的驱动下向推出后的条烟垛

型进行对中夹紧，实现条烟的整型操作。

３烟草物流自动开箱系统应用模式

３．１烟草物流自动开箱系统信息控制模式

烟草物流自动开箱系统控制主要采用射频识

别（ＲＦＩＤ）技术、无缝衔接技术，数据采集技

术等信息化控制技术。通过数据库中心信息，对

备货系统发出指令，件烟从备货系统输出至自动

开箱系统。在烟箱自动划开设备之前，停放器通

过射频识别感应技术感知信息并回收，通过数据

分析做出挡板是否伸出的决策，以防止烟箱在输

送线上过度拥挤，影响烟箱自动划开设备工作。

当烟箱进入烟箱自动划开设备就位，烟箱自动划

开设备通过感应，发送指令，辊式输送线停止运

动，激光器对烟箱两侧箱盖封带进行烧蚀，然后

激光器复位，烟箱进入激光打码工序，该工序通

过射频识别（ＲＦＩＤ）技术感知烟箱就位，激光打

码设备对烟箱内每条烟表面固定位置进行打码，

并把信息传输至数据库中心。

烟草物流自动开箱系统为了提高工作效率，

增加后序供应量，在打码机构的后序，分为三

道并行工序，停放器采用间歇工作方式，控制

烟箱分流。件烟箱盖自动打开工序，射频识别

（ＲＦＩＤ）技术感应，并把感知信息反馈到件烟箱

盖自动打开设备数据库，由该数据库中心对信息

进行分析、处理，对设备元件发送一系列指令，

由驱动装置通过连接机构打开烟箱上、下盖，输

出烟箱，工序设备复位。条烟推出工序，烟箱就

位，射频识别（ＲＦＩＤ）技术感应，并把感知信息

反馈到条烟自动推出设备数据库，由该数据库中

心对信息进行分析、处理，对设备元件发送一系

列指令，由驱动装置通过连杆推出条烟，工序设

备复位。

３．２烟草物流自动开箱系统功能应用模式

烟草物流自动开箱系统利用激光热熔技术实

现件烟胶带的自动切割，同时为保证各种品规的

件烟都能划到胶带的中部，采用了件烟上下、

左右自动对中机构保证切割胶带的可靠性；件烟

胶带划开后，件烟自动传入下箱盖划开工序，首

先是件烟定位，然后两侧的下箱盖划开机构同时

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移动把件烟箱底挟拢（这样可自适应各种品规的

件烟），然后真实吸盘把件烟的下箱盖拉开一虚

缝，然后机械铲插入下箱盖的虚缝内，机械铲翻

转强行把烟箱箱盖拉开（这样可把粘胶箱盖可靠

拉开），最后真空吸盘松开、机械铲回位、两侧

的下箱盖拉开机构松开完成件烟下箱盖的自动搬

开，在件烟向下一工位（上箱盖打开工位）传输

的过程中，利用三维曲线杆自动把件烟下箱盖完

全打开；件烟到达上箱盖打开工位后同样完成与

下箱盖打开工位相同的动作实现上箱盖的自动完

全打开；当件烟完成箱盖的打开后，件烟自动进

入条烟与烟箱的自动分离工位，首先是件烟定

位，然后是抱夹机构两侧同时动作把件烟完全抱

挟住，同时使件烟端面正对推烟机构和缓存皮带

机，然后推烟机构动作把件烟烟箱里的条烟推到

缓存皮带机实现条烟与烟箱的自动分离，与此同

时，缓存皮带机的前挡烟处于关闭状态把垛烟

挡正，同时缓存皮带机两侧的夹持整形机构把散

开的垛烟理正，使垛烟在缓存皮带机内处于较好

的姿态，为下一步垛烟进入补烟小车打下较好基

础，最后推烟机构、抱夹机构回位，空烟箱继续

传输掉入空箱回收皮带机。其功能应用模式如图７

所示：

图７ 自动开箱系统功能应用模式

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注：在自动开箱系统中一般一台激光划胶带

机对应三台件烟箱盖打开、条烟与箱盖分离的设

备

４结束什么是电动势 语

本文对烟箱物流自动开箱系统中的烟箱自动划

开、箱盖自动打开、条烟自动推出等关键装备技术

及其应用模式进行研究和分析，可有效地解决烟草

物流分拣开箱系统作业中人工劳动强度大、作业效

率不高等问题，填补了国内“烟草物流自动分拣系

统”中开箱环节自动化处理的空白，为烟草物流分

拣实现全自动化提供了参考依据，其实现将有力推

进分拣系统整体装备技术的快速发展，并推动相关

产业环节产品的整体技术发展。

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