便携式智能小型多用途盖章机

乔鑫宇  富英杰  杨皓钧

摘 要：当前，随着社会快速发展，人类各行业工作已经迈入数字化、自动化、智能化时代。现如今我国的普通高校大学生逐渐增多，每年为学生制作各类奖励证书，为毕业生制作学历学位证书等任务繁巨，特别是加盖印章工作无法直接提前印刷，大多由人工手动完成，效率低下且容易出错，因此亟需一种能够抓取各类印章对证书进行准确定位盖章的设备。然而，当前市面上的自动盖章机大多体型庞大，不便携带且价格较高，通用性较差。为解决以上问题，本项目提出设计一种方便移动的便携式小型低成本自动盖章机，主要适用于批量证书盖章，设计目的要求通用便携、节省人力、降低成本、用印清晰等。

关键词：多功能盖章机；STM32；自动走纸和定位

0前言

自动盖章机是一种广泛应用于银行、邮政、学校、企业、政府机关等部门的设备，用于快速、高精度地在各种纸张上进行盖章。然而，传统的手工盖章存在速度慢、印章质量差和盖章位置不准确等问题。为了解决这些问题，学者们进行了自动盖章机的研究与开发。过去的研究中，一些学者开发了银行专用的自动盖章机，可以快速且高精度地在银行单据上盖章。然而，这些设备在更换不同类型的印章和调节盖章位置时的能力有限。另外，还有一些自动盖章机存在送纸机构繁琐、无法蘸印泥等缺陷。

最近的研究中，一些学者设计了一种小型智能盖章机，采用微控制器和齿轮齿条机构驱动印章上下往复运动，实现了盖印功能。然而，这种设备缺乏蘸印泥和纸张输送功能。还有一种自动盖章机可以适应不同尺寸的纸张，具备纸张输送和翻页功能，但对于蘸印泥的实现没有详细说明。还有一些研究采用气动技术开发了盖章机，但在噪声和效率方面存在一些问题。

在高校等机构中，手动施压是主要的盖章方式。即使是半自动盖章机，也需要人工进行送纸，这耗费了大量人力资源。随着智能装备的发展，全自动盖章机应运而生[1]，它能够实现证书的自动进出、检测和自动定位盖章，改变了手工操作的方式，显著提高了盖章效率。全自动盖章机通过stm32单片机控制系统确保了整个系统的稳定性和可靠性。此外，该盖章机采用了打印机的进出纸机构，保证了进纸和出纸的顺序和效率。同时，它能够自动定位和盖章不同大小、不同位置的证书，体现了该装置的柔性化[2]。

为了满足方便快捷和高精度的需求，本文作者基于现有的自动化盖章机技术，开发了一款全自动盖章机。该设备具有印章切换方便、盖章与蘸印泥动作效率高、能自动输送纸张和调整盖章压力的特点。经过试验验证，该盖章机操作方便，印章质量好，工作效率高。

该全自动盖章机系统采用了主流的stm32控制系统，结合3.2寸串口屏实现了自动进出纸、检测、定位和盖章功能。同时，它还能快速实现手动定位与任意定位相结合的人机交互方式，从而提高了工作效率和安全性，满足了用户的人性化需求。根据设计要求，该装置能够可靠地完成以下各项任务：

(1)自动定位机构：设备配备了高精度的自动定位系统，通过使用传感器、编码器和精确的运动控制系统，能够准确地将印刷头移动到需要盖印的位置。这样可以保证钢印位置的精确性和操作的可靠性。

(2)纸张检测系统：设备配备了红外对射传感器，可以实时监测走纸机构中是否有待盖印的纸张。当没有纸张时，系统会自动停止盖印操作，并在一段时间后自动复位，以保证生产的连续性和效率。

(3)连续盖印功能：支持连续盖印功能，可以在不停机的情况下实现多次盖印。这样可以节省工作时间，提高工作效率。

(4)操作简便的控制系统：采用用户友好的操作界面和简化的操作流程，以提高操作的简便性和效率。

(5)安全性可靠的设计：印刷设备在设计时考虑了安全因素，通常配备了安全保护装置，以确保操作人员的安全。

1盖章机系统的结构设计

全自动盖章机系统由两个独立的部分组成：盖章机构和走纸机构。这些部分通过stm32处理器系统进行有机结合，形成一个顺序控制的过程。定位机构采用串口屏控制三轴步进电机，并在程序控制下实现机构水平前后运动。限位开关用于控制机构的极限位移，可以手动设置运动方向和距离，以完成准确定位的功能。盖章机构利用电机、丝杠传动等结构，实现盖印动作的执行。光电传感器用于检测结构中是否有待盖印的证书。这样可以确保在正确的位置上进行盖印操作。走纸机构采用类似打印机的走纸原理，实现自动进出纸张的功能。最后，可靠性强、控制能力强的stm32用于分析和处理检测结果，实现对整个流程的控制。这些设计措施确保了盖章机系统的高效性、准确性和可靠性。

1.1盖章机构

该机构主要负责盖印功能，即使印章上下运动。盖印机构通过丝杠实现运动，将章头固定在运动板上，电机转动时，丝杠沿轨迹上下运动，带动章头完成盖印和抬章的功能。在章头运动的下限位置上安装了限位开关，用于检测机构向下运动触发开关时完成一次盖章动作。接着电机反转，螺旋机构上升，完成抬章动作。同样，在丝杠运动的上极限端也安装有限位开关，用于检测当全部纸张盖印完成后章头运行至上限位开关处，完成复位操作。

当运动发生故障并引发警报时，再次通电复位时，首先运行盖印机构，将章头运动至上限位开关处，然后再将定位机构进行复位，完成整体机构初始化。此外，该机构的章头连接装置可以根据不同大小的章进行调节安装，采用了3D打印壳套（如图 1所示），使全自动盖章机具备了盖印多种类型章的能力。

图 1 盖章机3D打印套壳

1.2自动进出走纸机构

自动走纸机构完成的功能是纸张的有序输出，走纸，检测。该机构的运行参考打印机原理，当纸张盖章完毕后，进出走纸机构执行[3]。纸张通过进纸机构的凸轮输送出工作平台，走纸机构在电机的带动下将纸张向前运行，光电传感器检测到有纸张抽出后，发送信号给单片机，进行下一次盖章，完成整套进出走纸机构的功能。进出走纸的机构根据章头的下限位置和工作台的高度不断调试所得，能够限制每次有且仅有一张纸能够进出。自动走纸机构如图 1所见。

图 2自动走纸机构

2盖章机的电路设计

2.1电路设计方案

全自动盖章机的控制系统需要具备以下功能：自定义定位、盖章、蘸墨、送纸。主控器控制电机主要负责控制定位装置（确定盖章位置）、走纸装置、盖印装置以及复位顺序动作。在盖章位置定位功能上采用了TJC 3.2寸串口触摸屏来取代传统的机械按钮面板，这种方式是目前最简单、方便、自然的人机交互[4]方式之一。系统结构框图如图 2所示。

2.2软件设计

软件是控制系统的灵魂，是系统正常运行的指导者，是保证主控制系统与各模块之间进行有序协调工作的桥梁[5]。该系统中主控采用了stm32单片机作为系统的控制核心。

主控是一台设备的核心，对所有的外围设备起到了控制作用 ，使得各个外硬件处于正常状态，为后续工作做好准备。系统运行流程图如图 3所示。其他分支流程如下：

(1)急停 /启动流程：当设备在运行中遇到紧急情况需要立刻停止时按下急停按钮，这时所有的电机停止其他机构保持原位静止不动，当故障排除后按下运行按钮时，设备按照原先执行的步骤继续向下执行。

(2)限位开关流程：限位开关，放置于X/Y/Z三轴（如图 2所示）的两端，当电机在丝杠上运行到该金属传感器后会产生高电平信号，控制电机停止运行，在按下复位按钮后，可进行回程运动。

图 3 XYZ三轴电机图

(3)串口屏控制：在串口屏上编写操作画面，按下按钮输出对应信号给单片机，单片机接收到信号后驱动电机进行动作。同时电机在动作时会将参数显示在串口屏。

图 4系统结构框图

3应用分析

通过串口触摸屏选择运行模式，可以对100张A4纸大小的证书进行测试。首先，根据文件内容在串口触摸屏上设置盖章的坐标位置，通过触摸屏对x、y、z三轴电机进行调节。接着，调整盖印机构的上下限位来控制盖章的清晰度。在进行这套设置流程后，可对此进行保存。

在串口触摸屏上选择连续运行模式后，系统将按控制流程进行运行，并经过对100张证书的测试发现，有2张证书在进纸机构中出现了卡纸现象。经过分析，发现卡纸的原因是进纸机构与走纸机构的连接距离过大，导致证书走到该位置时由于惯性会向上突出一部分，无法顺利进入走纸机构，从而造成后续证书的卡纸现象。为解决这一问题，调整了进纸机构与走纸机构的距离并降低了进纸机构电机的速度，从而成功消除了卡纸现象，使得整个系统可以在无人操作的情况下正常运行。

参考文献

[1]肖维荣 , 齐蓉 . 装备自动化工程设计与实践[M].北京：机械工业出版社 ,2015

[2]梁景凯 , 盖玉先 . 机电一体化技术与系统 [M]. 北京：机械工业出版社 ,2006.

[3]李响初 , 周泽湘 . 三菱 PLC、变频器与触摸屏综合应用技术 [M]. 北京：机械工业出版社 ,2016

[4]陈鹏飞，刘智勇，宿磊，等．基于 STM32 微控制器的小型智能盖章机设计[J]．机电一体化，2014

[5]薛梅，王皑.小型自动盖章机的设计[J]．机电产品开发与创新，2016

作者简介

乔鑫宇（2000-），男，天津市人。大学本科在读。研究方向为嵌入式。

富英杰（2003-），男，浙江省杭州市人。大学本科在读。研究方向为自动控制。

杨皓钧（2002-），男，天津市人。大学本科在读。研究方向为单片机开发。

基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目资助（项目编号202310066010）