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【案例故事】快速、精確、智能——貼標(biāo)機(jī)：開放式伺服系統(tǒng)確保貼標(biāo)能力和定位精準(zhǔn)
采用回轉(zhuǎn)式貼標(biāo)機(jī)提高產(chǎn)量
原則上，一臺被設(shè)計(jì)為回轉(zhuǎn)式的現(xiàn)代化貼標(biāo)機(jī)的結(jié)構(gòu)總是相同的，這些貼標(biāo)機(jī)的貼標(biāo)能力非常高，以每小時(shí)的玻璃瓶或容器數(shù)量計(jì)，它們由一個(gè)轉(zhuǎn)臺組成，轉(zhuǎn)臺的外緣上安裝著轉(zhuǎn)盤，在貼標(biāo)期間接納容器。
除轉(zhuǎn)臺外，貼標(biāo)機(jī)還有讓玻璃瓶通過旋轉(zhuǎn)星輪進(jìn)入貼標(biāo)機(jī)和從貼標(biāo)機(jī)中出來的輸入-輸出傳送帶，圍繞機(jī)器的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽分配器將標(biāo)簽由一個(gè)輥?zhàn)踊蛞粋€(gè)長標(biāo)盒送往貼標(biāo)站進(jìn)行精確貼標(biāo)，壓瓶頭從上部將瓶子或容器壓在托瓶轉(zhuǎn)盤上，使其在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不會跌倒。通常情況下，現(xiàn)代化貼標(biāo)機(jī)的托瓶轉(zhuǎn)盤采用分散式伺服驅(qū)動(dòng)器，例如VLT?集成伺服驅(qū)動(dòng)器 ISD 510。
由于托瓶轉(zhuǎn)盤的位置不斷變化，機(jī)器生產(chǎn)商不能安裝固定的凸輪，只有使用適時(shí)伺服技術(shù)才能確保貼標(biāo)機(jī)的高度靈活性。為了準(zhǔn)確定位標(biāo)簽，貼標(biāo)機(jī)必須讓待貼標(biāo)容器轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)位置，為此需要一個(gè)機(jī)構(gòu)或傳感器來確定標(biāo)簽在瓶子上的準(zhǔn)確位置，它可以是一條接縫或一個(gè)標(biāo)記。傳感器識別標(biāo)記，并將信息發(fā)送給上一級的伺服系統(tǒng)，由此實(shí)現(xiàn)托瓶轉(zhuǎn)盤的準(zhǔn)確定位。
根據(jù)要求的定位策略
高效、精確和快速：分散式伺服驅(qū)動(dòng)器中的圖案
一種更高效的方式是，直接在伺服驅(qū)動(dòng)器中確定模擬標(biāo)記信息，由于在分散式伺服驅(qū)動(dòng)器中凸輪的特征十分分散，系統(tǒng)可以儲存模擬數(shù)據(jù)的信號序列用于曲線數(shù)據(jù)內(nèi)的特定圖案。
更換品種時(shí)，用戶只需要一次性創(chuàng)建用于新圖案的數(shù)據(jù)，然后傳遞給系統(tǒng)中的所有分散式伺服驅(qū)動(dòng)器，這樣就縮短了切換時(shí)間，明顯降低了出錯(cuò)率，從而大幅度節(jié)約了成本。
另一個(gè)方面是識別標(biāo)記期間整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間情況，在此重要的是傳感器直接與分散式伺服驅(qū)動(dòng)器相連，對于一臺貼標(biāo)能力為15000瓶/每小時(shí)的10頭貼標(biāo)機(jī)而言，可用于對準(zhǔn)過程的時(shí)間大約為225ms。機(jī)器在這個(gè)時(shí)間內(nèi)必須找到標(biāo)記，然后通過分散式伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行準(zhǔn)確定位。
高端應(yīng)用：集成攝像系統(tǒng)
高端貼標(biāo)機(jī)可借助攝像系統(tǒng)完成瓶對準(zhǔn)，與傳感器方案不同，攝像系統(tǒng)是固定安裝的，在實(shí)踐中多個(gè)攝像機(jī)與一個(gè)進(jìn)行圖像分析的公共攝像機(jī)控制器相連。在這里伺服驅(qū)動(dòng)器也會將轉(zhuǎn)瓶托盤上的瓶子在攝像機(jī)前展開，使攝像機(jī)能夠看到瓶子。
由于攝像系統(tǒng)是固定安裝的，因此瓶子經(jīng)過攝像機(jī)的圓形截面比較小，進(jìn)行識別時(shí)攝像機(jī)的數(shù)量決定了必要的采集角度。使用三個(gè)攝像機(jī)時(shí)，每臺攝像機(jī)必須采集120°的容器展開角度并將這部分圖像發(fā)送給攝像機(jī)控制器，而不是貼標(biāo)機(jī)的上級控制器。
攝像機(jī)控制器將實(shí)例中的三個(gè)單獨(dú)圖像片段組合成整個(gè)展開的全景圖片，現(xiàn)在攝像機(jī)控制器必須將這一全景圖片與參考圖像進(jìn)行對比，這些參考圖像是使用者預(yù)先通過帶有相應(yīng)標(biāo)識的容器制作并儲存的。攝像系統(tǒng)找到標(biāo)識，測定修正角度，與參考圖像保持一致。
識別標(biāo)記需要大量的計(jì)算工作：一方面控制器必須考慮容器的曲率，這里的難度是：每臺攝像機(jī)創(chuàng)建一個(gè)120°扇面的圖像，而不是影像，如果當(dāng)前容器進(jìn)入下一臺攝像機(jī)的視頻窗口，下一個(gè)容器就會進(jìn)入之前的攝像機(jī)區(qū)域，這就需要將圖像正確地排列為全景圖。
另一方面攝像機(jī)控制器必須非常迅速地將修正角度傳遞給貼標(biāo)機(jī)，讓分散式伺服驅(qū)動(dòng)器能夠根據(jù)事先測定的修正角度進(jìn)行對準(zhǔn)。如今信息大多會直接通過實(shí)時(shí)以太網(wǎng)傳輸至相應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)器，而不是設(shè)備控制器，這樣伺服驅(qū)動(dòng)器可以直接進(jìn)行角度校正。
一臺貼標(biāo)能力為7萬瓶/每小時(shí)的50頭貼標(biāo)機(jī)只有50ms可供對準(zhǔn)過程使用，在這一極短的時(shí)間內(nèi)必須找到標(biāo)記并讓分散式伺服驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)動(dòng)至精確的位置。
結(jié)論
如今玻璃瓶或易拉罐上的商標(biāo)不再只是說明內(nèi)容，它們賦予了產(chǎn)品獨(dú)特的外觀，為此商標(biāo)不再是簡單地粘貼，而是要根據(jù)某些標(biāo)記精確對準(zhǔn)，采用適時(shí)伺服技術(shù)，如 Danfoss的VLT? ISD 510設(shè)備可以達(dá)到需要的靈活性。
ISD 510——采用開放式控制結(jié)構(gòu)的緊湊型伺服系統(tǒng)
Danfoss公司的新型VLT?集成伺服驅(qū)動(dòng)器ISD 500-系列秉承開放式的控制結(jié)構(gòu)，不僅使用EtherCAT(以太網(wǎng)控制自動(dòng)化技術(shù))，而且還使用其它數(shù)據(jù)傳輸更快的總線系統(tǒng)。開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使其可以根據(jù)IEC61131-3編程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化編程。性能強(qiáng)、精度高、有動(dòng)力且耐用的集成伺服驅(qū)動(dòng)器是在營養(yǎng)品、飲料和包裝行業(yè)中應(yīng)用的理想驅(qū)動(dòng)平臺。驅(qū)動(dòng)器通過控制柜中的伺服接入盒(SAB)實(shí)現(xiàn)供電，這種伺服接入盒配備著一塊用于快速調(diào)試、診斷和服務(wù)支持的本地控制面板(LCP)，此外為了上述目的它還可以直接連接到單個(gè)ISD 510驅(qū)動(dòng)器上。
圖片說明：
快速、精確、智能1：純機(jī)械系統(tǒng)在磨損、速度和靈活性方面都受到限制，復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制需要很高的機(jī)械費(fèi)用。將電機(jī)組件和驅(qū)動(dòng)電子裝置組合在一個(gè)外殼中、實(shí)現(xiàn)多軸或復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的緊湊型驅(qū)動(dòng)器可以作為替代方案。
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快速、精確、智能2：根據(jù)不同用途或產(chǎn)品可以使用各種不同的包裝材料，而這又需要各種方法來保證圖文并茂的最佳貼標(biāo)效果。
Etikettiermaschinen fuer: 貼標(biāo)機(jī)用于
Getraenke: 飲料
Bier,Wein,Cola/Pepsi,Wasser: 啤酒，葡萄酒，可可口樂/百事可樂，水
Consumerprodukte: 消費(fèi)類產(chǎn)品
Waschmittel, Cremes, Lotionen：洗滌劑，潤膚膏，洗液
Glas： 玻璃瓶
Nassleimverfahren： 濕膠工藝
Kaltleimverfahren： 冷膠工藝
Selbstklebeetiketten： 不干膠標(biāo)簽
PET: PET
Sleeveverfahren: 套標(biāo)工藝
原則上，一臺被設(shè)計(jì)為回轉(zhuǎn)式的現(xiàn)代化貼標(biāo)機(jī)的結(jié)構(gòu)總是相同的，這些貼標(biāo)機(jī)的貼標(biāo)能力非常高，以每小時(shí)的玻璃瓶或容器數(shù)量計(jì)，它們由一個(gè)轉(zhuǎn)臺組成，轉(zhuǎn)臺的外緣上安裝著轉(zhuǎn)盤，在貼標(biāo)期間接納容器。
除轉(zhuǎn)臺外，貼標(biāo)機(jī)還有讓玻璃瓶通過旋轉(zhuǎn)星輪進(jìn)入貼標(biāo)機(jī)和從貼標(biāo)機(jī)中出來的輸入-輸出傳送帶，圍繞機(jī)器的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽分配器將標(biāo)簽由一個(gè)輥?zhàn)踊蛞粋€(gè)長標(biāo)盒送往貼標(biāo)站進(jìn)行精確貼標(biāo)，壓瓶頭從上部將瓶子或容器壓在托瓶轉(zhuǎn)盤上，使其在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不會跌倒。通常情況下，現(xiàn)代化貼標(biāo)機(jī)的托瓶轉(zhuǎn)盤采用分散式伺服驅(qū)動(dòng)器，例如VLT?集成伺服驅(qū)動(dòng)器 ISD 510。
由于托瓶轉(zhuǎn)盤的位置不斷變化，機(jī)器生產(chǎn)商不能安裝固定的凸輪，只有使用適時(shí)伺服技術(shù)才能確保貼標(biāo)機(jī)的高度靈活性。為了準(zhǔn)確定位標(biāo)簽，貼標(biāo)機(jī)必須讓待貼標(biāo)容器轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)位置，為此需要一個(gè)機(jī)構(gòu)或傳感器來確定標(biāo)簽在瓶子上的準(zhǔn)確位置，它可以是一條接縫或一個(gè)標(biāo)記。傳感器識別標(biāo)記，并將信息發(fā)送給上一級的伺服系統(tǒng)，由此實(shí)現(xiàn)托瓶轉(zhuǎn)盤的準(zhǔn)確定位。
根據(jù)要求的定位策略
- 純機(jī)械解決方案
采用純機(jī)械解決方案時(shí)，貼標(biāo)機(jī)通過一個(gè)機(jī)械裝置將待貼標(biāo)容器放到特定位置上，例如通過一個(gè)機(jī)械凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)待貼標(biāo)的瓶子，直到瓶底部或瓶側(cè)面的一個(gè)接縫或標(biāo)記嵌入機(jī)械制動(dòng)裝置為止。
這意味著更換瓶型或其它包裝物時(shí)機(jī)械成本會很高，因?yàn)槿绻麑?zhǔn)縫發(fā)生變化，對準(zhǔn)單元就必須整個(gè)更換，在最壞的情況下甚至還包括機(jī)械凸輪。
只有待貼標(biāo)容器的類型基本不變，對靈活性的要求也不太高時(shí)，使用機(jī)械對準(zhǔn)才有意義。
- 使用傳感器和光線感應(yīng)器的解決方案
這種貼標(biāo)機(jī)根據(jù)需要的位置通過傳感器對準(zhǔn)待貼標(biāo)容器，機(jī)器上部的光線感應(yīng)器掃描容器上的接縫或標(biāo)記，然后將其位置發(fā)送給上級控制器。在機(jī)器的上部安裝傳感器是必要的，因?yàn)橥衅哭D(zhuǎn)盤在進(jìn)瓶和出瓶星輪下面運(yùn)行，而這里并沒有安裝傳感器的空間。實(shí)際上傳感器與在自己前面采用固定速度轉(zhuǎn)動(dòng)的待貼標(biāo)容器一起移動(dòng)。
如果需要傳感器尋找瓶子上的特定標(biāo)記，就使用帶有數(shù)字輸出的傳感器，它們可以直接與分散式伺服控制器連接，瓶子在傳感器前面轉(zhuǎn)動(dòng)，傳感器識別標(biāo)記，發(fā)出信號，相連的伺服裝置在固定的平臺內(nèi)達(dá)到零轉(zhuǎn)速，瓶子由此被準(zhǔn)確定位。
如果貼標(biāo)系統(tǒng)根據(jù)瓶子或容器上的標(biāo)記或圖案工作，機(jī)器中可以使用帶有模擬輸出的傳感器，它也可以直接與分散式伺服控制器連接，與上述系統(tǒng)類似，托瓶轉(zhuǎn)盤會將待貼標(biāo)容器在隨同旋轉(zhuǎn)的傳感器前面展開。
如果傳感器檢測到以模擬信號形式出現(xiàn)的標(biāo)記，伺服裝置會再次回到零轉(zhuǎn)速。與數(shù)字輸出不同的是，為了識別模擬傳感器，分散式伺服驅(qū)動(dòng)器中的標(biāo)記信息必須是已知的。不過這種方式有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)：生產(chǎn)開始前，操作者必須對系統(tǒng)中針對相應(yīng)瓶型的所有傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，這需要時(shí)間，而且出錯(cuò)率會升高。
高效、精確和快速：分散式伺服驅(qū)動(dòng)器中的圖案
一種更高效的方式是，直接在伺服驅(qū)動(dòng)器中確定模擬標(biāo)記信息，由于在分散式伺服驅(qū)動(dòng)器中凸輪的特征十分分散，系統(tǒng)可以儲存模擬數(shù)據(jù)的信號序列用于曲線數(shù)據(jù)內(nèi)的特定圖案。
更換品種時(shí)，用戶只需要一次性創(chuàng)建用于新圖案的數(shù)據(jù)，然后傳遞給系統(tǒng)中的所有分散式伺服驅(qū)動(dòng)器，這樣就縮短了切換時(shí)間，明顯降低了出錯(cuò)率，從而大幅度節(jié)約了成本。
另一個(gè)方面是識別標(biāo)記期間整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間情況，在此重要的是傳感器直接與分散式伺服驅(qū)動(dòng)器相連，對于一臺貼標(biāo)能力為15000瓶/每小時(shí)的10頭貼標(biāo)機(jī)而言，可用于對準(zhǔn)過程的時(shí)間大約為225ms。機(jī)器在這個(gè)時(shí)間內(nèi)必須找到標(biāo)記，然后通過分散式伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行準(zhǔn)確定位。
高端應(yīng)用：集成攝像系統(tǒng)
高端貼標(biāo)機(jī)可借助攝像系統(tǒng)完成瓶對準(zhǔn)，與傳感器方案不同，攝像系統(tǒng)是固定安裝的，在實(shí)踐中多個(gè)攝像機(jī)與一個(gè)進(jìn)行圖像分析的公共攝像機(jī)控制器相連。在這里伺服驅(qū)動(dòng)器也會將轉(zhuǎn)瓶托盤上的瓶子在攝像機(jī)前展開，使攝像機(jī)能夠看到瓶子。
由于攝像系統(tǒng)是固定安裝的，因此瓶子經(jīng)過攝像機(jī)的圓形截面比較小，進(jìn)行識別時(shí)攝像機(jī)的數(shù)量決定了必要的采集角度。使用三個(gè)攝像機(jī)時(shí)，每臺攝像機(jī)必須采集120°的容器展開角度并將這部分圖像發(fā)送給攝像機(jī)控制器，而不是貼標(biāo)機(jī)的上級控制器。
攝像機(jī)控制器將實(shí)例中的三個(gè)單獨(dú)圖像片段組合成整個(gè)展開的全景圖片，現(xiàn)在攝像機(jī)控制器必須將這一全景圖片與參考圖像進(jìn)行對比，這些參考圖像是使用者預(yù)先通過帶有相應(yīng)標(biāo)識的容器制作并儲存的。攝像系統(tǒng)找到標(biāo)識，測定修正角度，與參考圖像保持一致。
識別標(biāo)記需要大量的計(jì)算工作：一方面控制器必須考慮容器的曲率，這里的難度是：每臺攝像機(jī)創(chuàng)建一個(gè)120°扇面的圖像，而不是影像，如果當(dāng)前容器進(jìn)入下一臺攝像機(jī)的視頻窗口，下一個(gè)容器就會進(jìn)入之前的攝像機(jī)區(qū)域，這就需要將圖像正確地排列為全景圖。
另一方面攝像機(jī)控制器必須非常迅速地將修正角度傳遞給貼標(biāo)機(jī)，讓分散式伺服驅(qū)動(dòng)器能夠根據(jù)事先測定的修正角度進(jìn)行對準(zhǔn)。如今信息大多會直接通過實(shí)時(shí)以太網(wǎng)傳輸至相應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)器，而不是設(shè)備控制器，這樣伺服驅(qū)動(dòng)器可以直接進(jìn)行角度校正。
一臺貼標(biāo)能力為7萬瓶/每小時(shí)的50頭貼標(biāo)機(jī)只有50ms可供對準(zhǔn)過程使用，在這一極短的時(shí)間內(nèi)必須找到標(biāo)記并讓分散式伺服驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)動(dòng)至精確的位置。
結(jié)論
如今玻璃瓶或易拉罐上的商標(biāo)不再只是說明內(nèi)容，它們賦予了產(chǎn)品獨(dú)特的外觀，為此商標(biāo)不再是簡單地粘貼，而是要根據(jù)某些標(biāo)記精確對準(zhǔn)，采用適時(shí)伺服技術(shù)，如 Danfoss的VLT? ISD 510設(shè)備可以達(dá)到需要的靈活性。
ISD 510——采用開放式控制結(jié)構(gòu)的緊湊型伺服系統(tǒng)
Danfoss公司的新型VLT?集成伺服驅(qū)動(dòng)器ISD 500-系列秉承開放式的控制結(jié)構(gòu)，不僅使用EtherCAT(以太網(wǎng)控制自動(dòng)化技術(shù))，而且還使用其它數(shù)據(jù)傳輸更快的總線系統(tǒng)。開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使其可以根據(jù)IEC61131-3編程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化編程。性能強(qiáng)、精度高、有動(dòng)力且耐用的集成伺服驅(qū)動(dòng)器是在營養(yǎng)品、飲料和包裝行業(yè)中應(yīng)用的理想驅(qū)動(dòng)平臺。驅(qū)動(dòng)器通過控制柜中的伺服接入盒(SAB)實(shí)現(xiàn)供電，這種伺服接入盒配備著一塊用于快速調(diào)試、診斷和服務(wù)支持的本地控制面板(LCP)，此外為了上述目的它還可以直接連接到單個(gè)ISD 510驅(qū)動(dòng)器上。
圖片說明：
快速、精確、智能1：純機(jī)械系統(tǒng)在磨損、速度和靈活性方面都受到限制，復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制需要很高的機(jī)械費(fèi)用。將電機(jī)組件和驅(qū)動(dòng)電子裝置組合在一個(gè)外殼中、實(shí)現(xiàn)多軸或復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的緊湊型驅(qū)動(dòng)器可以作為替代方案。
快速、精確、智能2：根據(jù)不同用途或產(chǎn)品可以使用各種不同的包裝材料，而這又需要各種方法來保證圖文并茂的最佳貼標(biāo)效果。
Etikettiermaschinen fuer: 貼標(biāo)機(jī)用于
Getraenke: 飲料
Bier,Wein,Cola/Pepsi,Wasser: 啤酒，葡萄酒，可可口樂/百事可樂，水
Consumerprodukte: 消費(fèi)類產(chǎn)品
Waschmittel, Cremes, Lotionen：洗滌劑，潤膚膏，洗液
Glas： 玻璃瓶
Nassleimverfahren： 濕膠工藝
Kaltleimverfahren： 冷膠工藝
Selbstklebeetiketten： 不干膠標(biāo)簽
PET: PET
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