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【案例故事】快速、精確、智能——貼標(biāo)機：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)機提高產(chǎn)量
原則上，一臺被設(shè)計為回轉(zhuǎn)式的現(xiàn)代化貼標(biāo)機的結(jié)構(gòu)總是相同的，這些貼標(biāo)機的貼標(biāo)能力非常高，以每小時的玻璃瓶或容器數(shù)量計，它們由一個轉(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)機還有讓玻璃瓶通過旋轉(zhuǎn)星輪進入貼標(biāo)機和從貼標(biāo)機中出來的輸入-輸出傳送帶，圍繞機器的一個或多個標(biāo)簽分配器將標(biāo)簽由一個輥子或一個長標(biāo)盒送往貼標(biāo)站進行精確貼標(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)動時不會跌倒。通常情況下，現(xiàn)代化貼標(biāo)機的托瓶轉(zhuǎn)盤采用分散式伺服驅(qū)動器，例如VLT?集成伺服驅(qū)動器 ISD 510。
由于托瓶轉(zhuǎn)盤的位置不斷變化，機器生產(chǎn)商不能安裝固定的凸輪，只有使用適時伺服技術(shù)才能確保貼標(biāo)機的高度靈活性。為了準(zhǔn)確定位標(biāo)簽，貼標(biāo)機必須讓待貼標(biāo)容器轉(zhuǎn)動到相應(yīng)位置，為此需要一個機構(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)動器中的圖案
一種更高效的方式是，直接在伺服驅(qū)動器中確定模擬標(biāo)記信息，由于在分散式伺服驅(qū)動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，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)動器，這樣就縮短了切換時間，明顯降低了出錯率，從而大幅度節(jié)約了成本。
另一個方面是識別標(biāo)記期間整個系統(tǒng)的時間情況，在此重要的是傳感器直接與分散式伺服驅(qū)動器相連，對于一臺貼標(biāo)能力為15000瓶/每小時的10頭貼標(biāo)機而言，可用于對準(zhǔn)過程的時間大約為225ms。機器在這個時間內(nèi)必須找到標(biāo)記，然后通過分散式伺服驅(qū)動器進行準(zhǔn)確定位。
高端應(yīng)用：集成攝像系統(tǒng)
高端貼標(biāo)機可借助攝像系統(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，在實踐中多個攝像機與一個進行圖像分析的公共攝像機控制器相連。在這里伺服驅(qū)動器也會將轉(zhuǎn)瓶托盤上的瓶子在攝像機前展開，使攝像機能夠看到瓶子。
由于攝像系統(tǒng)是固定安裝的，因此瓶子經(jīng)過攝像機的圓形截面比較小，進行識別時攝像機的數(shù)量決定了必要的采集角度。使用三個攝像機時，每臺攝像機必須采集120°的容器展開角度并將這部分圖像發(fā)送給攝像機控制器，而不是貼標(biāo)機的上級控制器。
攝像機控制器將實例中的三個單獨圖像片段組合成整個展開的全景圖片，現(xiàn)在攝像機控制器必須將這一全景圖片與參考圖像進行對比，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：每臺攝像機創(chuàng)建一個120°扇面的圖像，而不是影像，如果當(dāng)前容器進入下一臺攝像機的視頻窗口，下一個容器就會進入之前的攝像機區(qū)域，這就需要將圖像正確地排列為全景圖。
另一方面攝像機控制器必須非常迅速地將修正角度傳遞給貼標(biāo)機，讓分散式伺服驅(qū)動器能夠根據(jù)事先測定的修正角度進行對準(zhǔn)。如今信息大多會直接通過實時以太網(wǎng)傳輸至相應(yīng)的伺服驅(qū)動器，而不是設(shè)備控制器，這樣伺服驅(qū)動器可以直接進行角度校正。
一臺貼標(biāo)能力為7萬瓶/每小時的50頭貼標(biāo)機只有50ms可供對準(zhǔn)過程使用，在這一極短的時間內(nèi)必須找到標(biāo)記并讓分散式伺服驅(qū)動器轉(zhuǎn)動至精確的位置。
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)，采用適時伺服技術(shù)，如 Danfoss的VLT? ISD 510設(shè)備可以達到需要的靈活性。
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)進行標(biāo)準(zhǔn)化編程。性能強、精度高、有動力且耐用的集成伺服驅(qū)動器是在營養(yǎng)品、飲料和包裝行業(yè)中應(yīng)用的理想驅(qū)動平臺。驅(qū)動器通過控制柜中的伺服接入盒(SAB)實現(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ISD 510驅(qū)動器上。
圖片說明：
快速、精確、智能1：純機械系統(tǒng)在磨損、速度和靈活性方面都受到限制，復(fù)雜的運動控制需要很高的機械費用。將電機組件和驅(qū)動電子裝置組合在一個外殼中、實現(xiàn)多軸或復(fù)雜運動的緊湊型驅(qū)動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)計為回轉(zhuǎn)式的現(xiàn)代化貼標(biāo)機的結(jié)構(gòu)總是相同的，這些貼標(biāo)機的貼標(biāo)能力非常高，以每小時的玻璃瓶或容器數(shù)量計，它們由一個轉(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)機還有讓玻璃瓶通過旋轉(zhuǎn)星輪進入貼標(biāo)機和從貼標(biāo)機中出來的輸入-輸出傳送帶，圍繞機器的一個或多個標(biāo)簽分配器將標(biāo)簽由一個輥子或一個長標(biāo)盒送往貼標(biāo)站進行精確貼標(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)動時不會跌倒。通常情況下，現(xiàn)代化貼標(biāo)機的托瓶轉(zhuǎn)盤采用分散式伺服驅(qū)動器，例如VLT?集成伺服驅(qū)動器 ISD 510。
由于托瓶轉(zhuǎn)盤的位置不斷變化，機器生產(chǎn)商不能安裝固定的凸輪，只有使用適時伺服技術(shù)才能確保貼標(biāo)機的高度靈活性。為了準(zhǔn)確定位標(biāo)簽，貼標(biāo)機必須讓待貼標(biāo)容器轉(zhuǎn)動到相應(yīng)位置，為此需要一個機構(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
- 純機械解決方案
采用純機械解決方案時，貼標(biāo)機通過一個機械裝置將待貼標(biāo)容器放到特定位置上，例如通過一個機械凸輪轉(zhuǎn)動待貼標(biāo)的瓶子，直到瓶底部或瓶側(cè)面的一個接縫或標(biāo)記嵌入機械制動裝置為止。
這意味著更換瓶型或其它包裝物時機械成本會很高，因為如果對準(zhǔn)縫發(fā)生變化，對準(zhǔn)單元就必須整個更換，在最壞的情況下甚至還包括機械凸輪。
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，使用機械對準(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)機根據(jù)需要的位置通過傳感器對準(zhǔn)待貼標(biāo)容器，機器上部的光線感應(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。在機器的上部安裝傳感器是必要的，因為托瓶轉(zhuǎn)盤在進瓶和出瓶星輪下面運行，而這里并沒有安裝傳感器的空間。實際上傳感器與在自己前面采用固定速度轉(zhuǎn)動的待貼標(biāo)容器一起移動。
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，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)動器中的標(biāo)記信息必須是已知的。不過這種方式有一個明顯的缺點：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行校準(zhǔn)，這需要時間，而且出錯率會升高。
高效、精確和快速：分散式伺服驅(qū)動器中的圖案
一種更高效的方式是，直接在伺服驅(qū)動器中確定模擬標(biāo)記信息，由于在分散式伺服驅(qū)動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，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)動器，這樣就縮短了切換時間，明顯降低了出錯率，從而大幅度節(jié)約了成本。
另一個方面是識別標(biāo)記期間整個系統(tǒng)的時間情況，在此重要的是傳感器直接與分散式伺服驅(qū)動器相連，對于一臺貼標(biāo)能力為15000瓶/每小時的10頭貼標(biāo)機而言，可用于對準(zhǔn)過程的時間大約為225ms。機器在這個時間內(nèi)必須找到標(biāo)記，然后通過分散式伺服驅(qū)動器進行準(zhǔn)確定位。
高端應(yīng)用：集成攝像系統(tǒng)
高端貼標(biāo)機可借助攝像系統(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，在實踐中多個攝像機與一個進行圖像分析的公共攝像機控制器相連。在這里伺服驅(qū)動器也會將轉(zhuǎn)瓶托盤上的瓶子在攝像機前展開，使攝像機能夠看到瓶子。
由于攝像系統(tǒng)是固定安裝的，因此瓶子經(jīng)過攝像機的圓形截面比較小，進行識別時攝像機的數(shù)量決定了必要的采集角度。使用三個攝像機時，每臺攝像機必須采集120°的容器展開角度并將這部分圖像發(fā)送給攝像機控制器，而不是貼標(biāo)機的上級控制器。
攝像機控制器將實例中的三個單獨圖像片段組合成整個展開的全景圖片，現(xiàn)在攝像機控制器必須將這一全景圖片與參考圖像進行對比，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：每臺攝像機創(chuàng)建一個120°扇面的圖像，而不是影像，如果當(dāng)前容器進入下一臺攝像機的視頻窗口，下一個容器就會進入之前的攝像機區(qū)域，這就需要將圖像正確地排列為全景圖。
另一方面攝像機控制器必須非常迅速地將修正角度傳遞給貼標(biāo)機，讓分散式伺服驅(qū)動器能夠根據(jù)事先測定的修正角度進行對準(zhǔn)。如今信息大多會直接通過實時以太網(wǎng)傳輸至相應(yīng)的伺服驅(qū)動器，而不是設(shè)備控制器，這樣伺服驅(qū)動器可以直接進行角度校正。
一臺貼標(biāo)能力為7萬瓶/每小時的50頭貼標(biāo)機只有50ms可供對準(zhǔn)過程使用，在這一極短的時間內(nèi)必須找到標(biāo)記并讓分散式伺服驅(qū)動器轉(zhuǎn)動至精確的位置。
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)，采用適時伺服技術(shù)，如 Danfoss的VLT? ISD 510設(shè)備可以達到需要的靈活性。
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)進行標(biāo)準(zhǔn)化編程。性能強、精度高、有動力且耐用的集成伺服驅(qū)動器是在營養(yǎng)品、飲料和包裝行業(yè)中應(yīng)用的理想驅(qū)動平臺。驅(qū)動器通過控制柜中的伺服接入盒(SAB)實現(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ISD 510驅(qū)動器上。
圖片說明：
快速、精確、智能1：純機械系統(tǒng)在磨損、速度和靈活性方面都受到限制，復(fù)雜的運動控制需要很高的機械費用。將電機組件和驅(qū)動電子裝置組合在一個外殼中、實現(xiàn)多軸或復(fù)雜運動的緊湊型驅(qū)動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
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