在日常生活中，各種形狀（如圓形、橢圓形、方形等）的玻璃瓶，如玻璃酒瓶、化妝瓶、飲料瓶等被廣泛應用。瓶身上的精美圖文，既作為產(chǎn)品的標識，也帶給了人們美的享受。玻璃瓶絲網(wǎng)印刷機，就是一種將各種精美圖文印刷于玻璃瓶瓶身的機械。
玻璃瓶絲網(wǎng)印刷機主要由入瓶輸送帶、理瓶機構、夾放瓶機構、印刷機構和出瓶輸送帶幾部分組成，包含理瓶軸、橫移軸、旋轉軸、上下軸、刮板軸和絲網(wǎng)軸共6軸。機械外形如圖1所示。
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圖1 玻璃瓶絲網(wǎng)印刷機外形結構
2 設備動作要求介紹
2.1設備工作過程
"入瓶輸送帶"將上游來的玻璃瓶送入"理瓶機構"。"理瓶機構"可根據(jù)玻璃瓶的形狀和大小，更換相應的夾具。
"理瓶機構"用機器視覺對送來的玻璃瓶進行定位，保證"夾放瓶機構"夾取的瓶每次能在同一角度被送入"印刷機構"的旋轉軸夾具。
"印刷機構"以旋轉軸作為主軸帶動玻璃瓶旋轉，上下軸、刮板軸和絲網(wǎng)軸作為從軸與主軸保持凸輪關系，共同完成瓶身圖文的印刷。
印刷完畢的玻璃瓶再由"夾放瓶機構"放入"出瓶輸出帶"，完成整個產(chǎn)品的加工。
2.2玻璃瓶外廓位置掃描
印刷圓瓶時，由于瓶徑固定，只需旋轉軸與絲網(wǎng)軸相對運動，刮板軸和上下軸保持不動即能完成印刷，相對容易。
印刷方瓶時，也只需根據(jù)方瓶的長、寬尺寸和要印刷的面數(shù)，就能確定旋轉軸與上下軸、刮板軸和絲網(wǎng)軸所應有的運動關系。
而橢圓瓶形狀較復雜，不易直接計算，所以首次印刷時，需對玻璃瓶的外廓進行位置掃描，再以這些測取的數(shù)據(jù)來構建印刷過程中所需的主從軸的電子凸輪關系。其過程如下：
掃描前，先拆掉絲網(wǎng)和刮板，在其相當?shù)奈恢醚b上水平光電開關和垂直方向的距離傳感器。光電開關產(chǎn)生的水平光束相當于絲網(wǎng)位置，在被物體阻隔時輸出信號；距離傳感器產(chǎn)生的垂直光束相當于刮板，其功能為在指定距離上（如圖2中尺寸a所示）檢測到有物體時輸出信號。
當橢圓形玻璃瓶在旋轉軸上安裝好，未作旋轉時（順旋0度），如圖2所示，玻璃瓶位于A位置，距離傳感器位于C位置。
圖2 玻璃瓶順旋0度的外廓位置掃描
掃描開始，上下軸首先帶動玻璃瓶上移至水平光束感應（如圖2中B位置），此感應信號被控制器檢測并作為上下軸位置的抓取信號；然后，刮板軸帶動距離傳感器右移至垂直光束在a距離上有物體感應（如圖2中D位置），此感應信號被控制器檢測并作為刮板軸位置的抓取信號。
抓取到這些位置數(shù)據(jù)后，上下軸再帶動玻璃瓶返回A位置，距離傳感器也返回C位置。然后旋轉軸將玻璃瓶順旋10度后，再重復上述過程。
按此方法，每次將旋轉軸玻璃瓶順轉10度，就掃描、抓取、存儲一次上下軸和刮板軸的位置。再使用這些數(shù)據(jù)，就能建立旋轉軸與上下軸、刮板軸的凸輪曲線。一般情況下，因為玻璃瓶的外形對稱，所以只需掃描到90度就能建立主軸旋轉360度的凸輪曲線。
3 系統(tǒng)配置
根據(jù)上述機械結構與動作要求，確定控制系統(tǒng)架構如圖3。
圖3 控制系統(tǒng)架構框圖
根據(jù)系統(tǒng)架構需求，確定采用如下表1所示的產(chǎn)品型號及數(shù)量。該架構中，HMI與DVP10MC11T的通訊連線有2條。一條為RS485，一條為Ethernet，分別與DVP10MC11T的PLC模塊和MC模塊連接。
表1控制系統(tǒng)產(chǎn)品型號列表
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名稱
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型號
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數(shù)量
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備注
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觸摸屏（HMI）
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DOP-B07E515
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1
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7寸以太網(wǎng)型觸摸屏
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運動控制主機
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DVP10MC11T
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1
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16軸總線型運動控制器
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輸入擴展
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DVP16SM11N
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2
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16DI擴展
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輸出擴展
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DVP16SN11T
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2
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16DO擴展（NPN晶體管）
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PLC主機
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DVP12SA211T
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1
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12點主機,8DI/4DO(NPN晶體管)
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伺服電機
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ECMA-C20604ES
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5
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理瓶軸、橫移軸、旋轉軸、刮板軸、絲網(wǎng)軸用400W低慣量伺服
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ECMA-C20807ES
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1
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上下軸用750W低慣量伺服
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伺服驅動器
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ASD-B2-0421-B
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5
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與ECMA-C20604ES配套
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ASD-B2-0721-B
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1
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與ECMA-C20807ES配套
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通訊線
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TAP-CB10
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5
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1m電纜，含RJ-65接頭
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終端電阻
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TAP-TR01
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2
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120Ω終端電阻
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視覺系統(tǒng)
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歐姆龍
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1
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客戶自配
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4 程序實現(xiàn)
4.1觸摸屏畫面編輯與操作
"印刷產(chǎn)品選擇畫面"中，右側按鈕用于選擇需印刷玻璃瓶的形狀，可選擇"橢圓"、"圓"和"方形"，左側按鈕用于進入相應形狀產(chǎn)品的設置畫面。以印刷橢圓型產(chǎn)品為例，圖4為"橢圓型產(chǎn)品設置畫面"。
圖4 橢圓產(chǎn)品設置畫面
在該畫面中設置好相關參數(shù)，然后按下"掃描開始"按鈕，就能對橢圓型玻璃瓶外廓位置進行掃描。點擊"下一頁"，可對掃描到的數(shù)據(jù)進行查看。
掃描完成后，再按"凸輪寫入"按鈕，便可將掃描到的數(shù)據(jù)進行運算和寫入電子凸輪表。
4.2程序編寫
DVP10MC11T的PLC模塊部分主要用于接受外部的傳感器、開關、按鈕等信號和送出輸送帶、氣缸等的控制信號，并監(jiān)視和觸發(fā)MC模塊的運動控制，承擔整個生產(chǎn)過程的邏輯控制任務。
而MC模塊主要用于完成印刷各軸的運動控制，下面主要對MC模塊的電子凸輪建立和運作部分進行介紹。
首先在CANpenBuilder軟件中，作運動控制網(wǎng)絡組態(tài)如圖5。
圖5 10MC運動控制網(wǎng)絡組態(tài)
完成后，規(guī)劃運動控制程序，其中包括：伺服ON及寸動，歸原點及點動，配方功能，自動絲印、數(shù)據(jù)采集與凸輪建立、各軸狀態(tài)及數(shù)據(jù)交換、橢圓相關計算、自學習調試、圓相關計算及凸輪、橫移軸及其他。
數(shù)據(jù)采集和凸輪建立：使用MC_MoveAbsolute和MC_MoveVelocity讓2、3軸按"玻璃瓶外廓位置掃描"要求動作，檢測到感應信號I1、I2后,讀取2、3軸位置。再使用Offset_R指令（浮點數(shù)變址寄存器指令）將讀取到的Position數(shù)據(jù)變址送入指定的寄存器區(qū)塊。
DVP10MC11T提供了2048個電子凸輪關鍵點，每點有4個寄存器進行設置。如第1個電子凸輪關鍵點的4個寄存器編號和通訊地址如圖6所示。
圖6 電子凸輪第1個關鍵點的寄存器編號和通訊地址
這樣便可通過給關鍵點的寄存器賦值來動態(tài)修改一個已經(jīng)建立且確定了凸輪點數(shù)的CAM表的凸輪曲線。而使用DMC_CamSet指令可激活修改后的凸輪曲線。按此方法，作出的橢圓型玻璃瓶印刷的上下軸、刮板軸的凸輪曲線如圖7、8所示。
圖7 橢圓瓶印刷的上下軸凸輪曲線
圖8 橢圓瓶印刷的刮板軸凸輪曲線
而絲網(wǎng)軸的凸輪曲線是根據(jù)觸摸屏上"橢圓周長"設置，對已建好的絲網(wǎng)軸凸輪曲線作縮放比例完成的。其返回再由定位指令完成。
自動絲?。喊聪聠影粹o，PLC模塊在玻璃瓶定位完成和夾瓶放入旋轉軸后，便啟動MC模塊的凸輪嚙合。這主要是對MC_CamTableSelect、MC_CamIn、MC_CamOut指令進行使用。
其中MC_CamTableSelect指令用于選擇凸輪表，本項目中建立的CAM表種類包括：上下軸、刮刀軸、絲網(wǎng)軸、圓、四角瓶上下軸、絲網(wǎng)新、放大絲網(wǎng)凸輪、四邊形刮刀軸、四邊形絲網(wǎng)軸。
5 使用效果
目前該方案的應用效果已經(jīng)得到客戶認同，開始陸續(xù)出貨。該方案除了在玻璃瓶絲網(wǎng)印刷中應用，還可擴展到陶瓷瓶、塑料瓶等的絲網(wǎng)印刷及燙金機等設備的應用。