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Lenze智能伺服在高速不干胶贴标机上的应用

  • 关键词:不干胶标纸贴标机,智能型伺服,电子凸轮,探针纠偏
  • 摘要:本文基于不干胶标签纸贴标机的生产工艺特点,并结合Lenze智能型伺服驱动器的特点,介绍Lenze智能型伺服9400HighLine在该种设备上的应用方法和技术优势。

  1. 前言

  不干胶标签长期以来在饮料、日化、医药和电子等诸多行业广泛使用,其清亮透明的塑料薄膜为用户带来了一种“无标签”的视觉冲击,在实现高端大气的同时,其耐湿性及物理性能均优于传统的纸制标签,贴在瓶身还能增加玻璃瓶的防碰撞能力,目前一些高端的啤酒以及医药瓶均采用这种高档的水晶标,市场需求日趋旺盛,与传统的标贴相比,具有不用刷胶、不用浆糊、不用蘸水、无污染、节省贴标时间等优点,应用范围广,方便快捷。但由于其材质的特殊性,对贴标的设备要求很高,既要保证贴标的效率,又要保证贴标的质量,本文将详细介绍Lenze 9400HighLine智能型伺服控制器在高速不干胶贴标机上的应用。


  2. Lenze解决方案

  高速不干胶贴标机系统的组成:一台不干胶贴标机设备一般由三个标站组成,分别是主标站,颈标站和背标站。三个标站均可独立使用,也可以组合使用。每个标站的结构基本类似,主要部分包括标纸收放卷部分、贴标电机、吹气系统和加压系统等。


  图1 工艺流程图


  不干胶标签纸贴标的特点:


  标纸为透明的PET材质,采用辊筒加气压紧的方式传送,极易发生标纸张力形变,因此在控制中必须加入标纸的纠偏机制,以保证定位位置的精确。


  单张标纸非常轻薄,在标纸和底纸分离后,极易受到外界环境的影响,当标纸停在起始贴标位置时,外界的风速、水滴都会对其出标的角度造成影响,从而影响贴标效果,因此规划好标纸的零点位置和送标时的运动轨迹十分重要。


  标纸与标纸间是分开地粘在透明的底纸上,贴标过程为间歇非连续式。在贴标的动态过程中,电机需要在一个瓶位的时间里从零速加速到与大盘同步的速度,再减速停止,对电机的动态响应和伺服的性能提出挑战,在6万瓶/小时的速度下,要求电机在60ms内,从零速加速到1700rpm,再减速停到零速,而且还要克服高速下,材料的张力形变所带来的位置偏差影响。


  要求伺服系统能对标站中的吹气阀门和加压阀门,收放卷部门进行简单地控制,因此对伺服的IO扩展能力和可编程能力提出要求。


  结合上述的特点和要求,我们给出了如下的方案:


  图2 电气系统拓扑图


  3. 实现的主要功能


  标纸运动轨迹的凸轮曲线设计,贴标动作为启停式,由三部分构成,分别为加速区、同步区和减速区,采用五阶多项式曲线设计。


  图3 贴标运动轨迹


  凸轮曲线在线实时切换,保证不同规格标纸间可无缝衔接。


  探针纠偏,由于标纸张力的存在,每张标纸贴完后,都会存在一定量的形变,导致标纸的停止位置发生变化。要保证贴标的质量,必须要保证每一张标贴完成后,下一张标纸也能停留在同样的位置上,这就需要加入纠偏的机制,原理为:通过一个快速响应的标纸检测传感器接入伺服的快速响应IO中,在检测该传感器信号的瞬间,驱动器内部产生一个时间戳,通过线性内插法计算出此刻的位置值,并与理论设定位置值作为比较,得到一个误差位置∆X,再将该误差位置值以梯形波或三角波速度的形式,叠加到凸轮控制器计算出来的主速度上,从而影响位置值的实际输出,以达到误差调整的功能。


  4. Lenze亮点

  基于驱动器的自动化,该设备是一个典型的高性能单轴自动化设备,采用模块化的设计理念,逻辑控制部分相对简单,但对伺服系统和电机的性能要求非常高,同时它组合式的应用方式,要求单台设备也能自成系统,Lenze 9400 HighLine智能伺服正为这类应用特点的设备而量身打造,具有极高的性价比。


  Lenze 9400 HighLine智能伺服具备强大的编程能力,让用户在使用中更加灵活方便,内置CANOpen总线,非常方便地应用于IO点的扩展和收放卷伺服的控制。同时其可选配多种现场总线,可方便地与市场上主流的上位系统进行通讯。


  Lenze 的DSD选型工具,能根据客户给出的机械指标和生产指标,并结合所选的驱动器和电机,对客户的机械设计提出合理的建议,减小失败的风险,对于这种高速设备来说,合适的负载惯量是非常重要的指标。


  Lenze MCS系列同步电机,特点鲜明,小惯量,高转速,高动态响应,高过载能力,选配Hiperface单圈绝对值编码器,有力地保证了高速下电机速度和位置的精度。


  5. 展望

  标签是商品的重要组成部分,作为商品的一种身份认证,是企业品牌在商品上的绝佳体现,更直接影响到商品的美观,因此越来越受到厂家和消费者的重视。不干胶标纸作为其中非常重要的一种,具有十分鲜明的特点,在中国过去的十年中发展非常迅速,但由于受到机械系统和生产工艺的局限,目前国产的不干胶贴标机的贴标速度普遍在1万到3万瓶/小时之间,而采用Lenze 9400HighLine智能伺服控制的高速不干胶贴标系统目前已能稳定地以5万瓶/小时的速度运行。随着中国机械制造水平的发展,贴标机的制造水平与国外产品的差距越来越小,贴标机高速发展已成必然趋势,将为Lenze在行业内的发展带来新的机遇和挑战。


发布时间:2017年4月21日 13:52  人气:   审核编辑(王静)
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