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，既作為產品的標識，也帶給了人們美的享受。玻璃瓶絲網印刷機，就是一種將各種精美圖文印刷于玻璃瓶瓶身的機械。

1  機械結構概述

玻璃瓶絲網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、刮板軸和絲網軸共6軸。機械外形如圖1所示。

①－入瓶輸送帶                ②－理瓶機構

③－夾放瓶機構                ④－印刷機構

⑤－出瓶輸送帶

圖1 玻璃瓶絲網印刷機外形結構

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，也只需根據方瓶的長、寬尺寸和要印刷的面數，就能確定旋轉軸與上下軸、刮板軸和絲網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，再以這些測取的數據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，先拆掉絲網和刮板，在其相當的位置裝上水平光電開關和垂直方向的距離傳感器。光電開關產生的水平光束相當于絲網位置，在被物體阻隔時輸出信號；距離傳感器產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。

抓取到這些位置數據后，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。再使用這些數據，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  系統配置

根據上述機械結構與動作要求，確定控制系統架構如圖3。

圖3 控制系統架構框圖

根據系統架構需求，確定采用如下表1所示的產品型號及數量。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控制系統產品型號列表

4  程序實現

4.1 觸摸屏畫面編輯與操作

 “印刷產品選擇畫面”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品的設置畫面。以印刷橢圓型產品為例，圖4為“橢圓型產品設置畫面”。

圖4 橢圓產品設置畫面

在該畫面中設置好相關參數，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”，可對掃描到的數據進行查看。

掃描完成后，再按 “凸輪寫入”按鈕，便可將掃描到的數據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，并監視和觸發MC模塊的運動控制，承擔整個生產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，作運動控制網絡組態如圖5。

圖5 10MC運動控制網絡組態

完成后，規劃運動控制程序，其中包括：伺服ON及寸動，歸原點及點動，配方功能，自動絲印、數據采集與凸輪建立、各軸狀態及數據交換、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。

數據采集和凸輪建立：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（浮點數變址寄存器指令）將讀取到的Position數據變址送入指定的寄存器區塊。

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修改一個已經建立且確定了凸輪點數的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

而絲網軸的凸輪曲線是根據觸摸屏上“橢圓周長”設置，對已建好的絲網軸凸輪曲線作縮放比例完成的。其返回再由定位指令完成。

自動絲印：按下啟動按鈕，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、絲網軸、圓、四角瓶上下軸、絲網新、放大絲網凸輪、四邊形刮刀軸、四邊形絲網軸。

5  使用效果

目前該方案的應用效果已經得到客戶認同，開始陸續出貨。該方案除了在玻璃瓶絲網印刷中應用，還可擴展到陶瓷瓶、塑料瓶等的絲網印刷及燙金機等設備的應用。

作者簡介：

譚坤鵬，男，生于1985年，畢業于重慶大學，機械電子工程。現任中達電通股份有限公司工業控制系統產品開發處應用工程師，從事PLC、HMI、工業電源、以太網交換機等產品的工程應用和技術支持。