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。

1  機械結(jié)構(gòu)概述

玻璃瓶絲網(wǎng)印刷機主要由入瓶輸送帶、理瓶機構(gòu)、夾放瓶機構(gòu)、印刷機構(gòu)和出瓶輸送帶幾部分組成，包含理瓶軸、橫移軸、旋轉(zhuǎn)軸、上下軸、刮板軸和絲網(wǎng)軸共6軸。機械外形如圖1所示。

①－入瓶輸送帶                ②－理瓶機構(gòu)

③－夾放瓶機構(gòu)                ④－印刷機構(gòu)

⑤－出瓶輸送帶

圖1 玻璃瓶絲網(wǎng)印刷機外形結(jié)構(gòu)

2  設(shè)備動作要求介紹

2.1設(shè)備工作過程       

“入瓶輸送帶”將上游來的玻璃瓶送入“理瓶機構(gòu)”。“理瓶機構(gòu)”可根據(jù)玻璃瓶的形狀和大小，更換相應的夾具。

“理瓶機構(gòu)”用機器視覺對送來的玻璃瓶進行定位，保證“夾放瓶機構(gòu)”夾取的瓶每次能在同一角度被送入“印刷機構(gòu)”的旋轉(zhuǎn)軸夾具。

“印刷機構(gòu)”以旋轉(zhuǎn)軸作為主軸帶動玻璃瓶旋轉(zhuǎn)，上下軸、刮板軸和絲網(wǎng)軸作為從軸與主軸保持凸輪關(guān)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(gòu)”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(zhuǎn)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(zhuǎn)軸與上下軸、刮板軸和絲網(wǎng)軸所應有的運動關(guān)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(gòu)建印刷過程中所需的主從軸的電子凸輪關(guān)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(guān)和垂直方向的距離傳感器。光電開關(guān)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(zhuǎn)軸上安裝好，未作旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)軸玻璃瓶順轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)360度的凸輪曲線。

3  系統(tǒng)配置

根據(jù)上述機械結(jié)構(gòu)與動作要求，確定控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖3。

圖3 控制系統(tǒng)架構(gòu)框圖

根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)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(gòu)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

4  程序?qū)崿F(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(cè)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(cè)按鈕用于進入相應形狀產(chǎn)品的設(shè)置畫面。以印刷橢圓型產(chǎn)品為例，圖4為“橢圓型產(chǎn)品設(shè)置畫面”。

圖4 橢圓產(chǎn)品設(shè)置畫面

在該畫面中設(shè)置好相關(guān)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(guān)、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(luò)組態(tài)如圖5。

圖5 10MC運動控制網(wǎng)絡(luò)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(guān)計算、自學習調(diào)試、圓相關(guān)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(guān)鍵點，每點有4個寄存器進行設(shè)置。如第1個電子凸輪關(guān)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(guān)鍵點的寄存器編號和通訊地址

這樣便可通過給關(guān)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(shè)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(zhuǎn)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(shè)備的應用。

作者簡介：

譚坤鵬，男，生于1985年，畢業(yè)于重慶大學，機械電子工程。現(xiàn)任中達電通股份有限公司工業(yè)控制系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)處應用工程師，從事PLC、HMI、工業(yè)電源、以太網(wǎng)交換機等產(chǎn)品的工程應用和技術(shù)支持。