Lenze智能伺服在高速不干膠貼標機上的應用

1. 前言

不干膠標簽長期以來在飲料、日化、醫藥和電子等諸多行業廣泛使用，其清亮透明的塑料薄膜為用戶帶來了一種“無標簽”的視覺沖擊，在實現高端大氣的同時，其耐濕性及物理性能均優于傳統的紙制標簽，貼在瓶身還能增加玻璃瓶的防碰撞能力，目前一些高端的啤酒以及醫藥瓶均采用這種高檔的水晶標，市場需求日趨旺盛，與傳統的標貼相比，具有不用刷膠、不用漿糊、不用蘸水、無污染、節省貼標時間等優點，應用范圍廣，方便快捷。但由于其材質的特殊性，對貼標的設備要求很高，既要保證貼標的效率，又要保證貼標的質量，本文將詳細介紹Lenze 9400HighLine智能型伺服控制器在高速不干膠貼標機上的應用。

2. Lenze解決方案

高速不干膠貼標機系統的組成：一臺不干膠貼標機設備一般由三個標站組成，分別是主標站，頸標站和背標站。三個標站均可獨立使用，也可以組合使用。每個標站的結構基本類似，主要部分包括標紙收放卷部分、貼標電機、吹氣系統和加壓系統等。

不干膠標簽紙貼標的特點：

標紙為透明的PET材質，采用輥筒加氣壓緊的方式傳送，極易發生標紙張力形變，因此在控制中必須加入標紙的糾偏機制，以保證定位位置的精確。

單張標紙非常輕薄，在標紙和底紙分離后，極易受到外界環境的影響，當標紙停在起始貼標位置時，外界的風速、水滴都會對其出標的角度造成影響，從而影響貼標效果，因此規劃好標紙的零點位置和送標時的運動軌跡十分重要。

標紙與標紙間是分開地粘在透明的底紙上，貼標過程為間歇非連續式。在貼標的動態過程中，電機需要在一個瓶位的時間里從零速加速到與大盤同步的速度，再減速停止，對電機的動態響應和伺服的性能提出挑戰，在6萬瓶/小時的速度下，要求電機在60ms內，從零速加速到1700rpm，再減速停到零速，而且還要克服高速下，材料的張力形變所帶來的位置偏差影響。

要求伺服系統能對標站中的吹氣閥門和加壓閥門，收放卷部門進行簡單地控制，因此對伺服的IO擴展能力和可編程能力提出要求。

結合上述的特點和要求，我們給出了如下的方案：

3. 實現的主要功能

標紙運動軌跡的凸輪曲線設計，貼標動作為啟停式，由三部分構成，分別為加速區、同步區和減速區，采用五階多項式曲線設計。

凸輪曲線在線實時切換，保證不同規格標紙間可無縫銜接。

探針糾偏，由于標紙張力的存在，每張標紙貼完后，都會存在一定量的形變，導致標紙的停止位置發生變化。要保證貼標的質量，必須要保證每一張標貼完成后，下一張標紙也能停留在同樣的位置上，這就需要加入糾偏的機制，原理為：通過一個快速響應的標紙檢測傳感器接入伺服的快速響應IO中，在檢測該傳感器信號的瞬間，驅動器內部產生一個時間戳，通過線性內插法計算出此刻的位置值，并與理論設定位置值作為比較，得到一個誤差位置?X，再將該誤差位置值以梯形波或三角波速度的形式，疊加到凸輪控制器計算出來的主速度上，從而影響位置值的實際輸出，以達到誤差調整的功能。

4. Lenze亮點

基于驅動器的自動化，該設備是一個典型的高性能單軸自動化設備，采用模塊化的設計理念，邏輯控制部分相對簡單，但對伺服系統和電機的性能要求非常高，同時它組合式的應用方式，要求單臺設備也能自成系統，Lenze 9400 HighLine智能伺服正為這類應用特點的設備而量身打造，具有極高的性價比。

Lenze 9400 HighLine智能伺服具備強大的編程能力，讓用戶在使用中更加靈活方便，內置CANOpen總線，非常方便地應用于IO點的擴展和收放卷伺服的控制。同時其可選配多種現場總線，可方便地與市場上主流的上位系統進行通訊。

Lenze 的DSD選型工具，能根據客戶給出的機械指標和生產指標，并結合所選的驅動器和電機，對客戶的機械設計提出合理的建議，減小失敗的風險，對于這種高速設備來說，合適的負載慣量是非常重要的指標。

Lenze MCS系列同步電機，特點鮮明，小慣量，高轉速，高動態響應，高過載能力，選配Hiperface單圈絕對值編碼器，有力地保證了高速下電機速度和位置的精度。

5. 展望

標簽是商品的重要組成部分，作為商品的一種身份認證，是企業品牌在商品上的絕佳體現，更直接影響到商品的美觀，因此越來越受到廠家和消費者的重視。不干膠標紙作為其中非常重要的一種，具有十分鮮明的特點，在中國過去的十年中發展非常迅速，但由于受到機械系統和生產工藝的局限，目前國產的不干膠貼標機的貼標速度普遍在1萬到3萬瓶/小時之間，而采用Lenze 9400HighLine智能伺服控制的高速不干膠貼標系統目前已能穩定地以5萬瓶/小時的速度運行。隨著中國機械制造水平的發展，貼標機的制造水平與國外產品的差距越來越小，貼標機高速發展已成必然趨勢，將為Lenze在行業內的發展帶來新的機遇和挑戰。