【摘要】本文主要介紹玻璃瓶絲網(wǎng)印刷機的結(jié)構(gòu)和動作要求，及臺達10MC總線型運動控制器的電子凸輪等功能在實現(xiàn)玻璃瓶瓶身圖文印刷中的應(yīng)用。
【Abstract】This paper mainly introduces the structure and action requirements of glass screen printing machine, and the application of electronic cam function of Delta 10MC for the realization of graphic printing on glass bottle.
【關(guān)鍵字】玻璃瓶絲網(wǎng)印刷機；10MC；電子凸輪
【Keywords】glass screen printing machine；10MC；electronic cam

      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(yīng)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。

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(yīng)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(yīng)有的運動關(guān)系。
      而橢圓瓶形狀較復(fù)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。

掃描開始，上下軸首先帶動玻璃瓶上移至水平光束感應(yīng)（如圖2中B位置），此感應(yīng)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(yīng)（如圖2中D位置），此感應(yīng)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(fù)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。

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。

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(yīng)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”。

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(wù)。
      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。

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(yīng)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。

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。

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?。喊聪聠影粹o，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(yīng)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(yīng)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(yīng)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?，F(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(yīng)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(yīng)用和技術(shù)支持。