Lenze智能伺服在高速不干胶贴标机上的应用

　　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。