DE60015376T2

DE60015376T2 - Computergesteuerte etikettiervorrichtung in abhängigkeit der position

Info

Publication number: DE60015376T2
Application number: DE60015376T
Authority: DE
Inventors: C. Mark OLDENBURG; A. Steven RETZLAFF
Original assignee: Krones Inc
Current assignee: Krones Inc
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2020-06-28
Also published as: EP1216151A1; JP2003504287A; EP1216151A4; AU6338900A; KR20020029368A; BR0012544A; ATE280673T1; CN1361729A; EP1216151B1; MXPA02000734A; US20030034111A1; US6428639B1; US6752189B2; WO2001005590A1; DE60015376D1; CA2379678A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Steuerung/Regelung einer Etikettierausrüstung für Container (Behälter). Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Verfahren und Vorrichtungen zum korrekten Aufbringen von Etiketten, wie beispielsweise druckempfindlichen Etiketten, auf Container, wobei die absolute Position des Containers und des Etiketts kontinuierlich überwacht wird, um die Etiketten bei hohen Containergeschwindigkeiten korrekt aufzubringen.
Zur Zeit verwendete Etikettaufbringsysteme verwenden häufig eine Art eines Bewegungsregelsystems, welches als "geschwindigkeitsabhängig" ("velocity slaving") bezeichnet wird. Solche Systeme beginnen eine vordefinierte Bewegung des Etiketts aufgrund einer Anregung, wobei die Geschwindigkeit des Etiketts durch die ratiometrische ("ratio-matric") Geschwindigkeit des Containers vorgegeben wird. Die Rückführung in Bezug auf die Containergeschwindigkeit wird durch einen Hauptcontainerhandhabungsteil der Maschine generiert. Zusätzlich kann der Endpunkt für das Aufbringen der auf einer Trägerbahn angeordneten Etiketten auf einen bestimmten Container vorgerückt oder verzögert werden, wobei dies auf einem in dem System enthaltenen Registrierungsreiz basiert.
Ein Beispiel für ein solches System ist im US-Patent 4,294,644 beschrieben. In diesem Patent wird ein Servomotor in Abhängigkeit von Informationen geregelt, die sich auf die Relativgeschwindigkeit des Containers und der Etiketten beziehen. Eine wichtige Beschränkung solcher Systeme betrifft die fehlende Eignung vieler solcher Systeme zum Erhöhen der Geschwindigkeit eines die Etiketten tragenden Trägers bis auf die lineare Geschwindigkeit des Containers. Dieses Problem ist insbesondere in Bezug auf kurze Etiketten akut.
In dem '644-Patent wird ein Regelsystem für einen Servomotor beschrieben, der auf die Zuführrate oder Geschwindigkeit der zu etikettierenden Oberfläche reagiert, während diese sich dem Etikettierer nähert. Ein Aspekt dieses bisherigen Systems ist es, den Servomotor auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit zu bringen, die dann konstant gehalten wird, wobei dies auf der Annahme beruht, dass die Fördergeschwindigkeit konstant ist, so dass der Impulsausgang, der von einem Servomotor-Encoder abgeleitet wird, dem Impulsausgang entspricht, der von dem Förder-Encoder abgeleitet wird. Solche Regelsysteme sind ein wesentliches Merkmal der Geschwindigkeitsübereinstimmung, d. h. der "Geschwindigkeitsabhängigkeit" ("velocity slaving").
Eine weitere signifikante Beschränkung des geschwindigkeitsabhängigen Etikettierverfahrens beruht auf der Tatsache, dass es linear ist. Solche Linearität zeigt sich durch die direkte Geschwindigkeits übereinstimmung zwischen dem Master-Encoder und vorhersagbaren linearen Beschleunigungs- und Abbremsrampen, die die Bewegung der Etiketten regeln. Durch Verwendung der linearen Eigenschaften des Geschwindigkeitsprofils, im Wesentlichen ein Trapezoid, wird die Etikettaufbringposition abgeleitet. Solche Vorrichtungen sind durch die Tatsache beschränkt, dass sehr komplexe Anforderungen erfüllt sein müssen, um die Geschwindigkeit des Etiketts auf die Geschwindigkeit der Containeroberfläche anzupassen, wobei der Master-Encoder weiterhin mit einer konstanten Rate läuft, wodurch komplexe Bewegungen ausgeschlossen sind. Eine Situation, in der solche Aufbringeinrichtungen versagen, ist die, in der die Länge des zum Beschleunigen zur Verfügung stehenden Materials im Vergleich zu der Geschwindigkeit der Oberfläche des Containers zu kurz ist. In diesem Zustand besteht die Anforderung, dass die Etikettträgerbahn zunächst zurückgeführt werden muss, bevor die Beschleunigung beginnt, wobei die Rückführbewegung eine langsame Beschleunigungs-, Abbremsbewegung darstellt, um die erforderliche Bahnspannung aufrechtzuerhalten. Ein einfaches geschwindigkeitsabhängiges Servo-System kann eine solche Funktion nicht ausführen. Beschränkungen werden ebenfalls durch unübliche Formen mancher Container oder unübliche Geometrien der Etiketten hervorgerufen, die komplexe Bewegungsprofile erfordern. Solche komplexen Bewegungsprofile können von geschwindigkeitsabhängigen Systemen nicht ausgeführt werden.
Die US-A-5,650,037 beschreibt eine thermische Tintentransfer-Dekoriervorrichtung zum Übertragen grafischer und dekorativer Bilder von einer sich bewegenden Bahn auf sich bewegende Gegenstände, wie beispielsweise Container.
Die WO-A-96/40559 beschreibt eine computergesteuerte Etikettiermaschine zum Aufbringen von Etiketten auf einen Gegenstand.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Etikettieren bereitzustellen, die die zuvor angegebenen Beschränkungen überwindet. Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren und die in Anspruch 11 angegebene Vorrichtung erreicht. Ein wichtiger Aspekt ist die Bereitstellung eines positionsabhängigen Systems, welches ausreichende mathematische Leistung aufweist, um die notwendigen Geschwindigkeitsprofile zum Regeln von Hochgeschwindigkeitsetikettierausrüstungen zu generieren. Solche mathematische Leistung wird durch die Bereitstellung von Hochgeschwindigkeits-Mikroprozessoren erreicht, die in Verbindung mit geeigneten mathematischen Algorithmen verwendet werden.
Ein weiterer wichtiger Aspekt beinhaltet die enge Kopplung des abhängigen Bewegungsregelsystems, welches die Position einer Etikettträgerbahn regelt, mit der Position der Master-Rückführvorrichtung, d. h. einem Encoder oder einem Resolver, und somit mit der Position des Containers. In Übereinstimmung mit diesem Aspekt wird die Möglichkeit des Versetzens der berichteten Position des Containers (oder eines anderen spezifischen Objekts auf dem Container) bereitgestellt. Dieser Versatz, der in Form eines von einer Sensorvorrichtung empfangenen elektronischen Signals vorliegt, identifiziert den absoluten Ort des Containers oder Objekts, wie beispielsweise einem zuvor aufgebrachten Etikett, was somit eine absolute Position erzeugt, die unabhängig von dem Haupt-Containerhandhabungsteil der Maschine ist, die. sich aber auf dem jeweiligen Container oder das Objekt auf dem Container bezieht. In Übereinstimmung mit diesem Aspekt resultiert eine hochgenaue Positionsregelung in der Möglichkeit des Bereitstellens sehr komplexer Bewegungen auch bei Geschwindigkeiten von 750 Etiketten pro Minute. In Übereinstimmung mit diesem Aspekt ist weiterhin die Bewegung der das Etikett tragenden Bahn nicht linear in Bezug auf die Position des Masters, d. h. des Containerhandhabers. Obwohl weiterhin die exakte Anordnung des Etiketts nicht anhand der Geschwindigkeit in komplexen nicht-linearen Situationen vorhergesagt werden kann, überwindet die Verwendung von Positionsabhängigkeit in Übereinstimmung mit der Erfindung diese Beschränkung.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt wird ein mathematischer Algorithmus für jede spezifische Containerkonfiguration oder -gestalt bereitgestellt, um das Generieren komplexer Bewegungsprofile zu gestatten. In Kombination mit solchen Algorithmen wird die Position der Etikettträgerbahn mathematisch auf die Position jedes Containers bezogen, während es sich bewegt und möglicherweise hinter dem Etikettaufbringungskopf rotiert. In einem grundsätzlichen Sinne ist die Position der abhängigen Trägerbahn ("slave carrier web") eine Funktion der Position des Masters, wie folgt: Slave_position = f(master_position)
Die Funktion der abhängigen Bahnposition muss durch alle Master-Rückmeldungspositionen stetig sein. Daher muss im Fall mehrfacher Funktionen die erste Ableitung jeder Funktion an dem Endpunkt gleich der ersten Ableitung der nächsten Funktion an ihrem Startpunkt sein. Daher gilt für aufeinander folgende Funktionen f₁(i) und f₂(i), wobei i₀ < i < i_f und i_f < i < j_f bzw. für die Funktionen f₁(i) und f₂(i) Folgendes:
Dies wird so ausgeführt, dass eine stufenartige Änderung der Geschwindigkeit nicht auftritt, die schädlich für die Anordnung des Etiketts sein und das Bahnmaterial beschädigen könnte.
Kurz gesagt wird ein Verfahren zum Etikettieren von Containern (Behältern) bereitgestellt, welches das Bereitstellen einer Containerhandhabungsmaschine, wie einem Förderer im Fall einer Reihen-Etikettiermaschine, und einem drehbaren Flaschentisch im Fall einer drehbaren Etikettiermaschine, bereitstellt, um Container nacheinander an einer Etikettieranwendungsstation vorbeizutransportieren. Die Containerhandhabungsmaschine, d. h. die "Maschinenbasis", besitzt eine zugeordnete Positionsanzeigevorrichtung, wie einen drehenden Encoder, zum Bereitstellen von Daten in elektronischer Form, die die Position der Maschine kennzeichnen. Vorzugsweise macht der Encoder jedes Mal eine Umdrehung, wenn sich die Containerhandhabungsmaschine um einen Abstand translatorisch weiterbewegt, der dem Abstand der Mittelpunkte zwischen aufeinander folgenden Containern entspricht. Wie der Fachmann erkennen wird, könnte der Encoder auch so eingestellt werden, dass er mehr als eine Umdrehung pro Maschinenteilung vollführt, wenn dies gewünscht ist.
Ein Etikettaufbringer wird durch einen Servomotor angetrieben, wobei der Servomotor durch einen Mikroprozessor-basierten abhängigen Positions-Bewegungscontroller geregelt wird. Der Etikettaufbringer weist einen elektronischen Signalgenerator auf, der die Position des Bewegungsreglers jedes darauf folgenden Etiketts bestimmt, welches von dem Etikettaufbringer abgegeben wird.
Ein Maschinenbasispositionsregler oder identifizierender Mikroprozessor ist wirkend mit dem Etikettaufbringerbewegungsregelmikroprozessor und dem Maschinenbasisencoder verbunden. Ein elektronischer Signalgenerator, der die körperliche Position des Containers oder Objekts, wie einem zuvor aufgebrachten Etikett auf der Containeroberfläche, bestimmt, ist wirkend mit dem Positionsregelmikroprozessor verbunden. Der Maschinenbasispositionsregelmikroprozessor generiert Signale für den Etikettaufbringerbewegungsregelmikroprozessor, die sich auf die Position des zu etikettierenden Containers beziehen.
Der Servomotor des Etikettaufbringers weist eine zugeordnete Positionsidentifizierungsvorrichtung auf, wie beispielsweise einen Encoder, der elektronische Daten dem Bewegungsregelmikroprozessor bereitstellt, wobei sich die Daten auf die Position und Geschwindigkeit des Servomotors beziehen. Der Bewegungsregelmikroprozessor ist wirkend mit einem Etikettaufbringerservoverstärker, dem Servomotorencoder und dem Maschinenbasisencoder verbunden. Der Etikettaufbringerservoverstärker ist wirkend mit dem Etikettaufbringerservomotor verbunden und stellt diesem Spannung bereit. Der Bewegungsregelmikroprozessor generiert ein Bewegungsprofil für jedes folgende Etikett durch Verwendung mathematischer Algorithmen und regelt den Etikettaufbringerservoverstärker elektronisch, um das durch den Servomotor bereitgestellte Drehmoment zu variieren. Elektronische Rückmeldungssignale des Servomotorencoders und des Maschinenencoders an den Bewegungsregelmikroprozessor stellen die elektronischen Positions- und Geschwindigkeitsrückmeldungsdaten bereit, die benötigt werden, um das Drehmoment zu regeln, welches durch den Servoverstärker und den Servomotor bereitgestellt wird. Typischerweise werden in Übereinstimmung mit der Erfindung solche Signale kontinuierlich mit einer Rate von mindestens einmal pro 125 Mikrosekunden generiert und verarbeitet.
Weiterhin generiert ein Host-Mikroprozessor ein teilungsbasiertes elektronisches Veränderungsregister ("pitch based electronic shift register"), das Informationen betreffend den Etikettierprozess aufweist, die auf einem Container auszuführen sind. Der Host-Mikroprozessor stellt die Etikettierbefehle bereit und ist wirkend mit einem Etikettpositionsbewegungsregelmikroprozessor verbunden.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht eines vereinfachten Diagramms, welches eine Synchronzuführungs-, -rotations-, zwei Aufbringungsstations-, druckempfindliche -etikettiermaschine zeigt, die die Erfindung verwirklicht;
2 ist eine Draufsicht auf ein vereinfachtes Diagramm, welches eine Zufallszuführung-, lineare oder reihenweise, Dualaufbringungsstations-, druckempfindliche -etikettiermaschine zeigt, die die Erfindung verwirklicht;
3a ist eine Draufsicht und 3b ist eine Seitenansicht der Etikettaufbringungskopfeinrichtung, die in 1 und 2 dargestellt ist;
4a ist eine Draufsicht, 4b eine Unteransicht und 4c eine Seitenansicht der Servoangetriebenen Aktuatoruntereinrichtung, die in den 3a und 3b gezeigt ist;
5a ist eine Seitenansicht und Frontansicht einer Abwickelstationsuntereinrichtung;
6 ist eine vereinfachte Seitenansicht einer Rotationsmaschinenbasis;
7 ist eine vereinfachte teilweise perspektivische Ansicht eines Etikettpositionsdetektors auf einer Rotationsetikettiermaschine;
8 ist eine vereinfachte Überkopfansicht eines Containerpositionsdetektors auf einer Reihenetikettiermaschine;
9 ist eine vereinfachte Draufsicht des Etiketttransferkontaktpunkts auf einer Rotationsetikettiermaschine;
10 ist ein schematisches Diagramm der Feedback-Schleife eines Positionierungsservosystems;
11 ist ein Ausdruck eines sechs Funktions-, stückweise stetigen -bewegungsprofils, welches die Bahnposition über der Maschinenposition zeigt;
12 ist ein Ausdruck eines sechs Funktions-, stückweise stetigen -bewegungsprofils der Bahngeschwindigkeit über die Maschinenposition;
13 zeigt einen Ausdruck der Achsengeschwindigkeit über dem Master-Feedbackindex;
14 zeigt einen Ausdruck der Achsenposition über dem Master-Feedbackindex;
15 zeigt Ausdrucke des Master-Feedbacksindexes über der Zeit; und
16 zeigt Ausdrucke der Achsengeschwindigkeit über der Zeit.
17 zeigt ein vereinfachtes Etikettiersystemfunktionsdiagramm;
18 ist ein vereinfachtes Blockfunktionsdiagramm eines Encoderverarbeitungssystems, welches ein Hardwareverarbeitungssystem, einen Mikroprozessor, der auf Encodersignalverarbeitung basierende Software bereitstellt, und ein Interface zu einem Host-Systembus aufweist; und
19 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm der Encoderverarbeitungshardware.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein druckempfindliches Etikettaufbringungssystem besteht aus einer Ausrüstung, die druckempfindliche Etiketten, die mit einem Kleber beschichtet sind, nacheinander auf die Oberflächen einer Abfolge von Containern aufbringt. Ein System gemäß dieser Erfindung ist in der Lage, mindestens 1–4 Etikettaufbringungsstationen zu unterstützen und somit zwischen 1–4 separaten Etiketten auf einem Container oder ein ähnliches Objekt in einem unabhängigen Modus aufzubringen und zwei Kombinationen des gleichen Etiketts auf vier Stationen in dem redundanten Modus aufzubringen. Die allgemeinste Ausbildung 20 dieses Systems ist in 1 dargestellt. Diese Zweietikettaufbringungsstationsmaschine 20 ist als synchrone "drehende" Maschine definiert, weil die Position jedes Containers durch die Position der Maschine bestimmt wird.
Container, die sich stromab auf einem Förderer 26 bewegen, werden aufgenommen und durch eine Eingangsschnecke 24 voneinander beabstandet. Die Eingangsschnecke 24 wird durch einen Getriebezug angetrieben, der an dem Flaschentisch 32 beginnt. Während sich ein Container stromab der Eingangsschnecke 24 bewegt, wird er durch eine elektronische Sensorvorrichtung, d. h. einen "Flaschevorhanden-Sensor" 25, festgestellt. Die Eingangsschnecke 24 bewegt Container in einer synchronen Weise und in mechanischer Koordination mit Öffnungen in einem Eingangsstern 28. Der Eingangsstern 28 ist getrieblich mit dem Flaschentisch 32 verbunden. Wenn der Eingangsstern 28 rotiert, bewegt sich jeder Container entlang des Radiusses der Zentrierführung 30, um eine Flaschenstützplatte 34 in mechanischer Koordination zu bewegen.
Wenn der Flaschentisch 32 in seinem Hauptlager 44 rotiert, werden Container auf den Flaschenplatten 34 zu der ersten Etikettaufbringungsstation 36 ("Kopf # 1") getragen. Wenn die Aufbringungsstation 36 ein Etikett aufbringen soll, während ein Container die Aufbringungsstation passiert, wird ein Etikett aufgebracht, während sich der Container weiterhin mit dem Flaschentisch 32 bewegt. Nach dem Aufbringen des Etiketts bewegt sich der Container weiter durch eine äußere Pinselstation 37 und eine innere Pinselstation 39. Die Pinselstationen 37 und 39 wischen das Etikett nach unten auf die Oberfläche des Containers. Zum Unterstützen des Herunterwischens der Etiketten weist der Flaschentisch 32 eine mechanische Nockenbahn mit Nockenstößeln auf, die mit den Flaschenplatten verbunden sind. Die Nockenbahn verursacht eine Rotation der Flaschenplatten während des Herunterstreichens des Etiketts durch die Pinselstationen. Nach dem Aufbringen des Etiketts und dem Herunterstreichen bewegt sich der Container weiter in Richtung auf die Aufbringungsstation 38 ("Kopf # 2"). Nachdem der Etikettaufbringungsvorgang an der Etikettaufbringungsstation 38 und den in Beziehung stehenden Herunterstreich-Pinselstationen 37 und 39 abgeschlossen wurde, bewegt sich der Container in Richtung eines Entnahmesterns 40. Wenn sich der Container dem Entnahmestern 40 nähert, der getrieblich mit dem Flaschentisch 32 verbunden ist, wird der Container von der Zentrierführung 30 mitgenommen, um synchron mit dem Entnahmestern 40 bewegt zu werden. Der Container bewegt sich entlang des Radiusses der Zentrierführung 30, um sich von dem Entnahmestern 40 zu einem Entnahmeförderer 22 zu bewegen.
Die Position des Flaschendrehtellers 32 wird durch einen Encoder 274 (6) überwacht, der als Positions-Feedbackvorrichtung dient. Solche Vorrichtungen weisen normalerweise Encoder und Resolver auf, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Solche Vorrichtungen werden in dieser Anmeldung zur Vereinfachung und nicht zur Beschränkung als "Encoder" bezeichnet.
Eine zweite grundsätzliche Ausbildung 49 eines Etikettiersystems ist in 2 dargestellt. Diese Maschine 49 ist als asynchrone "reihenweise" Maschine definiert. Solche reihenweise Maschinen werden als asynchron angesehen, weil die Position des Containers zufällig in Bezug auf bekannte vordefinierte Positionen der Maschine ist. Der Containerhandhabungsteil der Maschine 49 besteht aus einem Förderer 50 und normalerweise Containereingrifftaktgurten 51, die nicht Gegenstand dieser Erfindung sind. Es wird erkannt werden, dass der Maschinenbasisencoder 53 getrieblich mit dem Fördererantriebsmotor 54 und seinem Getriebegehäuse 52 und dem Förderer 50 verbunden ist, so dass der Encoder 53 zumindest eine Umdrehung pro Container durchläuft.
Die Container bewegen sich auf dem Förderer 50 herunter in die durch den Pfeil 56 nahe dem Eingang der Maschine 49 angezeigte Richtung. Die Taktgurte 51 nehmen die Container 58 beim Eintritt in die Maschine auf. Die Taktgurte 51 bewegen sich grundsätzlich in derselben Richtung wie der Förderer 50 und behalten die Positionskontrolle der Container bei. Falls erforderlich können die Taktgurte 51 zur Handhabung der Container 58 verwendet werden, z. B. um diese zu rotieren, wenn dies in einer bestimmten Etikettfolge benötigt wird. Die Container 58 setzen ihre Bewegung in die Maschine 49 fort, wo die Vorderkante jedes Containers 58 durch eine elektronische Sensorvorrichtung festgestellt wird, die normalerweise eine fotoelektrische Zelle, d. h. der Flaschenpräsenzsensor 60 und sein Retroreflektor 62, ist. Der elektronische Flaschenpräsenzsensor 60 identifiziert die Position des Containers elektronisch in Bezug auf den Maschinenbasisencoder 53. Eine solche Identifizierung oder "Positionsstempelung" der Vorderkante des Containers legt die geometrische Position des Containers innerhalb der Maschine 49 ab.
Während sich der Container 58 weiter in die Maschine in Richtung auf die Aufbringungsstation 68 ("Kopf # 1") bewegt, detektiert eine elektronische Sensorvorrichtung, der "Positionseinklinksensor" 64, die Vorderkante des Containers 58 und identifiziert oder "positionsstempelt" ihren Ort in Bezug auf den Maschinenencoder 53. Dieser neue Positionsstempel ermöglicht die Korrektur von Positionsfehlern des Containers 58 vor dem Etikettieren. Solche Fehler können durch Unregelmäßigkeiten in der Containerform oder dessen Dimensionen, der Positionierung auf der Maschinenbasis usw. bestehen. Der Container bewegt sich dann weiter in Richtung auf die Etikettaufbringungsstation 68 ("Kopf # 1"). Wenn die Aufbringungsstation 68 ein Etikett aufbringen soll, wenn ein bestimmter Container die Aufbringungsstation passiert, wird ein Etikett aufgebracht, während der Container sich weiter mit dem Förderer 50 bewegt. Nach dem Aufbringen des Etiketts bewegt sich der Container weiter durch die Pinselstation 50, die das Etikett nach unten auf die Oberfläche des Containers 58 wischt, wenn der Container über einen Pinsel rotiert.
Bei reihenweisen Maschinen dieses Typs bringt jeder Etikettaufbringungskopf 68 oder 78 das gleiche Etikett auf, wobei ein Kopf aktiv ist und der andere sich im Standby befindet. Wenn die Etikettaufbringung 78 ("Kopf # 2") aktiv ist, während der Etikettaufbringungskopf 68 inaktiv ist, bleibt die Reihenfolge der Maßnahmen die gleiche.
Der Etikettaufbringungskopf 68 oder 78 ist verantwortlich für die Bewegung der Bahn 80 und für die Fortbewegung der Vorderkante eines Etiketts 306 auf die Oberfläche eines Containers hin. Wie in den 3a und 3b gezeigt ist, tritt die Bahn 79, die Etiketten 80 trägt, in eine Schub-Zug-Aktuatoreinrichtung 82 ein, die in 4c im Detail gezeigt ist. Die Bahn 79 mit den Etiketten 80 bewegt sich an einer Spannrolle 180 vorbei und schreitet dann um die glatte "Schub"-Drehrolle 160 fort. Die Bahn 79 mit den Etiketten 80 verlässt die Schub-Zug-Einheit und schreitet zu der Spenderarmeinrichtung 81 fort. Die Spenderarmeinrichtung 81 bekannter Bauart besteht aus einem Spenderarmmontageträger 88, einem Spenderarmschwenkträger 90, einer Spenderarmschwenköffnung 92, einer oberen Spenderarmstange 94, einer unteren Spenderarmstange 95, einer Spenderplatte 96, einem Spenderplattenfuß 98, einer Bahnführungseinrichtung 100 und einer Sensormontageeinrichtung 102. Die Bahn 79 mit den Etiketten 80 bewegt sich über die Vorderseite des Spenderarms in Richtung auf und um die Kante der Spenderplatte 96, wodurch die Etiketten von der Bahn in einer bekannten Weise getrennt werden. Die Bahn 79 ohne Etiketten bewegt sich dann auf und um eine weitere Spannrolle 180 in Richtung auf die "Zug"-Rolle 158. Die Bahn bewegt sich weiter um die "Zug"-Rolle 158 und weiter auf den Rückspultänzereinrichtungsrollen 108. Nachdem die Bahn durch die Rückspultänzereinrichtung 109 getreten ist, wird die Bahn als Rolle 146 wieder auf die Rückspulrolle 130 aufgewickelt.
Der Rückspultänzer ist als Reihe von Rollen ausgebildet. Ein Teil der Rollen ist feststehend, während der andere Teil mit einem Tänzerarm 134 verbunden ist, der mit einer Schwenkwelle verbunden ist, die wiederum mit der Rückspulproportionierungsscheibe 110 verbunden ist. Ein elektronischer Signalgenerator 112 überwacht die Position der Proportionierungsscheibe 110. Wenn Material die Schub-Zug- Einrichtung 84 verlässt, bewegt sich der Tänzerarm 134 in Richtung auf eine geöffnete Position, um Speicherung des Materials aufgrund der durch die Federspannungsvorrrichtung 111 aufgebrachten Kraft bereitzustellen. Der elektronische Signalgenerator 112 überwacht die Positionsänderung der Proportionierungsscheibe 110 und gibt ein analoges elektronisches Signal an den Motorantrieb 114 aus, der Leistung in den Gleichstrom-Abrollmotor 116 einspeist. Der Gleichstrom-Abrollmotor 116 treibt sein Getriebegehäuse 118 mittels eines rechtwinkligen Schaftadapters 120 an, um die Rückspulrolle 130 und die Scheibe 126 anzutreiben. Wenn die Rückspulrolle 130 das Material rückspult, bewegt sich der Tänzerarm 134 in Richtung auf eine geschlossene Position, wodurch der elektronische Signalgenerator 112 veranlasst wird, das analoge Signal an den Rückspulantrieb 114 zu reduzieren, wodurch die Geschwindigkeit des Motors 116 reduziert wird.
Die glatte "Schub"-Rolle 160 ist mit ihrem Antriebszahnrad 156 (4b) verbunden, wobei die gerändelte "Zug"-Rolle 158 ebenfalls mit einem Antriebszahnrad 154 verbunden ist. Der Servomotor 150 treibt die Zahnräder 160 und 156 durch das Servomotor-Antriebszahnrad 152 an.
Gummibeschichtete Quetschwalzen 164 und 162 haben exzentrische Schäfte, die durch die Quetschdruckbetätigungshebel 166 und 170 betätigt werden. Eine Feder 172 bringt Spannung auf den "Schub"-Rollen-Quetschdruckbetätigungshebel 170 auf. Diese Betätigung veranlasst die gummibeschichtete Quetschrolle 164, Druck auf die glatte "Schub"-Rolle 160 aufzubringen. Eine Feder 168 bringt Spannung auf den "Zug"-Rollen-Quetschdruckbetätigungshebel 166 auf. Diese Betätigung veranlasst die gummibeschichtete Quetschrolle 162 zum Aufbringen von Druck auf die gerändelte "Zug"-Rolle 158. Die Klemmstellen ("nips") zwischen den Rollen 160 und 156 bzw. den gummibeschichteten Quetschrollen 164 und 162 klemmen die Bahn 80 derart, dass kein Bahnschlupf über die gerändelten Rollen 158 entsteht und dass quetschdruckgeregelter Schlupf über die glatte Rolle 160 vorliegt. Der Umfang der glatten Rolle 160 ist geringfügig kleiner als der Umfang der gerändelten Rolle 158. Die Antriebsräder für die Rollen 160 und 158 haben die gleiche Größe. Wenn der Servomotor 150 die Rollen 158 und 160 antreibt, die das Bahnmaterial über die Spenderplatte 96 bewegen. Der Unterschied betreffend die Umfänge der beiden Rollen verursacht den Spannungsaufbau der Bahn. Die Bahnspannung wird durch die Reibungskomponente der Bahn 80 relativ zu der Oberfläche der glatten Rolle 160 bestimmt. Der aufgebrachte Druck der Gummiquetschrolle 164 bestimmt die Größe der Reibung relativ zu der glatten Rolle 160. Die Bahnspannung regelt den Ablösewinkel eines Etiketts, während dieses die Bahn verlässt, während die Bahn um die scharfe Kante der Spenderplatte 96 herumgezogen wird.
Die in den 5a und 5b gezeigte Abwickelstation ist ein unabhängiges System, das Bahnmaterial 79 mit Etiketten 80 dem Etikettaufbringungskopf 68 oder 78 von einer Rolle von Etikettmaterial bereitstellt. Die Abwickelstation stellt ebenfalls einen Trägheitspuffer zwischen der großen Beschleunigung der Bahnantriebseinrichtung 84, 4a, 4b und 4c, und der großen Trägheit der Materialrolle 204 bereit. Eine Zuführrolle ungebrauchten Etikettmaterials 204 ist auf der Abwickelnabe 202 montiert und zwischen den Abwickelscheiben 206 befestigt. Das Bahnmaterial 79 mit den Etiketten 80 wird von der Rolle 204 durch die Klemmstelle 212 gezogen, die durch die Quetschrolleneinrichtung 214 und eine gummibeschichtete Abwickelantriebsrolle 216 erzeugt wird. Die Abwickelantriebsrolle 216 ist mit dem Gleichstrommotor 219 verbunden und durch die elektronische Signalvorrichtung 220 geregelt. Wenn der Etikettaufbringungskopf Etiketten ausgibt, bewegt sich die Bahnträgheitspuffer-Schwerkraftschleifenspule 220 aufwärts, während Bahnmaterial von der Pufferzone 218 abgezogen wird. Eine elektronische Signalvorrichtung 222 signalisiert dem Motor 219 das Anstellen. Der Motor 219 treibt die Abwickelantriebsrolle 216 an, die wiederum Bahnmaterial über die Bahnführungsspannrolle 208 und von der Materialrolle 204 abzieht. Wenn die Abwickelantriebsrolle 216 Material von der Materialrolle 204 in die Pufferzone 218 abzieht, bewegt sich die Spule 220 nach unten, bis die elektronische Sensorvorrichtung 222 die Spule 220 detektiert und somit den Motor 219 abstellt. Die Bahnspannungsbürsten 234 und 240 bringen Spannung auf die Bahn 80 auf, um den Weg der Bahn zu stabilisieren.
Die in 6 von der Seite gezeigte Maschinenbasis 20 ist für den Fluss von Containern und deren Positionen in Bezug auf die Aufbringungsköpfe 36 und 38 verantwortlich. Ein Rotationsencoder 274 ist Betrieblich mit dem Flaschentisch 258 durch ein Hauptzahnrad 260 Betrieblich verbunden. Das Hauptzahnrad 260 wird durch das Hauptantriebszahnrad 262 angetrieben, welches wiederum von dem Getriebegehäuse 264 und dem Hauptantriebsmotor 266 angetrieben ist. Der Hauptencoder 274 ist so Betrieblich mit der Maschine verbunden, dass er eine Umdrehung pro Container durchläuft. Dieses wird durch die korrekte Auswahl von zwischen Encoderzahnrädern 271 und 272 erreicht. Der Hauptencoder 274 stellt dem Computerregelsystem Feedback bezüglich der Position jedes Containers auf der Maschine bereit.
Das Zahnrad ("bull gear") 260 treibt die Hauptlagerwelle 261 an, die wiederum die rotierenden Komponenten inklusive der Flaschentischeinrichtung 258 antreibt und die Einrichtung 286 trägt. Das Hauptlagergehäuse 254 unterstützt die drehenden Komponenten und die nicht drehende Flaschentischnockengehäuseeinrichtung 268. Die Container in der Maschine sind durch die Flaschenplatten 270 und die Zentrierglocken 282 befestigt, die mit dem federbelasteten Zentrierkopf 284 verbunden ist, der an der Trägereinrichtung 286 befestigt ist. Wenn Container durch die Maschine laufen, werden die Container durch Nockensegmente in der Flaschentischnockengehäuseeinrichtung 268 in die korrekten kinematischen Positionen gedreht, die den Anforderungen des jeweiligen Prozesses entsprechen. Die Kinematik beinhaltet die Präsentationen und Bewegung zum Etikettieren, Herunterwischen des Etiketts und anderer Vorgänge, wie beispielsweise Überprüfung oder Codierung. 6 beinhaltet Beispiele der Herunterwisch-Bürstenstationen mit dem äußeren Bürstenstationsteil 269, der äußeren Bürstenmontageeinrichtung 292, der Herunterwisch-Bürste 20 und dem inneren Bürstenteil 298 mit seiner zugeordneten inneren Herunterwisch-Bürste 296. Die Stützsäulen 255 befestigen die nicht drehenden Teile des Maschinenkopfs 280 und des Nockenfolgergehäuses 256. Das Bürstenstationslager 294 ist mit dem Äußeren der Maschinenbasistischplatte 250 befestigt und verbindet die inneren Bürstenstationen mit der nicht drehenden Maschinenbasis. Die Tischplattenstützeinrichtung 252 stützt die Maschinentischplatte 250. Die Korrelation des Encoders 274 zu der Maschinenbasisposition ist als Maschinenhauptachse definiert. Bei Rotationsmaschinen ist der Mittelachsenabstand zwischen zwei Containern als eine Teilung definiert.
Die Regelung der Etikettaufbringung wird mittels eines Servosystems oder Bewegungsregelsystems realisiert, das durch einen Multiprozessor-Computer geregelt wird. Dies ist in 17 zu sehen. Der Bewegungsregelprozessor 520 mit seinem entsprechenden Servoverstärker 524 und Servomotor 526 ist verantwortlich für die eigentliche Bewegung der die Etiketten tragenden Bahn 80. Der Computer-Hostprozessor 536 ist für die Hintergrundaufgaben des Systems, das interne Verfahrensschieberegister und die Prozessregeln verantwortlich. Der Containerlokalisierprozessor 528 ist für alle Maschinenpositionsregelungen verantwortlich.
Wenn ein Container in die Maschine eintritt, signalisiert eine elektronische Signalvorrichtung, der Flaschenpräsenzsensor 538, dem Containerlokalisierungsprozessor 528, dass ein Container in die Maschine eintritt. Der Containerlokalisierungsprozessor 528 verständigt den Computer-Hostprozessor 536 elektronisch darüber, dass ein Container vorhanden ist. Der Computer-Hostprozessor 536 führt einen gültigen Container in das interne Etikettierverfahren-Schieberegister ein. Wenn die Maschine weiterhin gemäß den Z-Achsenimpuls des Hauptencoders 522 rotiert, der elektronische Positionssignale an den Containerlokalisierungsprozessor 528 bereitstellt, zeigt dies den Beginn des nächsten Taktes an. Der Containerlokalisierungsprozessor 528 zeigt dem Computer-Hostprozessor 536 elektronisch an, dass ein neuer Takt begonnen hat. Der Computer-Hostprozessor 536 erhöht das interne Etikettierverfahrenschieberegister.
Dieser Prozess des Erhöhens des Etikettierverfahrenschieberegisters setzt sich fort, wenn sich der Container durch die Maschine bewegt, bis der Container den Etikettaufbringungskopf oder einen Container/Etikettpositionskorrektursensor 534 erreicht hat. Die Maschine beinhaltet die Verwendung des optionalen Container/Etikettpositionskorrektursensors 308, wobei die Position eines Oberflächenartefakts, wie beispielsweise eines Reliefs auf einem Container oder einem zuvor aufgebrachten Etiketts 306 (7) als Positionsreferenz für einen Container 58 verwendet werden kann, der damit unabhängig von den Containerbefestigungen 34 des Flaschentischs 32 ist. Wenn der Strahl 310 der elektronischen Signalvorrichtung 308 durch die Vorderkante des Etiketts 306 unterbrochen wird, wird ein Signal generiert.
Wie in 17 zu sehen ist, stellt das von dem Container/Etikettpositionskorrektursensor 308 generierte elektronische Signal ein positionsbestimmendes elektronisches Signal oder einen "Stempel" für den Containerfeststellungsprozessor 528 bereit, das sich auf die exakte Position des Masterencoders 274 bezieht. Die gestempelte Position des Masterencoders 274 wird dann elektronisch mit einem voreingestellten Applikationsparameter in dem Containerfeststellungsprozessor 528 verglichen, welcher die vorhergesagte Position des festgestellten Artefakts spezifiziert und somit einen Etikettkontaktpunktpositionsversatz generiert.
Der Etikettkontaktpunktpositionsversatz wird wiederum verwendet, um den voreingestellten Etikettkontaktpunktpositionsparameter zu verändern, der die Position auf dem Container bestimmt, auf den das Etikett aufzubringen ist.
Wenn der Container weiter in Richtung auf die Position auf der Maschine fortschreitet, wo das Etikett aufzubringen ist, zeigt der Computer-Hostprozessor 536 dem Containerlokalisierungsprozess 528 elektronisch an, dass ein Container zu etikettieren ist. Wenn der Container in die Etikettierzone eintritt, signalisiert der Containerlokalisierungsprozessor 528 dem Bewegungsregelprozessor 520 elektronisch, den Etikettierprozess zu beginnen.
Im Folgenden wird auf 10 Bezug genommen. Die Korrelation des internen Positions-Feedback des Bewegungsregelsystems; d. h. die Servoschleife, die sich um das Bahnantriebsmotor-Feedback 411 schließt, in Bezug auf das die Etiketten tragende Bahnpositions-Feedback 410 ist als die Etikettierachse definiert. Um den Etikettierprozess erfolgreich abzuschließen, muss die Vorderkante jedes Etiketts an einer präzisen Position auf dem entsprechenden Container aufgebracht werden und die Geschwindigkeit des Etiketts während des Aufbringens der Geschwindigkeit des Containers entsprechen.
Zwischen dem Aufbringen von Etiketten muss sich das Bewegungsprofil für den nächsten Etikettierprozess sowie in Bezug auf die Korrektur von Registrierungsfehlern, die aufgetreten sein können, vorbereiten. Die Etikettaufbringungsbewegung wird durch ein positionsabhängiges Bewegungsprofil ausgeführt. Dies ist ein Bewegungsprofil dort, wo die Etikettierachsenposition auf der Position des Hauptachsenencoders 400 der Maschinenbasis basiert.
Die Servoschleife der Etikettierachse 412 ist ebenfalls eine geschlossene Positionsschleife, wobei die vordere Kante des Etiketts als Registrierungsmarke verwendet wird, wobei Feedback durch eine elektronische Signalvorrichtung 414, den Registrierungssensor, bereitgestellt wird, das elektronisch die Position der Etikettierachsenposition an der Stelle der Registrierungsmarke festhält. Diese Korrektur kann nur gestattet werden, wenn der eigentliche Etikettierprozess nicht durchgeführt wird, um Abweichungen der Etikett-auf-Container Oberflächengeschwindigkeit zu reduzieren, die sich aus versuchten Positionskorrekturen während der Etikettaufbringung ergeben würden.
Der als Positionsabhängigkeit bezeichnete Vorgang der Bewegungsregelung beruht grundsätzlich auf der Verwendung einer Hauptachse und einer abhängigen Achse. Die durch den Encoder 274 angezeigte Hauptachse stellt Feedback zum Verarbeiten der berichteten Position des Servosystems der abhängigen Achse oder Etikettierachse bereit. Für jede Hauptpositions-Feedbackeinheit oder -zählung wird die abhängige Achse einer entsprechenden Position zugewiesen. In dem bevorzugten Beispiel bezieht sich das Hauptfeedback auf die Position der Maschinenbasis und ist mechanisch derart angetrieben, dass die Feedbackdauer der Länge einer Maschinenteilung entspricht. Es ist zu berücksichtigen, dass die Dauer ("period") als Weg anstelle einer Zeit gemessen wird, da es sich nicht um einen zeitbasierten Bewegungsregler, sondern einen positionsbasierten Regler handelt.
Die Verwendung einer positionsabhängigen Servoschleife kann grundsätzlich durch ein Blockdiagramm der Basiskomponenten der Servoschleife beschrieben werden. Wiederum Bezug nehmend auf 10 sehen wir, dass der Hauptbezugs-Benchmark, der die Bewegung vorgibt, die Position des Maschinenbasis-Encoders 400 ist. Diese Position wird dem Prozessor 528 angezeigt, der einen profilgenerierenden Algorithmus 402 so verwendet, dass die gewünschte Position der Etikettbahn direkt auf die Maschinenbasisposition basierend auf der mathematischen Gleichung des Algorithmus bezogen ist. Das sich ergebende Bewegungsprofil kann Idealerweise kontinuierlich generiert und erneuert werden, wenn die Verarbeitungsleistung des Servoreglers ausreichend ist. Wenn dies nicht möglich ist, könnte das Bewegungsprofil auch nur nach dem Erhalten neuer Einstellinformationen generiert werden, die sich auf die Geometrie des Etiketts, der Bahn, des Containers oder der Maschine beziehen, die in einer Tabelle ("look up table") abgespeichert sind. Das positionsabhängige Servosystem würde dann sein Bewegungsprofil durch Bezugnahme auf die Tabelle generieren und das Hauptfeedback als einen Index zu der Tabelle verwenden. Daraufhin werden nur die Rechnungen betreffend die Erneuerung der Servoschleife und die Registrierungskorrektur in Echtzeit ausgeführt.
Die verbleibenden Blöcke in dem Diagramm der 10 beschreiben einen grundsätzlichen Typ eines Hochleistungs-Positionierservosystems. Das System verwendet den drehmomentgeregelten Servoverstärker 404, der durch eine proportionale, integrale, ableitende (PID) Servoschleife 406 geschlossen ist, die Geschwindigkeits- und Beschleunigungs-Vorschubbedingungen 408 zum wesentlichen Beseitigen von Folgefehlern in dem System benutzt.
Das in den 11 und 12 grafisch dargestellte positionsabhängige Bewegungsprofil implementiert eine stückweise stetige Funktion, die mindestens aus drei separaten Funktionen besteht. Diese Funktionen werden durch mathematische Gleichungen wiedergegeben, wobei der mathematische Ausdruck eine Funktion der Haupt-Feedback-Zählung ist. Die drei Basisteile der dargestellten vollständigen Funktion sind:
Die Etikettaufbringungsfunktion, die auf der Geometrie der Maschine und des Containers basiert.
Die Voretikettierungsbewegung, die im Wesentlichen der Teil der Bewegung ist, der die Bahn beschleunigt, so dass diese Etikettierungsgeschwindigkeit genau an der Position der Etikettaufbringung auf der Oberfläche des Containers erreicht, während ein sanfter Übergang zu der Etikettaufbringungsfunktion stattfindet;
die Nachetikettierungsbewegung, die das Abbremsen, das Aufnehmen jeglicher Registrierungsfehler und die Vorbereitung der Bahnposition für die Aufbringung des nächsten Etiketts übernimmt, wobei jegliche erfassten Registrierungsfehler berücksichtigt werden. Es sollte ebenfalls beachtet werden, dass jeder der Basisteile der Funktion aus einer Mehrzahl von Unterfunktionen bestehen kann. Die Gesamtfunktion des Bewegungsprofils f_T(i) lautet wie folgt:
Die in den 11 und 12 gezeigten Ausdrucke stellen ein solches Bewegungsprofil dar, das aus sechs Funktionen besteht, die zu einer einzigen zusammenhängenden Funktion zusammengefügt sind.
Die in den 11 und 12 gezeigten Funktionen, die mit f_s(0) 420 oder 432 und f_s(5) 430 oder 442 bezeichnet sind, sind solche Stellen, wo sich die Etikettbahnachse in Servosperre befindet und keine Bewegung berichtet wird. Dies bezieht sich auf die Position zwischen Containern, wo kein Etikettiervorgang erforderlich ist.
Die mit f_s(1) 422 oder 434 bezeichnete Funktion ist der Teil der Beschleunigung der Bahn. Die mit f_s(2) 424 oder 436 bezeichnete Funktion stellt einen Teil der Kurve dar, wo der Etikettierprozess auftritt. Wie klar in 12 zu sehen ist, ist die dargestellte Kurve in diesem Fall eine Funktion konstanter Geschwindigkeit. Dies ist dennoch nicht grundsätzlich der Fall, wenn die Aufbringung auf komplizierte Containergeometrien erfolgt oder besondere Etikettiererfordernisse bestehen. Im Folgenden wird wiederum auf die 11 und 12 Bezug genommen. Die mit f_s(3) 426 oder 438 bezeichnete Funktion ist der Teil der Abbremsung der Bahn. Das dargestellte Beispiel benutzt einen sinusförmigen Profilgenerator sowohl in dem Positionsbereich (11) als auch in dem Geschwindigkeitsbereich (12) des Profils.
Die mit f_s(4) 428 oder 440 bezeichnete Funktion ist, wie gezeigt, optional. Die Funktion f_s(4) 428 oder 440 würde benutzt werden, um die Bahn anzusammeln, um mehr Bahnmaterial für den Fall verfügbar zu machen, dass das Servosystem nicht die Beschleunigungsmöglichkeiten besitzt, um die Oberflächengeschwindigkeit des Containers innerhalb der Bedingungen der Etikettaufbringungs-Bewegungsdistanz zu erreichen. Die Etikettaufbringungs-Bewegungsdistanz besteht aus der Länge des Etiketts plus der Lücke zwischen benachbarten Etiketten auf der Bahn. Eine f_s(4) erfordernde Situation tritt bei druckempfindlichen Etikettiermaschinen auf, bei denen es die Aufbringung erfordert, kurze Etiketten in Hochgeschwindigkeitsmaschinen aufzubringen. Es ist zu berücksichtigen, dass diese Funktionen in geschwindigkeitsabhängigen Systemen des Stands der Technik nicht ausgeführt werden können.
Das gezeigte Beispiel benutzt eine sinusförmige Profilgenerierung, die eine halbe Periode in dem in 11 gezeigten Positionsbereich verwendet. Die Region f_s(4) 428, 440 oder f_s(5) 430, 442 wird ebenfalls als die Region verwendet werden, wo Registrierungsfehlerkorrekturen erzielt werden. Dies ist notwendig, um die äußere Positionsschleife 410, 10 um das Bahnmaterial selbst zu schließen. Es ist anstrebenswert, hier die Korrektur durchzuführen, da die Etikettaufbringung abgeschlossen wurde und das System sich einfach für die nächste Aufbringung vorbereitet.
Das Konzept eines positionsabhängigen Bewegungsriegelsystems wurde zuvor definiert und seine Vorteile wurden beschrieben. Als nächstes wird die Art beschrieben werden, in der sich dieses Bewegungsregelsystem auf einen druckempfindlichen Etikettierprozess in einer Maschine bezieht. Es gibt mehrere Bausteine in dem Bewegungsregelsystem, die für eine positionsabhängige Regelung erforderlich sind. Sie sind in 17 wie folgt gezeigt:
Ein Bewegungsregelprozessor 520, der Mikroprozessoren verwendet, die in der Lage sind, mathematisch intensive Funktionen mit einer sehr hohen Rate auszuführen, ist bereitgestellt. Die technologischen Fortschritte in der Mikroprozessorarchitektur machen heutzutage Vorrichtungen verfügbar, die die erforderte Rechengeschwindigkeit zum Ausführen des Schließens komplexer mathematischer Positionsschleifen bereitstellen. Diese Technologie beinhaltet digitale Signalprozessoren, wie beispielsweise den fortgeschrittenen oder modifizierten Harvard-Architekturprozessor.
Da die Mikroprozessortechnologie weiter fortschreitet, ist die Art des Mikroprozessors nicht unmittelbar Teil der Erfindung mit der Ausnahme der Fähigkeit des Verarbeitens und Berechnens komplexer mathematischer Gleichungen, die sich auf die Position eines auf einen Container aufzubringenden Etiketts beziehen, wie dies mit dem momentanen Niveau der Computertechnologie ermöglicht wurde.
Der Bewegungsregelprozessor 520 muss mit einer Rate von mindestens einer Positionsschleifenerneuerung alle 125 Mikrosekunden für die druckempfindliche Etikettaufbringung arbeiten. Dies ist notwendig, um die Anordnungsgenauigkeit der Etiketten bei sehr hohen linearen Bahngeschwindigkeiten und -beschleunigungen aufrechtzuerhalten.
Ein Encoder 274 oder, alternativ, ein Rotationsauflöser, der als eine Feedback-Einrichtung auf der Maschinenbasis dient als der Hauptfeedbackpositionsindex. Diese stellt den Index bereit, durch den der Positionsregelprozessor 520 die positionsabhängigen Bewegungsprofile erzeugt.
Ein Hochgeschwindigkeits-Bahnantriebsservomotor und Verstärker 150, 404. Das System muss ein sehr hohes Verhältnis von Drehmoment zu Trägheit besitzen, um die für eine mit mehr als 750 Umdrehungen pro Minute laufende Maschine erforderliche Beschleunigung zu erzielen.
Ein Hochgeschwindigkeitsinput 532 in den Bewegungsregler 520, der eine Hardwareaufnahme der abhängigen Achsenposition durchführt, ist erforderlich. Dieser Input sollte in der Lage sein, die Achsenposition in weniger als 20 Mikrosekunden zu identifizieren. Der Input ist mit der elektronischen Signalvorrichtung 530 verbunden, die für die Korrektur von Registrierungsfehlern der Etiketten auf dem Bahnmaterial verwendet wird.
Der Containerfeststellprozessor 528 ist für die Identifizierung der Containerposition verantwortlich und der Computer-Hostprozessor 536 ist für die Verfahrensorganisation, Diagnose und Regeln verantwortlich.
Der Containerfeststellprozessor 528 und der Computer-Hostprozessor 536 werden im weiteren Verlauf genauer beschrieben.
Die Art, in der diese Komponenten des Systems in dem System zusammenarbeiten, ist wie folgt:
Ein bekannter Parameter, der Punkt 362 auf dem Container 58, wo das Etikett 306 zunächst zum exakten Aufbringen kontaktieren muss, ist ein bekannter Parameter, vgl. 9. Dieser wird hier als der Kontaktpunkt bezeichnet. Dieser Punkt ist eine vorbestimmte Position auf der Oberfläche eines Containers, der Kundenqualitätsanordnungsspezifikationen unterliegt. Die 9 zeigt ein Verfahren zum Koordinieren des ausgewählten Etikettkontaktpunkts mit einem festen Objekt, das auf dem Container 58 existiert. In Bezug auf die Aufbringung einer Mehrzahl von Etiketten auf einen einzigen Container, wobei das Beispiel der Aufbringung eines Frontetiketts und eines Rücketiketts auf einen einzigen Container benutzt wird, wie in 9 dargestellt, existiert ein Problem mit Maschinen, die eine Hauptindexmaschinenreferenzposition des Maschinenflaschentischs 350 benutzen, mit Containern in vorpositionierten Haltern 34, die Aufbringung der Etiketten 306 und 358 zu bestimmen.
Kundenspezifikationen betreffend die Anordnung von Etiketten beziehen sich grundsätzlich auf den Abstand zwischen den Kanten von zwei Etiketten. Da das Bewegungsregelsystem die Verwendung des Maschinenhauptindexes einschließt, welches durch den Encoder 274 signalisiert wurde, um den Kontaktpunkt 362 des zweiten Etiketts 358 anzuzeigen, summieren sich Toleranzen zwischen zwei Etiketten während der Aufbringung auf. Um eine hochgenaue Aufbringung zwischen zwei Etiketten auf einem Container 58 zu erreichen, muss die Position des ersten aufgebrachten Etiketts 306 bestimmt und dazu verwendet werden, die Position für die Aufbringung des zweiten Etiketts 358 zu bestimmen.
Das in 2 gezeigte zweite Positionsbestimmungssystem ein wichtiges Merkmal hinzu. Diese Funktion ermöglicht es dem Etikettaufbringungssystem, auf die Position eines Objekts, wie einem Etikett 306, auf der Oberfläche des aktuellen Containers 58, und nicht auf eine theoretische Position auf der Containeroberfläche eines auf der Maschinenbasis positionierten Containers, Bezug zu nehmen, wie dies bei anderen Etikettierern der Fall ist.
Der Flaschentisch 32 ist mit dem Hauptencoder 274 verbunden. Die Flasche 58 wird von der Flaschenplatte 34 aufgenommen. Die Vorderkante 310 des Etiketts 306 wird durch einen elektronischen Signalgenerator 308 detektiert. Das elektronische Signal wird verwendet, um eine korrigierte erste Etikettposition zu identifizieren, die dann jegliche Abweichung oder Versatz von der Maschinenhauptindexposition vor der Aufbringung des Etiketts identifiziert.
8 zeigt diese Funktion in einer reihenweise Maschine bezüglich der Containerposition. Reihenweise Maschinen haben grundsätzlich Probleme mit der exakten Handhabung von Containern aufgrund der Tatsache, dass keine Befestigungen zum Halten der Containerpositionen existieren. Im Falle von Zahnriemen resultiert das Rutschen eines Containers aus irgendeinem Grund in einem Positionsfehler in Bezug auf die Hauptencoderposition.
Die Container bewegen sich in der Maschine auf einem Förderband 320. Der Sensor 60 zum Feststellen des Vorhandenseins einer Flasche wird die Hauptindexposition eines Containers 72 elektronische signalisieren, wenn der Container durch den Sensorstrahl 65 hindurchtritt. Während sich die Container durch das System bewegen, können sie Fehler bezüglich ihrer Position entwickeln. Die Vorderkante 72 der Container wird durch einen elektronischen Signalgenerator 64 detektiert, wenn der Container durch den Sensorstrahl 65 hindurchtritt. Das elektronische Signal wird verwendet, um eine korrigierte erste Containerpositionsabweichung von der Maschinenhauptindexposition des Containers genau vor der Aufbringung des Etiketts zu identifizieren oder positionsmäßig zu erfassen ("position stamp").
Der Bewegungsregelprozessor verwendet die Hauptencoderzählung als einen Index. Dieser Index dient als Zeitkomponente, die ein nicht-positionsabhängiger Bewegungsregelalgorithmus zum Generieren des Bewegungsprofils verwendet. In dem positionsabhängigen Bewegungsregelalgorithmus besitzt der Bewegungsregelprozessor keine Zeitkomponente in dem Bewegungsprofilalgorithmus. Dieses einzigartige Merkmal erlaubt es, dass der Kontaktpunkt in allen Geschwindigkeitsbereichen gleich bleibend ist. Dieses wird durch die Tatsache erreicht, dass der Positionsfeedbackindex als eine variable Zeitkomponente agiert, resultierend in variabler Beschleunigung der abhängigen Achse, die die Etikettenbahn antreibt. Wenn die Maschine beschleunigt, treten die Feedbackzählungen mit einer höheren Rate in den Bewegungsregelprozessor ein, was wiederum in einer größeren Beschleunigungsrate resultiert. Diese variable Beschleunigung in dem positionsabhängigen Bewegungsregelsystem ist kritisch in Bezug auf die Genauigkeit wiederholbarer Etikettaufbringung des druckempfindlichen Etikettierkopfs. Dies liegt daran, dass die Haupt- und Nebenachsen ("master and slave axes") mittels einer exakten Funktion miteinander in Verbindung stehen, die sich auf die Position der Hauptachse zu der Position der abhängigen Achse bezieht. Die Genauigkeit wird somit bei jeder Maschinengeschwindigkeit bis zu der physikalischen Grenze bestimmt durch maximal erreichbare Beschleunigungen aufrechterhalten.
Als Beispiel werden wir ein einfaches Bewegungsprofil verwenden, welches trapezförmig bezüglich der Geschwindigkeit ist, da dies eine sehr häufige Bewegung ist. Da dies ein positionsbasiertes System ist, wird das Profil als Position des abhängigen als eine Funktion des Haupt-Feedbackindex definiert. Z. B. werden wir den Umfang auf den ersten Teil der Bewegung, die Beschleunigung, bis zu dem Teil konstanter Geschwindigkeit beschränken. Wenn wir die in 13 gezeigte trapezförmige Funktion in Bezug auf den Hauptindex integrieren, ist das Positionsprofil als Polynom zweiter Ordnung gezeigt, wo die Beschleunigung auftritt und als positiv ansteigende Linie während konstanter Geschwindigkeit, wie in 14 gezeigt. Es ist zu beachten, dass die Einheit der vertikalen Achse die Position der abhängigen Achse und die Einheit der horizontalen Achse die Position des Haupt-Feedbackindex ist.
Das folgende Diagramm gemäß 15 zeigt das Verhältnis zwischen der Maschinengeschwindigkeit in Containern pro Minute und der Anzahl von Indexzählungen des Haupt-Feedbacks über der Zeit. Man beachte die lineare Beziehung zwischen den beiden.
Diese Beziehung ist offensichtlich und stellt den Grund dar, weshalb das positionsabhängige System derart gut für den Etikettierprozess funktioniert. Die Beziehung zwischen dem Haupt-Feedbackindex und der abhängigen Position ist eine Konstante, und die Beziehung zwischen der Maschinengeschwindigkeit und dem Haupt-Feedbackindex ist konstant. Aus diesem Grunde ist die Beziehung zwischen der Maschinengeschwindigkeit und der abhängigen Achse oder Etikettierachse konstant, wie dies in 16 dargestellt ist.
Dies resultiert in der Aufbringung eines druckempfindlichen Etiketts durch den Etikettierkopf auf eine tatsächliche Position anstelle eines theoretischen Punkts im Raum.
Um ein bewegungsabhängiges Bewegungsprofil für eine Achse zu entwickeln, haben wir vier unabhängige Bedingungen. Diese Bedingungen sind:

1. Die Ausgangsposition.
2. Die Endposition.
3. Die Ausgangsgeschwindigkeit.
4. Die Endgeschwindigkeit.

Um ein solches System aufzulösen, muss das System mathematisch durch vier Koeffizienten 50 dargestellt werden, damit genug Bedingungen vorhanden sind, um die Gleichung zu lösen.
Um die vier Koeffizienten zu erhalten, wird eine Gleichung dritter Ordnung verwendet, um die Position des Profils darzustellen. Die Geschwindigkeit des Profils ist dann die erste Ableitung des Positionsprofils. Die Geschwindigkeit des Profils ist dann die erste Ableitung des Positionsprofils. Da das System eine obere Grenze für die Beschleunigung haben wird, wird die zweite Ableitung eventuell dazu benutzt, um die Sichtbarkeit der spezifischen Aufbringung zu bestimmen. pos(i) = a·i3 + a·i2 + c·i + d
Die Nebenbedingungen lauten wie folgt:

vel(0) = v0 Geschwindigkeit beim Beginn des Profils
vel(N) = vf Geschwindigkeit beim Ende des Profils
pos(0) = 0 Ausgangsposition
pos(N) = accel-length Endposition

Diese Nebenbedingungen resultieren in vier Gleichungen und vier Unbekannten.
Dadurch ist es möglich, die Koeffizienten aufzulösen.

(solve = löse; root = Wurzel)
Es gilt Gleichung 1: vo = a · 02 + b · 0 + c Gleichung 2: vf = a · N2 + b · N + c
(find = finde)
Die Randbedingungen werden in das System eingegeben. v0:= 0 vf:= 36 accel_length := 1273 n := 38
Bei allgemeinen Anwendungen stellen wir sicher, dass die Geschwindigkeit niemals negativ wird, wobei wir derart lösen, dass der "b"-Koeffizient 0 wird.
Wenn
counts := Find(n) N := counts N = 106,08333333(counts = Zählung; find = finde)
Wenn Gleichung 1: v0 = a · 02 + b · 0 + c Gleichung 2: vf = a · N2 + b · N + c
Der Registrierungsteil des Profils wird dann berechnet
Die physikalischen Eigenschaften des Bewegungsprofils werden in dem Zeitgebiet berechnet, um festzustellen, ob die erforderliche Beschleunigung tatsächlich von dem ausgewählten Bewegungsregelsystem ausgeführt werden kann. Zum jetzigen Zeitpunkt werden wir den Standardencoder mit 1000 Zählern pro Teilung und 300 Containern pro Minute zum Beginn verwenden. enc_res := 1000Maschinenbasisencoderauflösung mach_speed: = 300Gewünschte Maschinenbasislaufgeschwindigkeit roller_dia: = 20Antriebsrolldurchmesser motor_res: = 8000Bahnantriebsmotorencoderauflösung
pos_cam_(N) = 9,99811862
Die Geschwindigkeit des Profils wird berechnet, indem die erste Ableitung des Positionsprofils genommen wird und dann die Beschleunigung des Profils genommen wird, indem die zweite Ableitung des Positionsprofils genommen wird. Die Funktionen sind im Folgenden wiedergegeben.

accel_cam(N) = 133264,73157412
Maximale Beschleunigung (mm/sec²)
Wie zuvor diskutiert wurde, unterliegt die Position des aufgebrachten Etiketts auf der Oberfläche eines Containers bei vielen Kundenanwendungen spezifischen Anordnungstoleranzen. Eine typische Anordnungstoleranz ist +/– 0,5 mm.
Die Designspezifikation dieser Maschine überschreitet eine maximale Containeroberflächengeschwindigkeit von 100.000 mm pro Minute. Wenn der Zeitbereich für die Anordnungstoleranz berechnet wird, stellen wir fest, dass die maximale aufsummierte Systemverzögerung 300 Mikrosekunden pro 0,5 mm zurückgelegten Wegs ist. Um die letztendliche Anordnungstoleranz zu erzielen, hat sich herausgestellt, dass das Regelsystem nicht mehr als 50 % des maximal gestatteten Fehlers beitragen kann. Der verbleibende Fehler basiert auf Material- und mechanischen Systemursachen.
Die zwei zeitkritischen Systeme sind das Bewegungsregelsystem gemäß 10 (ebenfalls in den Blöcken 521, 522, 524, 526, 530 in 19 gezeigt) und der Positionsregelprozessor 522, 528, 534. Die Zeitprobleme sind kritisch für die digitalen Signale, die den Positionsregelprozessor mit dem Bewegungsregelprozessor verbinden. Die Spezifikation der aufsummierten Interrupt-Serviceroutineverzögerung des Bewegungsregelprozessors 520 gemäß 17 und 19 ist 125 Mikrosekunden, was die Hochgeschwindigkeits-Input-Reaktionszeit und den Abschluss von Bewegungsalgorithmen "mathematisch-intensiver Aufgaben" einschließt. Die Spezifikation der Positionsbefehlverzögerung der Positionsregelprozessoren ist 25 Mikrosekunden. Aufgrund der hohen Anforderungen dieses Systems sind die folgenden sich auf den Positionsregelprozessor 520 beziehenden Details hierin beschrieben.
In 18 ist ein PLS/Encoder FPGA 446 gezeigt, der Signale von einem Quadratur-Encoder 464 und verschiedenen Sensoren 466 aufnimmt, diese Signale verarbeitet und in Verbindung mit einem Mikroprozessor 456 einen Satz von Regel-Outputs 468 generiert.
Der PLS/Encoder FPGA 446 nutzt die Tatsache aus, dass, obwohl eine mechanische Vorrichtung mit einer hohen Geschwindigkeit arbeiten kann, die erforderliche Zeit eines Encoders zum Bewegen von einer bestimmten Position in die nächste Position relativ lang ist, wenn man diese mit der möglichen Taktrate von Hochgeschwindigkeits-Logikvorrichtungen vergleicht. Der PLS/Encoder FPGA 446 benutzt die Zeit zwischen Encoderschritten zum Manipulieren eines Satzes von Regel-Outputs 468 und um den Systemmikroprozessor 456 vor auftretenden signifikanten Ereignissen zu warnen, indem ein Interrupt-Signal 470 verwendet wird. Eine detailliertere Beschreibung der Funktionsweise des PLS/Encoders FPGA 446 wird folgen.
Der PLS/Encoder FPGA 446 ist für den Antrieb der Outputs 472 und 474 verantwortlich, die derart zeitlich geplant sind, dass sie in die nächste volle Umdrehung (Teilung) des Encoders fallen. Der System-Mikroprozessor ist für die zeitliche Planung von Output-Ereignissen verantwortlich, die um eine oder mehrere volle Encoderrotationen verschoben werden müssen. Der PLS/Encoder FPGA kann dem System-Mikroprozessor 456 während einer einzigen Encoderrotation mehrere Interrupts 470 derart bereitstellen, dass der Mikroprozessor 456 ausreichend Gelegenheit hat, die Output-Regelkreise des PLS/Encoders FPGA zu konfigurieren, wenn verzögerte Output-Ereignisse nun in die aktuelle Encoderrotation (Teilung) fallen. Eine Aufteilung der Verantwortlichkeit für die Inter- und Intra-Teilungsereignisse zwischen dem Mikroprozessor 456 und dem PLS/Encoder FPGA 446 reduziert die Verarbeitungsanforderungen erheblich, die den Mikroprozessor 456 belasten, und erhöht die erreichbare Systemleistung.
Alle Signale, die in den PLS/Encoder FPGA 446 eingegeben werden, werden mit einem Kopf 440 verbunden und erfasst und ESD-geschützt mittels eines Input-Puffers 444. Alle Signale, die von dem PLS/Encoder FPGA 446 ausgegeben werden, werden gepuffert und ESD-geschützt mittels eines Output-Puffers 442, und einem Kopf 440 bereitgestellt.
Wie in 18 gezeigt, besteht ein Mikroprozessorsystem für allgemeine Zwecke aus einem Mikroprozessor IC 456, FLASH-Speicher 452 und SRAM-Speicher 454. Der Mikroprozessor 456 arbeitet in Verbindung mit dem PLS/Encoder FPGA 446, um die verschiedenen Regelsignale 468 zu generieren. Der Mikroprozessor 456 generiert ebenfalls ein Taktsignal 450, welches von dem PLS/Encoder FPGA 446 verwendet wird, um die Sensor-Inputs 466 und die Encoder-Inputs 464 abzutasten und zu filtern.
Wie in 18 dargestellt, besteht ein Host-Systembus-Interface aus einem Interface IC 458, dem Board-Adressenauswahlschalter 460 und einem Bus-Interface-Verbinder 462. Das Interface IC 458 stellt eine Brücke zwischen dem Host-Systembus und dem nativen Busprotokoll des Mikroprozessors 456 dar. Obwohl ein ISA-Bus in 18 gezeigt ist, könnte jeder Bus verwendet werden, in dem einfach, die von dem Interface IC 458 bereitgestellte Funktion rekonfiguriert würde. Zusätzlich zu der Bus-Brückenfunktion implementiert das Interface IC 458 eine direkte Verbindung 448 mit dem PLS/Encoder FPGA 446, was einen Hochgeschwindigkeitszugang zu Hardware-basierten Informationen, wie beispielsweise der Encoderposition, bereitstellt, ohne Erfordernis des Eingreifens durch den System-Mikroprozessor 456.
18 stellt eine detailliertere Ansicht des PLS/Encoders FPGA 446 bereit. Um dieses Diagramm zu vereinfachen, wurden alle adressdekodierenden und chipauswählenden Funktionen weggelassen, die ausgeführt werden, um auf die verschiedenen Hardwareressourcen zuzugreifen.
Wie in 18 dargestellt, werden alle Sensorensignale 466 und Encodersignale 464 digital gefiltert, die in den PLS/Encoder FPGA 446 eingehen. Die Signale werden gefiltert, um die Erkennung falscher Signalübergänge aufgrund von in den meisten Installationen vorkommenden Rauschen zu minimieren. Der Digitalfilter 480 besteht aus einem N-Bit-Schieberegister, welches mit jedem Input verbunden ist, wobei N typisch eine kleine Integer ist. Das Input-Signal wird kontinuierlich auf der aktiven Ecke des Filtertakts 450 verschoben. Wenn sich alle N-Bits des Schieberegisters auf demselben logischen Niveau befinden, wird der Output des digitalen Filters auf dieses Niveau umgeschaltet. Das Output-Niveau wird so gehalten, bis festgestellt wurde, dass sich alle N-Bits des Schieberegisters auf dem entgegengesetzten logischen Niveau befinden. Der von dem digitalen Filter verwendete Filtertakt stammt von dem System-Mikroprozessor 456 (18). Der Digitalfilter 480 synchronisiert ebenfalls die gefilterten Outputs mit dem hochfrequenten Takt, der alle verbleibende Logik des PLS/Encoders FPGA 446 antreibt.
Die drei Encodersignale 464, die gefiltert wurden 478, werden an den Encoder-Prozessor 482 weitergegeben. Der Z_ph-Input ist ein Referenzpuls von dem Encoder, der einmal während jeder Rotation (Teilung) des Encoders aktiv ist. Die anderen zwei Inputs (A_ph & B_ph) sind die Quadratur-Signale von dem Encoder. Die Phasenbeziehung zwischen diesen zwei Signalen wird benutzt, um die Richtung der Encoderrotation zu bestimmen. Die Kantenverschiebungen dieser beiden Signale werden benutzt, um ein absolutes Winkelpositionsmaß abzuleiten.
Der Encoder-Prozessor 482 verfolgt die A_ph- und B_ph-Inputs und überwacht den Z_ph-Input 478, um Regelsignale für einen Positionszähler 484 zu generieren, der die absolute Winkelposition der Encoderwelle verfolgt. Die Funktion der Regelsignale hängt von der Drehrichtung ab. Wenn das A_ph-Signal dem B_ph-Signal um 90° vorgeht, wird der Encoder als in die Vorwärtsrichtung rotierend angenommen. Wenn B_ph A-ph um 90° vorangeht, wird die Rotation als rückwärtsgerichtet angesehen.
Der Encoder-Prozessor 482 enthält ebenfalls ein Z-Verzögerungsregister, welches von dem Board-Mikroncontroller 456 geladen wird. Diese Funktion erlaubt es dem Satz von Positionsreferenzsystemparametern konstant zu bleiben, wenn ein neuer Encoder installiert wird. Der neue Encoder wird nahezu sicher mit einem rotatorischen Versatz relativ zu dem alten Encoder installiert. Der rotatorische Versatz wird kompensiert, indem das Zurücksetzen des Encoderpositionszählers um "n" A_ph und B_ph Kanten, nachdem ein Z_ph 478-Input detektiert wurde. "n" ist der in dem Z-Verzögerungsregister abgespeicherte Wert. Es sollte beachtet werden, dass bis zu einer vollständigen Umdrehung des Encoders erforderlich ist, um eine neue Z-Verzögerung aktiv werden zu lassen.
Wie zuvor ausgeführt wurde, werden die gefilterten Encodersignale 478 benutzt, um ein Regelsignal für einen Positionszähler 484 zu generieren, der die absolute Winkelposition der Encoderwelle verfolgt. Um die Winkelposition zu verfolgen, muss der Zähler 484 in der Lage sein, aufwärts zu zählen, abwärts zu zählen, auf Null zurückzusetzen und den maximalen Zählerwert zu laden. Der maximale Zählerwert ist gleich der Anzahl von Zählungen pro Umdrehung des Encoders mal 4 A_ph und B_ph Ecken pro Encoder Zählung. Zum Beispiel hat ein 1000 Zähl-Encoder eine maximale Zählung von 4000 Kanten pro Umdrehung. Die spezifische Funktion des Zählerregelsignals, das von dem Encoder-Prozessor 482 generiert wird, ist wie folgt.
Der Encoder-Prozessor gibt ein HINUNTER oder ein LADE aus, wenn die Z-Verzögerung abgelaufen ist, wenn eine der folgenden Bedingungen wahr ist:

B_ph ist logisch 0 und A_ph hat einen Übergang von hoch zu niedrig.
B_ph ist logisch 1 und Ach hat einen Übergang von niedrig zu hoch.
A_ph ist logisch 0 und B_ph hat einen Übergang von niedrig zu hoch.
A_ph ist logisch 1 und B_ph hat einen Übergang von hoch zu niedrig.

Der Encoder-Prozessor wird ein HOCH oder ein LÖSCHE ausgeben, wenn die Z-Verzögerung abgelaufen ist, wenn eine der folgenden Aussagen wahr ist:

B_ph ist logisch 0 und A_ph hat einen Übergang von niedrig zu hoch.
B_ph ist logisch 1 und A_ph hat einen Übergang von hoch zu niedrig.
A_ph ist logisch 0 und B_ph hat einen Übergang von hoch zu niedrig.
A_ph ist logisch 1 und B_ph hat einen Übergang von niedrig zu hoch.

Der Encoder-Prozessor 482 gibt ein systemtaktweites NEW_COUNT-Signal 512 bei jeder Zähländerung heraus, welches im Wesentlichen ein logisches "ODER" von LADE, LÖSCHE, HINAUF und HINUNTER.
Ein RICHTUNGS-Signal 524 wird von dem Encoder-Prozessor 482 aufrechterhalten, wobei das Signal logisch niedrig sein wird, wenn die Drehrichtung vorwärts ist und logisch hoch sein wird, wenn die Drehrichtung rückwärts ist.
Der Input-Filter 480 und der Encoder-Prozessor 482 stellen einen Satz von Signalen 478 bereit, die es externen Bewegungsregelsystemen gestatten, Zugriff auf die Winkelpositionsinformation zu haben, die von dem PLS/Encoder FPGA 446 generiert wurde. Die A-, B- und Z-Outputs sind Kopien der Encoder-Inputs verzögert von dem digitalen Input-Filter 480. Der Z_LÖSCHE-Output wird etwa 100 ns aktiv, bevor eine A- oder B-Output-Kante erforderlich ist, da die Verwendung des Z-Verzögerungsmerkmals die Verwendung der drei Encoderphasen zum Bestimmen des 0-Referenzpunkts des Systems verhindert.
Wie zuvor ausgeführt wurde, wird der Regelsignal-Output von dem Encoder-Prozessor 482 zum Regeln eines Positionszählers 484 vewendet, der einen Wert aufrechterhält, der die absolute Winkelposition der Encoderwelle wiedergibt. Da der Positionszähler 484 bei jedem Kantenübergang sowohl der A_ph- als auch der B_ph-Signale geändert wird, gleicht die Winkelpositionsmaßauflösung einem Viertel einer Encoderzählung. Zum Beispiel kann die Winkelposition eines 1000 Zählungen pro Umdrehungen-Encoders bis auf 1/4000 einer Umdrehung verfolgt werden, was 0,0016 Radian (0,09°) entspricht.
Da die Anzahl von Zählungen pro Umdrehung eines Encoders typischerweise keine Zweierpotenz ist, muss der Positionszähler 484 ausgebildet sein, um von 0 bis auf den maximalen Zählerstand herunterzuzählen und von dem maximalen Zählerstand auf 0 heraufzuzählen. Wie zuvor erwähnt wurde, entspricht der maximale Zählerstand dem Vierfachen der Anzahl von Zählungen pro Umdrehung des Encoders. Dieser maximale Zählerwert kann entweder fest verdrahtet in der Hardware enthalten oder als konfigurierbares Register innerhalb des Kreises des Positionszählers 484 implementiert sein.
Der absolute Winkelpositions-Output 504 des Positionszählers 484 wird von dem Takt-Generatorkreis 486 verwendet, um einen Satz von positionsbasierten periodischen Signalen zu generieren. All diese Signal-Outputs von dem Takt-Generatorkreis 486 werden auf logisch 0 gesetzt, wenn die absolute Winkelposition 504 0 ist.
Zwei der Signale 476, die von dem Takt-Generatorkreis 486 generiert sind, werden von externen Regelsystemen als Positionsreferenzen verwendet, wobei das Pitch_CLK-Signal einen Takt pro Encoderumdrehung bereitstellt, während das FINE_CLK-Signal 10 Takte pro Umdrehung bereitstellt.
Zwei der von dem Takt-Generatorkreis 486 herausgegebenen Signale werden verwendet, um den System-Mikrocontroller 456 bei verschiedenen Referenzpositionen innerhalb einer Umdrehung des Encoders zu unterbrechen. Eines der Signale 526 stellt zwei Interrupts pro Umdrehung bereit, während das zweite Signal 528 fünf Interrupts pro Umdrehung bereitstellt.
Zusätzlich zu den zwei positionsbasierten Signalen 526 und 528, die durch den Takt-Generatorkreis 486 generiert werden, kann der PLS/Encoder FPGA 446 einen Interrupt zu dem Mikroprozessor 456 generieren, wenn sich die Encoderposition 504 ändert und wenn eine aktive Kante an einem der Sensoren-Inputs 466 erkannt wird. Das Interrupt-Signal 470 wird von dem Übergangerkennungskreis 488 generiert, wenn ein aktiver Kantenübergang an einem der Inputs 516 erfasst wird. Ein Statusregister wird innerhalb des Übergangserkennungskreises 488 aufrechterhalten, wobei das Register 506 von dem System-Mikroprozessor 456 so gelesen werden kann, dass die Quelle des Interrupts ermittelt werden kann. Jeder der Inputs zu dem Übergangserkennungskreis 488 kann abgedeckt werden, um die Aktivierung des Interrupts 470 für diese Quelle zu blockieren, wobei dieses Register von dem System-Mikroprozessor 456 geschrieben wird.
Wenn der System-Mikroprozessor 456 Daten von dem PLS/Encoder FPGA 446 liest, leitet der Datenpuffer 494 die gewünschten Daten von dem internen Datenbus des PLS/Encoders FPGA zu dem Datenbus des Systemprozessors basierend auf der für den Zugang benutzten Adresse. Der Systemmikroprozessor kann entweder den Status des Übergangserfassungsstatusregisters 506 oder der gegenwärtigen Encoderposition 504 und der gegenwärtigen Encoderrotationsrichtung 524 einlesen.
Wenn der Encoderprozessor 482 ein NEW_COUNT-Signal 512 herausgibt, um anzuzeigen, dass sich die Encoderposition geändert hat, wird der Listenauswahlkreis 490 eine Reihe von 24 Adressen 518 durchlaufen. Die erforderliche Zeit zum Durchgehen von 24 Adressen und Ausführen der Funktionen, die mit jeder verbunden sind, bestimmt die Encoderauflösung und die Rotationsgeschwindigkeit, die von dem PLS/Encoder FPGA 446 behandelt werden können. Wenn z. B. der PLS/Encoder FPGA 446 bei 25 MHz arbeitet und jede Adresse acht Takte zum Verarbeiten benötigt, dauert das Durchlaufen der Adresse 7,7 uS. Somit kann ein 4000 Kanten-Encoder (1000 cnts/rev) in etwa 31 ms verarbeitet werden, welches einer Rotationsgeschwindigkeit von etwa 1900 U/min entspricht. Das vorangehende Beispiel unterstellt keinen Software-Overhead ("the preceeding example assumes no software over head") zum Planen von Output-Ereignissen. Es wird erwartet, dass die tatsächlich erreichbare Rotationsgeschwindigkeit etwa der Hälfte der Basishardwaregeschwindigkeit oder 950 U/min für einen 4000 Kanten-Encoder (1000 cnts/rev) beträgt.
Jede Listenauswahladresse 518 wird gleichzeitig auswählen:

Die Output-Gruppe PLS 496 oder Ein-Schuss 498, um damit zu arbeiten.
Den spezifischen Output innerhalb der ausgewählten Gruppe, einen von 472 oder 474.
Den Status, auf den ein ausgewählter PLS-Output 472 anzutreiben ist.
Die Einschaltzeit (dwell) für einen ausgewählten Ein-Schuss-Output 474.
Die Encoderposition 508, bei der die Outputfunktion stattzufinden hat.

Die Encoder-Position, bei der das Output-Ereignis aufzutreten hat 508, wird von einer Liste von Zielzählungen 492 ausgelesen und mit der aktuellen Encoderposition 504 von dem Gleichzeitsvergleichkreis 500 verglichen. Wenn die aktuelle Position 504 gleich der Zielposition 508 ist, wie von dem aktiv werdenden Signal 521 angezeigt, wird das ausgewählte Output-Ereignis auftreten.
Jeder PLS-Output 472 ist zwei Listen-Auswahladressen 518 zugewiesen, die auf Ziel-Encoderpositionen 508 zugreifen, die in der Liste von Zielzählungen 492 abgespeichert sind. Eine Adresse wählt die Ziel-Encoderposition 508 aus, bei der der Output 472 zu aktivieren ist, während die zweite Adresse die Ziel-Encoderposition 508 auswählt, bei der der Output zu deaktivieren ist.
Jeder Ein-Schuss-Output 474 ist einer einzigen Liste-Auswahladresse 518 zugewiesen, wobei diese Adresse die Encoderposition auswählt, bei der der Output 474 von der Liste von Zielzählungen 492 zu aktivieren ist. Dieselbe Adresse 518 wählt auch die Einschaltzeit (dwell) für den Output aus der Liste von Zielzählungen 492 aus.
Die Liste von Zielzählungen 492 wird in Chip-Dual-Port-RAM abgespeichert. Der Schreib-Port ist mit dem Board-Mikrocontroller 456 Bus verbunden, wobei die Werte in dem RAM in zufälliger Weise jederzeit aktualisiert werden können. Die Lese-Seite des Dual-Port-RAM wird von dem Liste-Auswahlkreis 490 geregelt, wie dies zuvor beschrieben wurde.
Der Ein-Schuss-Outputs-Regelkreis 498, der in 19 dargestellt ist, erfordert, dass der Output nach jedem Arbeitsvorgang wieder aufgerüstet wird. Dies wird erreicht, indem der System-Mikroprozessor 456 den Wert der Einschaltzeit (dwell) für den speziellen Ein-Schuss-Output 474 überschreibt. Dieses wurde gemacht, um es dem System-Mikroprozessor zu gestatten, Einstellungen der Anschlagsposition und der Einschaltzeit (dwell) für diese Outputs 474 zu machen, während er bei voller Geschwindigkeit arbeitet.
Der Ksa16-Reg-Kreis 502 stellt einen direkten Zugang zu der Encoderposition und mehreren Mailbox-Registern von dem Host-Backplane-Interface 458 her. Dieses direkte Zugriffsschema gestattet es dem Host-System, auf die am häufigsten erforderlichen Daten schnell zuzugreifen, ohne die Leistung des Systemprozessors 456 zu beeinträchtigen.

Claims

Verfahren zum Etikettieren von Containern (58), gekennzeichnet durch: Bereitstellen einer Containerhandhabungsmaschine, die eine Maschinenbasis (20) zum aufeinander folgenden Transport von Containern auf der Maschinenbasis an einer Etikettieraufbringungsstation (36, 38) vorbei aufweist, wobei die Maschinenbasis eine zugeordnete Positions-Feedbackvorrichtung zum Bereitstellen von Daten in elektronischer Form besitzt, wobei die Daten die Position der Maschinenbasis kennzeichnen, Bereitstellen eines Etikettaufbringers (68, 78) an der Etikettaufbringungsstation und eines elektronischen Signalgenerators (112) zum Identifizieren der Position jedes aufeinander folgenden Etiketts (306), welches durch den Etikettaufbringer ausgegeben wird, Bereitstellen eines Servomotors (150) zum Regeln des Etikettaufbringers, Bereitstellen eines Mikroprozessors (520), der wirkend mit dem Etikettaufbringer und der Positions-Feedbackvorrichtung verbunden ist, Bereitstellen eines Registrierungssensors (414), der mit dem Mikroprozessor verbunden und benachbart zu den Etiketten angeordnet ist, um die Position jedes Etiketts zu bestimmen, Bereitstellen eines Positionskorrektursensors (308), der mit dem Mikroprozessor verbunden und benachbart zu den Etiketten angeordnet ist, um die Position eines Oberflächenartefakts zu bestimmen, Veranlassen des Mikroprozessors zum Benutzen von Signalen, die durch die Positions-Feedbackvorrichtung, den Registrierungssensor und den Positionskorrektursensor bereitgestellt werden, um Signale an den Servomotor zu generieren, wobei dadurch die Position jedes aufeinander folgenden Etiketts relativ zu der Position eines zugeordneten Containers geregelt wird, und Veranlassen des Aufbringers zum aufeinander folgenden Aufbringen jedes Etiketts in einer ausgewählten Position auf jedem aufeinander folgenden zugeordneten Container relativ zu dem Ort des Oberflächenartefakts auf dem Container.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale dem Mikroprozessor (520) Daten bereitstellen, die eine erste Position jedes Containers (58) kennzeichnen, wobei eine entsprechende erste Position eines zugeordneten Etiketts (306) zum Aufbringen auf jeden Container bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (520) nach den entsprechenden ersten Positionen kontinuierlich entsprechende Positionen und Geschwindigkeiten mit einer Rate von einer Berechnung alle 125 Mikrosekunden berechnet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Etiketten (306) mittels einer Trägerbahn (79) transportiert werden und der Mikroprozessor (520) die Relativpositionen der Maschinenbasis (20) und der Trägerbahn mit einer Rate von mindestens einmal alle 125 Mikrosekunden bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Etiketten (306) auf einer Seite mit einem druckempfindlichen Kleber beschichtet und die Etiketten auf einer Transportträgerbahn (79) getragen sind, von der sie beim Aufbringen auf einen Container (58) getrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch das Bereitstellen eines Sensors (538) und das Benutzen des Sensors zum Bestimmen des Vorhandenseins oder Fehlens eines Containers (58) an einem ausgewählten Ort auf der Maschinenbasis (20), wobei der Sensor wirkend mit dem Mikroprozessor (520) verbunden ist, wodurch der Mikroprozessor den Etikettaufbringer veranlasst, ein Etikett auf jeden Container aufzubringen, dessen Vorhandensein festgestellt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenbasis (20) einen Drehteller (32) aufweist, der um eine vertikale Achse drehend angetrieben ist, und wobei eine Mehrzahl von Containerhaltern (34) in einer um den Umfang verteilten, beabstandeten Beziehung auf dem Drehteller angeordnet ist, der die Container (58) fortschreitend entlang eines kreisförmigen Wegs transportiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenbasis (20) einen Linearförderer (26) aufweist, wobei eine Mehrzahl von Containern (58) in einer zufällig beabstandeten Beziehung auf dem Förderer angeordnet ist und fortschreitend entlang eines linearen Wegs auf dem Förderer transportiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch das Benutzen des Mikroprozessors (520) zum Generieren von mindestens drei Funktionen zum Entwerfen eines Bewegungsprofils, mit einer ersten Funktion (422, 434) zum sanften Beschleunigen der Trägerbahn (79), die jedes aufeinander folgende Etikett (306) trägt, gemäß einer berechneten Funktion der Maschinenbasisposition, um eine definierte Kontaktposition auf einem zugeordneten Container (58) zu erreichen, einer zweiten Funktion (424, 436) zum Aufbringen jedes aufeinander folgenden Etiketts, wobei das Bewegungsprofil eine Funktion der Maschinenbasisposition in Bezug auf die Geometrie der Oberfläche des zugeordneten Containers während des Aufbringens ist, und einer dritten Funktion (426, 438) zum Abbremsen des Bahnmaterials nach dem Aufbringen des Etiketts.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Funktion (426, 438) weiterhin die Messung von Registrierungsfehlern nach der Aufbringung jedes aufeinander folgenden Etiketts (306) aufweist und dass jeder gemessene Fehler dazu verwendet wird, das Bewegungsprofil eines nachfolgend auf einen anderen Container (58) aufgebrachten Etiketts einzustellen.
Vorrichtung zum aufeinander folgenden Aufbringen eines Etiketts (306) auf jeden einer Reihe von Containern (58), gekennzeichnet durch eine Maschinenbasis (20), Mittel zum aufeinander folgenden Laden einer Mehrzahl von Containern in die Maschinenbasis, Mittel (34) zum Halten und Transportieren der Container in beabstandeter Beziehung auf der Maschinenbasis, eine Etikettaufbringungsvorrichtung (36, 38), die dazu dient, Etiketten einzeln nacheinander in einer Weise zu fördern, dass jedes Etikett einen zugeordneten Container kontaktiert, der zu einer der Etikettaufbringungsvorrichtung zugewandten Position transportiert wird, einen Servomotor (150) zum Regeln der Position und Geschwindigkeit der Etiketten, einen Mikroprozessor (520), der wirkend zum Regeln des Servomotors verbunden ist, einer Positions-Feedbackvorrichtung, die mit der Maschinenbasis und dem Mikroprozessor verbunden ist, um dem Mikroprozessor kontinuierlich Informationen zur Verfügung zu stellen, die den Ort jedes der Container auf der Maschinenbasis kennzeichnen, einem Registrierungssensor (414), der benachbart zu den Etiketten angeordnet ist, um die Position jedes der Etiketten zu bestimmen, wobei der Registrierungssensor mit dem Mikroprozessor verbunden ist, und einem Positionskorrektursensor (308), der benachbart zu den Etiketten angeordnet ist, um die Position eines Oberflächenartefakts zu bestimmen, wobei der Positionskorrektursensor mit dem Mikroprozessor verbunden ist, wobei der Mikroprozessor Signale benutzt, die durch die Positions-Feedbackvorrichtung bereitgestellt werden, wobei der Registrierungssensor und der Positionskorrektursensor den Servomotor veranlassen, jedes aufeinander folgende Etikett so zu leiten, dass es in einer gewählten Position auf jedem aufeinander folgenden, zugeordneten Container relativ zu dem Ort des Oberflächenartefakts auf dem Container aufgebracht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Etiketten (306) auf einer Seite mit einem druckempfindlichen Kleber beschichtet und die Etiketten auf einer Transportträgerbahn (79) getragen sind, von der sie beim Aufbringen auf einen Container (58) getrennt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Positions-Feedbackvorrichtung einen Rotationsencoder (274) aufweist, der eine Umdrehung durchläuft, wenn der Drehteller (32) um einen Abstand rotiert, der gleich dem Abstand zwischen zwei benachbarten Containern (58) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, weiterhin gekennzeichnet durch einen Sensor (538) zum Feststellen des Vorhandenseins eines Containers (58) in einem Containerhalter (34) des Drehtellers (32), wobei der Sensor wirkend mit dem Mikroprozessor (520) verbunden ist, wobei der Mikroprozessor den Etikettaufbringer dazu veranlasst, ein Etikett (306) auf einen festgestellten Container aufzubringen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, weiterhin gekennzeichnet durch einen Encoder, der mit dem Servomotor (150) zum Bereitstellen von Feedback an den Mikroprozessor (520) zum Identifizieren der Position und Geschwindigkeit der Etiketten (306) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenbasis (20) einen Drehteller (32) aufweist, der um eine vertikale Achse drehend angetrieben ist, und wobei eine Mehrzahl von Containerhaltern (34) in einer um den Umfang verteilten, beabstandeten Beziehung auf dem Drehteller angeordnet ist, um die Container (58) fortschreitend entlang eines kreisförmigen Wegs zu transportieren.
Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch Mittel zum Drehen der Halter (34) um eine vertikale Achse.
Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Mittel (26) zum Fördern der Container (58) weg von dem Drehteller (32) nach dem Aufbringen der Etiketten.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionskorrektursensor (308) weiterhin einen Sensor zum Feststellen von Containeroberflächenmerkmalen, wie beispielsweise Etiketten (306) oder Reliefs auf der Oberfläche des Containers (58) oder der Vorderkante des Containers, aufweist, wobei der Positionskorrektursensor wirkend mit dem Mikroprozessor (520) verbunden ist, wobei der Positionskorrektursensor die Position der festgestellten Merkmale bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 19, weiterhin gekennzeichnet durch Mittel zum Modifizieren der definierten Kontaktposition eines Etiketts (306) auf der Oberfläche eines zugeordneten Containers (58), die von Informationen abgeleitet wurde, die von dem Positionskorrektursensor (308) empfangen wurden.
Vorrichtung nach Anspruch 11, weiterhin gekennzeichnet durch Mittel zum Generieren von mindestens drei separaten Funktionen zum Entwerfen eines Bewegungsprofils, mit einer ersten Funktion (422, 434), die vor dem Etikettieren eine Bewegung zum Beschleunigen der Trägerbahn (79) gemäß einer berechneten Funktion einer festgestellten Position der Maschinenbasispositions-Feedbackvorrichtung definiert, um eine definierte Kontaktposition auf einem zugeordneten Container (58) zu erreichen, einer zweiten Funktion (424, 436) zum Aufbringen jedes aufeinander folgenden Etiketts (306), die eine Funktion der Maschinenbasisposition und der Geometrie der Oberfläche des zugeordneten Containers während des Aufbringens ist, und einer dritten Funktion (426, 438) nach dem Etikettieren zum Abbremsen des Trägerbahnmaterials nach dem Aufbringen des Etiketts.
Vorrichtung nach Anspruch 21, weiterhin gekennzeichnet durch eine Backup-Funktion (428, 440) zum Entwerfen eines Bewegungsprofils zum Sichern der Bahn vor der Beschleunigungsfunktion (422, 434), wodurch zusätzlicher Beschleunigungsabstand für die Trägerbahn (79) bereitgestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenbasis (20) aufeinander folgend Container (58) an mindestens einer ersten Etikettieraufbringungsstation (36) vorbeitransportiert, und einer zweiten Etikettaufbringungsstation (38), wobei die Feedback-Vorrichtung einen Encoder (274) aufweist und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines ersten Etikettaufbringers (68) und eines zweiten Etikettaufbringers (78), wobei jeder Aufbringer mit einem zugeordneten elektronischen Signalgenerator (112) zum Bestimmen der Position jedes aufeinander folgenden Etiketts (306) versehen ist, welches von dem Etikettaufbringer ausgegeben wird, Bereitstellen eines Servomotors (105) zum Regeln jedes der Etikettaufbringer, Bereitstellen mindestens eines Mikroprozessors (520), der wirkend mit den Etikettaufbringern und dem Encoder verbunden ist, Veranlassen des Mikroprozessors zum Generieren von Signalen an den Servomotor, wodurch die Position jedes aufeinander folgenden Etiketts relativ zu der Position eines zugeordneten Containers geregelt wird, Aufbringen eines ersten Etiketts (306) auf einen ersten Container, der von der Containerhandhabungsmaschine an dem ersten Etikettaufbringer vorbei zu einem ausgewählten Ort auf dem Container transportiert wurde, Feststellen des tatsächlichen Anbringungsorts auf dem ersten Container relativ zu dem ausgewählten Ort und Bereitstellen der Ergebnisse des ausgewählten Anbringungsorts an den Mikroprozessor in elektronischer Form, Verwenden der Ergebnisse der festgestellten Anbringung zum Einstellen der Position der Aufbringung eines zweiten Etiketts (358), das durch den Etikettaufbringer auf einem Container aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Etikett (358) auch auf den ersten Container (58) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Etikett (358) auf einen zweiten Container (58) aufgebracht und dessen Anbringung aufgrund des festgestellten tatsächlichen Anbringungsorts des Etiketts auf dem ersten Container korrigiert wird.