CN108163447B - 自动化包装纸箱印刷装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种自动化包装纸箱印刷装置及使用方法，其中装置包括：由现场操控端和远程监控端组成的操作层、分别与所述现场操控端和远程监控端连接的PLC构成的控制层、以及分别与所述PLC连接的，由传送装置、测量装置、定位装置和印刷装置组成的设备层；所述现场操控端接入现场显示装置和输入装置；所述远程监控端接入上位机；所述传送装置用于使包装纸箱模型沿水平方向移动；所述测量装置用于测量所述包装纸箱模型的尺寸；所述定位装置用于定位所述包装纸箱模型的印刷区域；所述印刷装置根据定位装置定位的印刷区域对包装纸箱模型进行印刷操作。本发明的技术方案操作简单、便捷、安全，在实现自动化印刷的情况下，实现节约人力资源。

Description

自动化包装纸箱印刷装置及使用方法

技术领域

本发明属于包装纸箱制造领域，尤其涉及一种自动化包装纸箱印刷装置及使用方法。

背景技术

目前的瓦楞纸箱印刷产线自动化、智能化水平较低，瓦楞纸箱印刷过程需要至少3个人来配合才能完成，而且整个过程全部为人工手动的方式。这种方式人力成本高，而且印刷效率比较低。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明采用以下技术方案：

一种自动化包装纸箱印刷装置，其特征在于，包括：由现场操控端和远程监控端组成的操作层、分别与所述现场操控端和远程监控端连接的PLC构成的控制层、以及分别与所述PLC连接的，由传送装置、测量装置、定位装置和印刷装置组成的设备层；所述现场操控端接入现场显示装置和输入装置；所述远程监控端接入上位机；所述传送装置用于使包装纸箱模型沿水平方向移动；所述测量装置用于测量所述包装纸箱模型的尺寸；所述定位装置用于定位所述包装纸箱模型的印刷区域；所述印刷装置根据定位装置定位的印刷区域对包装纸箱模型进行印刷操作。

优选地，所述现场显示装置和输入装置由触摸屏设备实现；所述上位机为PC，包括现场监控模块、工艺参数配置模块、状态显示模块、数据记录模块和告警模块。

优选地，所述传送装置包括防滑输送带，以及通过变频器驱动防滑输送带的交流电机；所述防滑输送带使包装纸箱模型沿水平方向移动；所述变频器连接PLC，并根据PLC的控制使防滑输送带启动、停止、加速或减速。

优选地，所述包装纸箱模型的轮廓为矩形，表面带有能使包装纸箱模型组装成为纸箱的多道压痕；所述多道压痕将包装纸箱模型的表面划分为包括印刷区域在内的多个区域。

优选地，所述测量装置与所述防滑输送带平行地设置在包装纸箱模型的移动路径上，包括与包装纸箱模型移动方向平行设置的测量单元X和与包装纸箱模型移动方向垂直设置的测量单元Y；所述测量单元X包括旋转编码器X，所述旋转编码器X的安装位置高于防滑输送带，使测量轮在通过包装纸箱模型时与包装纸箱模型之间产生摩擦力；所述测量单元Y为由气缸Y驱动的旋转编码器Y，所述旋转编码器Y的安装位置高于防滑输送带，使测量轮在通过包装纸箱模型时与包装纸箱模型之间产生摩擦力；所述旋转编码器X和测量单元Y将采集到的包装纸箱模型两个方向的尺寸数据传输至PLC。

优选地，所述包装纸箱模型在防滑输送带上贴边放置，测量单元Y设置在防滑输送带的另一边，所述测量单元Y替换为，包括：由伺服电机Y带动的设有挡板的丝杆Y、以及光电传感器Y，当所述光电传感器Y检测到挡板贴近包装纸箱模型的边缘时，所述伺服电机Y停止运转。

优选地，所述定位装置设置在包装纸箱模型的移动路径上，包括：图像采集部分和印刷区域定位部分；所述图像采集部分包括垂直安装在防滑输送带所在平面上方，且图像采集区域覆盖包装纸箱模型最大尺寸的工业相机、为所述工业相机图像采集区域提供照明的照明光源、以及分别连接工业相机、照明光源和PLC的视觉控制器；所述印刷区域定位部分设置在PLC中，根据图像采集部分采集的包装纸箱模型图像，通过对压痕的识别得到纸箱模型表面的区域划分，并通过测量装置采集的包装纸箱模型尺寸数据和上位机下发的印刷区域判别规则得到印刷区域的定位信息。

优选地，所述定位装置还包括与PLC连接的声光报警装置、与所述视觉控制器连接的显示器、硬盘和鼠标。

优选地，所述印刷装置包括一台或多台移印机；每一台所述移印机独立设置在一个移动式龙门支架上；所述移动式龙门支架通过设置在所述防滑输送带两侧的导轨沿包装纸箱模型传送方向移动；所述移印机通过移动式龙门支架的龙门垂直于包装纸箱模型传送方向移动；所述移印机包括下压气缸、刮墨气缸、及丝网印刷板；所述移动式龙门支架通过横向行走伺服电机和纵向行走伺服电机驱动移印机的移动；所述移动式龙门支架的底部设有与所述导轨配合的滑动轮；所述移印机的底部设有与移动式龙门支架的龙门上设置的纵向导轨配合的纵向滑动轮；所述横向行走伺服电机和纵向行走伺服电机与PLC连接。

以及，本发明装置优选方案的使用方法，其特征在于，包括以下步骤；

步骤一：防滑输送带带动包装纸箱模型前进；

步骤二：当包装纸箱模型通过测量装置时，包装纸箱模型X方向尺寸由测量单元X测得，Y方向尺寸由测量单元Y测得；

步骤三：定位装置采集包装纸箱模型图像后通过图像边缘检测算法提取包装纸箱模型的边界和折痕得到纸箱模型表面的区域划分，并匹配通过测量装置测得的包装纸箱模型尺寸得到区域划分的精确定位信息；

步骤四：定位装置通过预设的，由上位机下发的印刷区域判别规则从区域划分中筛选出印刷区域的定位信息；

步骤五：根据印刷区域的定位信息，移印机提前移动到位，并对包装纸箱模型表面的印刷区域进行印刷操作。

本发明的技术方案操作简单、便捷、安全，在实现自动化印刷的情况下，实现节约人力资源、并且印刷效率需要比人工印刷有很大提升，用机器视觉识别代替人工对印刷位置的识别，极大提高了效率和精确程度；通过模块化的设计思路降低了日常检修和维护的难度，同时能够做到原料、生产和参数数据的维护，能够有效促进社会生产力的提升，同时具备良好的市场价值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

图1是本发明实施例整体结构示意图；

图2是本发明实施例1中测量装置示意图；

图3是本发明实施例2中测量装置示意图；

图4是本发明实施例中包装纸箱模型示意图；

图5是本发明实施例中定位装置示意图；

图6是本发明实施例中印刷装置俯视示意图；

图7是本发明实施例中印刷装置主视示意图；

图8是本发明实施例中印刷装置侧视示意图；

图9是本发明实施例使用方法流程示意图；

图中：1-移印机；2-包装纸箱模型；3-防滑输送带；4-导轨；5-下压气缸；6-丝网印刷板；7-纵向行走伺服电机；8-刮墨气缸；9-横向行走伺服电机；10-滑动轮；11-纵向导轨；12-纵向滑动轮。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举2个实施例，作详细说明如下：

本发明2个实施例中所称包装纸箱，一般可理解为用于包装的瓦楞纸箱，所称的包装纸箱模型，则一般可理解为瓦楞纸箱组装成型为纸箱之前的近似平面的形态。

如图1所示，本发明2个实施例均包括：由现场操控端和远程监控端组成的操作层、分别与现场操控端和远程监控端通过交换机连接的PLC构成的控制层、以及分别与PLC连接的，由传送装置、测量装置、定位装置和印刷装置组成的设备层；现场操控端接入现场显示装置和输入装置；远程监控端接入上位机；传送装置用于使包装纸箱模型2沿水平方向移动；测量装置用于测量包装纸箱模型2的尺寸；定位装置用于定位包装纸箱模型2的印刷区域；印刷装置根据定位装置定位的印刷区域对包装纸箱模型2进行印刷操作。

其中，远程监控端的要旨在于接入上位机，以实现上位机对下位机（PLC）的统筹和控制，其设置的位置不限，比如，将远程监控端在空间上与现场操控端放在一起，不影响本发明实施例发明目的实现。

PLC主要由CPU模块、数字量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、脉冲模块、通信模块等组成。通过对气缸、伺服电机、变频器、旋转编码器测量轮等设备进行状态监测和控制，以及对于各类传感器信号的采集等，从而实现整个生产过程的自动化控制。在本发明的2个实施例中，传感器主要用于检测包装纸箱模型2、测量装置、印刷装置是否移动到位，并反馈给PLC。

在本发明的2个实施例中，现场显示装置和输入装置由触摸屏设备实现；上位机为PC，包括现场监控模块、工艺参数配置模块、状态显示模块、数据记录模块和告警模块。

其中PC主要提供参数设置、数据显示、远程监控、告警提醒、告警查询、显示报表、操作日志、权限设定和查询事故记录等功能；触摸屏设备主要提供参数设置、实时监控、显示报表、根据不同权限登录等功能。

在本发明的2个实施例中，传送装置包括防滑输送带3，以及通过变频器驱动防滑输送带3的交流电机；防滑输送带3使包装纸箱模型2沿水平方向移动；变频器连接PLC，并根据PLC的控制使防滑输送带3启动、停止、加速或减速。

其中，防滑输送带3包括3条并排设置的防滑输送带3，以扩大防滑输送带3的宽度，能够适应尽可能大尺寸包装纸箱模型2的需求。

如图4所示，在本发明的2个实施例中，使用的包装纸箱模型2的轮廓为矩形，表面带有能使包装纸箱模型2组装成为纸箱的多道压痕；多道压痕将包装纸箱模型2的表面划分为包括印刷区域在内的多个区域。在放置到防滑输送带3上时，包装纸箱模型2的一边与防滑输送带3平行放置。

在本发明的2个实施例中，测量装置与防滑输送带3平行地设置在包装纸箱模型2的移动路径上，包括与包装纸箱模型2移动方向平行设置的测量单元X和与包装纸箱模型2移动方向垂直设置的测量单元Y；测量单元X包括旋转编码器X，旋转编码器X的安装位置高于防滑输送带3，使测量轮在通过包装纸箱模型2时与包装纸箱模型2之间产生摩擦力。旋转编码器X可在包装纸箱模型2移动通过测量装置的过程中，完成对包装纸箱模型2的X方向尺寸的测量。

如图2所示，在本发明的第1个实施例中，测量单元X中的旋转编码器X通过气缸X驱动，此时，当包装纸箱模型2移动至测量装置所在区域时，防滑输送带3停止运行，气缸X驱动旋转编码器X的测量轮完成测量。

测量单元Y为由气缸Y驱动的旋转编码器Y，旋转编码器Y的安装位置高于防滑输送带3，使测量轮在通过包装纸箱模型2时与包装纸箱模型2之间产生摩擦力；旋转编码器X和测量单元Y将采集到的包装纸箱模型2两个方向的尺寸（X方向尺寸和Y方向尺寸）数据传输至PLC。

在具体的使用过程中，旋转编码器的测量轮安装在气缸的机械结构上，当包装纸箱模型2经防滑输送带3传送到位后，以测量单元Y为例，当气缸Y收到开始测量的信号后，气缸Y的轴伸出，带动旋转编码器的测量轮往Y轴的负方向运动，当测量轮与包装纸箱模型2接触后，由于测量轮和包装纸箱模型2之间的摩擦力，测量轮开始随着直线运动而旋转。当测量轮离开包装纸箱模型2时，Y轴上的测量完成。而此时旋转编码器则记录下本次测量轮旋转的圈数，经过换算之后就能得到Y轴方向上的长度。同理，X轴方向上的长度使用此方法也能测量出。为了保证测量过程的准确性和安全性，本实施例在各个测量位置加装接近开关或行程开关。

如图3所示，在本发明的第2个实施例中，相比于第1个实施例，在X方向上，用伺服电机X取代气缸X，以驱动旋转编码器X的测量轮。

包装纸箱模型2在防滑输送带3上贴边放置，测量单元Y设置在防滑输送带3的另一边，测量单元Y替换为，包括：由伺服电机Y带动的设有挡板的丝杆Y、以及光电传感器Y，当光电传感器Y检测到挡板贴近包装纸箱模型2的边缘时，伺服电机Y停止运转。在具体的使用过程中，在Y轴的方向上，丝杆Y在伺服电机Y的驱动下进给带动挡板运动，当挡板接近包装纸箱模型2的边缘时，伺服电机Y减速并且配合光电传感器停止，由于伺服电机Y及丝杆Y的初始位置到防滑输送带3上可测量位置的最大距离是固定的，只要将总长减去丝杆Y进给的长度就可以得到包装纸箱模型2的Y方向尺寸。

本发明实施例2相比于实施例1克服了由气缸驱动带来的不稳定性，在性能和准确度上有一定的优势。

本发明2个实施例中，旋转编码器可选用西克品牌的DBV50E-22AKA2000。

如图4所示，现有的包装纸箱模型2的印刷主要是通过人工以压痕的位置观察判断后确定印刷位置的，在一般工厂的照明条件下压痕单单从人眼视觉上看并不是很显著，更增大了人眼判断的难度和批量处理带来的疲劳程度。

如图5所示，在本发明的2个实施例中，定位装置设置在包装纸箱模型2的移动路径上，包括：图像采集部分和印刷区域定位部分；图像采集部分包括垂直安装在防滑输送带3所在平面上方，且图像采集区域覆盖包装纸箱模型2最大尺寸的工业相机，以便能够适应各种不同大小包装纸箱模型2的需求、为工业相机图像采集区域提供照明的照明光源，照明光源可设置在防滑输送带3的侧上方，并通过专门的光源电源供电、以及分别连接工业相机、照明光源和PLC的视觉控制器；印刷区域定位部分设置在PLC中，根据图像采集部分采集的包装纸箱模型2图像，通过对压痕的识别得到纸箱模型表面的区域划分，并通过测量装置采集的包装纸箱模型2尺寸数据和上位机下发的印刷区域判别规则得到印刷区域的定位信息。

其中，PLC根据包装纸箱模型2的运行状态和位置控制工业相机的启动和图像采集，在收到启动脉冲之后，启动一帧扫描；照明光源的安装原则是，不遮挡工业相机的视场、不在包装纸箱模型2形成强反光，且根据需要可以设置一个或多个。工业相机采集图像之后，视觉控制器可通过图像边缘检测算法提取包装纸箱模型2的边界和折痕。

在本发明的2个实施例中，定位装置还包括与PLC连接的声光报警装置、与视觉控制器连接的显示器、硬盘和鼠标；其中，显示器和鼠标作为外围辅助器件以增强和方便对视觉控制器的操控，外接的硬盘主要是为了增强视觉控制器对大批量采集图像的存储功能，而声光报警装置对定位装置在系统正常运行过程中无法检测到包装纸箱模型2或出现其他异常情况时启动声光报警。

作为优选方案，本发明的2个实施例中，视觉控制器可采用搭载Matlab图像处理程序的PC或欧姆龙品牌的FH-1050，后者为优选；工业相机可采用欧姆龙品牌的FZ-S5M2；照明光源可采用沃德普品牌的FQG2-300X300W；声光报警器可采用亚松电子的LTA305WJ-3。

如图6、图7、图8所示，本发明的2个实施例中，印刷装置包括一台或多台移印机1；每一台移印机1独立设置在一个移动式龙门支架上；移动式龙门支架通过设置在防滑输送带两侧的导轨4沿包装箱模型传送方向移动；移印机通过移动式龙门支架的龙门垂直于包装箱模型2传送方向移动。

移印机1包括下压气缸5、刮墨气缸8、及丝网印刷板6；此外，移动式龙门支架通过横向行走伺服电机9和纵向行走伺服电机7驱动移印机的移动。移动式龙门支架的底部设有与导轨4配合的滑动轮10；移印机1的底部设有与移动式龙门支架的龙门上设置的纵向导轨11配合的纵向滑动轮12。

横向行走伺服电机9和纵向行走伺服电机7与PLC连接。

本发明的2个实施例中，移印机1为2台。

收到PLC传输的待印刷位置后，2台移印机1通过移动式龙门支架调整至适当的待印刷位置后即开始印刷工作，此时，下压气缸5向包装箱模型2的待印刷面动作，将丝网印刷板6贴合在待印刷面上，之后刮墨气缸8推动墨在丝网印刷板6上往复一次完成印刷，最后，所有气缸复位，该次包装箱模型2的印刷完成。

如图9所示，本发明2个实施例的使用方法包括以下步骤；

步骤一：防滑输送带3带动包装纸箱模型2前进；

步骤二：当包装纸箱模型2通过测量装置时，包装纸箱模型2X方向尺寸由测量单元X测得，Y方向尺寸由测量单元Y测得；

步骤三：定位装置采集包装纸箱模型2图像后通过图像边缘检测算法提取包装纸箱模型2的边界和折痕得到纸箱模型表面的区域划分，并匹配通过测量装置测得的包装纸箱模型2尺寸得到区域划分的精确定位信息；如图4所示，在取得边界和折痕信息的情况下，如果再获得边界尺寸信息，则可获得折痕在包装纸箱模型2表面上的精确位置；

步骤四：定位装置通过预设的，由上位机下发的印刷区域判别规则从区域划分中筛选出印刷区域的定位信息；其中，如图4所示，预设的印刷区域信息至少包括哪些区域需要印刷，以及印刷的具体位置与折痕和边界的相对距离；

步骤五：根据印刷区域的定位信息，移印机1提前移动到位，并对包装纸箱模型2表面的印刷区域进行印刷操作，PLC以包装纸箱模型2相互垂直的2个边界作为相对位置的起点，根据印刷区域的定位信息可直接得到移印机1需要位移的量，从而控制移印机1的移动。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的自动化包装纸箱印刷装置及使用方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种自动化包装纸箱印刷装置，其特征在于，包括：由现场操控端和远程监控端组成的操作层、分别与所述现场操控端和远程监控端连接的PLC构成的控制层、以及分别与所述PLC连接的，由传送装置、测量装置、定位装置和印刷装置组成的设备层；所述现场操控端接入现场显示装置和输入装置；所述远程监控端接入上位机；所述传送装置用于使包装纸箱模型沿水平方向移动；所述测量装置用于测量所述包装纸箱模型的尺寸；所述定位装置用于定位所述包装纸箱模型的印刷区域；所述印刷装置根据定位装置定位的印刷区域对包装纸箱模型进行印刷操作；

所述传送装置包括防滑输送带，以及通过变频器驱动防滑输送带的交流电机；所述防滑输送带使包装纸箱模型沿水平方向移动；所述变频器连接PLC，并根据PLC的控制使防滑输送带启动、停止、加速或减速；

所述包装纸箱模型的轮廓为矩形，表面带有能使包装纸箱模型组装成为纸箱的多道压痕；所述多道压痕将包装纸箱模型的表面划分为包括印刷区域在内的多个区域；

所述测量装置与所述防滑输送带平行地设置在包装纸箱模型的移动路径上，包括与包装纸箱模型移动方向平行设置的测量单元X和与包装纸箱模型移动方向垂直设置的测量单元Y；

所述定位装置设置在包装纸箱模型的移动路径上，包括：图像采集部分和印刷区域定位部分；所述印刷区域定位部分设置在PLC中，根据图像采集部分采集的包装纸箱模型图像，通过对压痕的识别得到纸箱模型表面的区域划分，并通过测量装置采集的包装纸箱模型尺寸数据和上位机下发的印刷区域判别规则得到印刷区域的定位信息。

2.根据权利要求1所述的自动化包装纸箱印刷装置，其特征在于：所述现场显示装置和输入装置由触摸屏设备实现；所述上位机为PC，包括现场监控模块、工艺参数配置模块、状态显示模块、数据记录模块和告警模块。

3.根据权利要求1所述的自动化包装纸箱印刷装置，其特征在于：所述测量单元X包括旋转编码器X，所述旋转编码器X的安装位置高于防滑输送带，使测量轮在通过包装纸箱模型时与包装纸箱模型之间产生摩擦力；所述测量单元Y为由气缸Y驱动的旋转编码器Y，所述旋转编码器Y的安装位置高于防滑输送带，使测量轮在通过包装纸箱模型时与包装纸箱模型之间产生摩擦力；所述旋转编码器X和测量单元Y将采集到的包装纸箱模型两个方向的尺寸数据传输至PLC。

4.根据权利要求3所述的自动化包装纸箱印刷装置，其特征在于：所述包装纸箱模型在防滑输送带上贴边放置，测量单元Y设置在防滑输送带的另一边，所述测量单元Y替换为，包括：由伺服电机Y带动的设有挡板的丝杆Y、以及光电传感器Y，当所述光电传感器Y检测到挡板贴近包装纸箱模型的边缘时，所述伺服电机Y停止运转。

5.根据权利要求3或4所述的自动化包装纸箱印刷装置，其特征在于：所述图像采集部分包括垂直安装在防滑输送带所在平面上方，且图像采集区域覆盖包装纸箱模型最大尺寸的工业相机、为所述工业相机图像采集区域提供照明的照明光源、以及分别连接工业相机、照明光源和PLC的视觉控制器。

6.根据权利要求5所述的自动化包装纸箱印刷装置，其特征在于：所述定位装置还包括与PLC连接的声光报警装置、与所述视觉控制器连接的显示器、硬盘和鼠标。

7.根据权利要求5所述的自动化包装纸箱印刷装置，其特征在于：所述印刷装置包括一台或多台移印机；每一台所述移印机独立设置在一个移动式龙门支架上；所述移动式龙门支架通过设置在所述防滑输送带两侧的导轨沿包装纸箱模型传送方向移动；所述移印机通过移动式龙门支架的龙门垂直于包装纸箱模型传送方向移动；所述移印机包括下压气缸、刮墨气缸、及丝网印刷板；所述移动式龙门支架通过横向行走伺服电机和纵向行走伺服电机驱动移印机的移动；所述移动式龙门支架的底部设有与所述导轨配合的滑动轮；所述移印机的底部设有与移动式龙门支架的龙门上设置的纵向导轨配合的纵向滑动轮；所述横向行走伺服电机和纵向行走伺服电机与PLC连接。

8.一种使用如权利要求7所述的自动化包装纸箱印刷装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤；

步骤一：防滑输送带带动包装纸箱模型前进；

步骤二：当包装纸箱模型通过测量装置时，包装纸箱模型X方向尺寸由测量单元X测得，Y方向尺寸由测量单元Y测得；

步骤三：定位装置采集包装纸箱模型图像后通过图像边缘检测算法提取包装纸箱模型的边界和折痕得到纸箱模型表面的区域划分，并匹配通过测量装置测得的包装纸箱模型尺寸得到区域划分的精确定位信息；

步骤四：定位装置通过预设的，由上位机下发的印刷区域判别规则从区域划分中筛选出印刷区域的定位信息；

步骤五：根据印刷区域的定位信息，移印机提前移动到位，并对包装纸箱模型表面的印刷区域进行印刷操作。