CN110300663B - 一种用于包装材料的印刷系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于向包装材料(3)卷材(1)提供印刷图像(30)的印刷系统。该印刷系统包括：检测单元(130)，其被配置为检测包装材料(3)上的特征(10)；控制单元(120)，其被配置为确定检测到的特征(10)的第一位置；以及具有多个印刷喷嘴(112)的印刷单元(110)。所述控制单元(120)还被配置为：确定要印刷的图像(30)的第二位置，所述第二位置是基于第一位置确定的，基于第二位置确定至少一个印刷喷嘴(112)以及激活至少一个印刷喷嘴(112)以便在第二位置将图像(30)印刷到包装材料(3)上。

Description

一种用于包装材料的印刷系统
技术领域
本发明涉及一种用于包装材料的印刷系统。更具体地，本发明涉及一种用于在包装材料卷材上印刷图像的可调节的印刷系统。
背景技术
在包装工业中，特别是对于生产用于诸如液体食品之类的内容物的单个消费的包装，包装是通过成形和密封平坦的包装材料来制造的。包装材料被生产为连续的卷材，所述包装材料通常包括基体材料的中心层，所述中心层的两侧上覆盖有一个或多个聚合物层。
填充机接收层压包装材料卷材的一端，并且多个站以连续的方式提供包装材料所需要的处理。这些站可以例如包括进料、灭菌、管状成形、填充、密封和切割、以及最终成形，以便提供单个即用型包装流。
包装材料卷材以极高的速度运行；实现高达每小时40,000个包装的机器速度在商业上是可获得的。在包装材料的层压和生产过程中，高速同样得到使用，由此卷材的速度大约为400米/分钟或更高。
卷材的制造以及卷材通过填充机的运输要求高的、连续的精确位置控制。例如，包装材料的制造可以包括提供折叠折痕线、预切割孔、外部装置(例如盖或类似物)、以及印刷的图案(例如套准标记和装饰)的步骤。特别地，印刷可以在单独的步骤中进行，并且最终包装的外观将取决于不同特征的对准。在转变工厂或填充机中的生产期间，在包装材料的连续定位中不受控制的变化可能引起各种类型的错误。
因此，不仅希望提供在预切孔和折痕线之间的高精度对准，而且还希望提供印刷图案或标记相对于折痕线、预切孔以及相对于先前的印刷图案的高精度对准。因此，对于上述的高速应用来说，很难实现印刷图案的正确、连续的定位，特别是如果在操作期间包装材料卷材突然未对准的情况下。
专利公开No.WO2010/071543涉及一种使压印图案与印刷图案对准的方法，并且涉及由一个或多个相同印刷源在距压印标记的对准距离处进行印刷标记的印刷，以便在机器方向上使压印操作对准对彩色装饰印刷操作。印刷方法是苯胺印刷。
专利公开No.WO2013/131746涉及一种印刷单元系统，每个印刷单元具有在要印刷的卷材的整个宽度上设置的印刷喷嘴阵列，在该系统中，要使用的印刷单元的宽度(即将沿每个印刷机的宽度激活的喷嘴的数量)取决于操作员在设置印刷系统到特定打印宽度时输进的输入。
公开号No.US2009/0260739涉及在泡罩包装卷材上的印刷，该印刷在卷材的机器方向上对准卷材的特征的位置，使得在正确的位置制作印刷的特征。
发明内容
本发明的目的是至少部分地克服现有技术的一个或多个上述限制。特别地，一个目的是改进印刷图像在包装材料卷材上的连续定位。因此，当衬底卷材在高速制造过程中被传递时，图像或标记被印刷到卷材的表面上，并且印刷图像的定位连续且动态地与在高速过程中的传递期间衬底卷材的位置的任何变化相适应。
为了解决这些目的，提供了一种用于向包装材料卷材提供印刷图像的印刷系统。该印刷系统包括：检测单元，其被配置为连续地检测包装材料上的特征；控制单元，其被配置为连续地确定检测到的特征的第一位置；以及印刷单元，其具有多个印刷喷嘴。所述控制单元还被配置为确定待印刷的图像的第二位置，该第二位置是基于第一位置确定的，基于第二位置确定至少一个印刷喷嘴以印刷该图像，以及激活所确定的至少一个印刷喷嘴以便在第二位置将图像印刷到包装材料上。
所述特征选自包括卷材的侧面边缘、折痕图案、预切割特征、外部装置(例如盖)和预印刷图案的组。
所述印刷检测单元可以是光学检测单元，例如光学行扫描仪。
所述印刷单元可以是二进制阵列印刷机。
所述印刷单元的分辨率可以是600dpi(每英寸点数)或更高，例如1200dpi或更高。
所述印刷单元可以在包装材料卷材的总宽度的至少一部分上延伸，例如延伸跨越包装材料卷材的整个宽度，或仅延伸跨越包装材料卷材的宽度的部分。可以相对于检测单元的位置和/或相对于印刷单元的位置确定检测到的特征的第一位置。
根据第二方面，提供了一种用于向包装材料卷材提供印刷图像的方法。该方法包括：提供检测单元，该检测单元被配置为检测包装材料上的特征；提供控制单元，该控制单元被配置为确定检测到的特征的第一位置；提供具有多个印刷喷嘴的印刷单元；确定待印刷的图像的第二位置，第二位置基于第一位置确定；基于第二位置确定至少一个印刷喷嘴以印刷该图像；和激活所确定的至少一个印刷喷嘴以便在第二位置处将该图像印刷到包装材料上。
印刷系统和方法可以应用于包装材料的制造过程中或者包装过程中，即应用于包装容器(例如基于纸盒的包装容器)的形成、填充和密封的过程中，所述包装容器由层压包装材料卷材或层压包装材料片材制成，并填充有液体或半液体食品。
本发明的其他目的、特征、方面和优点将从下文的详细描述以及附图中显现。
附图说明
现在将参考所附的示意图，通过示例描述本发明的实施方式，其中
图1是形成卷材的一部分的包装材料的顶视图。
图2示意性地示出了根据实施方式的方法。
图3是根据实施方式的印刷系统的示意图。
图4是用于与图3中所示的印刷系统一起使用的印刷装置的示意图。
图5a示出了由图3中所示的印刷系统提供的印刷图像的第一示例。
图5b示出了由图3中所示的印刷系统提供的印刷图像的第二示例。
图6a-b是印刷装置的部件的示意图。
图7是根据另一实施方式的印刷系统的示意图。
图8是根据实施方式的方法的示意图。
具体实施方式
在图1中，示出了包装材料3卷材1的一部分。包装材料3具有若干特征，以便形成单独的包装。这些特征可以是例如包括折痕线5、预层压孔7和一个或多个印刷图像30。如图1所示，在包装材料3的制造过程中，设定卷材1的尺寸以提供若干区段12a-c、13a-c，由此设定每一个区段12a-c、13a-c的尺寸以生产单个包装。区段12a-f在长度方向MD和横向方向CD上依次布置。优选地，区段12a-c、13a-c在横向方向CD上交错，以减少折痕期间的振动。
如上所述，可以出于各种目的提供印刷图像30。其可以例如形成用于未来处理包装材料的参考标记，或者其可以包括某些信息，这些信息可以被读取并用于可追溯或认证。在其他情况下，印刷图像30是装饰的一部分，即其唯一目的是有利于待形成的包装的美学外观。
包装材料3优选地在转变设备中制造，其中在纸基材料的中心层的两侧层压一个或多个聚合物层。包装材料3通常包括中心材料层、外层和内层。
施加到中心材料层一侧的外层适于提供待生产的包装的外表面，所述外表面和外层面对包装的周围环境。内层施加到中心材料层的另一侧，并且其适于提供待生产的包装的内表面，所述内表面与包装中包含的产品接触。
中心材料可以是用于为包装材料3提供刚性的片材，并且可以优选地由例如纸板或硬纸板之类的材料制成。
外层可包括至少一层聚合物材料，其在层压处理中施加到中心材料层上。此外，构成外层的层之一可以是构成待形成的包装的外观的装饰层。将外层层压到中心材料层的处理优选地在将图像30印刷到包装材料3上之后进行。
层压包装材料的内部部分可包括至少一层聚合物材料，所述内部部分位于中心层的内部的、相对侧上。用于成品包装内部的包装材料的内部部分可以例如包括(从中心材料层开始)：层压层、保护层(如铝箔)和密封层，所述保护层用作阻挡气体(例如氧气)的屏障，所述层压层使得中心材料能够粘附到所施加的任何保护层，而所述密封层使得包装能够密封。
包装材料3的聚合物层可以是任何合适类型的聚合物材料，优选热塑性材料，例如聚烯烃，例如聚乙烯。
或者，在制造层压包装材料的过程之后，将图像30印刷到包装材料3上。那么根据另一实施方式，印刷系统可以形成填充和包装机的一部分，并且印刷方法可以在包装材料卷材或片材的最外层上进行，即在层压材料的面对由包装材料制成的包装容器的外部环境的一侧上进行。
在描述用于向包装材料3提供印刷图像的印刷系统的细节之前，将参照图2简要描述方法20。当将印刷图像30添加到包装材料3时，执行许多后续步骤。从步骤21开始，将包装材料3进给送入转变站，并且光学读取器连续扫描卷材1的表面，以便检测包装材料3上的预先施加的特征。这种特征可以例如对应于包装材料3的侧边缘、预层压孔7、特定折痕线5等。
当检测到该特征时，在步骤22中激活印刷单元。印刷单元包括多个印刷喷嘴，所述多个印刷喷嘴布置在垂直于包装材料3卷材1的进给方向的方向上延伸的阵列中，所述印刷单元在激活时接收与印刷图像的预期位置有关的数据以及与预期图像内容有关的数据。印刷图像的预期位置以检测到的特征的位置为基础。
在步骤23中执行：控制印刷单元，即设置操作参数以便在特定时间激活多个印刷喷嘴中的一个或多个。在操作中，即当根据设置的控制方案激活印刷单元时，激活的印刷喷嘴将印刷物质(例如墨水)排出到包装材料3上。印刷单元的激活优选地以脉冲方式进行，由此在每一个脉冲期间激活特定数量的印刷喷嘴。当包装材料3卷材1进给通过印刷系统时，每一个脉冲将提供印刷图像的一行，由此印刷图像在进给方向上扩大。一旦印刷好，印刷图像可通过诸如照相机、扫描仪或人眼之类的光学装置读取。
因此操作印刷单元以在印刷包装材料3卷材1上形成后续的印刷线的该步骤形成将印刷图像10提供到包装材料3上的步骤24。
应当注意的是，识别参考特征的放置或位置的变化可以基于多个测量，而不仅仅基于对单个特征的位置的测量。多个且不同的图像到特征的距离将至少增加两个主要的优点。第一，使用若干特征来确定印刷图像的正确位置将提供更好的准确度，因为来自单个读数的任何误差可以由于多个读数减小。第二，通过测量几个不同特征的位置，可以记录包装材料上可能存在的任何类型的特征的位置变化，并将测量的位置分配给唯一的参考ID。由此该信息随后可以通过检索该信息来使用并且可以用于相应地调整填充机的行为(或根据包装材料的尺寸特性调整任何其他制造过程)。
图3中示出了印刷系统100的示例。如已经参考图2所解释的，印刷系统100被配置为与包装材料3卷材1一起操作，卷材1沿纵向方向MD向前进给(如图3中的箭头所示)。重要的是，这种配置允许印刷系统100与现有的转换站配合，现有的转变站通常通过层压将中心材料层(例如纸板或硬纸板)转变成包装材料3。优选地，在层压站的上游提供所述印刷系统100，所述压层站用于将外层提供到中心材料层上。
印刷系统100的目的是将一个或多个印刷图像30提供到包装材料3上。这通过一个或多个印刷单元110实现，每一个印刷单元110连接到控制单元120。
每一个印刷单元110相对于周围设备布置在固定位置。这意味着每一个印刷单元110将具有固定位置，即也相对于进给通过印刷系统100的包装材料3卷材1在横向方向上。
如在图3的示例中可以看到的，包装材料3卷材1的尺寸被设定为使得卷材1的整个宽度对应于形成两个包装所需的宽度。区段12a-e纵向对齐，而区段13a-e纵向对齐并且与区段12a-e相邻布置。该配置用于增加转换期间的生产量；在将包装材料3送入填充机之前，通常通过纵向切割操作将区段13a-e与区段12a-e分开。如同已经说明的那样，每一个区段12a-e，13a-e被设计为形成一个包装。
当包装材料3卷材1向前行进时，每一个印刷单元110将被激活以向包装材料3提供印刷图像30。为了控制印刷单元110的操作，提供了控制单元120并将其连接到印刷单元110。
控制单元120还连接到至少一个光学检测单元130，该光学检测单元130面向包装材料3卷材1布置，以检测一个或多个参考特征10。在所示的示例中，参考特征10被表示为预印刷标记，但是如前所述，参考特征10可以对应于包装材料卷材1的侧面边缘、预层压孔、特定折痕线等。重要的是，要求参考特征10能通过光学检测单元130检测到。
检测单元130可以例如实现为相机或行扫描仪。检测单元130不仅被配置为检测特征10的存在，而且还被配置为检测特征10的位置。例如，可以使用虚拟坐标系来确定特征10的位置，在所述虚拟坐标系中，明确限定了检测单元130和印刷单元110的位置。
因此，控制单元120接收与检测到的特征(或几个不同特征)对应的信号，或者可选地，控制单元120自身通过分析从检测单元130接收的信号来确定检测到的特征10的存在和位置。控制单元120还可以接收与卷材速度相关的输入。基于参考特征10的位置，控制单元120被配置为控制印刷单元110的操作，使得印刷图像30具有相对于参考特征10的正确位置。
印刷单元110的细节在图4中示出。在该示例中，印刷单元110具有耦合到至少一个墨源117的多个印刷喷嘴112，每一个喷嘴112可由控制单元120单独控制。应注意的是，仅仅对喷嘴112中的一些提供了附图标记。每一个喷嘴112面向包装材料3卷材1。如图4所示，喷嘴112优选地布置成线性阵列。印刷单元110优选地包括数千个喷嘴112，其中相邻喷嘴112之间的距离非常的小。例如，印刷单元110的分辨率可以是每英寸600个点或甚至更高，例如1200dpi或更高。这意味着两个相邻喷嘴之间的距离为40微米或更小。
每一个喷嘴112具有唯一的ID，并且每一个喷嘴112的位置可在与用于确定参考特征10的位置的坐标系相同的坐标系中检索到。通过确定参考特征10的位置，并且获知印刷图像30的所期望的位置，控制单元120能够激活相对于包装材料3卷材1定位的特定喷嘴112，使得在所期望的位置提供实际印刷图像30。
在图5a和5b中，示出了印刷图像30的两个不同示例。在图5a中，印刷图像30形成条形码50，其可以由合适的扫描仪读取。在图5b中，印刷图像30采用二维码60的形式，例如QR码或类似物。对于两个示例，印刷图像30是方形的，即横向方向上的分辨率等于纵向方向上的分辨率(X*X像素)。然而，这不是必需的。横向分辨率由被激活的喷嘴112的数量确定，而纵向分辨率由当包装材料3卷材1通过印刷单元110时连续激活的线的数量确定。因此，印刷图像30可具有其他横向上的延伸，由此限制由印刷单元110的尺寸设定。
在图6a和6b中，示出了用于印刷单元110的控制方案的示例。在这些图中，喷嘴112以菱形示出，活动的喷嘴112标记为黑色，即当前正在喷射墨水的喷嘴112。应该注意的是，在这些图中也仅对少数喷嘴112提供了附图标记。
当印刷单元110被激活时，即当随着包装材料3卷材1通过印刷单元110确定提供印刷图像的线时，控制单元120控制墨通过各个喷嘴112的排出。重要的是，喷嘴112是可以单独控制的。在图6a中，激活了十四个喷嘴来排出墨，而图中所示的其余七个喷嘴是不活动的。一系列喷嘴112的激活代表一个脉冲。脉冲时间可能非常短，特别是如果包装材料3卷材1是以高速运行的话。例如，为了在以400米/分钟运行的卷材上沿进给方向也实现600dpi(每英寸点数)的分辨率，需要将脉冲时间设定为大约6微秒。
在第一脉冲之后立即发出下一个脉冲，并相应地控制喷嘴112。从图6b中可以看出，对于该脉冲，另一组喷嘴112被激活以将墨排出到包装材料3上。通过继续发出脉冲，印刷图像30将沿纵向方向扩大，直到在包装材料3上提供了整个印刷图像30。
到目前为止，已经描述了用于在包装材料3上的固定位置处提供印刷图像30的印刷系统100。然而，如根据下文可以理解的，印刷系统100也可以用于在不同位置提供印刷图像，尤其是用于确保印刷图像30相对于包装材料3的其他特征10的正确位置。
在图7中，示出了印刷系统100'的另一个示例。印刷系统100'包括延伸跨越包装材料3的整个宽度的印刷单元110'。对于上述印刷单元110，提供了面向移动的包装材料3的多个印刷喷嘴112，每一个喷嘴可以通过控制单元120单独控制。
包装材料3具有一个或多个参考特征10。提供参考特征10用来帮助正确定位印刷图像30。印刷系统100'中包括检测单元130，所述检测单元130检测参考特征10的存在和位置，尤其是侧向或横向的位置。检测到的参考特征10的位置被发送到控制单元120，控制单元120然后将要印刷的图像的期望位置与参考特征10的位置相关联。此外通过获知卷材1的速度，控制单元120因此可以激活相关喷嘴112，以使得印刷图像30的位置在横向和进给方向上都是正确的。
应当注意的是，对于卷材1的下游部分，一组喷嘴112a用于在卷材1的左侧部分上印刷图像30，而另一组喷嘴112b用于在卷材1的右侧部分上印刷图像30。在每一组喷嘴112a-b内，特定喷嘴112以脉冲方式激活，以便在卷材1向前移动时形成扩大的图像30。
如图7所示，由于发生了一些制造误差，在一定时间之后，卷材1向右偏移。当发生这种偏移时，检测单元130将检测参考特征10的另一侧向位置，由此控制单元120将据此确定印刷单元110'的新的输出组112c-d，以使得印刷图像30相对于参考特征10正确地定位。
在图8中，示出了方法200的示意图。执行方法200来向包装材料3卷材1提供印刷图像30，方法200包括以下内容。在201中，提供了检测单元130，其被配置为连续地检测包装材料3上的特征10。在202中，提供了控制单元120，其被配置为连续地确定检测到的特征10的第一位置，并且在203中，提供了具有多个印刷喷嘴112的印刷单元110。
在204中，确定要印刷的图像30的第二位置，所述第二位置是基于第一位置确定的。在205中，基于第二位置确定至少一个印刷喷嘴112，并且在206中激活至少一个印刷喷嘴112，以便在第二位置将图像30印刷到包装材料3上。
从以上描述可以看出，尽管已经描述和示出了本发明的多种实施方式，但是本发明并不限于此，而是还可以在所附权利要求限定的主题范围内以其他方式实施。

Claims (11)

1.一种用于向包装材料(3)卷材(1)提供印刷图像(30)的印刷系统，包括：
检测单元(130)，其被配置为连续地检测所述包装材料(3)上的特征(10)，所述特征(10)选自包括所述卷材的侧面边缘、折痕图案、预切割特征、外部装置和预印刷图案的组，
控制单元(120)，其被配置为连续地确定检测到的所述特征(10)的第一位置，以及
印刷单元(110)，其具有多个印刷喷嘴(112)，其中
所述控制单元(120)还被配置为：
确定要印刷的图像(30)的第二位置，所述第二位置是基于所述第一位置确定的，
基于所述第二位置确定至少一个印刷喷嘴(112)以印刷所述图像(30)，以及
激活所确定的所述至少一个印刷喷嘴(112)，以便在所述第二位置将所述图像(30)印刷到所述包装材料(3)上。
2.根据权利要求1所述的印刷系统，所述外部装置是盖。
3.根据权利要求1或2所述的印刷系统，其中所述检测单元(130)是光学检测单元(130)。
4.根据权利要求3所述的印刷系统，其中所述光学检测单元(130)是光学行扫描器。
5.根据权利要求1或2所述的印刷系统，其中所述印刷单元(110)是二元阵列印刷机(110)。
6.根据权利要求1或2所述的印刷系统，其中所述印刷单元(110)的分辨率为600dpi或更高。
7.根据权利要求1或2所述的印刷系统，其中所述印刷单元(110)的分辨率为1200dpi或更高。
8.根据权利要求1或2所述的印刷系统，其中所述印刷单元(110)延伸跨越所述包装材料(3)卷材(1)的整个宽度。
9.根据权利要求1或2所述的印刷系统，其中检测到的所述特征(10)的所述第一位置是相对于所述检测单元(130)的位置确定的。
10.根据权利要求1或2所述的印刷系统，其中检测到的所述特征(10)的所述第一位置是相对于所述印刷单元(110)的位置确定的。
11.一种用于向包装材料(3)卷材(1)提供印刷图像(30)的方法，该方法包括：
提供检测单元(130)，所述检测单元(130)被配置为检测所述包装材料(3)上的特征(10)，
提供控制单元(120)，所述控制单元(120)被配置为确定检测到的所述特征(10)的第一位置，
提供具有多个印刷喷嘴(112)的印刷单元(110)，
确定要印刷的图像(30)的第二位置，所述第二位置是基于所述第一位置确定的，
基于所述第二位置确定至少一个印刷喷嘴(112)以印刷所述图像(30)，以及
激活所确定的所述至少一个印刷喷嘴(112)，以便在所述第二位置将图像(30)印刷到所述包装材料(3)上。
CN201880012289.5A 2017-03-10 2018-03-09 一种用于包装材料的印刷系统 Active CN110300663B (zh)

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