专利名称：控制包装材料上印刷的图案和三维图案之间对准的方法
技术领域：
本发明涉及用于控制包装件中印刷的图案和三维结构(例如折痕和孔)之间的对 准的方法和设备。本发明还涉及将该控制用于控制在运动的材料卷材上的重复切断的方法。
背景技术：
当将坯料形成不同类型的包装容器时，材料卷材在转换过程中的某些点上将提供 有折叠标记，称为折痕，并且还可能具有为了用作开口装置的孔。从卷材切下的坯料然后将 沿该折痕折叠以形成最终的包装容器。具体地，这涉及由用于制造适于包装液体食品的层 压包装材料的纸或纸板层组成或包括这样的层的材料卷材。除了该折痕，该材料卷材还提 供有印刷的图案，所以若干压痕装置(往往是辊子)与印刷机协调运行。对于最终的包装 容器，为了获得所期望的外观和构造，在该印刷的图案正确定位的情况下，印刷的图案、折 痕和可能的孔在该材料卷材相对彼此正确定位是决定性的。在随后的包装件成形中，决定 性的是印刷的图案、折痕和孔处于正确的相互关系或对准，以便不会干扰后续填充机器的 运行，并且该印刷的图案和该折痕可以到达他们在最后的包装件上期望的位置。当今，精细 调节印刷的图案和折痕相对彼此的位置在当该印刷机准备好运行时基本手动进行。运行过 程中，通常不进行控制该印刷的图案和折痕是否置于相对彼此正确的关系，这会导致许多 离开该包装和填充机的包装容器或多或少在该印刷的装饰图案和该折痕图案或该孔之间 有点对应不正确。该折痕线横向延伸或斜角穿过，或者可以在该材料卷材移动方向的纵向延伸，该 孔(如果有)的位置可位于该折痕线之间。用作开口装置的孔可以不同的方式在该材料卷材中制作。传统上，当向该材料卷 材提供折叠标记，该孔是在相同或类似的操作中以机械方式冲出来的。根据更新的技术，孔 在该材料卷材转换下游的后续操作中切断，这个转换导致层压包装材料。
发明内容
本发明的一个目的是促进监测和控制印刷的图案和三维结构(如折痕和/或孔) 之间的对准，以及在必要时执行修正。这在运行中连续实行。此外，使用一个相同的设备用 以识别该印刷的图案和该折痕/该孔两者的位置。该孔可以机械方式冲压或者使用其他合 适的制孔设备形成。为了识别该三维结构(特别是该折痕但也有孔(如果有的话))以及对准它们的 位置，使用三角测量技术。按照本发明，使用高强度、聚焦光源，例如激光光源或LED(发光 二极管)，以及照相机，其设置为例如45°的相互固定角度。该聚焦光源，优选地为激光器， 向该卷材发射光束，该直线光束在该材料卷材的表面上投射成一条直线，这个投射的直线 会在折痕或孔处偏斜，因为该折痕相对该材料卷材的其余部分向上或者向下突出，以及因 为孔代表该位置不存在材料。该投射的线的偏斜在该照相机中记录下来，并且，在所记录的图像的帮助下，就可以计算该折痕的位置和几何形状，以同样的方式可确定孔的位置和几 何形状。这称为三维(3D)测量。除了折痕线和可能的孔，还对印刷的、对比对准标志的位置进行根据本发明的测 量，其利用描述为以二维(2D)进行的测量而进行。该对准标志标识该印刷的图案的位置。 测量对准标志时，使用分散、散播光线，其优选地是来自激光线的反射光线，不太优选地是 来自另一光源，以便在确定该折痕或该孔的位置和几何形状的同时获取该对准标志的图 像。当激光束或激光线反射向材料卷材的表面时，其光线在不同的角度以散布、非聚焦的方 式分散离开该表面。分散的光与聚焦的光不同，其例如直接来自激光光源并形成平行光束 而不是分散的。当聚焦光到达不光滑、非高反射性的表面时，如纸的表面，其在纸表面的平 面反射，从而其照亮更大的面积。激光源的严格聚焦的光也以这种方式在该纸面中分散，由 于这个原因分散的、散布的光也由激光束形成，其在该材料卷材的表面投射成一条直线。如 果该材料由纸或者纸板组成，材料表面中的光最大程度地分散，但是在其他表面中也发生。 特别地，这种光分散还在塑料涂覆的纸面以类似的方式进行，因为塑料层起到透镜的作用， 其允许穿过，该入射光进一步向下到达下面的纸面。通过采用来自反射的激光线的分散光， 该二维测量不需要额外的光源，由此可简化测量设备和测量方法。术语高度反射性表面这 里用来表示有光泽的金属表面和起到镜面作用的表面。凭借上面公开的分别以3D和2D同时进行的测量，就可以在同一图像中确定对准 标志与至少一个折痕线和/或冲制的孔的距离是否对应预定值。如果该测量值不对应该预 定值，则对该压痕工具、任何可能的制孔设备和该印刷机进行相互调节。该两种测量可同时 进行，甚至在该印刷的标记3和该折痕线2之间的距离相对较大时，例如达到该印刷机中一 个重复单元的长度，具体地是一个包装件长度，即使对准标志和折痕线之间的距离越短时 它们在图像中分辨率和精确度分别自然地越高。按照本发明又进一步方面，该对准标志的测得位置此外还用来控制用于孔切断、 穿孔等在该材料卷材反转的后续下游操作的设备。按照这个方面，孔切断或穿透利用激光 按照已知技术进行，而不是与该压痕操作相关以机械方式形成孔。采用这个切断设备，重复 开口的图案在移动材料卷材中产生，这些开口例如用于在最终的包装件中形成开口装置的 一部分。按照本发明，该对准标志的测量因此可用于控制该折痕到达正确的位置，以及用 于控制对该材料卷材具有某些作用的工具。基于印刷位置，因此可以确定该折痕在正确的 位置，并且可能的开口或穿孔进入正确的位置。为了根据前面所述的分析该图像，基于该对准标志识别包装件的类型，并且进行 可能的压痕工具、制孔设备和/或印刷机修正，使用计算机。在该计算机中，通常输入对于 具体的包装件类型待测量的当前距离的预定值，该包装件类型在该对准标志和任何可能的 折痕的位置辅助下识别。本发明中固有的进一步目的和优点对于阅读下面的当前优选实施例的详细描述 的技术人员是显而易见的。
本发明现在将在下文更详细地描述，辅以当前优选实施例和参照附图。在附图
图1是示意性说明按照本发明的测量原理的立体图；图2是示意性说明相关测量原理的侧视图；图3是按照本发明的测量装置一个示例的简化侧视图；图4是按照图3的测量装置的端面视图；以及图5是说明例如激光切断装置的控制的简化草图。
具体实施例方式参照附图，在材料卷材1 (由其形成用于食品的包装容器)到达按照本发明的测量 位置之前，其已经通过压痕工具和印刷机。在该压痕工具中，折痕或折痕线2沿该材料卷材 1行进的方向或横过该方向形成。该包装件将沿这些折痕线2折叠，其形成三维结构。在该 印刷机中，文字和/或图像印刷在该材料卷材1上，该印刷根据最终包装件的外观而变化。 该印刷包括对准标志3，凭借该标志可以监测和控制该印刷装置的位置。该对准标志3可以 不同的方式形成，以便例如识别不同的包装件和与折痕2的预定距离。该对准标志优选利 用有反差的面板形成并构成二维结构。一般，不同对准标志的外观存储在用于识别的计算 机中。该材料卷材1往往表现为具有若干平行部分的卷材，其可用于同种包装容器或不 同种包装容器。按照本发明的测量和分析，激光线4设在横过该材料卷材的方向，如图1和2所 示，以便测量横切折痕线。也可以在行进方向的横向设置激光线，如果需要测量纵向折痕 线。该激光线在至少一个折痕线和一个印刷对准标志上方延伸。在图2所示的例子中，该激光线4的照射相对该材料卷材1的角度为45°。在该 材料卷材上形成该激光线4的区域正上方，设置照相机6以便重现投射的激光线由于在该 卷材上存在折痕或其他三维结构(如孔)导致的偏斜。照相机6可以是例如CCD照相机。 因此提供该激光器5以在相对该材料卷材1的45°角度发出激光束7。该激光线4在该折 痕2断开，其通过该照相机6中感应的线8的改变而记录，该线在图1通过虚线暗示。对于 感应和记录该折痕2，该测量是从具有凹陷的一侧进行(如图1中)还是从具有突出的一侧 进行不重要。重要的是监测到的感应的线8的变化。图2中，点14表示由该照相机6感应 的该激光束7的位置。通过采用该分散、散布的光，其在来自该激光线4的光在该材料卷材 的表面反射时出现，也照亮该对准标志3，并且还将在该照相机6中获得该对准标志3的二 维图像，其也由图1中用于该感应的线8的虚线暗示。使用该照相机6，感应更大的面积，其在图2中用虚线15示出。该对准标志3和折 痕线2由此将包含在同一图像中，通过分析可获得对准标志3和折痕线2之间的实际距离。 一般，相关对准标志3和折痕线2的每次通过时获取若干图像，由这些图像计算距离的统计 平均值。这个平均值之后将是为每个包装件给出的对准标志3和折痕线2之间距离的值。 该对准标志3上和折痕线2 (测量距其的距离)上的这些点可以变化，但是在每个单独的情 况中必须是清晰的。例如，可以测量该折痕2的中心到该对准标志3中心的距离。计算机(未示)连接到该激光器5和该照相机6，也还连接到用于该压痕工具和该 印刷机的调节设备。另外，该计算机存储当前不同种类包装件的信息，当在对准标志的帮助下通过手动收入或其他方式识别出相关的材料卷材1时，取回该信息。该计算机还执行图 像分析和那些基于这个分析进行的计算。因为该计算机中不同部分本身不是唯一的，所以 在这个公开中将进一步对他们进行描述。该对准标志3 ( 一般印刷成黑色)也可被对齐，如果其处于印有另一个比对准码更 淡的颜色的表面上，只要该对准标志3和该印刷表面之间有足够的反差。实践中，只要该对 准标志3没有印在黑色表面上都可以感应。在图3和4所示的实施例中，该激光器5和该照相机6安装公共单元中。该激光 器5和该照相机6安装在公共支架9上，其将该激光器5和该照相机6保持在预定的相互 位置上。该支架9转而可移动地沿轨道10设置。该支架9可凭借运行在该轨道10的轮子 而移动。阅读这个说明书的技术人员将认识到该包括该激光器5和该照相机6的单元的构 造和移动可以许多不同的方式设置。最常见的，每个支架9上设置两对激光器5和照相机 6，其中各个单元安装在所需的相对彼此的角度。在第一次精细调节过程中，测量在多个平行卷材上卷材与卷材之间连续进行，以 便记录该卷材之间任何可能的差。如上面所公开的，一般来说有多个平行卷材，其中卷材的 数量往往在3到10之间变化。在该精细调节之后，在中心卷材上不断进行，因为这个卷材 与其余卷材的关系是已知的并且可由此简单地计算其余卷材的变化。该第一次精细调节也 可用于识别相关的卷材和从该计算机取回明确用于那个卷材的期望的预定值。如果该统计 平均值偏离预定的、所期望的对准标志3和折痕线2之间的距离，则将信号发送到该压痕工 具和/或印刷机的调节机构以调节各个单元的转速。由此，在运行期间可自动调节对准标 志3和折痕线2之间的距离。通过连续的测量，检测到任何可能的偏差并且快速修正。此外，其采用闭环。本发 明的结果是，相比现有技术，现在可以将对准标志3和折痕线2之间距离的公差降低一个数量级。在某些类型包装件上，在该材料卷材的变化线路的后续下游操作中提供开口或制 作穿孔。优选地，利用激光器切割、按照现有技术进行。这些开口和穿孔可用于接收具体的 开口装置、接收吸管、便于打开该包装件等。这种可能的开口和穿孔到达相对于印刷和折痕 线正确的位置是至关重要的。除了所描述的本发明的用途，上述三角测量技术此外可用于确定该材料卷材的厚 度和其在按照本发明的转换过程的调节上横向方向的位置。按照本发明又进一步方面，该对准标志3的位置和对准用于控制设在该转换线下 游的单元，例如激光切割器，以便在该材料卷材1中切割重复的图案，例如孔11或穿孔。该 材料卷材1的横向方向在图5以箭头13示出。对于该激光切割器的定位，背离的点因此是 该对准标志3的位置，在修正印刷和折痕2之间的距离的变化的情况下。由此可以将该切 断图案(例如孔11)设在相对该包装件的印刷和折痕2的正确位置。通过以不同的方式形 成该对准标志3，可以检测相关的包装件是否提供有孔11并且还控制可能的孔11所要具有 的构造和大小。图6示意性说明如何基于对准标志3及其与折痕线2的关系确定例如孔或 其他切割11的位置12。
权利要求
一种控制用于包装容器的材料卷材中对准标志和至少一个三维结构之间对准的方法，特征在于聚焦的光束以与所述结构相交的方向设置，其中该结构通过三维测量中的三角测量来识别，以及该对准标志通过在来自光源的发散的光中的二维测量来对准。
2.如权利要求1所述的方法，其中该对准标志采用由该聚焦的光束的光在该材料卷材 的表面中反射产生的发散的光通过二维测量对准。
3.如权利要求1或2任一项所述的方法，其中该聚焦的光束是激光线。
4.如权利要求3所述的方法，其中该测量在激光器的帮助下进行，其设置为相对设在 测量区域正上方的照相机一定角度设置，其中对准标志和三维结构之间的距离通过图像分 析建立。
5.如权利要求4所述的方法，其中对在同一对对准标志和三维结构快速顺次获取的多 个图像的分析结果用于产生该对准标志和该结构之间实际距离的统计平均值。
6.如前述任一权利要求所述的方法，其中该三维结构由折痕组成。
7.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其中该三维结构由孔组成。
8.如权利要求6或7所述的方法，其中该统计平均值与预定的所需值对比，并且如果测 得值与该预定的值的差到一定程度，则调节压痕工具、制孔设备和/或印刷机的速度，其中 速度变化的大小由测得值和预定值之间的差确定。
9.如权利要求8所述的方法，其中该制孔设备由冲头组成。
10.如前述任一权利要求所述的方法，其中该测量在多个平行卷材之一上进行，在这种 情况下，在精细调节阶段，测量在所有卷材上顺次进行，以便识别出不同的卷材类型和每种 卷材的对准标志和三维结构之间的特征距离。
11.一种用于测量如前述权利要求任一项中所述的方法中的、用于包装容器材料卷材 (1)的对准标志(3)和至少一个三维结构(2)之间对准的设备，特征在于其包括激光器(5) 和照相机(6)，彼此成一定角度(α)设置。
12.如权利要求11所述的设备，其中该角度(α)是大约45°。
13.如权利要求12所述的设备，其中该激光器(5)和该照相机(6)设在公共支架(9) 上，所述支架(9)可移动地设在轨道(10)中。
14.如权利要求11所述的设备，其中该激光器(5)和该照相机(6)连接到计算机，用以 控制、对准和图像分析，所述计算机还用于控制压痕工具/冲压工具和印刷机的速度。
15.如权利要求11所述的设备，其中该照相机(6)由CCD照相机组成。
16.如前述任一权利要求中所述的方法和/或设备的用途，特征在于该方法和/或该设 备用来控制用于重复从材料卷材(1)切断的单元的位置。
17.如权利要求16所述的用途，其中对准标志(3)的位置被当作测量所需切断(11)的 位置(12)的起始点。
18.如权利要求17所述的用途，其中该对准标志(3)的位置测量利用之前测量的印刷 和三维结构(2)之间的距离的变化来修正。
19.如权利要求16所述的用途，其中用于切断操作的单元由激光切割器组成。
20.如权利要求16至19任一项所述的用途，其中该对准标志(3)的识别用来控制该切 断(11)的构造、尺寸和位置。
全文摘要
本发明涉及控制包装件形成中的印刷和三维结构(如折痕(2))之间对齐的方法和设备。本发明还涉及该方法和/或该设备在控制用于材料卷材(1)(由其形成包装件)重复切断或穿孔的单元的应用。在该控制中，聚焦的、高强度光束(如激光线)(4)被置于相关的折痕(2)的等分方向。该一个或多个折痕(2)的位置通过感应所投射的激光线(4)的偏转确定。来自该激光线(4)的发散光线可用来对准对准标志(3)的位置。如果该对准标志(3)和折痕(2)之间的差超过预定的值，则自动调节压痕工具和/或印刷机。
文档编号G01N21/86GK101918819SQ200880125319
公开日2010年12月15日 申请日期2008年12月17日 优先权日2008年1月23日
发明者加博尔·本克, 拉斯·帕姆, 芒努斯·达尔 申请人:利乐拉瓦尔集团及财务有限公司