Brevet FR2841178A1 — publié le 20031226

la position predeterminee. 28411 78 L'etat de ['art. La presente invention concerne un dispositif permettant le deplacement rapide des fetes d'impression pour etiquettes. Le dispositif selon la description comporte des moyens de deplacement, d'encodage de precision et de controle de vitesse et de position. Dan s l 'industrie alimentaire en particulier, le s emballage s de produits frais doivent comporter des indications diverges qui renseignent le consommateur sur les informations concernant le lieu de fabrication, la date limite de consommation, etc.. De surcroit, pour faciliter le suivi de ces produits, des codes a barres vent souvent inclus. L'impression de ces indications precedemment citees, doit se faire en temps reel sur la chaine de fabrication du produit en synchronisme avec la cadence de fabrication et par consequent, subit les memes contraintes imposees a celle-ci, a savoir: vitesse d'impr-ession, la precision de ltemplacement de ['impression, etc.. Actuellement, trots grandes techniques d'impression d'etiquettes vent identifiees: le jet d'encre, la laser et le transfert thermique. La premiere technique utilise une tete jet d'encre de type piezoelectrique ou thermique qui projette des micros gouttelettes (ou bulles) d'encre sur le support formant ainsi le motif; la seconde des rayons laser focalisant sur la surface de la matiere a marquer et ['impression se fait par brulure superficielle de la surface au niveau de ['impact; la troisieme technique, fait defiler un film encreur devant une tete d'impression et grace a un procede thermique, transfere de l'encre seche du film encreur a ['etiquette. Dans tous les cas, la tete dtimpression doit effectuer de longues sequences de deplacement et une ou plusieurs etiquettes vent imprimees pendant ce trajet. En general, les etiquettes vent reparties sur 3 0 la largeur de la bande a imprimer et l'espacement de s lignes d 'etiquettes vent definis en fonction de la dimension des emballages a fabriquer, cela peut varier de quelques centimetres a plusieurs dizaines de centimetres. 28411 78 Lors de ['impression des etiquettes, la tete d'impression doit se deplacer d'un cote a l'autre de la bande a imprimer; s'arreter sur les zones a imprimer; accelerer pendant la zone vice et recommencer cette sequence autant de fois que necessaire en un minimum de temps. La tete d'impression est montee sur un chariot a mouvement de translation, motorise par un moteur electrique qui permet le deplacement tandis que le positionnement de la tete d'impression est obtenu avec l'adjonction d'un encodeur monte soit sur l 'exe du moteur soit sur l'arbre d'entramement du chariot. L'avantage de tels dispositifs a entrainement lO par moteur electrique est la facilite de conception et la simplicite de montage. Deux methodes d'entramement associees aux motorisations electriques vent connues: entramement par courroie crantee et entranement par vis sans fin. La premiere si couplee a un moteur suffisamment puissant et rapide, permet de fortes accelerations, mais est limitee par la masse de la charge a deplacer; en effet, la capacite d'acceleration du systeme est inversement proportionnelle a l'inertie de la charge. Il est a rappeler- que le poids d'une tete dtimpression a transfert thermique pese environ une dizaine de kilogrammes ce qui necessite un couple de demarrage important lors des phases transitoires du mouvement; ['application repetee de ce couple au niveau de la courroie tend a la deteriorer prematurement. La deuxieme methode connue corrige les defauts majeurs de la premiere, mais au prix d'une vitesse de deplacement reduite et d'une acceleration pratiquement inexistante ce qui penalise fortement en terme de rendement. Etant donne la vitesse dtimpression atteinte par les fetes actuelles, qu'elles soient a jet d'encre ou a transfert thermique (>lm/s), la vitesse globale de defilement de bande a ['impression est essentiellement gouvernee par les deplacements de la fete. Dans l'etat actuel de ['art, une sequence dtimpression couvrant une largeur de bande est effectuee en 4 secondes (aller/retour) environ pour une largeur de bande de 70cm, cependant le temps effectif d 'impression est d 'environ 0, 7sesonde ce qui represente plus de 80% de temps non productif. 28411 78 Par consequent, il apparat de facon evidente, des besoins concernant un nouveau systeme d'impression a usage industrial possedant a la fois: vitesses de deplacement rapides, capacites d'acceleration et potentiel de freinage elevees et le tout accompagne d'une precision de positionnement compatible avec ['usage de ['impression a jet d'encre et a transfert thermique qu'elle soit intermittente ou continue. Resume de ['invention. Dans le mode general de realisation de ['invention, le dispositif est compose essentiellement d'un translateur pneumatique ou hydraulique de type >, d'un codeur rotatif monte sur la poulie en bout de verin, d'un dispositif d'impression solidarise avec la partie mobile du dit translateur et d'une unite d'asservissement associee a des servo-valves et de commandes gerees par un systeme a commande numerique optionnellement informatise. Dans le premier mode particulier de realisation de ['invention, un dispositif derive de celui decrit dans le mode general de realisation, est equipe d'un translateur lineaire, d'un dispositif d'impression qui peut etre a transfert thermique, jet d'encre ou laser, de butees de fin de course et d'une cellule de detection associee aux butees. Dans le second mode particulier de realisation de ['invention, l'appareillage basant sur le principe general precedemment decrit, possede un translateur lineaire equipe d'un systeme d'encodage lineaire combine a un autre systeme de codage rotatif, permet au dispositif d'impression de se deplacer avec une precision amelioree ainsi qu'un fonctionnement sans a coup du coulisseau mobile du dit translateur done du dispositif d'impression. Le troisieme mode particulier de realisation de ['invention consiste a utiliser uniquement un codeur de position angulaire absolue monte sur un axe d'extremite du translateur lineaire et qui fournit la position du dispositif d'impression au systeme de controle. Le mouvement du 28411 78 dispositif d'impression est alors asservi en fonction de sa position de depart et celle a atteindre, les accelerations et decelerations vent plus rapides et ltefficacite globale du systeme est amelioree. Cette configuration permet l'utilisation de translateurs pneumatiques ou hydrauliques en combinaison avec de s dispo sitifs d 'impression cite continue a transfert thermique, qui jusqu'a present ntetait envisageable que sur des systemes a verin electrique. Le terme a dispositif d'impression >' designe les appareils d'impression comprenant au moins une tete dtimpression et accessoirement des mecanismes ou electroniques internee. Le terme a tete d'impression N comprend la partie fonctionnelle du dispositif d'impression qui assure ['impression. Le terme a impression intermittente N est applicable a un dispositif a transfert thermique, dans loquel une tete d'impression mobile est 1 5 montee. Le terme a impression continue N est applicable a un dispositif a transfert thermique, dans loquel un film encreur defile devant une tete d'impression fixe. La description des modes de realisation du dispositif selon ['invention est illustree par des figures annexees dans ce document comme suit: La figure 1 est une vue generale d'un ensemble de dispositif d'impression de bande d'etiquettes integree a une chalne de production selon la principale description. La figure 2 est une vue du support a imprimer avec les zones d'impression. La figure 3 montre une vue agrandie des zones d'impression. La figure 4 montre les details d'une impression jet d'encre La figure 5 montre les details d'une impression a transfert thermique. La figure 6 est le schema fonctionnel de l'appareillage d'impression selon ['invention. i 28411 78 La figure 7 est une vue fonctionnelle de l'appareillage avec son bati de guidage et ses moyens de deplacements. La figure 8 est la vue fonctionnelle de l'appareillage correspondent a un mode particulier de realisation. La figure 9 est la vue fonctionnelle de l'appareillage correspondent a un autre mode particulier de realisation. La figure 1O montre un schema fonctionnel du translateur lineaire a profile ferme. La figure 11 est une vue de detail du montage du codeur angulaire lO sur l'axe du translateur. Description detaillee de ['invention. L'invention est principalement adaptee a des systemes lS d'impression d'etiquettes d'information d'identification sur les emballages industrials. L'appareillage selon la description de ['invention est particulierement adapte en usage intensif ou un flux continu de produits a etiqueter est a considerer. La figure 1 montre schematiquement une chane de production ou les emballages lla et llb vent entrames sur un convoyeur 1O, de preference horizontalement, dans le sens indique par la fleche lOl. La disposition des emballages 1 la sur le convoyeur 1O est faite de telle sorte que leur emplacement est toujours connu du systeme de controle dtimpression et de fermeture 12. Un film d'emballage 9 se deroule du reservoir gl, passant par le tenseur 92 et suivant un mouvement 91O, est en synchronisme avec l'avancement du convoyeur 1O. Il est a noter qu'une disposition reguliere des emballages lla sur le dit convoyeur aura pour consequence de simplifier la gestion du deroulement du film 9. Un dispositif d'impression 2 est dispose sur le parcours du film 9, grace au guidage 6 et est doue d'un mouvement lineaire alternatif perpendiculaire au deplacement du film et parallele au plan de celui-ci. L'impression se fait pendant l'arret de defilement du film 9. Le dispositif dtimpression 2 est capable de parcourir la largeur entiere 28411 78 du film 9 pour les besoins de ['impression. Simultanement, pendant l'arret du flm, le dispositif 12 equipe optionnellement d'un elevateur thermique et entraine selon un deplacement 121, soude le flm 9 sur l'emballage 1 la et decoupe le dit film dans la meme operation. L'emballage ferme 11b continue sur le convoyeur 10 pour les operations suivantes. Il est a noter que les emballages peuvent etre ranges en ligne les uns a cote les autres et ligne apres ligne, ainsi a chaque ligne d'emballages plusieurs unites vent imprimees et fermees. La figure 2 montre un exemple de reseau d'etiquettes 93 formant lO horizontalement et verticalement des lignes d'etiquettes sur le film 9. Le nombre d'etiquettes dans une ligne horizontale n'est limite que par la largeur de ltetiquette et le nombre d'etiquette a imprimer. Les etiquettes 93 vent separees d 'au moins une longueur de l'emballage 1 la. Une vue agrandie du film 9, comme montre la figure 3, permet de voir les details des parcours du dispositif d'impression 2 le long d'une ligne d'etiquettes. En fait, le dispositif 2 effectue un deplacement en boucle fermee a chaque ligne d'etiquette, ['impression peut alors s'effectuer soit sur un aller simple comme indique la fgure 3 soit en aller-retour; sachant que le mode aller-retour n'est pas applicable a tous les types d'impression en particulier ceux utilisant le transfert thermique pour le depot d'encre. En fonctionnement mode aller simple, le dispositif selon la figure 3 effectue le parcours 931 pour atteindre la zone a imprimer 93, ensuite un parcours 932 correspondent a ['impression de ['etiquette; le cycle 931/932 se repete autant de fois qu'il y a d'etiquettes a imprimer sur une ligne. A la fn de la ligne d'etiquette, le dispositif d'impression 2 effectue alors un parcours inverse 933 pour revenir a sa position initiale. Il est evident pour lomme de l'art que dans un mode d'impression aller-retour, le meme cycle 931/932 serait a repeter dans le sens inverse. Il existe actuellement trots techniques d'impression utilisables dans l'industrie sur des lignes de production automatisees, qui sont: le jet d'encre, le transfert thermique et le laser. Ceci etant, ['impression 28411 78 laser est consideree comme trop exigeante au niveau tolerance sur la distance tete d'impression/film ce qui rend sa diffusion limitee. Le jet d'encre est bien adapte a des supports fragiles ou ['absence de contact direct avec ['objet a imprimer est avantageusement exploitee. Finalement, ['impression a transfert thermique est largement repandue dans les impressions d'emballages ou un contact direct avec la surface a imprimer est autorise, cette technique est gable et performante tandis que son cout d'utilisation reste competitif. L'appareillage selon la presente invention est particulierement adapte aux dispositifs jet d'encre et a transfert thermique. La figure 4 du document montre le principe d'une impression jet d'encre dans loquel, le motif est imprime par des lignes 270, chaque ligne est composee d'un - certain nombre de points qui peuvent etre imprimes 271 ou vices 272. La combinaison de plusieurs lignes 270 forme un motif ou un caractere. Dans la figure 5 une description semblable est donnee pour ['impression a transfert thermique dans laquelle, des lignes 280 vent a realiser successivement pour former un motif, chaque ligne est done realisee avec des cellules imprimees 281 et des cellules vices 282. La distance separant chaque ligne d'un motif est de l'ordre de quelques 1/10 de millimetre. Dans un mode general de realisation de l'appareillage selon la description de la figure 6, le principe de fonctionnement de l'appareillage est decrit de la faOcon suivante: le dispositif d'impression 2 est monte sur un translateur lineaire 3 et dispose done de mouvements alternatifs le long de ce translateur. La translateur 3 est commande en translation par l'intermediaire de servovalves 31 qui vent a leur tour actionnees par la commande numerique 7 optionnellement reliee a un ordinateur pour le controle en temps reel. La translation du dispositif 2 est securisee par des butees de fn de course 4 qui detectent la presence de la cellule sensible 41 monte sur le dispositif d'impression 2. Les butees 41 renseignent done la CN 7 de la prise d'origine et de fin de course du dispositif d'impression 2. Un encodeur rotatif 5 monte sur l'axe de 28411 78 rotation de la poulie interne du translateur 3, fournit la position exacte du dispositif 2 en fonction de la position angulaire de la cite poulie a la CN 7 et dans certain cas au dispositif d'impression 2. Enfin, le dispositif d'impression 2 communique avec la CN 7 via l'API 8 (Automates Programmables Industriels). Le schema de principe selon la figure 6 fournit une description globale d'un systeme d'impression pouvant supporter differents types de technologie d'impression tels que le jet d'encre ou le transfert thermique qu'il soit a impression intermittente ou continue. Quant aux elements composant le systeme, les technologies lO utilisees peuvent etre selectionnees en fonction des besoins de chaque utilisation sans reel impact sur le principe de fonctionnement du dit systeme. Dans la description schematique de la figure 6, le translateur lineaire 3 peut etre a commande pneumatique ou hydraulique sans affecter aucunement le fonctionnement du systeme. La cellule sensible 41 associee avec les butees 4 peuvent etre remplaces par une regle magnetique ou optique associee a une cellule magnetique ou photo emettrice/receptrice. Les servovalves 31 peuvent dans certains cas remplacees par des electrovannes de type l5/2]* ou [3/2]* en fonction des caracteristiques de l'appareillage a realiser. Dans le premier mode particulier de realisation de ['invention, decrit par la figure 7, l'appareillage est concu de telle sorte de pouvoir recevoir des dispositifs d'impression a jet d'encre ou a transfert thermique a impression intermittente. Le bati 6 est construit en structure mecanique supportant le translateur 3 en parallele avec une barre de guidage 61, des butees 4 de position de fin course vent disposees a chaque extremite du dit translateur. Le translateur lineaire 3 est choisi parmi les families de produits verin sans tige a profile ferme, des verins comme ccux de la famille ff Rodless Cylinder Kostalo_ >> de la societe Rexroth, DE vent bien adaptes a cet usage. Ce type de verin possede un piston glissant a l'interieur d'un cylindre alimente en poussee des deux cotes, le piston est attache a un coulisseau externe qui est relic 28411 78 a une bande d'entramement fermee sur deux poulies cites intermittente comme par exemple le modele SmartDate_ 3i de Markem. Ce type de dispositif d'impression est caracterise par un poids eleve (≥ 1 Okg) qui tend a fortement penaliser les systemes a taux d'acceleration faible. La figure 8 montre le second mode de realisation de ['invention dans loquel l'appareillage est realise afin de pouvoir etre asservi par le systeme de controle a commande numerique. La figure 8 montre l'appareillage uniquement muni du translateur lineaire 3, du dispositif d'impression 2, des butees de fin de course 4, de la cellule detectrice 41, d'une regle 42 magnetique ou optique de precision et d'un codeur rotatif de position 5. 28411 78 En fonction du type de codeur rotatif utilise, l'appareillage selon la description de la figure 8 peut etre associe soit avec un dispositif a transfert thermique a impression intermittente soit avec celui a impression continue. Concernant ['impression avec un dispositif intermittent tel que le SmartDate_ 3i, ['impression se fait dispositif 2 arrete; en fait, ['etiquette est imprimee par le deplacement interne de la tete d'impression (non presentee) dans une fenetre appelee fenetre d'impression (la dimension de ['etiquette est determinee par cette fenetreJ. L'utilisation de dispositif intermittent ne necessite que l'emploi de la regle de precision 42 disposee le long du translateur, a chaque etiquette le dispositif 2 se bloque sur la zone a imprimer et la tete d'impression balaye sa fenetre, ensuite la tete d'impression se leve et le dispositif peut s'avancer vers ['etiquette su*ante. L'avantage par rapport au premier mode de realisation est une meilleure precision de placement et un fonctionnement adouci. Le dispositif a impression continue comme la SmartDate 3c de Markem fonctionne de faOcon differente et necessite l'emploi d'un codeur de position supplementaire. En effet, la tete d'impression (non presentee) qui se trouve toujours a l'interieur du dispositif 2 est fLxe et le film encreur se deroule devant cette tete pendant ['operation d'ecriture, en fait, lors de la phase d'ecriture, c'est le deplacement du dispositif qui assure ['impression du motif desire, pendant cette phase, la vitesse du dispositif 2 est synchronisee avec celui du film encreur qui defile devant la tete d'impression afin de ne pas dechirer ce film par friction avec le support a imprimer. La qualite de ['impression et la fiabilite du dispositif vent assurees par la precision de deplacement et de positionnement du dit dispositif. Pour cela, l'emploi d'une regle de precision 42 pour la detection de la position du dispositif 2 combine avec ['information fournie par le codeur optique rotatif incremental monte sur l'un des axes des poulies internee du translateur 3, permet au dispositif 2 d'avoir la regularite requise. l 28411 78 Le troisieme mode de realisation de ['invention selon la description de la figure 9 montre un dispositif d'impression 2 a impression continue comme explique precedemment, monte sur le translateur 3 comme precedemment. Le dispositif 2 est equipe d'une cellule detectrice 41 associee aux deux butees d'extremite 4. Un encodeur optique de position; a codage absolu est monte solidaire avec l'axe d'une des poulies cites folles À du translateur 3. Comme le dispositif 2 est lui-meme solidaire du coulisseau du translateur et selon le principe de fonctionnement decrit auparavant, tout mouvement du dispositif 2 est fidelement transmis aux poulies . done au codeur de position 7. Le codeur 7 est de type absolu, ainsi la position du dispositif d'impression 2 est en permanence reconnue quelque soit l'etat de l'appareillage, et ce meme apres une remise a zero du systeme de commande ce qui evite les phases de reinitialisation. Le montage du codeur 7 necessite une modification de la mecanique de support de l'une des poulies u folles internee au translateur. En effet, la partie support mecanique de la poulie est remplacee par une nouvelle structure mecanique supportant a la fois la poulie et le codeur 7. Les figure 10 et 11 decrit les differences entre un translateur lineaire standard de type verin sans tige description elementaire du montage du codeur 7 et de la poulie 31 est donnee. Des roulements 34 vent ajoutes dans la structure du translateur et vent montes serres dans les logements realises a cet effet (non figures), l 'exe 32 est assemble sur les bagues tournantes des roulement et 28411 78 supporte en son centre la poulie 31, la poulie 31 est solidarise a l 'exe 32 par l'emploi d'une vis pointeau a tete hexagonale ou par clavette, l'extremite de l 'exe 32 est monte l 'exe tournant du codeur 7 qui est done egalement solidarise avec ['ensemble tournant. Cette realisation a pour avantage de ne pas modifier le principe de fonctionnement du dit translateur. La realisation correspondent a la figure 9 permet a la fois de deplacer le dispositif d'impression 2 a la vitesse de l'ecriture en fournissant au dit dispositif des informations de vitesse necessaires a l'avancement du film encreur et d'accelerer ce meme dispositif pendant les phases inactives. Le gain en temps sur une largeur imprimee est de l'ordre de 100% avec un dispositif a transfert thermique. Les modes de realisation decrits dans ce document vent tous adaptables a la plupart des dispositifs d'impression existent dans le commerce quelque soit leur technologie. La description des modes de ['invention se refere particulierement aux dispositifs a transfert thermique car ccux-ci correspondent aux cas les plus exigeants en terme dynamique (poids). Cette description particuliere ne vise pas a limiter ['invention l'utilisation de ce type de dispositif mais au contraire, couvre l'utilisation de tout autre dispositif d'impression qu'il soit a jet d'encre, laser etc. L'invention selon ses modes de realisations permet d'augmenter de facon significative les performances des appareillages d'impression conventionnels a verin electrique. 28411 78 , ltevendications 1) Un appareillage pour ['impression industrielle pouvant recevoir S un ou plusieurs dispositifs d'impression et caracterise par: Un bati recevant ['ensemble des composants d'impression, de deplacement et de detection de position. Un translateur lineaire sans jeu supportant au moins un dispositif d'impression. Un ou plusieurs dispositifs d'impression montes sur la partie mobile du dit translateur. Un ou plusieurs codeurs de position montes dans l'axe de rotation de la poulie d'entrainement du dit translateur. IJn systeme d'alimentation pour le dit translateur. Une commande numerique gerant les fonctions du dit translateur. 2) un appareillage pour ['impression industrielle selon la revendication 1 caracterise par le fait gue ledit translateur est de type verin sans tige a profile ferme 3) -: Un appareillage pour ['impression industrielle selon la revendication 1 caracterise par le fait que ledit translateur peut etre a energie pneumatique ou hydraulique. 4) 13n appareillage pour ['impression selon la revendication 1 caracterise par l'utilisation d'un ou plusieurs dispositifs d'impression a transfert thermique. 5) Un appareillage pour I=mpression selon la revendication 1 caracterise par l'utilisation d'un ou plusieurs dispositif d'impression a jet d'encre. 6) Un appareillage pour ['impression selon la revendication 1 et caracterise par l'utilisation d'un dispositif dtimpression laser. 7) Un appareillage pour ['impression selon les revendications 1 et 4 et caracterise par l'utilisation d'un ou plusieurs dispositifs d'impression a transfert thermique cite continue 28411 78 - 8) Un appareillage pour ['impression selon la revendication 1 et caracterise par l'emploi d'un ou plusieurs codeurs de position absolue. 9) IJn appareillage pour ['impression selon la revendication 1 et caracterise par un montage solidarise de l'axe du dit codeur avec la poulie d'entrainement du dit translateur. ) Un appareillage pour ['impression comprenant: Un bati pouvant recevoir ['ensemble des composants d'impression, de deplacement et de detection de position. Un translateur lineaire de type pneumatique ou hydraulique. Un ou plusieurs dispositils d'impression solidarisee a la partie mobile du dit translateur. Un dispositif de codage lineaire dispose le long du dit translateur et accouple a une cellule lecture solidarisee avec le dit dispositif dtimpression. Un dispositif de codage rotatif de position monte sur l 'exe dne des poulies du dit translateur. 11) Un appareillage pour ['impression selon la revendication 1O et caracterise par l'emploi dn codeur rotatif incremental en association avec un codeur lineeire. 123 Un appareillage pour ['impression selon la revendication 1O caracterise par la compatibilite avec le mode d'impression intermittent a transfert thermique. 13) Un appareillage pour ['impression selon la revendication 10 caracterise par la compatibilite avec le mode d'impression a jet d'encre. 14) Un appareillage pour ['impression selon la revendication 1O caracterise par le compatibilite avec le mode drmpression laser.