Produkcja toreb na ramię-zarówno papierowych, plastikowych, jak i włókninowych-obejmuje szereg etapów: cięcie, uszczelnianie, składanie i wykańczanie. Te etapy przekształcają stale walcowane surowce w gotową torbę do użytku detalicznego lub fabrycznego. Dodanie uchwytów i instalacja łatek to najtrudniejsze mechaniczne zadanie w tych krokach. Producent toreb materiałowych musi przesuwać wstęgę kilku materiałów jednocześnie, nakładać klej lub zgrzewać z dużą precyzją i utrzymywać prędkość ponad 150 worków na minutę. Aby zrozumieć, w jaki sposób te maszyny automatycznie obsługują wstawianie i łatki, musimy przyjrzeć się częściom mechanicznym, systemom czujników i konfiguracjom sterowania, które współpracują ze sobą.
Linia bazowa: formowanie ciała worka
Torby należy wykonać przed dodaniem uchwytów lub łatek. W standardowej maszynie do produkcji toreb plastikowych folia odpada z dużej rolki, składa się w kształt tuby i zgrzewa u dołu. Ostrze tnące tnie rurę na osobne kieszenie na odpowiednią długość. Następnie każda torba przesuwa się do przodu na przenośniku taśmowym lub systemie łańcuchowym, gotowa do następnego kroku.
Wyrównanie worka po dotarciu do uchwytu lub stanowiska naprawczego jest kluczowe dla wszystkich późniejszych prac. Jeśli torba odpadnie o 2 lub 3 mm, obsługa lub łatanie będzie nadal przebiegać nieprawidłowo, co spowoduje złą torbę. Wyrównanie osiąga się za pomocą mechanicznych prowadnic, fotoreceptorów odczytujących nadruk na folii oraz systemów transmisji napędzanych serwomechanizmami, które regulują położenie worka podczas jego ruchu. te wymagania dotyczące dokładności są objęte normą ISO 21848. Ustala ona limity wielkości dla elastycznych maszyn pakujących.
Wkładanie uchwytu: przygotowanie materiału i podawanie
Automatyczne wkładanie uchwytu rozpoczyna się od oddzielnego zapasu materiałów: rolka płaskiego materiału,-takiego jak taśma papierowa, plastikowa wstążka lub pocięte paski folii,-staje się uchwytem torby. Materiał rączki należy przyciąć na odpowiednią długość, a jeśli potrzebny jest uchwyt pętelkowy, przed połączeniem należy go złożyć i umieścić w odpowiednim miejscu w torbie.
W maszynie do toreb okrągłych pasek uchwytu jest najpierw przycinany na długość odpowiednią dla zakładek mocujących pętlę uchwytu. Następnie taśma jest składana w kształt litery U lub D przy użyciu mechanicznego stołu składanego z płytą prowadzącą i szyną prowadzącą. Kształt fałd musi być za każdym razem taki sam. Zmiana zagięcia powoduje zmianę długości rączki, przez co jest ona nierówna. Systemy składania-sterowane serwo zastąpiły składane-napędzane krzywką w nowszych maszynach. Dzieje się tak, ponieważ system serwo umożliwia elektroniczną zmianę rozmiarów składania bez konieczności wymiany części.
Wzmocnienie łaty-umieszczenie małego prostokąta materiału w miejscu mocowania rączki w celu rozłożenia obciążenia i zapobieżenia rozerwaniu membrany torby przez rączkę-rozwiązuje oddzielną sieć łat i tnie je na pojedyncze łaty. Plastry są zwykle wycinane za pomocą obrotowej matrycy, a do wycinania łaty używa się kowadełka. Umożliwia to produkcję łatek o tym samym rozmiarze przy tej samej prędkości. Następnie plaster przenosi się do worka za pomocą przyssawek próżniowych lub uchwytu mechanicznego. Umieszczają one łatkę dokładnie nad punktem mocowania uchwytu.
Stowarzyszenie inżynierów produkcji napisało artykuł na temat systemów podawania materiału napędzanych serwo-w procesach mechanicznych. Pokazują, że przy użyciu serwo-podajników do-kontroli naprężenia sieci materiałów w czasie rzeczywistym można osiągnąć dokładność wyrównania ± 0,5 milimetra przy szybkości 200 okrążeń na minutę. Ten poziom dokładności jest kluczem do umieszczenia łaty. Łatka musi całkowicie zakrywać obszar mocowania uchwytu, aby zapewnić dobre wzmocnienie.
Operacja łączenia: klejenie, zgrzewanie lub zgrzewanie ultradźwiękowe
Po umieszczeniu uchwytu i łaty na torbie należy je zabezpieczyć. W maszynie do produkcji toreb na zakupy istnieją trzy rodzaje powszechnie stosowanych metod łączenia. W zależności od materiału opakowaniowego należy wybrać wymaganą siłę wiązania, prędkość produkcji i inne czynniki.
Najbardziej elastyczną metodą jest zastosowanie kleju termotopliwego. Nadaje się do przyklejania uchwytów i łatek do papieru,-włókniny i niektórych toreb plastikowych. Ogrzany zbiornik kleju pompuje stopiony klej przez programowalną dyszę. Dysza ta nakłada wzór kleju na torbę lub etykietę uchwytu. Układ dysz-zazwyczaj prostokątny,-podwójny-przewodowy lub kropkowany-jest kontrolowany przez zawór elektromagnetyczny, który otwiera się i zamyka w trakcie ruchu maszyny. Temperatura i ilość kleju muszą być odpowiednie. Za mało kleju, za słaby, może pęknąć pod ciężarem. Zbyt dużo kleju może prowadzić do wytłoczeń, które plamią maszyny i powierzchnie toreb materiałowych.
Jeżeli torba i uchwyt są wykonane z tego samego rodzaju folii termoplastycznej, należy zastosować zgrzew termiczny. Podgrzej zgrzew i dociśnij uchwyt do torby. To topi plastikowy punkt styku i tworzy spoinę. Ustawienia uszczelnienia-temperatury, ciśnienia i czasu-należy ustawić dla konkretnych folii. ASTM F88 zapewnia standardową metodę testową do pomiaru wytrzymałości uszczelnienia materiałów elastycznych. Producenci maszyn korzystają z tych testów w celu sprawdzenia ustawień uszczelnienia w sterowniku maszyny.
Zgrzewanie ultradźwiękowe jest stosunkowo nową metodą pakowania, szczególnie odpowiednią do worków z włókniny. Głośniki ultradźwiękowe wibrują z częstotliwością od 20 do 40 kHz. Powoduje to wytwarzanie ciepła tarcia w miejscu styku uchwytu z torbą. Lokalne ogrzewanie można spawać bez dodatkowego ciepła i kleju. Zgrzewanie ultradźwiękowe ma zalety czystości, braku smaku i braku uszkodzeń termicznych otaczających materiałów. Jest to ważne w przypadku korzystania z toreb-dopuszczonych do kontaktu z żywnością. NIST opublikował pracę dotyczącą ustawiania parametrów zgrzewania ultradźwiękowego włóknin termoplastycznych. Ustalili, że wytrzymałość spoiny jest ściśle powiązana z amplitudą drgań i ciśnieniem mocowania. Najlepsze ustawienia mogą się znacznie różnić w zależności od rodzaju polimeru.
Synchronizacja: architektura sterowania
Głównym wyzwaniem związanym z automatycznym wstawianiem uchwytów i przetwarzaniem poprawek jest czas. Torby, materiały uchwytów, materiały łatek i mechanizm łączący muszą znajdować się w tej samej pozycji w tym samym czasie, poruszając się z dużą prędkością cykl za cyklem, bez miejsca na błędy w synchronizacji. Synchronizacja odbywa się poprzez warstwową konfigurację sterowania.
Na górze programowalny sterownik logiczny (PLC) lub kontroler ruchu działa jako główny zegar maszyny. Sterownik sygnalizuje lokalizację główną-zwykle z enkodera lub wirtualnej szpuli elektronicznej na głównym wale układu napędowego-w celu określenia kąta pętli maszyny. Każdy serwomotor w maszynie podąża za tą pozycją główną i oblicza swój ruch zgodnie z pozycją główną. Kiedy pozycja gospodarza wskazuje, że torba osiągnęła pozycję uchwytu, uchwyt podawany do serwa przyspiesza, tworząc uchwyt, łatka przecina i przenosi serwo w celu wytworzenia łatki, a system łączenia-otwiera się w ciągu milisekund.
Towarzystwo Elektroniki Przemysłowej IEEE napisało artykuł na temat ewolucji technologii wałów linii elektronicznych w maszynach do konwersji. Wskazują, że nowoczesne rozproszone systemy serwo mogą kontrolować czas obiektu z dokładnością do ±0,1 stopnia obrotu wału głównego. Odpowiada to czasowi poniżej-milisekundy przy normalnej prędkości komputera. Ten poziom precyzji umożliwia wstawienie w pełni automatycznej klamki z dużą wydajnością. Stare układy mechaniczne, które wykorzystywały krzywki, koła zębate i paski rozrządu, mogły to osiągnąć jedynie przy dużej liczbie części mechanicznych i niewielkiej przestrzeni na zmiany.
Informacje zwrotne z czujnika i zapewnienie jakości
Sam czas nie wystarczy. Maszyny muszą również sprawdzać, czy każdy etap jest prawidłowy i odmawiać przetwarzania lub łatania worków, które nie są. Każda stacja ma zestaw czujników zapewniających informacje zwrotne w czasie rzeczywistym.-
Gdy czujniki fotoelektryczne wchodzą na składany stół, sprawdzają, czy materiał uchwytu znajduje się na właściwym miejscu. Jeśli czujnik wykaże, że brakuje paska uchwytu lub jest on nieprawidłowo ustawiony, sterownik może wywołać usterkę i zatrzymać maszynę, zanim uformuje się zły worek. Systemy wizualne-małe kamery z oprogramowaniem do analizy obrazu-są coraz częściej wykorzystywane do sprawdzania rozmieszczenia łat i wzoru klejenia kształtu. System wizualny wykonuje zdjęcie każdej torby przechodzącej przez punkt kontrolny i porównuje je z obrazem referencyjnym. Worki, które zbytnio się różnią, są oznaczane do późniejszego usunięcia.
Ramy HACCP opracowane przez FDA, choć pierwotnie zaprojektowane z myślą o bezpieczeństwie żywności, były wykorzystywane przez producentów maszyn jako model powstrzymywania defektów. Wstawiając kroki zakładania uchwytu i wysyłania jako kluczowe punkty kontrolne oraz dodając automatyczne wykrywanie na każdym etapie, producenci mogą wykazać, że ich producenci torebek zapewniają stabilną, bezbłędną produkcję, którą można prześledzić aż do ustawionych ustawień procesu
Odmiany obsługi łatek: łaty wzmacniające i łaty okienne
Przetwarzanie łatek w maszynie do produkcji toreb materiałowych przebiega na dwa różne sposoby, przy użyciu tych samych części mechanicznych, ale na różne sposoby. Jak wspomniano wcześniej, w miejscu mocowania uchwytu znajdują się łatki wzmacniające, które mają za zadanie rozłożyć obciążenie. Łaty okienne-prostokąt przezroczystej folii umieszczony nad otworem w torbie w celu utworzenia przezroczystego okna-wymaga różnych ustawień pozycjonowania, ale wykorzystuje te same systemy podawania, cięcia i łączenia łatek.
Cechą konstrukcyjną elastycznej przenośnej maszyny do produkcji torebek jest możliwość obsługi obu typów plastrów na tej samej maszynie. Rolkę materiału łatkowego można zmienić z nieprzezroczystego materiału wzmacniającego na przezroczystą folię okienną. Formy do wycinania są również wymienne, co pozwala na wykonywanie plastrów o różnych rozmiarach. Elementy sterujące zostały zaktualizowane, aby odpowiadały rozmiarowi nowej łatki i ustawieniom łączenia. Ta elastyczność pozwala jednej maszynie na produkcję różnych typów torebek bez większych zmian mechanicznych.-Torebkę w kształcie pierścienia-z łatami wzmacniającymi, torebkę-wykrojoną z łatami w okienku lub torebkę-tylko bez łatki.
Badanie przeprowadzone przez Instytut Maszyn Pakujących przy Uniwersytecie Stanowym Michigan sprawdzało, jak szybko wielofunkcyjne maszyny pakujące przechodzą od zadania do zadania. Odkryli, że maszyny z programowalnymi systemami obsługi poprawek sterowanymi serwo-redukują czas przełączania o 60–75%% w porównaniu z systemami regulowanymi mechanicznie. To skrócenie czasu przezbrajania bezpośrednio poprawia wykorzystanie maszyny i zmniejsza straty podczas przełączania pomiędzy seriami produktów.
Szybkość, konserwacja i granice automatyzacji
Maksymalna prędkość nośnika worka z automatycznym wkładaniem uchwytu nie jest ustalana żadnym pojedynczym elementem. Jest on określany na podstawie całkowitego czasu dozwolonego na wszystkie etapy cyklu. Przy prędkości 150 worków na minutę maszyna wykonuje pełny cykl co 400 milisekund. W tym czasie worek musi znajdować się na swoim miejscu, uchwyt należy przyciąć i złożyć, wyciąć i przesunąć łatkę, nałożyć klej, docisnąć i poluzować system klejenia, a gotowy worek należy wysłać do punktu zbiórki. Każdy krok wykorzystuje część budżetu wynoszącego 400-milisekund. Pozostała część czasu,-między końcem jednego kroku a początkiem następnego, to bufor czasowy umożliwiający wchłonięcie niewielkich zmian.
Wraz ze wzrostem prędkości poduszka rozrządu staje się coraz mniejsza. Przy 200 workach na minutę czas cyklu spada do 300 milisekund. Uszczelka może nie wystarczyć do radzenia sobie z normalnymi zmianami w podawaniu materiału, suszeniu kleju lub reakcji czujnika. Maszyny są bardziej wrażliwe na jakość materiału, temperaturę pokojową i zużycie maszyny. Potrzeby konserwacyjne są częstsze, a przypadkowe defekty są bardziej prawdopodobne.
Standardy maszyn pakujących OMAC, stworzone w ramach IEEE, zapewniają system kontroli stanu maszyn i wyszukiwania usterek. Pomaga to operatorom szybko identyfikować i rozwiązywać problemy z synchronizacją. Maszyny zgodne ze standardami OMAC wyświetlają szczegółowe dane diagnostyczne -, w tym pomiary czasu w każdym miejscu i dzienniki, które zmieniają się w czasie. Pozwala to na wczesną konserwację i dostrojenie procesu.
Wniosek
Producent toreb materiałowych wykorzystuje serwo{0}}napędzane serwomechanizmem podawanie materiału, precyzyjny system cięcia i składania, programowalne, programowalne jednostki łączące, warstwowe taktowanie, kontrola czasu, czujnik kontroli jakości, kontrole jakości realizujące automatyczne wkładanie uchwytów i przetwarzanie łatek. Maszyna przesuwa kilka sieci materiałów-worków, uchwytów, łatek i kleju-w ciasnej pętli czasowej, powtarzanej setki razy na minutę. Przejście z mechanicznych systemów napędów krzywkowych na konfiguracje-sterowane serwo i programowalne przekształciło te maszyny z narzędzi jednorazowego-w elastyczne platformy produkcyjne, które mogą obsługiwać wiele typów torebek przy krótkim czasie przezbrajania. Następny krok nie jest mechaniczny. Chodzi o inteligentne oprogramowanie, które skraca czas, przewiduje, kiedy należy przeprowadzić konserwację i dostosowuje się w przypadku wystąpienia poważnych zmian. Wraz z postępem w systemach sterowania i technologii czujników kolejnym krokiem będzie dalszy postęp.
Referencje
- Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna.ISO 21848 - Opakowanie - Elastyczna torba do pakowania-Maszyny do produkcji - Tolerancje wymiarowe. Genewa: ISO, 2019.
- Stowarzyszenie Inżynierów Produkcji. „Systemy podawania materiału napędzane serwo-w maszynach przetwórczych: dokładność rejestracji i kontrola naprężenia”.Magazyn Inżynierii Produkcji, tom. 166, nr. 4, 2021.
- Międzynarodowy ASTM.ASTM F88 - Standardowa metoda badania wytrzymałości uszczelnienia elastycznych materiałów barierowych. West Conshohocken: ASTM, 2021.
- Narodowy Instytut Standardów i Technologii. „Optymalizacja parametrów zgrzewania ultradźwiękowego włóknin termoplastycznych w zastosowaniach opakowaniowych”.Nota techniczna NIST 2195, 2020.
- Towarzystwo Elektroniki Przemysłowej IEEE. „Technologia elektronicznych wałów liniowych w maszynach przetwarzających: precyzja synchronizacji i rozproszone architektury serwo”.Transakcje IEEE dotyczące elektroniki przemysłowej, tom. 68, nr. 7, 2021.
- Instytut Badawczy Maszyn Pakujących, Uniwersytet Stanowy Michigan. „Efektywność zmiany w wielofunkcyjnych-maszynach do produkcji torebek-: systemy-napędzane serwomechanizmem a systemy mechaniczne”.Journal of Packaging Technology and Science, tom. 34, nr. 2, 2022.
- Grupa Robocza ds. Opakowań OMAC, Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników.Wytyczne OMAC dotyczące maszyn pakujących: zarządzanie stanem i diagnostyka. Piscataway: IEEE, 2020.
