Izdelava torbic-iz papirja, plastike ali netkanega blaga-vključuje vrsto korakov: rezanje, tesnjenje, zlaganje in končna obdelava. Ti koraki pretvorijo neprekinjeno valjane surovine v končne vrečke za maloprodajo ali tovarniško uporabo. Dodajanje ročajev in nameščanje popravkov je najtežja mehanska naloga v teh korakih. Izdelovalec torb mora premakniti mrežo več materialov hkrati, nanesti lepilo ali toplotno tesniti z veliko natančnostjo in vzdrževati hitrost več kot 150 vrečk na minuto. Da bi razumeli, kako ti stroji samodejno obravnavajo vstavljanje in popravke, si moramo ogledati mehanske dele, senzorske sisteme in krmilne nastavitve, ki delujejo skupaj.
Izhodišče: Oblikovanje telesa vrečke
Vrečke je treba izdelati, preden se dodajo ročaji ali našitki. V standardnem izdelovalcu plastičnih vrečk film pade z velikega zvitka, se zloži v obliko cevi in zapre dno. Rezilo razreže cev v ločene žepe na ustrezno dolžino. Vsaka vreča se nato premakne naprej po sistemu tekočega traku ali verige, pripravljena za naslednji korak.
Poravnava vreče, ko doseže ročaj ali popravljalno postajo, je ključna za vsa nadaljnja dela. Če vrečka odpade za 2 mm ali 3 mm, bo ravnanje ali krpanje še naprej narobe, zaradi česar bo vrečka slaba. Poravnava se doseže z mehanskimi vodili, fotoreceptorji, ki berejo odtis na filmu, in servo{4}}prenosnimi sistemi za prilagajanje položaja vrečke med premikanjem. te potrebe po natančnosti pokriva ISO 21848. Določa omejitve velikosti za stroje za fleksibilno pakiranje.
Vstavljanje ročaja: priprava materiala in dovajanje
Samodejno vstavljanje ročaja se začne z ločeno dobavo materiala: zvitek ploščatega materiala-kot je papirni trak, plastični trak ali narezani filmski trakovi-postane ročaj vrečke. Material ročaja mora biti obrezan na določeno dolžino, in če je potreben ročaj z zanko, ga zložite in postavite na pravo mesto v vrečki, preden ga povežete.
V izdelovalcu vrečk za okrogle vrečke se trak ročaja najprej odreže na dolžino, ki je primerna za jezičke za pritrditev zanke ročaja. Trak se nato zloži v obliko U ali D s pomočjo mehanske zložljive mize z vodilno ploščo in vodilom. Oblika gub mora biti vsakič enaka. Sprememba pregiba spremeni dolžino ročaja, zaradi česar je neenakomeren. Servo-nadzorovani zgibalni sistemi so nadomestili odmične-mehanske zgibalne sisteme v novejših strojih. To je zato, ker servo sistem omogoča elektronsko spreminjanje zložljivih velikosti brez potrebe po zamenjavi delov.
Ojačitev z zaplatami-postavitev majhnega pravokotnika materiala na točko pritrditve ročaja za porazdelitev obremenitve in preprečitev, da bi ročaj pretrgal membrano vreče-razveže ločeno mrežo materialov za zaplate in jih razreže na posamezne zaplate. Obliži se običajno režejo z rotacijsko matrico, za rezanje obliža pa se uporablja nakovalo. To omogoča izdelavo obliža enake velikosti z enako hitrostjo. Obliž se nato premakne v vrečko z uporabo vakuumskih priseskov ali mehanske naprave. Ti namestijo obliž natančno nad točko pritrditve ročaja.
Društvo proizvodnih inženirjev je napisalo članek o servo{0}}sistemih dovajanja materiala v mehanskih procesih. Pokažejo, da je pri uporabi servo podajalnikov za-nadzor napetosti materialne mreže v realnem času mogoče doseči natančnost poravnave ± 0,5 milimetra pri hitrosti 200 krogov na minuto. Ta stopnja natančnosti je ključna za postavitev popravkov. Obliž mora popolnoma pokrivati območje pritrditve ročaja, da zagotovi dobro ojačitev.
Postopek lepljenja: lepilo, toplotno tesnjenje ali ultrazvočno varjenje
Ko sta ročaj in našitek na vrečki nameščena, ju je treba pritrditi. V stroju za izdelavo torb obstajajo tri vrste pogosto uporabljenih metod lepljenja. Glede na embalažni material, zahtevano trdnost vezi, hitrost proizvodnje in druge dejavnike, ki jih je treba izbrati.
Uporaba vročega taljenja je najbolj prilagodljiva metoda. Primeren je za lepljenje ročajev in obližev na papir, ne{1}}tkano blago in nekatere plastične vrečke. Ogrevana posoda za lepilo črpa staljeno lepilo skozi programabilno šobo. Ta nastavek nanese vzorec lepila na vrečko ali na etiketo ročaja. Vzorec šob-ki je običajno pravokoten, z dvojno-žico ali s pikami-nadzira elektromagnetni ventil, ki se odpira in zapira, ko stroj kroži. Temperatura in količina lepila morata biti primerni. Premalo lepila, prešibko, lahko zlomi pod težo. Preveč lepila lahko povzroči iztiskanje, ki umaže stroje in površine vrečk iz blaga.
Če sta vrečka in ročaj iz iste vrste termoplastične folije, uporabite toplotno tesnilo. Segrejte tesnilo in pritisnite ročaj na vrečko. To stopi plastično kontaktno točko in tvori zvar. Nastavitve tesnjenja-temperaturo, tlak in čas-morajo biti nastavljene za posebne folije. ASTM F88 zagotavlja standardno preskusno metodo za merjenje tesnilne trdnosti prožnih materialov. Proizvajalci strojev uporabljajo te teste za preverjanje nastavitev tesnila v krmilniku stroja.
Ultrazvočno varjenje je razmeroma nova metoda pakiranja v vrečke, še posebej primerna za vrečke iz netkanega tekstila. Ultrazvočni zvočniki vibrirajo pri 20 do 40 kHz. To ustvarja toploto zaradi trenja na točki stika med oznako ročaja in vrečko. Lokalno ogrevanje je mogoče variti brez dodatne toplote ali lepila. Ultrazvočno varjenje ima prednosti čistoče, brez okusa in brez toplotnih poškodb okoliških materialov. To je pomembno za uporabo vrečk za živila-. NIST je objavil delo o določanju parametrov ultrazvočnega varjenja za termoplastične netkane materiale. Ugotovili so, da je trdnost zvara tesno povezana z amplitudo vibracij in pritiskom vpenjanja. Najboljše nastavitve se lahko zelo razlikujejo glede na vrsto polimera.
Sinhronizacija: nadzorna arhitektura
Glavni izziv pri samodejnem vstavljanju ročaja in obdelavi popravkov je časovna določitev. Vrečke, materiali za ročaje, materiali za zaplate in mehanizem za povezovanje morajo biti hkrati v istem položaju in se premikati z visoko hitrostjo cikel za ciklom, brez prostora za časovne napake. Ta čas se izvaja prek nastavitve večplastnega nadzora.
Na vrhu deluje programabilni logični krmilnik (PLC) ali krmilnik gibanja kot glavna ura stroja. Krmilnik signalizira glavno lokacijo-običajno iz kodirnika ali navideznega elektronskega koluta na gredi glavne pogonske linije-da določi kot zanke stroja. Vsak servo motor v stroju sledi temu glavnemu položaju in izračuna svoje gibanje glede na glavni položaj. Ko položaj gostitelja pokaže, da je vreča dosegla položaj ročaja, ročaj, ki se podaja v servo, pospeši, da ustvari ročaj, obliž zareže in prenese servo, da proizvede obliž, sistem za povezovanje pa se odpre-v milisekundah.
IEEE Industrial Electronics Society je napisal članek o razvoju tehnologije elektronske gredi v strojih za pretvorbo. Poudarjajo, da lahko sodobni porazdeljeni servo sistemi nadzorujejo čas predmeta do ±0,1 stopinje vrtenja glavne gredi. To je enako kot pod-milisekundni čas pri običajnih hitrostih stroja. Ta stopnja natančnosti je tista, ki omogoča vstavljanje popolnoma avtomatskega ročaja z visoko izhodno hitrostjo. Stari mehanski sistemi, ki so uporabljali odmikače, zobnike in zobate jermene, so to lahko storili le z veliko mehanskimi deli in malo prostora za spremembe.
Povratne informacije senzorjev in zagotavljanje kakovosti
Samo čas ni dovolj. Stroji morajo tudi preveriti, ali je vsak korak pravilen, in zavrniti obdelavo ali krpanje vrečk, ki niso. Vsaka postaja ima niz senzorjev za-za povratne informacije v realnem času.
Ko fotoelektrični senzorji vstopijo v zložljivo mizo, preverijo, ali je material ročaja tam in na pravem mestu. Če senzor pokaže, da trak ročaja manjka ali ni poravnan, lahko krmilnik sproži okvaro in ustavi stroj, preden nastane slaba vrečka. Vizualni sistemi-majhne kamere s programsko opremo za analizo slike-se vse bolj uporabljajo za preverjanje namestitve zaplat in vzorca lepila oblike. Vizualni sistem posname sliko vsake vrečke, ko gre skozi kontrolno točko, in jo primerja z referenčno sliko. Vreče, ki se preveč razlikujejo, so označene za kasnejšo odstranitev šanta.
Okvir HACCP FDA, čeprav je bil prvotno zasnovan za varnost hrane, so ga izdelovalci strojev uporabili kot model za zaustavitev napak. Z vstavljanjem korakov vstavljanja in objavljanja ročajev kot ključnih kontrolnih točk ter dodajanjem samodejnega zaznavanja pri vsakem koraku lahko proizvajalci dokažejo, da njihovi izdelovalci vrečk zagotavljajo stabilen in brezhiben izhod, ki ga je mogoče izslediti nazaj do nastavljenih nastavitev postopka.
Različice ravnanja s popravki: popravki ojačitev in popravki oken
Obdelava obližev v izdelovalcu torb poteka na dva različna načina, z uporabo istih mehanskih delov, vendar na različne načine. Kot smo že omenili, so obliži za ojačitev nameščeni na pritrdilni točki ročaja, da razpršijo obremenitev. Obliži za okna-pravokotnik prozorne folije, nameščen čez luknjo v vrečki, da se ustvari prosojno okno-zahteva različne nastavitve položaja, vendar uporablja iste sisteme podajanja, rezanja in lepljenja zaplat.
Možnost obdelave obeh vrst obližev na istem stroju je konstrukcijska značilnost prilagodljivega prenosnega izdelovalca vrečk. Zvitek materiala za zaplato je mogoče spremeniti iz neprozorne ojačitvene mase v prozorno folijo za okna. Rezalni kalupi so tudi zamenljivi za izdelavo obližev različnih velikosti. Kontrolniki so posodobljeni, da ustrezajo velikosti novega popravka in nastavitvam povezovanja. Ta prilagodljivost omogoča enemu stroju izdelavo različnih stilov vrečk za vrečke brez večjih mehanskih sprememb-vrečko v obliki obroča-z ojačitvenimi zaplatami, -izrezano vrečko z zaplatami na oknu ali vrečko-samo zaplato brez.
Študija Inštituta za pakirne stroje Univerze Michigan State je preučevala, kako hitro se večnamenski pakirniki selijo iz službe v službo. Ugotovili so, da so stroji s servo-poganjanimi programirljivimi sistemi za upravljanje popravkov skrajšali preklopne čase za 60 do 75 % % v primerjavi z mehansko reguliranimi sistemi. To zmanjšanje časa preklopa neposredno izboljša uporabo stroja in zmanjša količino odpadkov med preklapljanjem med serijami izdelkov.
Hitrost, vzdrževanje in meje avtomatizacije
Največje hitrosti nosilca vrečk s samodejnim vstavljanjem ročaja ne nastavi nobena komponenta. Določen je s skupnim časom, ki ga dovoljujejo vsi koraki v ciklu. Pri 150 vrečkah na minuto stroj zaključi celoten cikel vsakih 400 milisekund. V tem času mora biti vreča na svojem mestu, ročaj mora biti odrezan in prepognjen, obliž odrezan in premaknjen, nanešeno lepilo, vezni sistem je treba pritisniti in zrahljati ter končano vrečo poslati v zbirno območje. Vsak korak uporablja del 400-milisekundnega proračuna. Preostali čas-čas med koncem enega koraka in začetkom naslednjega je časovna blazina za absorbiranje majhnih sprememb.
Z naraščanjem hitrosti postaja časovna blazina vedno manjša. Pri 200 vrečkah na minuto se čas cikla zmanjša na 300 milisekund. Tesnilo morda ne bo zadostovalo za obvladovanje običajnih sprememb podajanja materiala, sušenja lepila ali odziva senzorja. Stroji so bolj občutljivi na kakovost materiala, sobno temperaturo in obrabo stroja. Potrebe po vzdrževanju so pogostejše in verjetnejše so naključne okvare.
Standardi OMAC za pakirne stroje, ustvarjeni v okviru IEEE, zagotavljajo sistem za nadzor statusa stroja in odkrivanje napak. To operaterjem pomaga hitro prepoznati in odpraviti težave s časovnim razporedom. Stroji, ki sledijo standardom OMAC, prikazujejo podrobne diagnostične podatke --vključno s časovnimi meritvami na vsakem mestu in dnevnike, ki se spreminjajo skozi čas. To omogoča zgodnje vzdrževanje in natančno prilagajanje procesa.
Zaključek
Proizvajalec torb uporablja servo servo{0}}natančen sistem za dovajanje materiala, rezanje in zlaganje, programabilne programirljive povezovalne enote, večplastno krmiljenje časa, senzor za preverjanje kakovosti, samodejno vstavljanje ročajev in obdelavo popravkov. Stroj premakne več mrež materialov-vrečk, ročajev, obližev in lepila-v tesni časovni zanki, ki se ponovi več stokrat na minuto. Premik od mehanskih sistemov z odmičnimi pogoni na servo-nadzorovane programirljive nastavitve je spremenil te stroje iz-orodij za enkratno uporabo v prilagodljive proizvodne platforme, ki lahko obdelujejo več stilov vrečk z malo časa za menjavo. Naslednji korak ni mehanski. Gre za pametno programsko opremo, ki izboljša čas, predvidi, kdaj je treba opraviti vzdrževanje, in se prilagodi, ko pride do večjih sprememb. Z napredkom v nadzornih sistemih in senzorski tehnologiji bo naslednji korak korak naprej.
Reference
- Mednarodna organizacija za standardizacijo.ISO 21848 - Embalaža - Fleksibilna embalažna vreča-Stroji za izdelavo - Dimenzijska toleranca. Ženeva: ISO, 2019.
- Društvo proizvodnih inženirjev. »Servo-sistemi dovajanja materiala v strojih za predelavo: natančnost registracije in nadzor napetosti.«Revija Manufacturing Engineering Magazine, vol. 166, št. 4, 2021.
- ASTM International.Standardna preskusna metoda ASTM F88 - za tesnilno trdnost fleksibilnih pregradnih materialov. West Conshohocken: ASTM, 2021.
- Nacionalni inštitut za standarde in tehnologijo. "Optimizacija parametrov ultrazvočnega varjenja za termoplastične netkane materiale v aplikacijah za pakiranje."Tehnična opomba NIST 2195, 2020.
- IEEE Industrial Electronics Society. "Tehnologija elektronske gredi v strojih za pretvorbo: natančnost sinhronizacije in porazdeljene servo arhitekture."IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 68, št. 7, 2021.
- Raziskovalni inštitut za pakirne stroje, Michigan State University. »Učinkovitost menjave v več{1}}strojih za-izdelovanje vrečk: servo-pogon v primerjavi z mehanskimi sistemi.«Journal of Packaging Technology and Science, vol. 34, št. 2, 2022.
- Delovna skupina za pakiranje OMAC, Inštitut inženirjev elektrotehnike in elektronike.Smernice OMAC za pakirne stroje: upravljanje stanja in diagnostika. Piscataway: IEEE, 2020.
