Kangaskassien tekeminen -olipa kyseessä paperi, muovi tai kuitukangas-, sisältää useita vaiheita: leikkaaminen, sulkeminen, taittaminen ja viimeistely. Nämä vaiheet muuntavat jatkuvasti rullaavat raaka-aineet valmiiksi pussiksi vähittäismyynti- tai tehdaskäyttöön. Kahvojen lisääminen ja paikkojen asentaminen on vaikein mekaaninen tehtävä näissä vaiheissa. Kangaskassin valmistajan on liikuteltava useasta materiaalista koostuvaa rainaa kerralla, liimattava tai kuumasaumattava erittäin tarkasti ja ylläpidettävä yli 150 pussin nopeutta minuutissa. Ymmärtääksemme, kuinka nämä koneet käsittelevät automaattisesti lisäyksiä ja korjauksia, meidän on tarkasteltava mekaanisia osia, anturijärjestelmiä ja ohjausasetuksia, jotka toimivat yhdessä.
Lähtötilanne: Laukun rungon muodostuminen
Laukut on tehtävä ennen kahvojen tai laastarien lisäämistä. Tavallisessa muovipussien valmistajassa kalvo putoaa suurelta rullalta, taittuu putken muotoiseksi ja tiivistyy pohjassa. Leikkuuterä viipaloi putken erillisiin taskuihin sopivan pituisiksi. Jokainen pussi liikkuu sitten eteenpäin kuljetinhihnalla tai ketjujärjestelmällä, valmiina seuraavaan vaiheeseen.
Pussin kohdistus, kun se saavuttaa kahvan tai korjausaseman, on avain kaikessa myöhemmässä työssä. Jos pussi putoaa 2 mm tai 3 mm, käsittely tai paikkaus menee edelleen pieleen, jolloin pussi on huono. Kohdistus saavutetaan mekaanisilla ohjaimilla, fotoreseptorilla, jotka lukevat kalvon jäljen, ja servo-voimansiirtojärjestelmillä, jotka säätävät pussin asentoa sen liikkuessa. nämä tarkkuustarpeet kattavat ISO 21848. Se asettaa kokorajat joustopakkauskoneille.
Kahvan asettaminen: Materiaalin valmistelu ja syöttö
Automaattinen kädensijan asettaminen aloitetaan erillisellä materiaalitoimituksella: rullasta litteää materiaalia-kuten paperiteippiä, muovinauhaa tai leikattuja kalvonauhoja- tulee pussin kahva. Kahvan materiaali on leikattava tietyn pituiseksi, ja jos tarvitset silmukkakahvaa, käännä se ylös ja aseta se oikeaan kohtaan pussissa ennen liittämistä.
Pyöreän pussin pussivalmistajassa kahvanauha leikataan ensin kahvan silmukan kiinnityskielekkeille sopivaksi. Sen jälkeen nauha taitetaan U- tai D-muotoon käyttämällä mekaanista taittopöytää, jossa on ohjauslevy ja ohjauskisko. Poimujen muodon tulee olla joka kerta sama. Taitteen muutos muuttaa kahvan pituutta ja tekee siitä epätasaisen. Servo-ohjatut taittojärjestelmät ovat korvanneet nokkakäyttöiset mekaaniset kansiot uudemmissa koneissa. Tämä johtuu siitä, että servojärjestelmä mahdollistaa taittokokojen muuttamisen elektronisesti ilman osien vaihtamista.
Laastarin vahvistus-pienen suorakulmion asettaminen materiaalia kahvan kiinnityskohtaan kuorman levittämiseksi ja kahvan estämiseksi repeyttämästä pussin kalvoa-irrottaa erillisen paikkamateriaaliverkoston ja leikkaa ne yksittäisiksi laastareiksi. Laastarit leikataan yleensä pyörivällä meistillä, ja laastarin leikkaamiseen käytetään alasinta. Tämä mahdollistaa samankokoisen laastarin valmistuksen samalla nopeudella. Laastari siirretään sitten pussiin käyttämällä tyhjiöimukuppia tai mekaanista kiinnitystä. Nämä asettavat laastarin täsmälleen kahvan kiinnityskohdan yläpuolelle.
Valmistusinsinöörien seura on kirjoittanut paperin servo{0}}käyttöisistä materiaalinsyöttöjärjestelmistä mekaanisissa prosesseissa. Ne osoittavat, että käytettäessä servosyöttölaitteita materiaaliverkoston reaaliaikaiseen jännityksen hallintaan, ± 0,5 millimetrin kohdistustarkkuus voidaan saavuttaa nopeudella 200 kierrosta minuutissa. Tämä tarkkuustaso on avain paikannuksessa. Laastarin on peitettävä kokonaan kahvan kiinnitysalue hyvän vahvistuksen saamiseksi.
Liimaustoiminto: liima, kuumasauma tai ultraäänihitsaus
Kun pussin kahva ja paikka ovat paikoillaan, ne on kiinnitettävä. Kangaskassien valmistuskoneessa on kolmenlaisia yleisesti käytettyjä liimausmenetelmiä. Pakkausmateriaalin mukaan vaadittava sidoslujuus, tuotantonopeus ja muut valittavat tekijät.
Kuumasulatteen levitys on joustavin menetelmä. Se soveltuu kahvojen ja paikkojen liimaamiseen paperiin, kuitukangaskankaaseen ja joihinkin muovipusseihin. Lämmitetty liimasäiliö pumppaa sulaa liimaa ohjelmoitavan suuttimen kautta. Tämä suutin asettaa liimakuvion pussiin tai kahvan etikettiin. Suutinkuviota-yleensä suorakaiteen muotoinen, kaksinkertainen-langallinen tai katkoviiva-ohjataan magneettiventtiilillä, joka avautuu ja sulkeutuu koneen kiertäessä. Liiman lämpötilan ja määrän on oltava sopiva. Liian vähän liimaa, liian heikkoa, voi rikkoutua painon alaisena. Liian paljon liimaa voi johtaa pursotuksiin, jotka tahraavat koneita ja kangaspussien pintoja.
Kun pussi ja kahva ovat samantyyppisiä termoplastisia kalvoja, käytä lämpötiivistettä. Kuumenna sinetti ja paina kahva pussiin. Tämä sulattaa muovisen kosketuskohdan ja muodostaa hitsin. Tiivistysasetukset-lämpötila, paine ja aika-on määritettävä tietyille kalvoille. ASTM F88 tarjoaa standarditestimenetelmän joustavien materiaalien tiivistyslujuuden mittaamiseen. Konevalmistajat käyttävät näitä testejä tarkistaakseen tiivisteasetukset koneohjaimessa.
Ultraäänihitsaus on suhteellisen uusi pussimenetelmä, joka sopii erityisesti kuitukangaspusseihin. Ultraäänikaiuttimet värisevät 20-40 kHz. Tämä luo kitkalämpöä kahvan ja pussin kosketuspisteeseen. Paikallislämmitys voidaan hitsata ilman ylimääräistä lämpöä tai liimaa. Ultraäänihitsauksen etuna on puhtaus, mauttomuus ja se ei aiheuta lämpövaurioita ympäröiville materiaaleille. Tämä on tärkeää ruokapussien-käytön kannalta. NIST julkaisi työn ultraäänihitsausparametrien asettamisesta termoplastisille kuitukangasmateriaaleille. He havaitsivat, että hitsin lujuus liittyi läheisesti värähtelyn amplitudiin ja puristuspaineeseen. Parhaat asetukset voivat vaihdella suuresti riippuen polymeerityypistä.
Synkronointi: Ohjausarkkitehtuuri
Suurin haaste automaattisessa kahvan asettamisessa ja korjaustiedostojen käsittelyssä on ajoitus. Laukkujen, kahvamateriaalien, paikkamateriaalien ja liimausmekanismin on oltava samassa asennossa samaan aikaan, liikkuen suurella nopeudella syklistä syklin jälkeen, eikä ajoitusvirheille ole varaa. Tämä ajoitus tehdään kerroksellisella ohjausasetuksella.
Yläosassa ohjelmoitava logiikkaohjain (PLC) tai liikeohjain toimii koneen pääkellona. Ohjain ilmoittaa pääsijainnin-yleensä kooderista tai virtuaalisen elektronisen kelan kautta pääkäyttölinjan akselilla- määrittääkseen koneen silmukan kulman. Jokainen koneen servomoottori seuraa tätä pääasentoa ja laskee liikkeensä pääasennon mukaan. Kun isäntäasento osoittaa, että pussi on saavuttanut kahvan asennon, servoon syötettävä kahva kiihtyy kahvan tuottamiseksi, paikka leikkaa ja siirtää servon paikan muodostamiseksi, ja kiinnitysjärjestelmä avautuu{5}}kaikki millisekunnissa.
IEEE Industrial Electronics Society on kirjoittanut artikkelin elektronisen linja-akseliteknologian kehityksestä muunnoskoneissa. He huomauttavat, että nykyaikaiset hajautetut servojärjestelmät voivat ohjata kohteen aikaa ±0,1 asteen tarkkuudella master-akselin pyörimisasteella. Tämä on sama kuin sub-millisekunnin ajoitus normaalilla koneennopeuksilla. Tämä tarkkuustaso mahdollistaa täysautomaattisen kahvan asettamisen suurella teholla. Vanhat mekaaniset järjestelmät, joissa käytettiin nokkia, vaihteita ja jakohihnoja, pystyivät tähän vain, jos niissä oli paljon mekaanisia osia ja vähän tilaa muutoksille.
Anturipalaute ja laadunvarmistus
Aika yksin ei riitä. Koneiden on myös tarkistettava, että jokainen vaihe on oikein, ja kieltäytyä käsittelemästä tai paikkaamasta pusseja, jotka eivät ole oikein. Jokaisella asemalla on sarja antureita reaaliaikaista palautetta varten.
Kun valosähköiset anturit menevät taitettavaan pöytään, se tarkistaa, onko kahvan materiaali paikallaan ja oikeassa paikassa. Jos anturi osoittaa, että kahvalista puuttuu tai sitä ei ole kohdistettu, ohjain voi laukaista toimintahäiriön ja pysäyttää koneen ennen kuin huono pussi muodostuu. Visuaalisia järjestelmiä-pieniä kameroita, joissa on kuvananalyysiohjelmisto-käytetään yhä useammin laastarien sijainnin ja liimakuvion tarkistamiseen. Visuaalinen järjestelmä ottaa kuvan jokaisesta pussista sen kulkiessa tarkastuspisteen läpi ja vertaa sitä vertailukuvaan. Laukut, jotka vaihtelevat liikaa, on merkitty myöhempää shuntin poistoa varten.
FDA:n HACCP-kehys, joka on alun perin suunniteltu elintarviketurvallisuuteen, on käyttänyt koneenvalmistajat mallina vikojen pysäyttämiseen. Lisäämällä kädensijan työntö- ja kirjaamisvaiheet keskeisiksi ohjauspisteiksi ja lisäämällä automaattisen tunnistuksen jokaiseen vaiheeseen valmistajat voivat osoittaa, että heidän laukkujen valmistajansa tarjoavat vakaan, virheetön tulosteen, joka voidaan jäljittää asetettuihin prosessiasetuksiin.
Patch-käsittelyn muunnelmia: vahvistuspaikat ja ikkunapaikat
Patch-käsittely kantokassivalmistajassa toimii kahdella eri tavalla, käyttäen samoja mekaanisia osia, mutta eri tavoin. Kuten aiemmin mainittiin, vahvistuspaikat sijaitsevat kahvan kiinnityspisteessä kuorman hajauttamiseksi. Ikkunapaikat-suorakulmio läpinäkyvästä kalvosta, joka on sijoitettu pussin reiän päälle läpinäkyvän ikkunan luomiseksi,-vaatii erilaisia sijoitteluasetuksia, mutta käyttää samoja paikkojen syöttö-, leikkaus- ja kiinnitysjärjestelmiä.
Molempien laastarien käsittely samassa koneessa on joustavan kannettavan laukkuvalmistajan suunnitteluominaisuus. Paikkamateriaalirulla voidaan vaihtaa läpinäkymättömästä vahvistusmateriaalista läpinäkyväksi ikkunakalvoksi. Leikkausmuotit ovat myös vaihdettavissa erikokoisten laastarien tekemiseksi. Säätimet päivitetään vastaamaan uuden laastarin kokoa ja liimausasetuksia. Tämä joustavuus sallii yhden koneen valmistaa erilaisia laukkutyylejä ilman suuria mekaanisia muutoksia-renkaan-muotoinen pussi, jossa on vahvistuspaikat, leikattu-pussi, jossa on ikkunapaikat, tai pussi{7}}vain pussi ilman.
Michigan State Universityn Packaging Machinery Instituten tutkimuksessa selvitettiin, kuinka nopeasti monitoimipakkaajat siirtyvät työstä toiseen. He havaitsivat, että koneet, joissa on servo-ohjattu, ohjelmoitava korjaustiedoston käsittelyjärjestelmä, lyhensivät kytkentäaikoja 60–75 %% mekaanisesti säädetyistä järjestelmistä. Tämä vaihtoajan lyheneminen parantaa suoraan koneen käyttöä ja vähentää hukkaa vaihdettaessa tuoteajojen välillä.
Nopeus, huolto ja automaation rajat
Automaattisella kädensijalla varustetun laukkutelineen maksiminopeutta ei ole asetettu millään komponentilla. Se määräytyy syklin kaikkien vaiheiden salliman kokonaisajan mukaan. Nopeudella 150 pussia minuutissa kone suorittaa täydellisen syklin 400 millisekunnin välein. Tänä aikana pussin on oltava paikoillaan, kahva leikattava ja taitettava, laastari leikattava ja siirrettävä, liimaa kiinnitettävä, liimausjärjestelmä on puristettava ja löysennetty ja valmis pussi on lähetettävä keräysalueelle. Kukin vaihe käyttää osan 400-millisekunnin budjetista. Muun ajan-yhden vaiheen lopun ja seuraavan alun välinen aika on ajoituspehmuste pienten muutosten omaksumiseksi.
Nopeuden kasvaessa ajoitustyyny pienenee ja pienenee. Kun nopeus on 200 pussia minuutissa, sykliaika laskee 300 millisekuntiin. Tiiviste ei välttämättä riitä käsittelemään normaaleja muutoksia materiaalin syötössä, liiman kuivumisessa tai anturin vasteessa. Koneet ovat herkempiä materiaalin laadulle, huonelämpötilalle ja koneen kulumiselle. Huoltotarpeet ovat yleisempiä ja satunnaiset viat ovat todennäköisempiä.
IEEE:n puitteissa luodut OMAC-pakkauskonestandardit tarjoavat järjestelmän koneen tilan hallintaan ja vianhakuun. Tämä auttaa käyttäjiä tunnistamaan ja ratkaisemaan ajoitusongelmat nopeasti. OMAC-standardeja noudattavat koneet näyttävät yksityiskohtaisia diagnostiikkatietoja --mukaan lukien ajoitusmittaukset kussakin paikassa ja ajan myötä muuttuvat lokit. Tämä mahdollistaa varhaisen huollon ja prosessin hienosäädön.
Johtopäätös
Kangaskassin valmistaja käyttää servo-servo{0}}-käyttöistä materiaalia syöttävää tarkkaa leikkaus- ja taittojärjestelmää, ohjelmoitavia, ohjelmoitavia liimausyksiköitä kerroksittain ajoituksen ohjausanturin laaduntarkistukset mahdollistavat automaattisen kahvan asettamisen ja paikannyksen käsittelyn. Kone siirtää useita materiaaliverkkoja-kasseja, ohjaustankoja, laastareita ja liimaa-tiukalla, ajoitetulla silmukalla, joka toistetaan satoja kertoja minuutissa. Siirtyminen mekaanisista nokkakäyttöjärjestelmistä servo--ohjattuihin, ohjelmoitaviin kokoonpanoihin on muuttanut nämä koneet kertakäyttöisistä-työkaluista joustaviksi tuotantoalustoiksi, jotka pystyvät käsittelemään useita laukkutyylejä pienellä vaihtoajalla. Seuraava vaihe ei ole mekaaninen. Kyse on ohjelmiston älykkyydestä, joka lyhentää aikaa, ennustaa, milloin huolto tulee tehdä ja säätää, kun suuria muutoksia tapahtuu. Ohjausjärjestelmien ja anturitekniikan edistymisen myötä seuraava askel on siirtyä eteenpäin.
Viitteet
- Kansainvälinen standardointijärjestö.ISO 21848 - Pakkaus - Joustava pakkauspussi-Koneiden valmistus - Mittojen toleranssit. Geneve: ISO, 2019.
- Tuotantoinsinöörien yhdistys. "Servo-käyttöiset materiaalinsyöttöjärjestelmät jalostuskoneissa: rekisteröinnin tarkkuus ja jännityksen hallinta."Manufacturing Engineering Magazine, vol. 166, ei. 4, 2021.
- ASTM kansainvälinen.ASTM F{0}} -standarditestimenetelmä joustavien suojamateriaalien tiivistyslujuudelle. West Conshohocken: ASTM, 2021.
- National Institute of Standards and Technology. "Ultraäänihitsausparametrien optimointi termoplastisille kuitukangasmateriaaleille pakkaussovelluksissa."NIST Technical Note 2195, 2020.
- IEEE Industrial Electronics Society. "Elektroninen linja-akseliteknologia muuntokoneissa: synkronointitarkkuus ja hajautetut servoarkkitehtuurit."IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 68, ei. 7, 2021.
- Packaging Machinery Research Institute, Michigan State University. "Vaihtotehokkuus monitoimilaukkujen-valmistuskoneissa: servo-käyttöiset vs. mekaaniset järjestelmät."Journal of Packaging Technology and Science, vol. 34, ei. 2, 2022.
- OMAC Packaging Working Group, Institute of Electrical and Electronics Engineers.OMAC Packaging Machinery Guidelines: State Management and Diagnostics. Piscataway: IEEE, 2020.
