Производството на чанти тип tote-независимо дали са от хартия, пластмаса или нетъкан текстил-включва поредица от стъпки: рязане, запечатване, сгъване и довършване. Тези стъпки превръщат непрекъснато валцуваните суровини в завършена торба за продажба на дребно или фабрична употреба. Добавянето на дръжки и инсталирането на пачове е най-трудната механична задача в тези стъпки. Производителят на торбички трябва да движи мрежа от няколко материала наведнъж, да нанася лепило или топлинно запечатване с голяма прецизност и да поддържа скорост над 150 торбички в минута. За да разберем как тези машини автоматично се справят с вмъкванията и корекциите, трябва да разгледаме механичните части, сензорните системи и контролните настройки, които работят заедно.
Базовата линия: Формиране на тялото на торбата
Чантите трябва да бъдат направени преди да се добавят дръжки или лепенки. В стандартен производител на пластмасови торбички фолиото пада от голяма ролка, сгъва се във формата на тръба и се запечатва отдолу. Режещият нож нарязва тръбата на отделни джобове на подходяща дължина. След това всяка торба се придвижва напред по конвейерната лента или верижната система, готова за следващата стъпка.
Подравняването на чантата, когато достигне дръжката или ремонтната станция, е ключово за цялата последваща работа. Ако чантата падне с 2 mm или 3 mm, обработката или закърпването ще продължат да се объркат, което ще доведе до лоша чанта. Подравняването се постига чрез механични водачи, фоторецептори, които четат отпечатъка върху филма и серво-задвижвани предавателни системи за регулиране на позицията на торбата, докато се движи. тези нужди от точност са обхванати от ISO 21848. Той определя ограничения на размера на гъвкавите опаковъчни машини.
Поставяне на дръжка: Подготовка на материала и подаване
Автоматичното вмъкване на дръжките започва с отделна доставка на материали: ролка от плосък материал-като хартиена лента, пластмасова лента или нарязани филмови ленти-се превръща в дръжка на чантата. Материалът на дръжката трябва да бъде изрязан до определена дължина и ако е необходима дръжка с примка, сгънете я и я поставете на правилното място в чантата, преди да свържете.
В производител на торбички за кръгли торбички лентата на дръжката първо се нарязва на дължина, подходяща за езичетата за закрепване на примката на дръжката. След това лентата се сгъва в U или D форма с помощта на механична сгъваема маса с направляваща плоча и водеща релса. Формата на гънките трябва да е една и съща всеки път. Промяната в гънката променя дължината на дръжката, което я прави неравномерна. Серво-контролираните системи за сгъване замениха механичните-задвижвани сгъвачи в по-новите машини. Това е така, защото серво системата позволява сгъваемите размери да се променят по електронен път, без да е необходимо да се сменят части.
Подсилване на лепенка-поставяне на малък правоъгълник от материал върху точката на закрепване на дръжката, за да се разпредели натоварването и да се предотврати разкъсването на мембраната на торбата от дръжката-развързва отделна мрежа от материали за лепенка и ги нарязва на отделни лепенки. Пластирите обикновено се изрязват с помощта на въртяща се матрица и се използва наковалня за изрязване на пластира. Това позволява пластир с еднакъв размер да бъде произведен със същата скорост. След това пластирът се премества в торбата с помощта на вакуумни вендузи или механично приспособление. Те поставят пластира точно над точката на закрепване на дръжката.
Обществото на производствените инженери написа документ за серво-задвижвани системи за подаване на материали в механични процеси. Те показват, че при използване на серво захранващи устройства за-контрол на напрежението в реално време на материалната мрежа, може да се постигне точност на подравняване от ± 0,5 милиметра при скорост от 200 обиколки в минута. Това ниво на точност е от ключово значение за поставянето на пластира. Пластирът трябва напълно да покрива областта на закрепване на дръжката, за да осигури добра армировка.
Операция за свързване: лепило, топлинно запечатване или ултразвуково заваряване
След като дръжката и лепенката на чантата са поставени, те трябва да бъдат фиксирани. В машината за производство на чанти има три вида често използвани методи за свързване. Според опаковъчния материал, необходимата сила на свързване, скорост на производство и други фактори за избор.
Прилагането на гореща стопилка е най-гъвкавият метод. Подходящо е за залепване на дръжки и лепенки върху хартия, нетъкан плат и някои найлонови торбички. Нагретият резервоар за лепило изпомпва разтопено лепило през програмируема дюза. Тази дюза поставя шарка от лепило върху чантата или етикета на дръжката. Моделът на дюзите-обикновено правоъгълен, двойно-жичен или пунктиран-се управлява от електромагнитен клапан, който се отваря и затваря, докато машината циркулира. Температурата и количеството на лепилото трябва да са подходящи. Твърде малко лепило, твърде слабо, може да се счупи под тежестта. Твърде много лепило може да доведе до екструзии, които оцветяват машините и повърхностите на платнените торби.
Когато чантата и дръжката са от един и същи тип термопластични фолиа, използвайте термозапечатване. Загрейте уплътнението и натиснете дръжката към торбата. Това разтапя пластмасовата контактна точка и образува заваръчен шев. Настройките на уплътнението-температура, налягане и време-трябва да бъдат зададени за конкретни филми. ASTM F88 предоставя стандартен метод за изпитване за измерване на якостта на запечатване на гъвкави материали. Производителите на машини използват тези тестове, за да проверят настройките на уплътнението в контролера на машината.
Ултразвуковото заваряване е сравнително нов метод за опаковане, особено подходящ за нетъкани торби. Ултразвуковите високоговорители вибрират при 20 до 40 kHz. Това създава топлина от триене в точката на контакт между етикета на дръжката и чантата. Локалното отопление може да се заварява без допълнителна топлина или лепило. Ултразвуковото заваряване има предимствата на чистота, безвкусност и липса на термично увреждане на околните материали. Това е важно за използването на хранителни-торби. NIST публикува работа за определяне на параметрите на ултразвуково заваряване за термопластични нетъкани материали. Те установиха, че здравината на заваръчния шев е тясно свързана с амплитудата на вибрациите и налягането на затягане. Най-добрите настройки могат да варират значително в зависимост от вида на полимера.
Синхронизация: Контролната архитектура
Основното предизвикателство при автоматичното вмъкване на ръкохватка и обработката на кръпки е времето. Чантите, материалите за дръжки, материалите за пластири и свързващият механизъм трябва да бъдат в една и съща позиция по едно и също време, движейки се с висока скорост цикъл след цикъл, без място за грешки във времето. Това синхронизиране се извършва чрез настройка на слоест контрол.
В горната част програмируем логически контролер (PLC) или контролер за движение действа като основен часовник на машината. Контролерът сигнализира основното местоположение-обикновено от енкодер или виртуална електронна макара на главния вал на задвижващата линия-, за да определи ъгъла на веригата на машината. Всеки серво мотор в машината следва тази основна позиция и изчислява движението си според основната позиция. Когато позицията на хоста показва, че чантата е достигнала позицията на дръжката, дръжката, подаваща се към сервото, се ускорява, за да произведе дръжката, лепенката срязва и прехвърля серво, за да произведе лепенката, и системата за свързване се отваря-всичко това за милисекунди.
IEEE Industrial Electronics Society написа статия за еволюцията на технологията на електронния тръбопровод в преобразуващите машини. Те посочват, че модерните разпределени серво системи могат да контролират времето на даден обект до ±0,1 градуса въртене на главния вал. Това е същото като времето под-милисекунда при нормални скорости на машината. Това ниво на прецизност е това, което прави възможно вмъкването на напълно автоматична ръкохватка с висока изходна скорост. Старите механични системи, които използваха гърбици, зъбни колела и зъбни ремъци, можеха да направят това само с много механични части и малко място за промяна.
Обратна връзка от сензора и осигуряване на качеството
Само времето не е достатъчно. Машините също трябва да проверяват дали всяка стъпка е правилна и да отказват да обработват или закърпват торби, които не са. Всяка станция има набор от сензори за- обратна връзка в реално време.
Докато фотоелектричните сензори влизат в сгъваемата маса, те проверяват дали материалът на дръжката е там и на правилното място. Ако сензорът покаже, че лентата на дръжката липсва или не е подравнена, контролерът може да задейства неизправност и да спре машината, преди да се образува лоша торба. Визуалните системи-малки фотоапарати със софтуер за анализ на изображения-се използват все повече за проверка на разположението на петна и модела на залепване на формата. Визуалната система прави снимка на всяка чанта, докато преминава през контролно-пропускателния пункт и я сравнява с референтно изображение. Торбичките, които варират твърде много, се маркират за по-късно отстраняване на шунт.
HACCP рамката на FDA, макар и първоначално проектирана за безопасност на храните, е използвана от производителите на машини като модел за спиране на дефекти. Чрез вмъкване на стъпки за вмъкване и публикуване на дръжки като ключови контролни точки и добавяне на автоматично откриване на всяка стъпка, производителите могат да демонстрират, че техните производители на торбички осигуряват стабилен, безупречен изход, който може да бъде проследен до зададени настройки на процеса
Варианти на работа с кръпки: кръпки за подсилване и кръпки за прозорци
Обработката на кръпки в машината за производство на чанти работи по два различни начина, като се използват едни и същи механични части, но по различни начини. Както споменахме по-рано, подсилващите лепенки са разположени в точката на закрепване на дръжката, за да разпръснат товара. Кръпки за прозорци-правоъгълник от прозрачно фолио, поставен върху дупка в торбата, за да се създаде прозрачен прозорец-изисква различни настройки за позициониране, но използва едни и същи системи за подаване, рязане и залепване на кръпки.
Да можеш да обработваш и двата вида лепенки на една и съща машина е конструктивна характеристика на гъвкавия преносим производител на чанти. Ролката на пластирния материал може да се смени от непрозрачен армировъчен материал на прозрачно фолио за прозорци. Формите за рязане също са взаимозаменяеми, за да се правят лепенки с различни размери. Контролите се актуализират, за да съответстват на размера на новата корекция и настройките за свързване. Тази гъвкавост позволява на една машина да произвежда различни стилове чанти за чанти без много механични промени-торба с форма на пръстен-с подсилващи лепенки, щанцована-чанта с лепенки за прозорец или чанта-само с кръпка без.
Проучването на Института за опаковъчни машини към Мичиганския държавен университет разглежда колко бързо многофункционалните опаковчици преминават от работа на работа. Те откриха, че машини със серво-задвижвани, програмируеми системи за обработка на кръпки намаляват времето за превключване с 60 до 75%% в сравнение с механично регулираните системи. Това намаляване на времето за смяна директно подобрява използването на машината и намалява отпадъците по време на превключване между сериите на продукта.
Скорост, поддръжка и границите на автоматизацията
Максималната скорост на носач за чанта с автоматично поставяне на дръжка не се задава от нито един компонент. Определя се от общото време, разрешено от всички стъпки в цикъла. При 150 торби в минута машината завършва пълен цикъл на всеки 400 милисекунди. През това време торбата трябва да е на мястото си, дръжката трябва да бъде отрязана и сгъната, пластирът трябва да бъде отрязан и преместен, трябва да се нанесе лепило, системата за свързване трябва да бъде натисната и разхлабена и готовата торба трябва да бъде изпратена в зоната за събиране. Всяка стъпка използва част от бюджет от 400-милисекунди. Останалото време-времето между края на една стъпка и началото на следващата е времева възглавница за усвояване на малки промени.
С увеличаване на скоростта, синхронизиращата възглавница става все по-малка и по-малка. При 200 торби в минута времето на цикъла пада до 300 милисекунди. Уплътнението може да не е достатъчно, за да се справи с нормалните промени в подаването на материала, изсъхването на лепилото или реакцията на сензора. Машините са по-чувствителни към качеството на материала, стайната температура и износването на машината. Нуждите от поддръжка са по-чести и случайните дефекти са по-вероятни.
Стандартите за опаковъчни машини OMAC, създадени под IEEE, осигуряват система за контрол на състоянието на машината и откриване на грешки. Това помага на операторите бързо да идентифицират и разрешават проблеми с времето. Машините, които следват стандартите OMAC, показват подробни диагностични данни --включително времеви измервания на всяко място и регистрационни файлове, които се променят с времето. Това позволява ранна поддръжка и фина настройка на процеса.
Заключение
Производителят на торбички използва серво серво{0}}задвижвано подаване на материал, система за прецизно рязане и сгъване, програмируеми програмируеми модули за свързване, многопластов контрол на времето, сензор за контрол на качеството, проверки на качеството, реализира автоматично вмъкване на дръжки и обработка на кръпки. Машината премества няколко мрежи от материали-торби, дръжки, лепенки и лепило-в тесен, синхронизиран цикъл, повтарящ се стотици пъти в минута. Преминаването от системи с механично гърбично задвижване към серво-контролирани, програмируеми настройки превърна тези машини от инструменти за еднократна-употреба в гъвкави производствени платформи, които могат да обработват множество стилове торби с малко време за смяна. Следващата стъпка не е механична. Става въпрос за интелигентен софтуер, който подобрява времето, предвижда кога трябва да се извърши поддръжка и се коригира, когато настъпят големи промени. С напредъка в системите за управление и сензорната технология, следващата стъпка ще бъде да продължим напред.
Референции
- Международна организация по стандартизация.ISO 21848 - Опаковка - Гъвкава опаковъчна торба-Машини за производство - Допуски на размерите. Женева: ISO, 2019.
- Общество на инженерите в производството. „Серво-системи за подаване на материал в машини за конвертиране: точност на регистриране и контрол на напрежението.“Списание за производствено инженерство, том. 166, №. 4, 2021 г.
- ASTM International.ASTM F88 - Стандартен метод за изпитване за якост на уплътнение на гъвкави бариерни материали. West Conshohocken: ASTM, 2021 г.
- Национален институт по стандарти и технологии. „Оптимизиране на параметрите на ултразвуково заваряване за термопластични нетъкани материали в опаковъчни приложения.“NIST Техническа бележка 2195, 2020.
- IEEE Общество за индустриална електроника. „Технология на електронния тръбопровод в преобразуващите машини: Прецизност на синхронизацията и разпределени серво архитектури.“Транзакции на IEEE за индустриална електроника, том. 68, №. 7, 2021 г.
- Изследователски институт за опаковъчни машини, Мичигански държавен университет. „Ефективност на смяната на много{1}}функционални машини-за производство на чанти: Серво-задвижвани срещу механични системи.“Journal of Packaging Technology and Science, том. 34, №. 2, 2022 г.
- OMAC Packaging Working Group, Институт на инженерите по електротехника и електроника.Насоки на OMAC за опаковъчни машини: управление на състоянието и диагностика. Piscataway: IEEE, 2020 г.
