Kottide valmistamine -olgu see paberist, plastikust või lausriidest- hõlmab mitmeid samme: lõikamine, sulgemine, voltimine ja viimistlemine. Need etapid muudavad pidevalt valtsitud tooraine valmiskotiks jaemüügiks või tehases kasutamiseks. Käepidemete lisamine ja plaastrite paigaldamine on nende sammude kõige keerulisem mehaaniline ülesanne. Kandekoti tegija peab liigutama korraga mitmest materjalist võrku, kandma ülitäpselt peale liimi või kuumtihendeid ning hoidma kiirust üle 150 koti minutis. Et mõista, kuidas need masinad sisestamist ja plaastreid automaatselt käsitsevad, peame vaatama mehaanilisi osi, andurisüsteeme ja juhtimisseadistusi, mis töötavad koos.
Lähtejoon: kotikeha moodustumine
Kotid tuleb teha enne käepidemete või plaastrite lisamist. Tavalises kilekotivalmistajas kukub kile suurelt rullilt maha, voldib torukujuliseks ja tihendab põhja. Lõiketera lõikab toru sobiva pikkusega eraldi taskutesse. Seejärel liigub iga kott konveierilindil või kettsüsteemil edasi, olles järgmiseks sammuks valmis.
Koti joondamine, kui see jõuab käepideme või remondipunktini, on kõigi järgnevate tööde võtmeks. Kui kott kukub maha 2 mm või 3 mm, läheb käsitsemine või lappimine jätkuvalt valesti, muutes koti halvaks. Joondamine saavutatakse mehaaniliste juhikute, fotoretseptorite abil, mis loevad filmile jäljendit, ja servo{4}}ajamiga ülekandesüsteemide abil, et reguleerida koti asendit selle liikumisel. need täpsusvajadused on kaetud ISO 21848-ga. See seab painduvatele pakendamismasinatele suurusepiirangud.
Käepideme sisestamine: materjali ettevalmistamine ja söötmine
Käepideme automaatne sisestamine algab eraldi materjalivaruga: rull lapikust materjalist -nagu paberlint, plastpael või lõigatud kileribad-saab koti käepidemeks. Käepideme materjal tuleb teatud pikkuseks kärpida ja kui vaja on aasanga, voldi see kokku ja aseta kotis enne ühendamist õigesse kohta.
Ringikujulise koti jaoks mõeldud kotivalmistajas lõigatakse käepideme riba esmalt käepideme aasa kinnituslappide jaoks sobivasse pikkusesse. Seejärel volditakse lint U- või D-kujuliseks, kasutades juhtplaadi ja juhtsiiniga mehaanilist voltimislauda. Voldude kuju peab olema iga kord sama. Voldi muutus muudab käepideme pikkust, muutes selle ebaühtlaseks. Servo-juhitavad voltimissüsteemid on uuemates masinates asendanud kaameraga juhitavad mehaanilised kaustad. Seda seetõttu, et servosüsteem võimaldab voltimissuurusi elektrooniliselt muuta ilma osi vahetamata.
Plaastri tugevdamine{0}}väikese ristküliku materjali asetamine käepideme kinnituspunktile, et hajutada koormust ja vältida käepideme koti membraani rebenemist-lahutab eraldi plaastrimaterjalide võrgustiku ja lõikab need üksikuteks plaastriteks. Plaastrid lõigatakse tavaliselt pöörleva stantsi abil ja plaastri lõikamiseks kasutatakse alasi. See võimaldab toota sama suurusega plaastrit sama kiirusega. Seejärel viiakse plaaster vaakum-iminappide või mehaanilise kinnitusvahendi abil kotti. Need asetavad plaastri täpselt käepideme kinnituspunkti kohale.
Tootmisinseneride selts on kirjutanud töö servo-ajamiga materjali etteandesüsteemide kohta mehaanilistes protsessides. Need näitavad, et kui kasutate materjalivõrgu reaalajas pingejuhtimiseks-servo sööte, on ± 0,5 millimeetrise joondamise täpsus võimalik saavutada kiirusega 200 ringi minutis. See täpsusaste on plaastri paigutamise võtmeks. Hea tugevduse tagamiseks peab plaaster täielikult katma käepideme kinnitusala.
Liimimisoperatsioon: liim, kuumtihend või ultraheli keevisõmblus
Kui koti käepide ja plaaster on paigas, tuleb need kinnitada. Kottide valmistamise masinas on tavaliselt kasutatavaid kolme tüüpi liimimismeetodeid. Vastavalt pakkematerjalile vajalik sideme tugevus, tootmiskiirus ja muud tegurid, mida valida.
Kuumsulami kasutamine on kõige paindlikum meetod. See sobib käepidemete ja plaastrite liimimiseks paberile, lausriidele ja mõnele kilekotile. Kuumutatud liimipaak pumpab sula liimi läbi programmeeritava düüsi. See otsik paneb kotile või käepideme sildile liimi mustri. Düüsi mustrit-tavaliselt ristkülikukujuline, topelt-juhtmega või punktiir{7}} juhib solenoidklapp, mis avaneb ja sulgub masina ringlemisel. Liimi temperatuur ja kogus peavad olema sobivad. Liiga vähe liimi, liiga nõrk, võib raskuse all puruneda. Liiga palju liimi võib põhjustada ekstrusioone, mis määrivad masinaid ja riidest koti pindu.
Kui kott ja käepide on sama tüüpi termoplastkilest, kasutage termotihendit. Kuumuta tihend ja suru käepide koti külge. See sulatab plasti kontaktpunkti ja moodustab keevisõmbluse. Tihendi seaded-temperatuur, rõhk ja aeg-tuleb määrata kindlate kilede jaoks. ASTM F88 pakub standardset katsemeetodit elastsete materjalide tihendi tugevuse mõõtmiseks. Masinatootjad kasutavad neid teste masina kontrolleri tihendi seadistuste kontrollimiseks.
Ultraheli keevitamine on suhteliselt uus pakkimismeetod, mis sobib eriti hästi mittekootud kottide jaoks. Ultraheli kõlarid vibreerivad sagedusel 20–40 kHz. See tekitab hõõrdesoojust käepideme sildi ja koti kokkupuutepunktis. Lokaalset kütmist saab keevitada ilma lisasoojuse ja liimita. Ultraheli keevitamise eelisteks on puhtus, maitsetus ja ümbritsevate materjalide termiline kahjustus. See on oluline toidu-kottide kasutamisel. NIST avaldas töö termoplastiliste lausmaterjalide ultrahelikeevitusparameetrite määramise kohta. Nad leidsid, et keevisõmbluse tugevus oli tihedalt seotud vibratsiooni amplituudi ja kinnitusrõhuga. Parimad sätted võivad olenevalt polümeeri tüübist olla väga erinevad.
Sünkroonimine: juhtimisarhitektuur
Käepideme automaatse sisestamise ja plaastri töötlemise peamine väljakutse on ajastus. Kotid, käepideme materjalid, plaastri materjalid ja sidumismehhanism peavad kõik olema samal ajal samas asendis, liikudes suurel kiirusel tsükli järel ilma ajavigadeta. See ajastus tehakse kihilise juhtimisseadistuse kaudu.
Ülaosas toimib programmeeritav loogikakontroller (PLC) või liikumiskontroller masina peamise kellana. Kontroller annab masina ahela nurga määramiseks signaali peamisest asukohast-tavaliselt kodeerijalt või peaajami võllil olevalt virtuaalselt elektrooniliselt poolilt-. Iga masina servomootor järgib seda põhiasendit ja arvutab selle liikumise vastavalt põhiasendile. Kui hostiasend näitab, et kott on jõudnud käepideme asendisse, kiirendab servosse sisenev käepide käepideme saamiseks, plaaster lõikab ja edastab servo, et luua plaaster, ning sidumissüsteem avaneb{5}}kõik millisekundite jooksul.
IEEE Industrial Electronics Society on kirjutanud artikli elektroonilise liinivõlli tehnoloogia arengust konversioonimasinates. Nad juhivad tähelepanu sellele, et kaasaegsed hajutatud servosüsteemid suudavad juhtida objekti aega ±0,1 kraadise peavõlli pöörlemise täpsusega. See on sama mis sub-millisekundiline ajastus masina tavalistel kiirustel. Selline täpsus võimaldab sisestada täisautomaatse käepideme suure väljundkiirusega. Vanad mehaanilised süsteemid, mis kasutasid nukke, hammasrattaid ja hammasrihmasid, said seda teha ainult suure hulga mehaaniliste osade ja vähese muutmisruumiga.
Andurite tagasiside ja kvaliteedi tagamine
Ainuüksi ajast ei piisa. Masinad peavad ka kontrollima iga sammu õigsust ja keelduma mittevastavate kottide töötlemisest või lappimisest. Igal jaamal on reaalajas tagasiside andmiseks-anurite komplekt.
Kui fotoandurid klapplauale sisenevad, kontrollib see, kas käepideme materjal on olemas ja õiges kohas. Kui andur näitab, et käepideme riba puudub või ei ole joondatud, võib kontroller käivitada tõrke ja peatada masina enne, kui tekib vigane kott. Plaastrite paigutuse ja liimmustri kontrollimiseks kasutatakse üha enam visuaalseid süsteeme-väikesi kaameraid koos pildianalüüsi tarkvaraga-. Visuaalne süsteem teeb pildi igast kotist, kui see läbib kontrollpunkti, ja võrdleb seda võrdluspildiga. Kotid, mis erinevad liiga palju, on märgistatud hilisemaks šundi eemaldamiseks.
FDA HACCP-raamistikku, mis oli algselt loodud toiduohutuse tagamiseks, on masinatootjad kasutanud defektide peatamise mudelina. Sisestades peamiste kontrollpunktidena käepideme sisestamise ja postitamise sammud ning lisades igal etapil automaatse tuvastamise, saavad tootjad näidata, et nende kotitootjad pakuvad stabiilset ja veatut väljundit, mida saab jälgida protsessi seadistusteni.
Plaastri käsitlemise variandid: tugevdusplaastrid ja aknaplaastrid
Plaastri töötlemine kandekoti valmistajas töötab kahel erineval viisil, kasutades samu mehaanilisi osi, kuid erineval viisil. Nagu varem mainitud, paiknevad tugevdusplaastrid koormuse hajutamiseks käepideme kinnituspunktis. Aknaplaastrid-läbipaistvast kilest ristkülik, mis asetatakse kotis oleva augu kohale, et luua läbipaistev aken,-nõuab erinevaid positsioneerimisseadeid, kuid kasutab samu plaastri etteandmis-, lõikamis- ja liimimissüsteeme.
Mõlemat tüüpi plaastrite käsitlemine samal masinal on paindliku kaasaskantava kotivalmistaja disainifunktsioon. Plaastrimaterjali rulli saab muuta läbipaistmatust tugevdusmaterjalist läbipaistvaks aknakileks. Lõikevormid on ka vahetatavad, et teha erineva suurusega plaastreid. Juhtnuppe värskendatakse, et need vastaksid uue plaastri suurusele ja sidumisseadetele. See paindlikkus võimaldab ühel masinal ilma suuremate mehaaniliste muudatusteta toota mitmesuguseid kotitüüpe -rõngakujuline-tugevduslaikudega kott, stantsitud-lõigatud kott aknaplekkidega või plaastri{7}}ainult kott ilma.
Michigani osariigi ülikooli pakendimasinate instituudi uuringus vaadeldi, kui kiiresti multifunktsionaalsed pakkijad töökohalt töökohale liiguvad. Nad leidsid, et servo-juhitavate programmeeritavate plaastritöötlussüsteemidega masinad vähendasid lülitusaegu 60–75%% võrreldes mehaaniliselt reguleeritavate süsteemidega. See ümberlülitusaja lühendamine parandab otseselt masina kasutamist ja vähendab raiskamist toote käitamise vahel vahetamisel.
Kiirus, hooldus ja automatiseerimise piirid
Automaatse käepideme sisestamisega kotikandja maksimaalset kiirust ei määra ükski komponent. Selle määrab tsükli kõigi etappide koguaeg. 150 kotti minutis teeb masin täieliku tsükli iga 400 millisekundi järel. Selle aja jooksul peab kott olema paigas, käepide lõigata ja voltida, plaastrit lõigata ja liigutada, liimi peale kanda, sidumissüsteemi vajutada ja lahti lasta ning valmis kott kogumisalale saata. Iga samm kasutab osa 400{8}}millisekundilisest eelarvest. Ülejäänud aja-ühe sammu lõpu ja järgmise alguse vaheline aeg on ajastuspadi väikeste muutuste vastuvõtmiseks.
Kiiruse kasvades muutub ajastuspadi järjest väiksemaks. Kui kiirus on 200 kotti minutis, väheneb tsükli aeg 300 millisekundini. Tihend ei pruugi olla piisav tavapäraste muutuste käsitlemiseks materjali etteandes, liimi kuivamisel või anduri reaktsioonil. Masinad on tundlikumad materjali kvaliteedi, toatemperatuuri ja masina kulumise suhtes. Hooldusvajadused on sagedasemad ja juhuslikud vead on tõenäolisemad.
IEEE raames loodud OMAC-i pakendamismasinate standardid pakuvad süsteemi masina oleku kontrollimiseks ja tõrkeotsinguks. See aitab operaatoritel kiiresti tuvastada ja lahendada ajastusprobleeme. Masinad, mis järgivad OMAC-standardeid, kuvavad üksikasjalikke diagnostikaandmeid -, sealhulgas ajamõõtmisi igal saidil ja aja jooksul muutuvaid logisid. See võimaldab varakult hooldust ja protsessi peenhäälestamist.
Järeldus
Kandekotitootja kasutab servoservo-ajamiga materjali etteande täppislõike- ja voltimissüsteemi, programmeeritavaid programmeeritavaid liimimisseadmeid, kihilist ajastuskontrolli anduri kvaliteedikontrolli, mis tagab käepideme automaatse sisestamise ja plaastri töötlemise. Masin liigutab mitut materjali-kotti, käepidet, plaastreid ja liimi-võrku tihedas ajastatud ahelas, mida korratakse sadu kordi minutis. Üleminek mehaaniliselt nukkajami süsteemidelt servo-juhitavatele, programmeeritavatele seadistustele on muutnud need masinad ühekordselt-kasutatavatelt tööriistadelt paindlikeks tootmisplatvormideks, mis suudavad lühikese üleminekuajaga hakkama saada mitme erineva kotistiiliga. Järgmine samm ei ole mehaaniline. See puudutab tarkvara nutikust, mis parandab aega, ennustab, millal hooldust tuleks teha ja kohandab, kui toimuvad suured muudatused. Juhtsüsteemide ja andurite tehnoloogia arenguga on järgmine samm edasi liikuda.
Viited
- Rahvusvaheline Standardiorganisatsioon.ISO 21848 - Pakend - Paindlik pakendikott-Masinate valmistamine - Mõõtmete tolerantsid. Genf: ISO, 2019.
- Tootmisinseneride Selts. "Servo-ajamiga materjali etteandesüsteemid konverteerivates masinates: registreerimise täpsus ja pinge kontroll."Tootmistehnoloogia ajakiri, vol. 166, nr. 4, 2021.
- ASTM International.ASTM F{0}} standardne painduvate barjäärimaterjalide tihendi tugevuse katsemeetod. West Conshohocken: ASTM, 2021.
- Riiklik Standardi- ja Tehnoloogiainstituut. "Ultraheli keevitusparameetrite optimeerimine termoplastiliste lausmaterjalide jaoks pakendirakendustes."NIST tehniline märkus 2195, 2020.
- IEEE tööstuselektroonika selts. "Elektrooniline liinivõlli tehnoloogia konverteerivates masinates: sünkroniseerimise täpsus ja hajutatud servoarhitektuurid."IEEE tehingud tööstuselektroonikaga, vol. 68, nr. 7, 2021.
- Michigani osariigi ülikooli pakendimasinate uurimisinstituut. "Multi-funktsionaalsete kottide-valmistamismasinate üleminekutõhusus: servo-ajamiga vs. mehaanilised süsteemid."Journal of Packaging Technology and Science, vol. 34, nr. 2, 2022.
- OMAC pakenditöörühm, elektri- ja elektroonikainseneride instituut.OMAC-i pakendimasinate juhised: olekuhaldus ja diagnostika. Piscataway: IEEE, 2020.
