Að búa til töskur-hvort sem þær eru pappír, plast eða óofinn dúkur- felur í sér röð skrefa: klippa, innsigla, brjóta saman og klára. Þessi skref umbreyta stöðugt rúllandi hráefni í fullunna poka fyrir smásölu eða verksmiðjunotkun. Að bæta við handföngum og setja upp plástra er erfiðasta vélræna verkefnið í þessum skrefum. Töskuframleiðandinn verður að færa vef úr nokkrum efnum í einu, setja á lím eða hitaþéttingar af mikilli nákvæmni og halda hraðanum yfir 150 pokum á mínútu. Til að skilja hvernig þessar vélar höndla sjálfkrafa ísetningu og plástra, þurfum við að skoða vélræna hluta, skynjarakerfi og stjórnunaruppsetningar sem vinna saman.
Grunnlínan: Pokalíkamsmyndun
Búa þarf til töskur áður en handföngum eða plástrum er bætt við. Í venjulegum plastpokaframleiðanda fellur filman af stórri rúllu, brotnar saman í rörform og þéttist neðst. Skurðarblaðið sneiðir pípuna í aðskilda vasa í viðeigandi lengd. Hver poki færist síðan áfram á færibandinu eða keðjukerfinu, tilbúinn fyrir næsta skref.
Uppröðun pokans þegar hann nær handfanginu eða viðgerðarstöðinni er lykilatriði í allri síðari vinnu. Ef pokinn dettur af um 2 mm eða 3 mm mun meðhöndlun eða plástra halda áfram að fara úrskeiðis, sem gerir pokann slæman. Jöfnun er náð með vélrænum leiðsögumönnum, ljósnemum sem lesa áletrunina á filmunni og servó-knúnum sendingarkerfum til að stilla stöðu pokans þegar hún hreyfist. þessar nákvæmniþarfir falla undir ISO 21848. Hann setur stærðarmörk fyrir sveigjanlegar umbúðavélar.
Innsetning handfangs: Undirbúningur og fóðrun efnis
Sjálfvirk innsetning handfangs hefst með sérstöku framboði af efni: rúlla af flötu efni-eins og pappírslímbandi, plastborða eða klipptar filmuræmur-verður handfangið á pokanum. Handfangsefnið verður að klippa niður í ákveðna lengd og ef þörf er á lykkjuhandfangi skaltu brjóta það upp og setja það á réttan stað í pokanum áður en það er tengt.
Í pokaframleiðanda fyrir hringlaga poka er handfangsröndin fyrst skorin í lengd sem hæfir festingarflipa handfangslykkju. Bandið er síðan brotið saman í U eða D lögun með því að nota vélrænt felliborð með stýriplötu og stýrisbraut. Lögun fellinganna verður að vera sú sama í hvert skipti. Breytingin á fellingunni breytir lengd handfangsins, sem gerir það ójafnt. Servó-stýrð fellikerfi hafa komið í stað myndavéla-drifna vélrænni möppu í nýrri vélum. Þetta er vegna þess að servókerfið gerir kleift að breyta samanbrotsstærðum rafrænt án þess að skipta um hlutum.
Plásturstyrking-með því að setja lítinn rétthyrning af efni á handfangsfestingarpunktinn til að dreifa álaginu og koma í veg fyrir að handfangið rífi pokahimnuna -losar sérstakt net plástursefna og sker þau í einstaka plástra. Plástrar eru venjulega klipptir með snúningsmóti og steðja er notaður til að klippa plásturinn. Þetta gerir kleift að framleiða plástur í sömu stærð á sama hraða. Plásturinn er síðan færður inn í pokann með því að nota lofttæmandi sogskálar eða vélrænan festingu. Þessir setja plásturinn nákvæmlega fyrir ofan handfangsfestingarpunktinn.
Félag framleiðsluverkfræðinga hefur skrifað ritgerð um servó-drifið efnisfóðrunarkerfi í vélrænum ferlum. Þær sýna að þegar notast er við servómatara fyrir rauntíma spennustýringu efnisnetsins, er hægt að ná nákvæmni upp á ± 0,5 mm á hraðanum 200 hringi á mínútu. Þetta nákvæmnistig er lykillinn að plástri staðsetningu. Plásturinn verður að hylja handfangsfestingarsvæðið alveg til að veita góða styrkingu.
Límunaraðgerðin: Lím, hitaþétting eða ultrasonic weld
Þegar handfangið og plásturinn á pokanum eru komnir á sinn stað verður að festa þau. Í töskugerðarvél eru þrjár tegundir af algengum tengingaraðferðum. Samkvæmt umbúðaefninu þarf að velja nauðsynlegan bindistyrk, framleiðsluhraða og aðra þætti.
Notkun heitbræðslu er sveigjanlegasta aðferðin. Það er hentugur til að líma handföng og plástra á pappír, ó-ofinn dúk og nokkra plastpoka. Upphitaði límtankurinn dælir bráðnu lími í gegnum forritanlegan stút. Þessi stútur setur límmynstur á pokann eða á handfangsmiðann. Stútmynstrinu-venjulega rétthyrnt, tvöfalt-vír eða punktað-er stjórnað af segulloka, sem opnast og lokar þegar vélin er í hringrás. Hitastig og magn líms verður að vera viðeigandi. Of lítið lím, of veikt, getur brotnað undir þyngd. Of mikið lím getur leitt til útpressunar sem blettir vélar og fleti taupoka.
Þegar pokinn og handfangið eru af sömu gerð af hitaþjálu filmum skal nota hitaþéttingu. Hitaðu innsiglið og þrýstu handfanginu að pokanum. Þetta bræðir plastsnertipunktinn og myndar suðu. Stilla innsigli-hitastig, þrýstingur og tími-verður að stilla fyrir sérstakar filmur. ASTM F88 veitir staðlaða prófunaraðferð til að mæla innsiglistyrk sveigjanlegra efna. Vélaframleiðendur nota þessar prófanir til að athuga innsiglistillingar í vélastýringu.
Ultrasonic suðu er tiltölulega ný pokaaðferð, sérstaklega hentugur fyrir óofna töskur. Ultrasonic hátalarar titra við 20 til 40 kHz. Þetta skapar núningshita á snertipunkti milli handfangsmerkisins og pokans. Hægt er að sjóða staðhitun án aukahita eða líms. Ultrasonic suðu hefur þá kosti að vera hreinleiki, bragðleysi og engin hitaskemmdir á nærliggjandi efnum. Þetta er mikilvægt fyrir notkun matarpoka-. NIST birti verk um að stilla hljóðsuðubreytur fyrir hitaþolið óofið efni. Þeir komust að því að suðustyrkur var nátengdur titringsmagni og klemmuþrýstingi. Bestu stillingarnar geta verið mjög mismunandi eftir tegund fjölliða.
Samstilling: Stjórnararkitektúrinn
Helsta áskorunin við sjálfvirka innsetningu handfangs og vinnslu plástra er tímasetning. Töskur, handfangsefni, plástursefni og tengibúnaður verða allir að vera í sömu stöðu á sama tíma, hreyfast á miklum hraða lotu eftir lotu, án pláss fyrir tímasetningarmistök. Þessi tímasetning er gerð með lagskiptri stjórnuppsetningu.
Efst virkar forritanleg rökstýring (PLC) eða hreyfistýring sem aðalklukka vélarinnar. Stýringin gefur til kynna aðalstaðsetninguna-venjulega frá kóðara eða sýndarrafrænu spólu á aðaldriflínuskaftinu-til að ákvarða hornið á lykkju vélarinnar. Sérhver servómótor í vélinni fylgir þessari aðalstöðu og reiknar hreyfingu hennar í samræmi við aðalstöðu. Þegar hýsilstaðan gefur til kynna að pokinn sé kominn í handfangsstöðu, flýtir handfangið sem fer inn í servóið til að framleiða handfangið, plásturinn sker og flytur servó til að framleiða plásturinn og tengikerfið opnast-allt á millisekúndum.
IEEE Industrial Electronics Society hefur skrifað grein um þróun rafrænna línuskaftatækni í umbreytingarvélum. Þeir benda á að nútíma dreifð servókerfi geti stjórnað tíma hlutar að innan við ±0,1 gráðu snúningi aðalskafts. Þetta er það sama og undir-millisekúndu tímasetning á venjulegum vélarhraða. Þetta nákvæmni er það sem gerir það mögulegt að setja inn fullsjálfvirkt handfang við háan framleiðsluhraða. Gömul vélræn kerfi sem notuðu kambás, gíra og tímareim gætu aðeins gert þetta með fullt af vélrænum hlutum og lítið pláss fyrir breytingar.
Viðbrögð skynjara og gæðatrygging
Tíminn einn er ekki nóg. Vélar verða einnig að athuga hvort hvert skref sé rétt og neita að vinna úr eða plástra poka sem eru það ekki. Hver stöð hefur sett af skynjurum fyrir rauntíma-viðbrögð.
Þegar ljósnemar fara inn í felliborðið athugar þeir hvort handfangsefnið sé til staðar og á réttum stað. Ef skynjarinn sýnir að handfangsröndina vantar eða er ekki í takt, getur stjórnandinn kallað fram bilun og stöðvað vélina áður en slæmur poki myndast. Sjónkerfi-lítil myndavél með myndgreiningarhugbúnaði-eru í auknum mæli notuð til að athuga staðsetningu plástra og lögun límmynstrsins. Sjónkerfið tekur mynd af hverjum poka þegar hún fer í gegnum eftirlitsstaðinn og ber hana saman við viðmiðunarmynd. Töskur sem eru of mismunandi eru merktar til að fjarlægja shunt síðar.
FDA's HACCP ramma, en upphaflega hannað fyrir matvælaöryggi, hefur verið notað af vélaframleiðendum sem fyrirmynd til að stöðva galla. Með því að setja inn handfangs- og birtingarskref sem lykilstýringarpunkta og bæta við sjálfvirkri greiningu í hverju skrefi, geta framleiðendur sýnt fram á að pokaframleiðendur þeirra veita stöðugt, gallalaust úttak sem rekja má til settra ferlistillinga
Tilbrigði við meðhöndlun plástra: Styrkingarplástrar og gluggaplástrar
Plástravinnsla í töskuframleiðanda virkar á tvo mismunandi vegu, með sömu vélrænu hlutunum en á mismunandi hátt. Eins og fyrr segir eru styrkingarplástrarnir staðsettir við festingarstað handfangsins til að dreifa álaginu. Gluggaplástrar-rétthyrningur af gagnsærri filmu sem er settur yfir gat í pokanum til að búa til gagnsæjan glugga-þarfnast mismunandi staðsetningarstillingar en notar sömu plástrafóðrunar-, skurðar- og tengingarkerfi.
Að geta meðhöndlað báðar gerðir plástra á sömu vélinni er hönnunareiginleiki sveigjanlegrar töskugerðar. Hægt er að breyta plástursrúllu úr ógagnsæu styrkingarefni í gagnsæ gluggafilmu. Skurðarmót eru einnig skiptanleg til að búa til plástra af mismunandi stærðum. Stjórntækin eru uppfærð til að passa við stærð nýja plásturs og tengistillingar. Þessi sveigjanleiki gerir einni vél kleift að framleiða margs konar pokapokastíl án mikilla vélrænna breytinga-hringlaga-poka með styrkingarplástra, deyja-skorinn poka með gluggaplástra eða plástur-einn poka án.
Rannsókn pakkningavélastofnunar Michigan State háskólans skoðaði hversu hratt fjölnota pökkunartæki flytjast úr starfi í vinnu. Þeir komust að því að vélar með servó-knúnum, forritanlegum plástrameðhöndlunarkerfum lækkuðu skiptitíma um 60 til 75%% samanborið við vélrænt stjórnað kerfi. Þessi stytting á skiptitíma bætir beinlínis vélanotkun og dregur úr sóun þegar skipt er á milli vörukeyrslna.
Hraði, viðhald og takmörk sjálfvirkni
Hámarkshraði töskuburðar með sjálfvirkri ísetningu handfangs er ekki stilltur af neinum einum íhlut. Það ræðst af heildartímanum sem öll skref í lotunni leyfa. Með 150 töskum á mínútu lýkur vélin heilli lotu á 400 millisekúndna fresti. Á þessum tíma verður pokinn að vera á sínum stað, handfangið verður að klippa og brjóta saman, skera og færa plásturinn, setja lím á, þrýsta og losa bindikerfið og senda fullbúna pokann á söfnunarsvæðið. Hvert skref notar hluta af 400-millisúndna kostnaðarhámarki. Afganginn af tímanum-tíminn frá lokum eins skrefs og upphafs þess næsta - er tímasetningarpúði til að taka við litlum breytingum.
Eftir því sem hraðinn eykst verður tímasetningarpúðinn minni og minni. Við 200 töskur á mínútu fer hringrásartíminn niður í 300 millisekúndur. Þéttingin gæti ekki verið nægjanleg til að takast á við eðlilegar breytingar á efnisfóðrun, límþurrkun eða skynjarasvörun. Vélar eru næmari fyrir efnisgæðum, stofuhita og sliti á vélum. Viðhaldsþörf er tíðari og tilviljunarkenndir gallar líklegri.
Staðlar OMAC umbúðavéla, búnir til undir IEEE, bjóða upp á kerfi fyrir stöðustýringu véla og bilanaleit. Þetta hjálpar rekstraraðilum fljótt að bera kennsl á og leysa tímasetningarvandamál. Vélar sem fylgja OMAC stöðlum sýna ítarleg greiningargögn --þar á meðal tímamælingar á hverjum stað og annálar sem breytast með tímanum. Þetta gerir kleift að viðhalda snemma og fínstilla ferli.
Niðurstaða
Töskuframleiðandi notar servo servó-knúið efnisfóðrunarkerfi fyrir nákvæmni til að klippa og brjóta saman, forritanlegar forritanlegar tengieiningar lagskipt tímastýringu tímastýringar skynjara gæðaprófanir gera sér grein fyrir sjálfvirkri innsetningu handfangs og vinnslu plástra. Vélin flytur nokkur net efnis-töskur, stýrisstangir, plástra og lím-í þéttri, tímasettri lykkju sem er endurtekin hundruð sinnum á mínútu. Breytingin frá vélrænum kambásdrifkerfum yfir í servó-stýrðar, forritanlegar uppsetningar hefur umbreytt þessum vélum úr einnota-verkfærum yfir í sveigjanlegan framleiðsluvettvang sem getur séð um marga pokastíla með litlum skiptitíma. Næsta skref er ekki vélrænt. Þetta snýst um hugbúnaðarsnjall, sem bætir tíma, spáir fyrir um hvenær viðhaldi á að fara fram og stillir þegar meiriháttar breytingar verða. Með framförum í stjórnkerfum og skynjaratækni verður næsta skref að halda áfram.
Heimildir
- Alþjóðastaðlastofnunin.ISO 21848 - Pökkun - Sveigjanlegur pökkunarpoki-Framleiðir vélar - Málvikmörk. Genf: ISO, 2019.
- Félag framleiðsluverkfræðinga. "Servo-drifið efnisfóðrunarkerfi í umbreytingu véla: Skráningarnákvæmni og spennustjórnun."Tímarit framleiðsluverkfræði, bindi. 166, nei. 4, 2021.
- ASTM International.ASTM F88 - staðalprófunaraðferð fyrir innsigli á sveigjanlegum hindrunarefnum. West Conshohocken: ASTM, 2021.
- Staðla- og tæknistofnun ríkisins. "Ultrasonic suðu færibreyta hagræðing fyrir varmaplast óofið efni í umbúðum."NIST tækniskýrsla 2195, 2020.
- IEEE Industrial Electronics Society. "Rafræn línuskafttækni við að breyta vélum: samstillingarnákvæmni og dreifður servóarkitektúr."IEEE viðskipti á iðnaðar rafeindatækni, bindi. 68, nei. 7, 2021.
- Packaging Machinery Research Institute, Michigan State University. "Breytingarhagkvæmni í fjöl-virknipoka-gerð véla: Servó-drifið vs. vélrænt kerfi."Journal of Packaging Technology and Science, bindi. 34, nei. 2, 2022.
- OMAC Packaging Working Group, Institute of Electrical and Electronics Engineers.Leiðbeiningar OMAC umbúðavéla: Ríkisstjórnun og greining. Piscataway: IEEE, 2020.
