Výroba tašiek{0}}či už papierových, plastových alebo netkaných{1}}zahŕňa sériu krokov: rezanie, tesnenie, skladanie a konečnú úpravu. Tieto kroky premieňajú kontinuálne sa rolujúce suroviny na hotové vrece na maloobchodné alebo výrobné použitie. Pridávanie rukovätí a inštalácia záplat je najťažšou mechanickou úlohou v týchto krokoch. Výrobca tašiek musí presúvať pás z niekoľkých materiálov naraz, nanášať lepidlo alebo tepelné spoje s veľkou presnosťou a udržiavať rýchlosť vyššiu ako 150 vriec za minútu. Aby sme pochopili, ako tieto stroje automaticky zvládajú vkladanie a opravy, musíme sa pozrieť na mechanické časti, senzorové systémy a ovládacie nastavenia, ktoré spolupracujú.
Základná línia: Formovanie tela vrecka
Vrecia musia byť vyrobené pred pridaním rukovätí alebo záplat. V štandardnom výrobníku plastových vriec fólia odpadáva z veľkej rolky, zloží sa do tvaru rúrky a v spodnej časti sa zataví. Rezacia čepeľ krája rúrku do samostatných vreciek vhodnej dĺžky. Každá taška sa potom pohybuje dopredu na dopravnom páse alebo reťazovom systéme a je pripravená na ďalší krok.
Zarovnanie tašky, keď dosiahne rukoväť alebo opravárenskú stanicu, je kľúčové pre všetky nasledujúce práce. Ak vrece spadne o 2 mm alebo 3 mm, manipulácia alebo záplatovanie bude naďalej chybné, čo spôsobí zlú tašku. Zarovnanie sa dosahuje pomocou mechanických vodidiel, fotoreceptorov, ktoré čítajú odtlačok na fólii, a servo{4}}poháňaných prevodových systémov na úpravu polohy vrecka pri jeho pohybe. tieto požiadavky na presnosť sú pokryté normou ISO 21848. Stanovuje limity veľkosti pre flexibilné baliace stroje.
Vloženie rukoväte: Príprava materiálu a podávanie
Automatické vkladanie rukoväte sa začína samostatnou dodávkou materiálov: z kotúča plochého materiálu-ako je papierová páska, plastová páska alebo narezané filmové pásy- sa stáva rukoväť tašky. Materiál rukoväte musí byť orezaný na určitú dĺžku a ak je potrebná slučková rukoväť, pred pripojením ju zložte a umiestnite na správne miesto v taške.
V taštičkovom zariadení pre kruhovú tašku sa pásik rukoväte najskôr odreže na dĺžku vhodnú pre úchytky pútka na rukoväti. Pás je potom zložený do tvaru U alebo D pomocou mechanického skladacieho stola s vodiacou doskou a vodiacou lištou. Tvar záhybov musí byť zakaždým rovnaký. Zmena záhybu mení dĺžku rukoväte, čím sa stáva nerovnomerným. Servo-ovládané skladacie systémy nahradili vačkové{5}}mechanické skladačky v novších strojoch. Je to preto, že servosystém umožňuje elektronickú zmenu veľkosti skladania bez potreby výmeny dielov.
Vystuženie záplaty-umiestnením malého obdĺžnika materiálu na bod pripevnenia rukoväte, aby sa rozložilo zaťaženie a zabránilo sa roztrhnutiu rúčky na membráne tašky-uvoľní samostatnú sieť materiálov záplat a rozreže ich na jednotlivé záplaty. Záplaty sa zvyčajne odrezávajú pomocou rotačnej matrice a na odrezanie záplaty sa používa kovadlina. To umožňuje vytvárať náplasti rovnakej veľkosti pri rovnakej rýchlosti. Náplasť sa potom presunie do vrecka pomocou vákuových prísaviek alebo mechanického upevnenia. Tieto umiestnia náplasť presne nad bod pripevnenia rukoväte.
Spoločnosť výrobných inžinierov napísala článok o servo-systémoch podávania materiálu v mechanických procesoch. Ukazujú, že pri použití servopodávačov na-kontrolu napätia v materiálovej sieti v reálnom čase je možné dosiahnuť presnosť vyrovnania ± 0,5 milimetra pri rýchlosti 200 kôl za minútu. Táto úroveň presnosti je kľúčom k umiestneniu záplat. Náplasť musí úplne zakrývať oblasť pripevnenia rukoväte, aby poskytovala dobré vystuženie.
Operácia lepenia: lepidlo, tepelné tesnenie alebo ultrazvukový zvar
Keď sú rukoväť a záplata na vrecku na svojom mieste, musia byť zaistené. V stroji na výrobu tašiek existujú tri druhy bežne používaných spôsobov spájania. Podľa baliaceho materiálu, požadovanej pevnosti spoja, rýchlosti výroby a ďalších faktorov, ktoré je potrebné vybrať.
Aplikácia horúcej taveniny je najflexibilnejšia metóda. Je vhodný na lepenie rúčok a záplat na papier, netkanú-látku a niektoré plastové vrecká. Vyhrievaná nádrž na lepidlo pumpuje roztavené lepidlo cez programovateľnú trysku. Táto tryska nanáša vzor lepidla na tašku alebo na štítok rukoväte. Vzor trysiek-zvyčajne pravouhlý, dvojitý{6}}káblový alebo bodkovaný- je ovládaný elektromagnetickým ventilom, ktorý sa otvára a zatvára, keď stroj cirkuluje. Teplota a množstvo lepidla musia byť primerané. Príliš málo lepidla, príliš slabé, môže pod váhou prasknúť. Príliš veľa lepidla môže viesť k vytlačeniu, ktoré zafarbí stroje a povrchy látkových vreciek.
Ak sú taška a rukoväť z rovnakého typu termoplastickej fólie, použite tepelné tesnenie. Zahrejte tesnenie a pritlačte rukoväť k vrecku. Tým sa kontaktný bod plastu roztaví a vytvorí sa zvar. Nastavenia tesnenia-teplota, tlak a čas-musia byť nastavené pre konkrétne filmy. ASTM F88 poskytuje štandardnú testovaciu metódu na meranie pevnosti tesnenia pružných materiálov. Výrobcovia strojov používajú tieto testy na kontrolu nastavenia tesnenia v ovládači stroja.
Ultrazvukové zváranie je relatívne nová metóda vrecovania, vhodná najmä pre netkané vrecká. Ultrazvukové reproduktory vibrujú s frekvenciou 20 až 40 kHz. To vytvára trecie teplo v mieste kontaktu medzi štítkom na rukoväti a taškou. Lokálne vykurovanie je možné zvárať bez dodatočného tepla alebo lepidla. Ultrazvukové zváranie má výhody v čistote, bez chuti a bez tepelného poškodenia okolitých materiálov. To je dôležité pri používaní vrecúšok-na potravinárske účely. NIST publikoval prácu o nastavení parametrov ultrazvukového zvárania pre termoplastické netkané materiály. Zistili, že pevnosť zvaru úzko súvisí s amplitúdou vibrácií a upínacím tlakom. Najlepšie nastavenia sa môžu značne líšiť v závislosti od typu polyméru.
Synchronizácia: Architektúra riadenia
Hlavnou výzvou pri automatickom vkladaní rukoväte a spracovaní opráv je načasovanie. Vrecia, materiály rukoväte, náplasti a spojovací mechanizmus musia byť všetky súčasne v rovnakej polohe a musia sa pohybovať vysokou rýchlosťou cyklus po cykle, bez priestoru na chyby v načasovaní. Toto načasovanie sa vykonáva prostredníctvom nastavenia vrstveného riadenia.
V hornej časti funguje programovateľný logický ovládač (PLC) alebo ovládač pohybu ako hlavné hodiny stroja. Ovládač signalizuje hlavné umiestnenie-zvyčajne z kódovača alebo virtuálnej elektronickej cievky na hriadeli hlavného hnacieho vedenia-, aby určil uhol slučky stroja. Každý servomotor v stroji sleduje túto hlavnú polohu a vypočítava svoj pohyb podľa hlavnej polohy. Keď poloha hostiteľa naznačuje, že taška dosiahla polohu rukoväte, rukoväť vsunutá do serva sa zrýchli, aby vytvorila rúčku, náplasť sa odreže a prenesie servo na vytvorenie náplasti a spojovací systém sa otvorí-to všetko v priebehu milisekúnd.
Spoločnosť IEEE Industrial Electronics Society napísala článok o vývoji technológie hriadeľov elektronických vedení v konverzných strojoch. Poukazujú na to, že moderné distribuované servosystémy dokážu riadiť čas objektu v rozsahu ±0,1 stupňa otáčania hlavného hriadeľa. Je to rovnaké ako časovanie pod-milisekundy pri bežných rýchlostiach stroja. Táto úroveň presnosti umožňuje vložiť plne automatickú rukoväť s vysokým výstupným výkonom. Staré mechanické systémy, ktoré používali vačky, prevody a rozvodové remene, to dokázali len s množstvom mechanických častí a malým priestorom na zmeny.
Spätná väzba snímača a zabezpečenie kvality
Čas osamote nestačí. Stroje musia tiež skontrolovať, či je každý krok správny a odmietnuť spracovať alebo zalepiť vrecia, ktoré nie sú správne. Každá stanica má sadu senzorov pre-spätnú väzbu v reálnom čase.
Keď fotoelektrické snímače vstúpia do skladacieho stola, skontrolujú, či je materiál rukoväte tam a na správnom mieste. Ak snímač ukazuje, že prúžok rukoväte chýba alebo nie je zarovnaný, ovládač môže spustiť poruchu a zastaviť stroj skôr, ako sa vytvorí chybné vrecko. Vizuálne systémy-malé kamery so softvérom na analýzu obrazu-sa čoraz častejšie používajú na kontrolu umiestnenia záplat a vzoru tvarového lepidla. Vizuálny systém fotí každú tašku, keď prechádza cez kontrolný bod, a porovnáva ju s referenčným obrázkom. Vrecia, ktoré sa príliš líšia, sú označené na neskoršie odstránenie skratu.
Rámec HACCP FDA, hoci bol pôvodne navrhnutý pre bezpečnosť potravín, bol používaný výrobcami strojov ako model na zastavenie defektov. Vložením krokov vloženia rukoväte a odoslania ako kľúčových kontrolných bodov a pridaním automatickej detekcie v každom kroku môžu výrobcovia preukázať, že ich výrobcovia tašiek poskytujú stabilný a bezchybný výstup, ktorý možno spätne vysledovať až k nastaveniu procesu.
Variácie spracovania záplat: Záplaty výstuže a záplaty okien
Spracovanie záplat v taškovači funguje dvoma rôznymi spôsobmi, pričom sa používajú rovnaké mechanické časti, ale rôznymi spôsobmi. Ako už bolo spomenuté, výstužné záplaty sú umiestnené v bode pripevnenia rukoväte, aby rozložili náklad. Okenné záplaty-obdĺžnik priehľadnej fólie umiestnený nad otvorom vo vrecku na vytvorenie priehľadného okienka-vyžaduje rôzne nastavenia polohy, ale používa rovnaké systémy podávania, rezania a lepenia záplat.
Schopnosť manipulovať s oboma typmi náplastí na tom istom stroji je konštrukčnou vlastnosťou flexibilného prenosného výrobcu tašiek. Kotúč záplatového materiálu je možné zmeniť z nepriehľadného výstužného materiálu na priehľadnú okennú fóliu. Rezacie formy sú tiež zameniteľné, aby sa vytvorili záplaty rôznych veľkostí. Ovládacie prvky sa aktualizujú tak, aby zodpovedali veľkosti novej záplaty a nastaveniam väzby. Táto flexibilita umožňuje na jednom stroji vyrábať rôzne štýly vreciek bez veľkých mechanických zmien-tašku v tvare krúžku{5}} s výstužnými záplatami, vysekanú-tašku s okennými záplatami alebo len vrecúško-bez záplaty.
Štúdia inštitútu Packaging Machinery Institute Michiganskej štátnej univerzity sa zamerala na to, ako rýchlo sa multifunkčné baliarne presúvajú z jedného zamestnania do druhého. Zistili, že stroje so servo-poháňanými, programovateľnými systémami na manipuláciu s patchmi skrátili časy prepínania o 60 až 75 % % v porovnaní s mechanicky regulovanými systémami. Toto skrátenie času prechodu priamo zlepšuje využitie stroja a znižuje plytvanie pri prepínaní medzi sériami produktov.
Rýchlosť, údržba a limity automatizácie
Maximálna rýchlosť nosiča tašiek s automatickým vkladaním rukoväte nie je nastavená jedným komponentom. Je určený celkovým časom povoleným všetkými krokmi v cykle. Pri rýchlosti 150 vriec za minútu stroj dokončí celý cyklus každých 400 milisekúnd. Počas tejto doby musí byť vrecko na svojom mieste, rukoväť musí byť odrezaná a zložená, náplasť musí byť odrezaná a posunutá, musí byť nanesené lepidlo, musí byť stlačený a uvoľnený spojovací systém a hotové vrecko musí byť odoslané do zberného miesta. Každý krok využíva časť 400-milisekundového rozpočtu. Zvyšok času,-čas medzi koncom jedného kroku a začiatkom nasledujúceho, je časový vankúš na absorbovanie malých zmien.
So zvyšujúcou sa rýchlosťou sa časovací vankúš zmenšuje a zmenšuje. Pri 200 vreciach za minútu sa doba cyklu zníži na 300 milisekúnd. Tesnenie nemusí byť dostatočné na zvládnutie bežných zmien v podávaní materiálu, sušení lepidla alebo odozve snímača. Stroje sú citlivejšie na kvalitu materiálu, izbovú teplotu a opotrebovanie stroja. Potreby údržby sú častejšie a náhodné chyby sú pravdepodobnejšie.
Štandardy baliacich strojov OMAC, vytvorené podľa IEEE, poskytujú systém na kontrolu stavu stroja a vyhľadávanie porúch. To pomáha operátorom rýchlo identifikovať a vyriešiť problémy s načasovaním. Stroje, ktoré dodržiavajú štandardy OMAC, zobrazujú podrobné diagnostické údaje - vrátane meraní časovania na každom mieste a protokolov, ktoré sa časom menia. To umožňuje včasnú údržbu a jemné doladenie procesu.
Záver
Výrobca tašiek využíva servo servo{0}}poháňaný systém podávania materiálu na presné rezanie a skladanie, programovateľné programovateľné lepiace jednotky vrstvené načasovanie na kontrolu kvality snímača kontroly kvality realizujú automatické vkladanie rukoväte a spracovanie záplat. Stroj premiestňuje niekoľko sietí materiálov-vreciek, riadidiel, záplat a lepidla-v tesnej, časovanej slučke, ktorá sa opakuje stokrát za minútu. Posun od mechanických vačkových pohonných systémov k servo-riadeným, programovateľným nastaveniam premenil tieto stroje z nástrojov na jedno použitie- na flexibilné výrobné platformy, ktoré dokážu zvládnuť viacero štýlov vreciek s krátkym časom výmeny. Ďalší krok nie je mechanický. Ide o softvérové inteligentné riešenia, ktoré zlepšujú čas, predpovedajú, kedy by sa mala vykonať údržba, a prispôsobujú sa, keď nastanú veľké zmeny. S pokrokom v riadiacich systémoch a technológii senzorov bude ďalším krokom posun vpred.
Referencie
- Medzinárodná organizácia pre normalizáciu.ISO 21848 - Balenie - Flexibilné baliace vrecko-Výrobné stroje - Rozmerové tolerancie. Ženeva: ISO, 2019.
- Spoločnosť výrobných inžinierov. "Servo-poháňané systémy podávania materiálu v konverzných strojoch: presnosť registrácie a kontrola napätia."Časopis výrobného inžinierstva, roč. . 166, č. . 4, 2021.
- ASTM International.Štandardná testovacia metóda ASTM F{0}} pre pevnosť tesnenia flexibilných bariérových materiálov. West Conshohocken: ASTM, 2021.
- Národný inštitút pre štandardy a technológie. "Optimalizácia parametrov ultrazvukového zvárania pre termoplastické netkané materiály v obalových aplikáciách."Technická poznámka NIST 2195, 2020.
- IEEE Industrial Electronics Society. "Technológia elektronického vedenia hriadeľa v konverzných strojoch: Presná synchronizácia a distribuované servo architektúry."IEEE transakcie s priemyselnou elektronikou, roč. . 68, č. . 7, 2021.
- Výskumný ústav baliacich strojov, Michiganská štátna univerzita. "Efektívnosť zmeny vo viac{1}}funkcii tašiek-strojov: servo-poháňané verzus mechanické systémy."Journal of Packaging Technology and Science, roč. . 34, č. . 2, 2022.
- OMAC Packaging Working Group, Institute of Electrical and Electronic Engineers.Smernice OMAC pre baliace stroje: riadenie stavu a diagnostika. Piscataway: IEEE, 2020.
