Å lage vesker-enten det er papir, plast eller fiberduk- involverer en rekke trinn: kutting, forsegling, bretting og etterbehandling. Disse trinnene konverterer kontinuerlig rullende råvarer til en ferdig pose for detaljhandel eller fabrikkbruk. Å legge til håndtak og installere patcher er den vanskeligste mekaniske oppgaven i disse trinnene. Veskeprodusenten må flytte en bane av flere materialer samtidig, påføre lim eller varmeforseglinger med stor presisjon, og holde en hastighet på mer enn 150 poser per minutt. For å forstå hvordan disse maskinene automatisk håndterer innsetting og patcher, må vi se på mekaniske deler, sensorsystemer og kontrolloppsett som fungerer sammen.
Grunnlinjen: Bagkroppsformasjon
Poser må lages før håndtak eller lapper legges til. I en standard plastposemaker faller filmen av en stor rull, bretter seg til en rørform og forsegler i bunnen. Skjærebladet skjærer røret i separate lommer i passende lengde. Hver pose beveger seg deretter fremover på transportbåndet eller kjedesystemet, klar for neste trinn.
Innretting av posen når den når håndtaket eller reparasjonsstasjonen er nøkkelen til alt etterfølgende arbeid. Hvis posen faller av med 2 mm eller 3 mm, vil håndtering eller lapping fortsette å gå galt og gjøre en dårlig pose. Justering oppnås gjennom mekaniske guider, fotoreseptorer som leser avtrykket på filmen og servo-drevne transmisjonssystemer for å justere posens posisjon når den beveger seg. disse nøyaktighetsbehovene dekkes av ISO 21848. Den setter størrelsesgrenser for fleksible pakkemaskiner.
Innsetting av håndtak: Materialforberedelse og fôring
Automatisk innsetting av håndtak starter med en separat tilførsel av materialer: en rull med flatt materiale-som papirtape, plastbånd eller kuttede filmstrimler-blir posehåndtaket. Håndtaksmaterialet må beskjæres til en viss lengde, og hvis et løkkehåndtak er nødvendig, brett det opp og plasser det på riktig sted i posen før du kobler til.
I en posemaker for en sirkulær pose, kuttes håndtaksremsen først til en lengde som passer for festetappene til håndtaksløkken. Båndet brettes deretter til U- eller D-form ved hjelp av et mekanisk sammenleggbart bord med styreplate og styreskinne. Formen på brettene må være den samme hver gang. Endringen i folden endrer lengden på håndtaket, noe som gjør det ujevnt. Servo-styrte foldesystemer har erstattet kam-drevne mekaniske mapper i nyere maskiner. Dette er fordi servosystemet gjør at foldestørrelser kan endres elektronisk uten å måtte bytte ut deler.
Lapperforsterkning-plasserer et lite rektangel av materiale på håndtakets festepunkt for å spre belastningen og forhindre at håndtaket river i stykker veskemembranen-løser et eget nettverk av plastermaterialer og kutter dem i individuelle lapper. Lapper kuttes vanligvis ved hjelp av en roterende dyse og en ambolt brukes til å kutte plasteret. Dette gjør at lappen i samme størrelse kan produseres med samme hastighet. Plasteret flyttes deretter inn i posen ved hjelp av en vakuumsugekopp eller mekanisk armatur. Disse plasserer lappen nøyaktig over håndtakets festepunkt.
Samfunnet av produksjonsingeniører har skrevet en artikkel om servo-drevne materialmatingssystemer i mekaniske prosesser. De viser at når du bruker servomatere for sann-tidsspenningskontroll av materialnettverket, kan en innrettingsnøyaktighet på ± 0,5 millimeter oppnås med en hastighet på 200 runder per minutt. Dette nivået av nøyaktighet er nøkkelen til plassering av lappen. Plasteret må dekke området for håndtaksfeste helt for å gi god forsterkning.
Limingsoperasjonen: Lim, varmeforsegling eller ultralydsveis
Når håndtaket og lappen på posen er på plass, må de festes. I en posefremstillingsmaskin er det tre typer vanlig brukte bindingsmetoder. I henhold til emballasjematerialet, den nødvendige bindingsstyrken, produksjonshastigheten og andre faktorer å velge.
Påføring av varmsmelte er den mest fleksible metoden. Den egner seg til å lime håndtak og lapper på papir, ikke-vevd klut og noen plastposer. Den oppvarmede limtanken pumper smeltet lim gjennom en programmerbar dyse. Denne munnstykket setter et mønster av lim på posen eller på håndtaksetiketten. Dysemønsteret-vanligvis rektangulært, dobbelt-leddet eller prikkete-styres av en magnetventil, som åpnes og lukkes når maskinen sirkulerer. Temperaturen og limmengden må være passende. For lite lim, for svakt, kan gå i stykker under vekt. For mye lim kan føre til ekstruderinger som flekker maskiner og tøyposeoverflater.
Når posen og håndtaket er av samme type termoplastfilmer, bruk en termisk forsegling. Varm opp forseglingen og trykk håndtaket til posen. Dette smelter plastkontaktpunktet og danner en sveis. Forseglingsinnstillinger-temperatur, trykk og tid-må angis for spesifikke filmer. ASTM F88 gir en standard testmetode for å måle tetningsstyrken til fleksible materialer. Maskinprodusenter bruker disse testene for å sjekke forseglingsinnstillinger i maskinkontrolleren.
Ultralydsveising er en relativt ny pakkemetode, spesielt egnet for ikke-vevde poser. Ultralydhøyttalere vibrerer ved 20 til 40 kHz. Dette skaper friksjonsvarme ved kontaktpunktet mellom håndtaket og posen. Lokalvarme kan sveises uten ekstra varme eller lim. Ultralydsveising har fordelene med renhet, smakløshet og ingen termisk skade på omkringliggende materialer. Dette er viktig for bruk av matvareposer-. NIST publiserte arbeid med å sette ultralydsveiseparametere for termoplastiske ikke-vevde materialer. De fant at sveisestyrken var nært knyttet til vibrasjonsamplituden og klemtrykket. De beste innstillingene kan variere mye avhengig av typen polymer.
Synkronisering: Kontrollarkitekturen
Hovedutfordringen med automatisk innsetting av håndtak og patchbehandling er timing. Poser, håndtaksmaterialer, lappematerialer og bindingsmekanisme må alle være i samme posisjon samtidig, bevege seg med høy hastighet syklus etter syklus, uten rom for tidsfeil. Denne timingen gjøres gjennom lagdelt kontrolloppsett.
På toppen fungerer en programmerbar logikkkontroller (PLC) eller bevegelseskontroller som maskinens hovedklokke. Kontrolleren signaliserer hovedposisjonen-vanligvis fra en enkoder eller virtuell elektronisk spole på hoveddrivlinjeakselen-for å bestemme vinkelen på maskinens sløyfe. Hver servomotor i maskinen følger denne hovedposisjonen og beregner bevegelsen i henhold til hovedposisjonen. Når vertsposisjonen indikerer at posen har nådd håndtaksposisjonen, akselererer håndtaket som mates inn i servoen for å produsere håndtaket, lappen kutter og overfører servo for å produsere lappen, og bindingssystemet åpner-alt i løpet av millisekunder.
IEEE Industrial Electronics Society har skrevet en artikkel om utviklingen av elektronisk linjeakselteknologi i konverteringsmaskiner. De påpeker at moderne distribuerte servosystemer kan kontrollere tiden til et objekt til innenfor ±0,1 grader masterakselrotasjon. Dette er det samme som timing under-millisekunder ved normale maskinhastigheter. Dette presisjonsnivået er det som gjør det mulig å sette inn et helautomatisk håndtak med høy utgangshastighet. Gamle mekaniske systemer som brukte kamre, gir og registerremmer kunne gjøre dette bare med mange mekaniske deler og lite rom for endringer.
Sensortilbakemelding og kvalitetssikring
Tid alene er ikke nok. Maskiner må også kontrollere at hvert trinn er riktig og nekte å behandle eller lappe poser som ikke er det. Hver stasjon har et sett med sensorer for sanntids-tilbakemelding.
Når de fotoelektriske sensorene kommer inn i det sammenleggbare bordet, sjekker de om håndtaksmaterialet er der og på rett plass. Hvis sensoren viser at håndtakslisten mangler eller ikke er justert, kan kontrolleren utløse en funksjonsfeil og stoppe maskinen før en dårlig pose dannes. Visuelle systemer-små kameraer med bildeanalyseprogramvare-brukes i økende grad for å sjekke plasseringen av lappene og formlimmønsteret. Det visuelle systemet tar et bilde av hver pose når den passerer gjennom sjekkpunktet og sammenligner det med et referansebilde. Poser som varierer for mye merkes for senere shuntfjerning.
FDAs HACCP-rammeverk, selv om det opprinnelig ble designet for matsikkerhet, har blitt brukt av maskinprodusenter som en modell for å stoppe defekter. Ved å sette inn håndtaksinnsetting og posteringstrinn som viktige kontrollpunkter, og legge til automatisk deteksjon ved hvert trinn, kan produsenter demonstrere at poseprodusentene deres gir en stabil, feilfri utgang som kan spores tilbake til angitte prosessinnstillinger
Patchhåndteringsvariasjoner: Forsterkningslapper og vinduslapper
Patch-behandling i en veskeprodusent fungerer på to forskjellige måter, med de samme mekaniske delene, men på forskjellige måter. Som nevnt tidligere, er forsterkningslappene plassert ved håndtakets festepunkt for å spre belastningen. Vinduslapper-et rektangel av gjennomsiktig film plassert over et hull i posen for å lage et gjennomsiktig vindu-krever forskjellige posisjonsinnstillinger, men bruker samme lappmating, skjæring og liming.
Å kunne håndtere begge typer lapper på samme maskin er en designfunksjon for fleksibel bærbar bagmaker. Rulle for lappemateriale kan endres fra ugjennomsiktig forsterkning til transparent vindusfilm. Skjæreformer er også utskiftbare for å lage lapper i forskjellige størrelser. Kontrollene oppdateres for å matche størrelsen på den nye oppdateringen og bindingsinnstillingene. Denne fleksibiliteten gjør det mulig for én maskin å produsere en rekke poseposestiler uten store mekaniske endringer-en ring-formet veske med forsterkningslapper, en pose-kuttet med vinduslapper eller kun en lapp-pose uten.
Studien fra Michigan State Universitys Packaging Machinery Institute så på hvor raskt multifunksjonspakkere beveger seg fra jobb til jobb. De fant ut at maskiner med servo-drevne, programmerbare patchhåndteringssystemer reduserte byttetiden med 60 til 75 % % sammenlignet med mekanisk regulerte systemer. Denne reduksjonen i omstillingstid forbedrer direkte maskinbruken og reduserer sløsing under bytte mellom produktkjøringer.
Hastighet, vedlikehold og automatiseringens begrensninger
Maksimalhastigheten til en poseholder med automatisk innsetting av håndtak er ikke satt av noen komponent. Det bestemmes av den totale tiden som er tillatt av alle trinn i syklusen. Med 150 poser per minutt fullfører maskinen en komplett syklus hvert 400 millisekund. I løpet av denne tiden skal posen være på plass, håndtaket skal kuttes og brettes, lappen skal kuttes og flyttes, lim skal påføres, limsystemet skal presses og løsnes, og den ferdige posen skal sendes til oppsamlingsområdet. Hvert trinn bruker deler av et budsjett på 400-millisekunder. Resten av tiden-tiden mellom slutten av ett trinn og begynnelsen av det neste - er en timingpute for å absorbere små endringer.
Når hastigheten øker, blir timingputen mindre og mindre. Ved 200 poser per minutt synker syklustiden til 300 millisekunder. Pakningen er kanskje ikke tilstrekkelig til å håndtere normale endringer i materialmating, limtørking eller sensorrespons. Maskiner er mer følsomme for materialkvalitet, romtemperatur og maskinslitasje. Vedlikeholdsbehov er hyppigere og tilfeldige defekter er mer sannsynlige.
OMAC-standardene for emballasjemaskiner, opprettet under IEEE, gir et system for maskinstatuskontroll og feilsøking. Dette hjelper operatører raskt å identifisere og løse tidsproblemer. Maskiner som følger OMAC-standarder viser detaljerte diagnostiske data --inkludert tidsmålinger på hvert sted og logger som endres over tid. Dette gir mulighet for tidlig vedlikehold og prosessfinjustering.
Konklusjon
Tote bag maker tar i bruk servo servo-drevet materialmating presisjons kutte- og foldesystem, programmerbare programmerbare bondingsenheter lagdelt timing timing kontroll sensorkvalitetskontroller realiserer automatisk håndtaksinnsetting og patchbehandling. Maskinen flytter flere nettverk av materialer-poser, håndtak, lapper og lim-i en tett, tidsbestemt sløyfe som gjentas hundrevis av ganger i minuttet. Skiftet fra mekaniske kamdrevsystemer til servo-kontrollerte, programmerbare oppsett har forvandlet disse maskinene fra engangsverktøy for-engangsbruk til fleksible produksjonsplattformer som kan håndtere flere poser med kort overgangstid. Det neste trinnet er ikke mekanisk. Det handler om programvaresmart, som forbedrer tid, forutsier når vedlikehold bør gjøres og justerer når store endringer skjer. Med fremskritt innen kontrollsystemer og sensorteknologi, vil neste steg være å gå videre.
Referanser
- International Organization for Standardization.ISO 21848 - emballasje - fleksibel emballasjepose-fremstilling av maskiner - dimensjonstoleranser. Genève: ISO, 2019.
- Society of Manufacturing Engineers. "Servo-drevne materialfôringssystemer i konverteringsmaskineri: registreringsnøyaktighet og spenningskontroll."Magasinet produksjonsteknikk, vol. 166, nei. 4, 2021.
- ASTM International.ASTM F88 - standard testmetode for tetningsstyrke for fleksible barrierematerialer. West Conshohocken: ASTM, 2021.
- Nasjonalt institutt for standarder og teknologi. "Optimalisering av ultralydsveiseparameter for termoplastiske ikke-vevde materialer i emballasjeapplikasjoner."NIST Technical Note 2195, 2020.
- IEEE Industrial Electronics Society. "Electronic Line Shaft Technology in Converting Machinery: Synchronization Presisjon og distribuerte servoarkitekturer."IEEE-transaksjoner på industriell elektronikk, vol. 68, nei. 7, 2021.
- Packaging Machinery Research Institute, Michigan State University. "Changeover Efficiency in Multi-Function Bag-Making Machines: Servo-Driven vs. Mechanical Systems."Journal of Packaging Technology and Science, vol. 34, nei. 2, 2022.
- OMAC Packaging Working Group, Institute of Electrical and Electronics Engineers.OMAC Packaging Machinery Guidelines: State Management and Diagnostics. Piscataway: IEEE, 2020.
