A táskák elkészítése -legyen szó papírról, műanyagról vagy nem szőtt szövetből-, több lépésből áll: vágás, lezárás, hajtogatás és kikészítés. Ezek a lépések a folyamatosan gördülő nyersanyagokat kész zsákká alakítják kiskereskedelmi vagy gyári használatra. A fogantyúk hozzáadása és a javítások telepítése a legnehezebb mechanikai feladat ezekben a lépésekben. A táskakészítőnek egyszerre több anyagból álló szövedéket kell mozgatnia, nagy pontossággal ragasztót vagy hegesztést kell felvinnie, és percenként több mint 150 tasak sebességet kell tartania. Annak megértéséhez, hogy ezek a gépek hogyan kezelik automatikusan a behelyezést és a foltokat, meg kell vizsgálnunk az együtt működő mechanikai részeket, érzékelőrendszereket és vezérlőrendszereket.
Az alapállapot: táskatest kialakulása
A zsákokat a fogantyúk vagy foltok hozzáadása előtt kell elkészíteni. Egy szabványos műanyag zacskókészítőben a fólia leesik egy nagy tekercsről, cső alakúra gyűrődik, és az alján lezár. A vágópenge a csövet megfelelő hosszúságú, különálló zsebekre vágja. Ezután minden zsák előrehalad a szállítószalagon vagy a láncrendszeren, készen állva a következő lépésre.
A táska igazítása, amikor eléri a fogantyút vagy a javítóállomást, kulcsfontosságú minden további munkához. Ha a táska 2 vagy 3 mm-rel leesik, a kezelés vagy a foltozás továbbra is rossz lesz, ami rossz zsákot eredményez. Az igazítást mechanikus vezetők, fotoreceptorok, amelyek leolvasják a filmen lévő lenyomatot, és szervo{4}}meghajtású átviteli rendszerek biztosítják, hogy beállítsák a zsák helyzetét mozgás közben. ezeket a pontossági igényeket az ISO 21848 lefedi. Mérethatárokat határoz meg a rugalmas csomagológépek számára.
Fogantyú behelyezése: Anyag előkészítés és etetés
A fogantyú automatikus behelyezése külön anyagkészlettel kezdődik: egy tekercs lapos anyagból-, például papírszalagból, műanyag szalagból vagy vágott filmcsíkokból- lesz a táska fogantyúja. A fogantyú anyagát egy bizonyos hosszúságúra le kell vágni, és ha hurkos fogantyúra van szükség, azt hajtsa fel és helyezze a megfelelő helyre a táskába, mielőtt csatlakoztatná.
A kör alakú táskához készült táskakészítőben a fogantyúcsíkot először a fogantyúhurok rögzítőfüleinek megfelelő hosszúságúra vágják. Ezután a szalagot U vagy D alakra hajtogatják egy vezetőlemezzel és vezetősínnel ellátott mechanikus összecsukható asztal segítségével. A hajtások alakjának minden alkalommal azonosnak kell lennie. A hajtás változása megváltoztatja a fogantyú hosszát, így egyenetlen lesz. A szervo-vezérelt összecsukható rendszerek felváltották a bütykös-mechanikus mappákat az újabb gépeken. Ennek az az oka, hogy a szervorendszer lehetővé teszi az összecsukható méretek elektronikus megváltoztatását anélkül, hogy alkatrészeket kellene cserélni.
Folt megerősítés-egy kis téglalap anyag elhelyezése a fogantyú rögzítési pontján, hogy elterjedjen a terhelés, és megakadályozza, hogy a fogantyú elszakítsa a zacskó membránját-leválasztja a tapaszanyagok külön hálózatát, és külön foltokra vágja azokat. A foltokat általában egy forgó szerszámmal vágják le, és egy üllőt használnak a tapasz levágásához. Ez lehetővé teszi, hogy azonos méretű foltokat azonos sebességgel állítsanak elő. A tapaszt ezután vákuumos tapadókorongok vagy mechanikus rögzítés segítségével a tasakba helyezik. Ezek pontosan a fogantyú rögzítési pontja fölé helyezik a tapaszt.
A gyártómérnökök társasága írt egy tanulmányt a szervo{0}}meghajtású anyagadagoló rendszerekről a mechanikai folyamatokban. Azt mutatják, hogy ha szervo adagolókat használnak az anyaghálózat valós idejű feszültségszabályozására, ± 0,5 milliméteres igazítási pontosság érhető el 200 kör/perc sebességgel. Ez a pontossági szint kulcsfontosságú a javítások elhelyezésében. A tapasznak teljesen le kell fednie a fogantyú rögzítési területét, hogy megfelelő megerősítést biztosítson.
A ragasztási művelet: ragasztó, hőszigetelő vagy ultrahangos hegesztés
Miután a fogantyú és a tapasz a helyére került, rögzíteni kell őket. A táskakészítő gépben háromféle általánosan használt ragasztási módszer létezik. A csomagolóanyagtól függően a szükséges kötési szilárdság, a gyártási sebesség és egyéb kiválasztandó tényezők.
A forró olvadék alkalmazása a legrugalmasabb módszer. Alkalmas fogantyúk és foltok ragasztására papírra, nem-szövött szövetre és egyes műanyag zacskókra. A fűtött ragasztótartály egy programozható fúvókán keresztül pumpálja az olvadt ragasztót. Ez a fúvóka ragasztómintát helyez a táskára vagy a fogantyú címkéjére. A fúvóka mintáját-általában téglalap alakú, dupla-vezetékes vagy pontozott-egy mágnesszelep vezérli, amely a gép keringése közben nyílik és zár. A ragasztó hőmérsékletének és mennyiségének megfelelőnek kell lennie. Túl kevés ragasztó, túl gyenge, súly alatt eltörhet. A túl sok ragasztó extrudálásokhoz vezethet, amelyek beszennyezhetik a gépeket és a textilzsák felületét.
Ha a zsák és a fogantyú azonos típusú hőre lágyuló fóliából van, használjon hőszigetelőt. Melegítse fel a tömítést, és nyomja a fogantyút a zacskóhoz. Ez megolvasztja a műanyag érintkezési pontot és hegesztést képez. A tömítés beállításait-a hőmérsékletet, a nyomást és az időt-meg kell adni bizonyos fóliákhoz. Az ASTM F88 szabványos vizsgálati módszert biztosít rugalmas anyagok tömítési szilárdságának mérésére. A gépgyártók ezeket a teszteket a gépvezérlő tömítési beállításainak ellenőrzésére használják.
Az ultrahangos hegesztés egy viszonylag új zsákolási módszer, különösen alkalmas nem szőtt zacskókhoz. Az ultrahangos hangszórók 20-40 kHz-en rezegnek. Ez súrlódási hőt hoz létre a fogantyúcímke és a táska érintkezési pontján. A helyi fűtés extra hő és ragasztó nélkül hegeszthető. Az ultrahangos hegesztés előnyei a tisztaság, az ízetlenség és a környező anyagok hőkárosodásának hiánya. Ez fontos az élelmiszer--táskák használatához. A NIST közzétette a hőre lágyuló nemszőtt anyagok ultrahangos hegesztési paramétereinek beállításáról szóló munkáját. Azt találták, hogy a hegesztési szilárdság szorosan összefügg a vibrációs amplitúdóval és a szorítónyomással. A legjobb beállítások nagymértékben változhatnak a polimer típusától függően.
Szinkronizálás: A vezérlési architektúra
Az automatikus fogantyúbeillesztés és foltfeldolgozás fő kihívása az időzítés. A táskáknak, a fogantyú anyagoknak, a tapasz anyagoknak és a ragasztómechanizmusnak egyidejűleg ugyanabban a helyzetben kell lenniük, nagy sebességgel kell mozogniuk ciklusról ciklusra, időzítési hibák nélkül. Ez az időzítés réteges vezérlési beállításon keresztül történik.
A tetején egy programozható logikai vezérlő (PLC) vagy mozgásvezérlő működik a gép fő órájaként. A vezérlő jelzi a fő helyet-általában egy kódolóról vagy a fő hajtáslánc tengelyén lévő virtuális elektronikus orsóról-, hogy meghatározza a gép hurokszögét. A gépben minden szervomotor követi ezt a főállást, és a főállás szerint számítja ki a mozgását. Amikor a gazdapozíció azt jelzi, hogy a zacskó elérte a fogantyú pozícióját, a szervóba betápláló fogantyú felgyorsul a fogantyú létrehozásához, a tapasz levágja és átviszi a szervót, hogy létrehozza a tapaszt, és a kötőrendszer kinyílik -milyen másodperc alatt.
Az IEEE Industrial Electronics Society cikket írt az elektronikus vezetéktengely-technológia fejlődéséről az átalakító gépekben. Rámutatnak arra, hogy a modern elosztott szervorendszerek ±0,1 fokos főtengely-forgási pontossággal tudják szabályozni egy objektum idejét. Ez ugyanaz, mint a sz-ezredmásodperces időzítés normál gépsebességnél. Ez a pontosság az, ami lehetővé teszi egy teljesen automatikus fogantyú behelyezését nagy teljesítmény mellett. A bütyköket, fogaskerekeket és vezérműszíjakat használó régi mechanikus rendszerek ezt csak sok mechanikus alkatrész és kevés változtatási lehetőség mellett tudták megtenni.
Érzékelő visszajelzés és minőségbiztosítás
Az idő önmagában nem elég. A gépeknek azt is ellenőrizniük kell, hogy minden lépés helyes-e, és meg kell tagadniuk a nem megfelelő zacskók feldolgozását vagy foltozását. Minden állomás rendelkezik egy sor érzékelővel a valós idejű visszajelzéshez.
Amikor a fotoelektromos érzékelők belépnek az összecsukható asztalra, ellenőrzi, hogy a fogantyú anyaga megvan-e és a megfelelő helyen van-e. Ha az érzékelő azt mutatja, hogy a fogantyúcsík hiányzik vagy nincs egy vonalban, a vezérlő hibás működést válthat ki, és leállíthatja a gépet, mielőtt rossz táska keletkezne. Egyre gyakrabban használnak vizuális rendszereket-képelemző szoftverrel rendelkező kis kamerákat- a foltok elhelyezésének és az alakragasztó mintázatának ellenőrzésére. A vizuális rendszer minden egyes táskáról képet készít, amint az áthalad az ellenőrzési ponton, és összehasonlítja egy referencia képpel. A túlságosan eltérő táskák meg vannak jelölve a későbbi sönt eltávolításhoz.
Az FDA HACCP keretrendszerét, amelyet eredetileg az élelmiszerbiztonságra terveztek, a gépgyártók modellként használták a hibák kiküszöbölésére. A fogantyúbehelyezési és feladási lépések kulcsfontosságú vezérlőpontként történő beillesztésével, valamint minden lépésnél automatikus észlelés hozzáadásával a gyártók bizonyítani tudják, hogy zacskógyártóik stabil, hibátlan kimenetet biztosítanak, amely visszavezethető a folyamatbeállításokhoz.
Foltkezelési változatok: erősítőfoltok és ablakfoltok
A patch-feldolgozás a táskakészítőben két különböző módon működik, ugyanazokat a mechanikai alkatrészeket, de eltérő módon. Mint korábban említettük, a megerősítő foltok a fogantyú rögzítési pontján helyezkednek el, hogy eloszlassák a terhelést. Ablakfoltok-egy átlátszó fólia téglalapja, amelyet a tasakban lévő lyuk fölé helyeznek, hogy átlátszó ablakot hozzon létre-, különböző pozicionálási beállításokat igényel, de ugyanazt a folt adagolási, vágási és ragasztási rendszerét használja.
A rugalmas hordozható táskakészítő tervezési jellemzője, hogy ugyanazon a gépen mindkét típusú tapaszt kezelni tudja. A tapaszanyag tekercs átlátszatlan erősítőanyagról átlátszó ablakfóliára cserélhető. A vágóformák szintén felcserélhetők, így különböző méretű foltok készíthetők. A vezérlők frissülnek, hogy megfeleljenek az új patch méretének és a kötési beállításoknak. Ez a rugalmasság lehetővé teszi, hogy a gépek sokféle táskatáskát készítsenek anélkül, hogy nagy mechanikai változtatásokat végeznének-egy gyűrűs-alakú táskát megerősítő foltokkal, egy kivágott-táskát ablakfoltokkal vagy egy táskát-csak folt nélkül.
A Michigani Állami Egyetem Csomagológépészeti Intézetének tanulmánya azt vizsgálta, hogy a többfunkciós csomagológépek milyen gyorsan váltanak munkáról munkahelyre. Azt találták, hogy a szervo-meghajtású, programozható patch-kezelő rendszerekkel rendelkező gépek 60-75%-kal csökkentik a kapcsolási időt a mechanikusan szabályozott rendszerekhez képest. Ez az átváltási idő csökkenése közvetlenül javítja a géphasználatot és csökkenti a veszteséget a termékfutások közötti váltás során.
Sebesség, karbantartás és az automatizálás korlátai
Az automatikus fogantyús behelyezésű táskahordozó maximális sebességét egyetlen alkatrész sem állítja be. A ciklus összes lépése által megengedett teljes idő határozza meg. 150 tasak/perc sebességgel a gép 400 ezredmásodpercenként teljesít egy teljes ciklust. Ezalatt a zacskónak a helyén kell lennie, a fogantyút le kell vágni és össze kell hajtani, a tapaszt le kell vágni és el kell mozgatni, ragasztót kell felvinni, a kötőrendszert meg kell nyomni és meg kell lazítani, a kész zacskót pedig a gyűjtőhelyre kell küldeni. Minden lépés egy 400-ezredmásodperces költségkeret egy részét használja. A fennmaradó időben-az egyik lépés vége és a következő eleje között eltelt idő egy időzítési párna, amely képes elnyelni a kis változásokat.
A sebesség növekedésével az időzítő párna egyre kisebb lesz. 200 zacskó percenkénti sebességnél a ciklusidő 300 ezredmásodpercre csökken. Előfordulhat, hogy a tömítés nem elegendő az anyagadagolás, a ragasztószáradás vagy az érzékelő reakciójának normál változásainak kezelésére. A gépek érzékenyebbek az anyagminőségre, a szobahőmérsékletre és a gép kopására. A karbantartási igények gyakrabban fordulnak elő, és valószínűbb a véletlenszerű hibák.
Az IEEE keretében létrehozott OMAC csomagológép-szabványok rendszert biztosítanak a gép állapotának ellenőrzéséhez és hibakereséshez. Ez segít a kezelőknek az időzítési problémák gyors azonosításában és megoldásában. Az OMAC-szabványokat követő gépek részletes diagnosztikai adatokat jelenítenek meg -, beleértve az időméréseket az egyes helyeken és az idővel változó naplókat. Ez lehetővé teszi a korai karbantartást és a folyamat finomhangolását.
Következtetés
A hordtáskagyártó szervo szervo{0}}meghajtású anyagadagoló precíziós vágó- és hajtogatási rendszert, programozható, programozható ragasztóegységeket, réteges időzítés-szabályozást, az érzékelő minőségellenőrzését alkalmazza a fogantyú automatikus behelyezését és a foltfeldolgozást. A gép számos anyag-táskát, fogantyút, tapaszt és ragasztót- mozgat meg egy szűk, időzített hurok során, percenként több százszor. A mechanikus bütykös hajtásrendszerekről a szervo-vezérelt, programozható beállításokra való áttérés következtében ezek a gépek egy-felhasználós eszközökről rugalmas gyártási platformokká változtak, amelyek több zsák stílust is képesek kezelni rövid átállási idővel. A következő lépés nem mechanikus. A szoftveres okosságokról van szó, amelyek javítják az időt, megjósolja, hogy mikor kell karbantartást végezni, és módosítja, ha jelentős változások történnek. A vezérlőrendszerek és az érzékelőtechnológia fejlődésével a következő lépés a továbblépés lesz.
Hivatkozások
- Nemzetközi Szabványügyi Szervezet.ISO 21848 - Csomagolás - Rugalmas csomagolótasak-Gépek gyártása - Mérettűrések. Genf: ISO, 2019.
- Gyártómérnökök Társasága. "Szervo{1}}Meghajtott anyagadagoló rendszerek az átalakító gépekben: regisztrációs pontosság és feszültségszabályozás."Gyártástechnikai Magazin, kötet. 166, nem. 4, 2021.
- ASTM International.ASTM F{0}} szabványos vizsgálati módszer a rugalmas záróanyagok tömítési szilárdságára. West Conshohocken: ASTM, 2021.
- Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézet. "Ultrahangos hegesztési paraméterek optimalizálása hőre lágyuló nemszőtt anyagokhoz csomagolási alkalmazásokban."NIST 2195. műszaki megjegyzés, 2020.
- IEEE Industrial Electronics Society. "Elektronikus vonaltengely-technológia az átalakító gépekben: precíziós szinkronizálás és elosztott szervoarchitektúrák."IEEE-tranzakciók az ipari elektronikával kapcsolatban, kötet. 68, nem. 7, 2021.
- Packaging Machinery Research Institute, Michigan State University. "Átállási hatékonyság a több-funkciós táska-gyártó gépekben: szervo-meghajtású és mechanikus rendszerek."Journal of Packaging Technology and Science, vol. 34, no. 2, 2022.
- OMAC Packaging Working Group, Institute of Electrical and Electronics Engineers.OMAC csomagológépekre vonatkozó irányelvek: Állapotkezelés és diagnosztika. Piscataway: IEEE, 2020.
