Làm túi tote-dù là giấy, nhựa hay vải không dệt-bao gồm một loạt bước: cắt, niêm phong, gấp và hoàn thiện. Các bước này chuyển đổi nguyên liệu thô được cuộn liên tục thành túi thành phẩm để sử dụng cho bán lẻ hoặc tại nhà máy. Thêm tay cầm và cài đặt các bản vá là nhiệm vụ cơ học khó khăn nhất trong các bước này. Người sản xuất túi tote phải di chuyển một mạng lưới gồm nhiều vật liệu cùng một lúc, bôi keo hoặc dán nhiệt với độ chính xác cao và duy trì tốc độ hơn 150 túi mỗi phút. Để hiểu cách các máy này tự động xử lý việc chèn và vá lỗi, chúng ta cần xem xét các bộ phận cơ khí, hệ thống cảm biến và thiết lập điều khiển hoạt động cùng nhau.
Đường cơ sở: Sự hình thành thân túi
Túi phải được làm trước khi thêm tay cầm hoặc miếng vá. Trong máy làm túi nhựa tiêu chuẩn, màng rơi ra khỏi cuộn lớn, gấp thành hình ống và bịt kín ở phía dưới. Lưỡi cắt cắt ống thành các túi riêng biệt với độ dài thích hợp. Sau đó, mỗi bao sẽ di chuyển về phía trước trên hệ thống băng tải hoặc dây chuyền, sẵn sàng cho bước tiếp theo.
Việc căn chỉnh túi khi nó đến tay cầm hoặc trạm sửa chữa là chìa khóa cho mọi công việc tiếp theo. Nếu túi rơi ra 2 mm hoặc 3 mm, việc xử lý hoặc vá sẽ tiếp tục sai sót, tạo nên một chiếc túi xấu. Việc căn chỉnh đạt được thông qua các thanh dẫn hướng cơ học, bộ cảm biến quang đọc dấu ấn trên phim và hệ thống truyền động điều khiển bằng trợ lực-để điều chỉnh vị trí của túi khi nó di chuyển. những nhu cầu về độ chính xác này được đáp ứng bởi ISO 21848. Tiêu chuẩn này đặt ra giới hạn kích thước cho các máy đóng gói linh hoạt.
Chèn tay cầm: Chuẩn bị và cho ăn nguyên liệu
Quá trình chèn tay cầm tự động bắt đầu bằng nguồn cung cấp vật liệu riêng biệt: một cuộn vật liệu phẳng-như băng giấy, ruy băng nhựa hoặc dải màng cắt-trở thành tay cầm túi. Chất liệu của tay cầm phải được cắt theo một độ dài nhất định và nếu cần một tay cầm dạng vòng, hãy gấp nó lại và đặt vào đúng vị trí trong túi trước khi nối.
Trong máy làm túi dành cho loại túi hình tròn, dải tay cầm trước tiên được cắt theo chiều dài phù hợp với các mấu gắn vòng tay cầm. Sau đó, dây đeo được gấp lại thành hình chữ U hoặc D bằng cách sử dụng bàn gấp cơ học có tấm dẫn hướng và ray dẫn hướng. Hình dạng của các nếp gấp phải giống nhau ở mọi thời điểm. Sự thay đổi trong nếp gấp làm thay đổi chiều dài của tay cầm, khiến nó không đồng đều. Hệ thống gấp được điều khiển bằng servo-đã thay thế các thư mục cơ học được dẫn động bằng cam-trong các máy mới hơn. Điều này là do hệ thống servo cho phép thay đổi kích thước gấp bằng điện tử mà không cần thay thế các bộ phận.
Gia cố miếng vá-đặt một vật liệu hình chữ nhật nhỏ lên điểm gắn tay cầm để trải tải và ngăn tay cầm làm rách màng túi-tháo một mạng lưới vật liệu vá riêng biệt và cắt chúng thành các miếng vá riêng lẻ. Các miếng vá thường được cắt bằng khuôn quay và đe được sử dụng để cắt miếng vá. Điều này cho phép sản xuất miếng vá có cùng kích thước ở cùng tốc độ. Sau đó, miếng dán được chuyển vào túi bằng cốc hút chân không hoặc thiết bị cố định cơ học. Những vị trí này đặt miếng vá chính xác phía trên điểm gắn tay cầm.
Hiệp hội kỹ sư sản xuất đã viết một bài báo về hệ thống cấp nguyên liệu được điều khiển bằng servo trong các quy trình cơ khí. Họ cho thấy rằng khi sử dụng bộ cấp liệu servo để kiểm soát độ căng-theo thời gian thực của mạng vật liệu, có thể đạt được độ chính xác căn chỉnh là ± 0,5 mm với tốc độ 200 vòng mỗi phút. Mức độ chính xác này là chìa khóa để đặt bản vá. Miếng vá phải che phủ hoàn toàn khu vực gắn tay cầm để mang lại khả năng gia cố tốt.
Hoạt động liên kết: Keo, hàn nhiệt hoặc hàn siêu âm
Sau khi đã có tay cầm và miếng vá trên túi, chúng phải được cố định chắc chắn. Trong máy làm túi tote, có ba loại phương pháp liên kết thường được sử dụng. Theo vật liệu đóng gói, độ bền liên kết cần thiết, tốc độ sản xuất và các yếu tố khác để lựa chọn.
Việc áp dụng nóng chảy là phương pháp linh hoạt nhất. Nó phù hợp để dán tay cầm và miếng vá vào giấy,-vải không dệt và một số túi nhựa. Bể keo được làm nóng sẽ bơm chất kết dính nóng chảy qua một vòi phun có thể lập trình được. Đầu phun này sẽ dán một mẫu keo lên túi hoặc trên nhãn tay cầm. Kiểu vòi phun-thường là hình chữ nhật, đôi{6}}có dây hoặc chấm{7}}được điều khiển bằng van điện từ, van này mở và đóng khi máy quay. Nhiệt độ và lượng keo phải phù hợp. Quá ít keo, quá yếu, có thể bị gãy dưới sức nặng. Quá nhiều keo có thể dẫn đến đùn ra làm ố máy và bề mặt túi vải.
Khi túi và tay cầm là loại màng nhiệt dẻo giống nhau thì sử dụng miếng dán nhiệt. Làm nóng con dấu và ấn tay cầm vào túi. Điều này làm nóng chảy điểm tiếp xúc nhựa và tạo thành mối hàn. Cài đặt dấu kín-nhiệt độ, áp suất và thời gian-phải được đặt cho các màng cụ thể. ASTM F88 cung cấp phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để đo độ bền bịt kín của vật liệu dẻo. Các nhà sản xuất máy sử dụng các thử nghiệm này để kiểm tra cài đặt phốt trong bộ điều khiển máy.
Hàn siêu âm là phương pháp đóng bao tương đối mới, đặc biệt phù hợp với túi vải không dệt. Loa siêu âm rung ở tần số 20 đến 40 kHz. Điều này tạo ra nhiệt ma sát tại điểm tiếp xúc giữa thẻ tay cầm và túi. Hệ thống sưởi cục bộ có thể được hàn mà không cần thêm nhiệt hoặc keo. Hàn siêu âm có ưu điểm là sạch sẽ, không vị và không gây tổn hại nhiệt cho các vật liệu xung quanh. Điều này rất quan trọng đối với việc sử dụng túi đựng thực phẩm-. NIST đã công bố công trình thiết lập các thông số hàn siêu âm cho vật liệu không dệt nhựa nhiệt dẻo. Họ phát hiện ra rằng độ bền mối hàn có liên quan chặt chẽ đến biên độ dao động và áp suất kẹp. Cài đặt tốt nhất có thể khác nhau tùy thuộc vào loại polymer.
Đồng bộ hóa: Kiến trúc điều khiển
Thách thức chính với việc xử lý bản vá và chèn tay cầm tự động là thời gian. Túi, vật liệu xử lý, vật liệu vá và cơ cấu liên kết đều phải ở cùng một vị trí cùng một lúc, chuyển động ở tốc độ cao hết chu kỳ này đến chu kỳ khác, không có chỗ cho sai sót về thời gian. Việc định thời gian này được thực hiện thông qua thiết lập điều khiển theo lớp.
Ở trên cùng, bộ điều khiển logic khả trình (PLC) hoặc bộ điều khiển chuyển động đóng vai trò là đồng hồ chính của máy. Bộ điều khiển gửi tín hiệu đến vị trí chính-thường từ bộ mã hóa hoặc ống đệm điện tử ảo trên trục đường truyền động chính-để xác định góc vòng lặp của máy. Mọi động cơ servo trong máy đều tuân theo vị trí chính này và tính toán chuyển động của nó theo vị trí chính. Khi vị trí máy chủ cho biết túi đã đạt đến vị trí tay cầm, tay cầm cấp vào servo sẽ tăng tốc để tạo ra tay cầm, miếng vá sẽ cắt và chuyển servo để tạo ra miếng vá và hệ thống liên kết sẽ mở-tất cả trong một phần nghìn giây.
Hiệp hội Điện tử Công nghiệp IEEE đã viết một bài báo về sự phát triển của công nghệ trục đường dây điện tử trong các máy chuyển đổi. Họ chỉ ra rằng các hệ thống servo phân tán hiện đại có thể kiểm soát thời gian của một vật thể trong vòng quay trục chính ± 0,1 độ. Điều này giống như thời gian dưới-mili giây ở tốc độ máy thông thường. Mức độ chính xác này giúp có thể lắp tay cầm hoàn toàn tự động ở tốc độ đầu ra cao. Các hệ thống cơ khí cũ sử dụng cam, bánh răng và dây đai định thời chỉ có thể thực hiện được điều này khi có nhiều bộ phận cơ khí và có ít chỗ để thay đổi.
Phản hồi cảm biến và đảm bảo chất lượng
Thời gian một mình là không đủ. Máy cũng phải kiểm tra xem từng bước có đúng không và từ chối xử lý hoặc vá những túi không đúng. Mỗi trạm có một bộ cảm biến để phản hồi theo thời gian thực-.
Khi cảm biến quang điện đi vào bàn gấp, nó sẽ kiểm tra xem vật liệu tay cầm có ở đó và đúng vị trí hay không. Nếu cảm biến cho thấy dải tay cầm bị thiếu hoặc không thẳng hàng, bộ điều khiển có thể gây ra trục trặc và dừng máy trước khi túi xấu hình thành. Hệ thống thị giác-máy ảnh nhỏ có phần mềm phân tích hình ảnh-ngày càng được sử dụng để kiểm tra vị trí của các miếng vá và mẫu keo hình dạng. Hệ thống hình ảnh sẽ chụp ảnh từng túi khi nó đi qua điểm kiểm tra và so sánh với hình ảnh tham chiếu. Những túi có sự khác biệt quá nhiều sẽ được đánh dấu để loại bỏ ống dẫn lưu sau này.
Khuôn khổ HACCP của FDA, mặc dù ban đầu được thiết kế cho an toàn thực phẩm, nhưng đã được các nhà sản xuất máy móc sử dụng làm mô hình để ngăn chặn các khuyết tật. Bằng cách chèn các bước chèn tay cầm và đăng bài làm điểm kiểm soát chính, đồng thời thêm tính năng phát hiện tự động ở mỗi bước, nhà sản xuất có thể chứng minh rằng nhà sản xuất túi của họ cung cấp đầu ra ổn định, không có lỗi và có thể truy ngược lại để thiết lập cài đặt quy trình
Các biến thể xử lý bản vá: Bản vá gia cố và Bản vá cửa sổ
Quá trình xử lý miếng vá trong máy sản xuất túi tote hoạt động theo hai cách khác nhau, sử dụng cùng các bộ phận cơ khí nhưng theo những cách khác nhau. Như đã đề cập trước đó, các miếng Gia cố được đặt ở điểm gắn tay cầm để phân tán tải trọng. Miếng dán cửa sổ-hình chữ nhật bằng màng trong suốt được đặt trên một lỗ trên túi để tạo cửa sổ trong suốt-yêu cầu các cài đặt định vị khác nhau nhưng sử dụng cùng hệ thống nạp, cắt và liên kết miếng vá.
Khả năng xử lý cả hai loại miếng vá trên cùng một máy là đặc điểm thiết kế của máy làm túi xách tay linh hoạt. Cuộn vật liệu vá có thể được thay đổi từ vật liệu gia cố mờ sang màng cửa sổ trong suốt. Khuôn cắt cũng có thể hoán đổi cho nhau để tạo ra các miếng vá có kích cỡ khác nhau. Các điều khiển được cập nhật để phù hợp với kích thước của bản vá và cài đặt liên kết mới. Tính linh hoạt này cho phép một máy tạo ra nhiều kiểu túi túi khác nhau mà không cần thay đổi nhiều về mặt cơ học, ví dụ như túi hình vòng-có miếng vá gia cố, túi cắt khuôn có miếng vá cửa sổ hoặc túi chỉ có miếng vá không có miếng vá.
Nghiên cứu của Viện Máy đóng gói thuộc Đại học bang Michigan đã xem xét tốc độ chuyển đổi từ công việc này sang công việc khác của các nhà đóng gói đa chức năng. Họ nhận thấy rằng các máy có hệ thống xử lý bản vá có thể lập trình, được điều khiển bằng servo-đã giảm thời gian chuyển đổi từ 60 đến 75%% so với các hệ thống được điều chỉnh bằng cơ học. Việc giảm thời gian chuyển đổi này trực tiếp cải thiện việc sử dụng máy và giảm lãng phí trong quá trình chuyển đổi giữa các lần chạy sản phẩm.
Tốc độ, bảo trì và giới hạn của tự động hóa
Tốc độ tối đa của dụng cụ vận chuyển túi có tay cầm tự động không được thiết lập bởi bất kỳ bộ phận nào. Nó được xác định bởi tổng thời gian cho phép của tất cả các bước trong chu trình. Với tốc độ 150 túi mỗi phút, máy hoàn thành một chu trình hoàn chỉnh cứ sau 400 mili giây. Trong thời gian này, túi phải ở đúng vị trí, tay cầm phải được cắt và gấp lại, miếng vá phải được cắt và di chuyển, phải bôi keo, hệ thống liên kết phải được ép và nới lỏng, và túi thành phẩm phải được gửi đến khu vực thu gom. Mỗi bước sử dụng một phần ngân sách 400-mili giây. Khoảng thời gian còn lại-khoảng thời gian từ lúc kết thúc một bước đến khi bắt đầu bước tiếp theo-là khoảng thời gian đệm để tiếp thu những thay đổi nhỏ.
Khi tốc độ tăng lên, đệm thời gian ngày càng nhỏ hơn. Với tốc độ 200 túi/phút, thời gian chu kỳ giảm xuống còn 300 mili giây. Miếng đệm có thể không đủ để xử lý những thay đổi thông thường trong quá trình nạp nguyên liệu, làm khô keo hoặc phản ứng của cảm biến. Máy móc nhạy cảm hơn với chất lượng vật liệu, nhiệt độ phòng và độ hao mòn của máy. Nhu cầu bảo trì thường xuyên hơn và có nhiều khả năng xảy ra lỗi ngẫu nhiên hơn.
Các tiêu chuẩn máy đóng gói OMAC, được tạo ra theo IEEE, cung cấp một hệ thống kiểm soát trạng thái máy và tìm lỗi. Điều này giúp người vận hành nhanh chóng xác định và giải quyết các vấn đề về thời gian. Máy tuân theo tiêu chuẩn OMAC hiển thị dữ liệu chẩn đoán chi tiết --bao gồm các phép đo thời gian tại mỗi địa điểm và nhật ký thay đổi theo thời gian. Điều này cho phép bảo trì sớm và tinh chỉnh quy trình.
Phần kết luận
Nhà sản xuất túi tote sử dụng hệ thống cắt và gấp chính xác nạp vật liệu được điều khiển bằng servo servo, các bộ liên kết có thể lập trình được lập trình, kiểm soát chất lượng cảm biến thời gian theo lớp, kiểm tra chất lượng cảm biến thực hiện xử lý miếng vá và chèn tay cầm tự động. Máy di chuyển một số mạng lưới vật liệu-túi, thanh tay cầm, miếng vá và keo dán-theo một vòng lặp chặt chẽ, được định thời gian, lặp lại hàng trăm lần một phút. Sự chuyển đổi từ hệ thống truyền động cam cơ học sang các thiết lập có thể lập trình, điều khiển bằng servo-đã biến đổi những máy này từ các công cụ sử dụng một lần- thành nền tảng sản xuất linh hoạt có thể xử lý nhiều kiểu túi với ít thời gian chuyển đổi. Bước tiếp theo không phải là máy móc. Đó là về phần mềm thông minh, giúp cải thiện thời gian, dự đoán khi nào nên thực hiện bảo trì và điều chỉnh khi có thay đổi lớn xảy ra. Với những tiến bộ trong hệ thống điều khiển và công nghệ cảm biến, bước tiếp theo sẽ là tiến về phía trước.
Tài liệu tham khảo
- Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế.ISO 21848 - Bao bì - Túi đóng gói linh hoạt-Máy chế tạo - Dung sai kích thước. Geneva: ISO, 2019.
- Hiệp hội kỹ sư sản xuất "Hệ thống cấp nguyên liệu được điều khiển bằng servo-trong máy chuyển đổi: Độ chính xác của đăng ký và kiểm soát lực căng."Tạp chí Kỹ thuật Sản xuất, tập. 166, số. 4, 2021.
- ASTM Quốc tế.Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn ASTM F{0}} về độ bền bịt kín của vật liệu rào chắn linh hoạt. Tây Conshohocken: ASTM, 2021.
- Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia. "Tối ưu hóa thông số hàn siêu âm cho vật liệu không dệt nhựa nhiệt dẻo trong các ứng dụng đóng gói."Ghi chú kỹ thuật NIST 2195, 2020.
- Hiệp hội Điện tử Công nghiệp IEEE. "Công nghệ trục đường dây điện tử trong máy chuyển đổi: Kiến trúc servo phân tán và chính xác đồng bộ hóa."Giao dịch của IEEE về Điện tử Công nghiệp, tập. 68, số. 7, 2021.
- Viện nghiên cứu máy móc đóng gói, Đại học bang Michigan. "Hiệu quả chuyển đổi trong các máy-túi chức năng-đa chức năng: Hệ thống dẫn động bằng servo- so với hệ thống cơ khí."Tạp chí Khoa học và Công nghệ Bao bì, tập. 34, số. 2, 2022.
- Nhóm công tác về Bao bì OMAC, Viện Kỹ sư Điện và Điện tử.Nguyên tắc về máy đóng gói OMAC: Quản lý trạng thái và chẩn đoán. Đường đi: IEEE, 2020.
