Att göra tygpåsar-oavsett om det är papper, plast eller fiberduk-innebär en rad steg: skärning, försegling, vikning och efterbehandling. Dessa steg omvandlar kontinuerligt rullande råmaterial till en färdig påse för detaljhandel eller fabriksanvändning. Att lägga till handtag och installera patchar är den svåraste mekaniska uppgiften i dessa steg. Tygpåstillverkaren måste flytta en bana av flera material samtidigt, applicera lim eller värmeförseglingar med stor precision och hålla en hastighet på mer än 150 påsar per minut. För att förstå hur dessa maskiner automatiskt hanterar insättning och lappar måste vi titta på mekaniska delar, sensorsystem och kontrollinställningar som fungerar tillsammans.
Baslinjen: Bag Body Formation
Påsar måste göras innan handtag eller lappar läggs till. I en vanlig plastpåstillverkare faller filmen av en stor rulle, viks till en rörform och förseglas i botten. Skärbladet skär röret i separata fickor med lämplig längd. Varje påse rör sig sedan framåt på transportbandet eller kedjesystemet, redo för nästa steg.
Inriktning av påsen när den når handtaget eller reparationsstationen är nyckeln till allt efterföljande arbete. Om påsen faller av med 2 mm eller 3 mm kommer hantering eller lappning att fortsätta att gå fel, vilket gör en dålig påse. Inriktningen uppnås genom mekaniska guider, fotoreceptorer som läser avtrycket på filmen och servo-drivna transmissionssystem för att justera väskans position när den rör sig. dessa exakthetsbehov täcks av ISO 21848. Den sätter storleksgränser för flexibla förpackningsmaskiner.
Handtagsinsättning: Materialberedning och matning
Automatisk insättning av handtag börjar med en separat försörjning av material: en rulle av platt material-som papperstejp, plastband eller klippta filmremsor-blir handtaget på påsen. Handtagsmaterialet måste beskäras till en viss längd, och om ett öglehandtag behövs, vik upp det och placera det på rätt plats i påsen innan du ansluter.
I en påstillverkare för en cirkulär påse skärs handtagsremsan först till en längd som är lämplig för handtagsöglans fästflikar. Bandet viks sedan till U- eller D-form med hjälp av ett mekaniskt fällbart bord med styrplatta och styrskena. Formen på vecken måste vara densamma varje gång. Förändringen i vikningen ändrar längden på handtaget, vilket gör det ojämnt. Servo-styrda viksystem har ersatt kam-drivna mekaniska mappar i nyare maskiner. Detta beror på att servosystemet tillåter att vikstorlekar ändras elektroniskt utan att delar behöver bytas ut.
Lappförstärkning-att placera en liten rektangel av material på handtagets fästpunkt för att fördela belastningen och förhindra att handtaget sliter sönder påsens membran-löser upp ett separat nätverk av lappmaterial och skär dem i individuella lappar. Lappar skärs vanligtvis med hjälp av en roterande stans och ett städ används för att skära lappen. Detta gör att samma storlek plåster kan produceras med samma hastighet. Plåstret flyttas sedan in i påsen med hjälp av en vakuumsugkopp eller en mekanisk fixtur. Dessa placerar plåstret exakt ovanför handtagets fästpunkt.
Samhället av tillverkningsingenjörer har skrivit en artikel om servo-drivna materialmatningssystem i mekaniska processer. De visar att när man använder servomatare för-realtidsspänningskontroll av materialnätverket kan en inriktningsnoggrannhet på ± 0,5 millimeter uppnås med en hastighet av 200 varv per minut. Denna noggrannhetsnivå är nyckeln till lappplacering. Plåstret måste helt täcka handtagets fäste för att ge bra förstärkning.
Limningsoperationen: lim, värmeförsegling eller ultraljudssvets
När handtaget och lappen på väskan är på plats måste de säkras. I maskin för att tillverka tygpåsar finns det tre typer av vanliga bindningsmetoder. Enligt förpackningsmaterialet, den nödvändiga bindningsstyrkan, produktionshastigheten och andra faktorer att välja.
Appliceringen av smältlim är den mest flexibla metoden. Den är lämplig för att limma handtag och lappar på papper, fiberduk och vissa plastpåsar. Den uppvärmda limtanken pumpar smält lim genom ett programmerbart munstycke. Detta munstycke sätter ett mönster av lim på påsen eller på handtagsetiketten. Munstycksmönstret-vanligtvis rektangulärt, dubbel-trådigt eller prickigt-styrs av en magnetventil, som öppnar och stänger när maskinen cirkulerar. Temperaturen och mängden lim måste vara lämplig. För lite lim, för svagt, kan gå sönder under vikt. För mycket lim kan leda till profiler som fläckar maskiner och tygpåsar.
När påsen och handtaget är av samma typ av termoplastfilm, använd en termisk försegling. Värm förseglingen och tryck handtaget mot påsen. Detta smälter plastkontaktpunkten och bildar en svets. Förseglingsinställningar-temperatur, tryck och tid-måste ställas in för specifika filmer. ASTM F88 tillhandahåller en standardtestmetod för att mäta tätningshållfasthet hos flexibla material. Maskintillverkare använder dessa tester för att kontrollera tätningsinställningarna i maskinstyrenheten.
Ultraljudssvetsning är en relativt ny påsningsmetod, speciellt lämplig för nonwovenpåsar. Ultraljudshögtalare vibrerar vid 20 till 40 kHz. Detta skapar friktionsvärme vid kontaktpunkten mellan handtagsetiketten och väskan. Lokalvärme kan svetsas utan extra värme eller lim. Ultraljudssvetsning har fördelarna med renhet, smaklöshet och ingen termisk skada på omgivande material. Detta är viktigt för användningen av livsmedelspåsar-. NIST publicerade arbete med att ställa in ultraljudssvetsparametrar för termoplastiska nonwovenmaterial. De fann att svetsstyrkan var nära relaterad till vibrationsamplituden och klämtrycket. De bästa inställningarna kan variera kraftigt beroende på typen av polymer.
Synkronisering: Styrarkitekturen
Den största utmaningen med automatisk handtagsinsättning och patchbearbetning är timing. Väskor, handtagsmaterial, lappmaterial och bindningsmekanism måste alla vara i samma position samtidigt och röra sig med hög hastighet cykel efter cykel, utan utrymme för timingmisstag. Denna timing görs genom lagerstyrning.
Överst fungerar en programmerbar logisk styrenhet (PLC) eller rörelsekontroller som maskinens huvudklocka. Styrenheten signalerar huvudplatsen-vanligtvis från en kodare eller virtuell elektronisk spole på huvuddrivlinans axel-för att bestämma vinkeln på maskinens slinga. Varje servomotor i maskinen följer denna huvudposition och beräknar dess rörelse enligt huvudpositionen. När värdpositionen indikerar att påsen har nått handtagspositionen accelererar handtaget som matas in i servo för att producera handtaget, lappen skär och överför servo för att producera lappen, och bindningssystemet öppnas-allt på millisekunder.
IEEE Industrial Electronics Society har skrivit en artikel om utvecklingen av elektronisk linjeaxelteknologi i konverteringsmaskiner. De påpekar att moderna distribuerade servosystem kan styra tiden för ett objekt till inom ±0,1 graders huvudaxelrotation. Detta är samma sak som timing under-millisekunder vid normala maskinhastigheter. Denna precisionsnivå är det som gör det möjligt att sätta in ett helautomatiskt handtag med hög uteffekt. Gamla mekaniska system som använde kammar, växlar och kuggremmar kunde göra detta bara med massor av mekaniska delar och lite utrymme för förändring.
Sensorfeedback och kvalitetssäkring
Ensam tid räcker inte. Maskiner måste också kontrollera att varje steg är korrekt och vägra bearbeta eller lappa påsar som inte är det. Varje station har en uppsättning sensorer för-realtidsfeedback.
När de fotoelektriska sensorerna kommer in i det fällbara bordet kontrollerar de om handtagsmaterialet är där och på rätt plats. Om sensorn visar att handtagsremsan saknas eller inte är inriktad, kan styrenheten utlösa ett fel och stoppa maskinen innan en dålig påse bildas. Visuella system-små kameror med bildanalysprogram-används i allt högre grad för att kontrollera placeringen av lappar och formlimmönstret. Det visuella systemet tar en bild av varje påse när den passerar genom kontrollpunkten och jämför den med en referensbild. Påsar som varierar för mycket är märkta för senare shuntborttagning.
FDA:s HACCP-ramverk, även om det ursprungligen utformades för livsmedelssäkerhet, har använts av maskintillverkare som en modell för att stoppa defekter. Genom att infoga handtagsinförande och postningssteg som viktiga kontrollpunkter, och lägga till automatisk detektering vid varje steg, kan tillverkare visa att deras påstillverkare ger en stabil, felfri utgång som kan spåras tillbaka till inställda processinställningar
Variationer av lapphantering: förstärkningslappar och fönsterlappar
Lappbearbetning i en tygpåstillverkare fungerar på två olika sätt, med samma mekaniska delar men på olika sätt. Som nämnts tidigare är förstärkningsplåstren placerade vid handtagets fästpunkt för att fördela belastningen. Fönsterlappar-en rektangel av genomskinlig film placerad över ett hål i påsen för att skapa ett genomskinligt fönster-kräver olika positioneringsinställningar men använder samma system för matning, skärning och limning av lappar.
Att kunna hantera båda typerna av lappar på samma maskin är en designfunktion för flexibel bärbar väska. Lappmaterialrulle kan ändras från ogenomskinlig förstärkningsmaterial till transparent fönsterfilm. Skärformar är också utbytbara för att göra lappar av olika storlekar. Kontrollerna uppdateras för att matcha storleken på den nya patchen och bindningsinställningarna. Denna flexibilitet gör det möjligt för en maskin att producera en mängd olika väskstilar utan större mekanisk förändring-en ring-formad väska med förstärkningslappar, en stansad-påse med fönsterlappar eller en lapp-enbart utan.
Studien från Michigan State Universitys Packaging Machinery Institute tittade på hur snabbt multifunktionspackare flyttar från jobb till jobb. De fann att maskiner med servo-drivna, programmerbara patchhanteringssystem minskade kopplingstiderna med 60 till 75 %% jämfört med mekaniskt reglerade system. Denna minskning av omställningstiden förbättrar direkt maskinanvändningen och minskar slöseri vid byte mellan produktkörningar.
Hastighet, underhåll och gränserna för automatisering
Den maximala hastigheten för en påshållare med automatisk handtagsinsättning ställs inte in av någon komponent. Den bestäms av den totala tiden som tillåts av alla steg i cykeln. Vid 150 säckar per minut slutför maskinen en komplett cykel var 400:e millisekund. Under denna tid måste påsen vara på plats, handtaget måste skäras och vikas, plåstret måste skäras och flyttas, lim måste appliceras, limningssystemet måste pressas och lossas och den färdiga påsen måste skickas till uppsamlingsplatsen. Varje steg använder en del av en budget på 400-millisekunder. Resten av tiden-tiden mellan slutet av ett steg och början av nästa - är en timingkudde för att absorbera små förändringar.
När hastigheten ökar blir timingkudden mindre och mindre. Vid 200 påsar per minut sjunker cykeltiden till 300 millisekunder. Packningen kanske inte är tillräcklig för att hantera normala förändringar i materialmatning, limtorkning eller sensorrespons. Maskiner är mer känsliga för materialkvalitet, rumstemperatur och maskinslitage. Underhållsbehov är vanligare och slumpmässiga defekter är mer sannolika.
OMAC-standarderna för förpackningsmaskiner, skapade under IEEE, tillhandahåller ett system för maskinstatuskontroll och felsökning. Detta hjälper operatörer att snabbt identifiera och lösa tidsproblem. Maskiner som följer OMAC-standarder visar detaljerade diagnostiska data --inklusive tidsmätningar på varje plats och loggar som ändras över tiden. Detta möjliggör tidigt underhåll och finjustering av processen.
Slutsats
Tygpåstillverkaren använder servoservo-drivet materialmatningssystem för precisionsskärning och vikning, programmerbara programmerbara bindningsenheter i lager timing timing kontroll kvalitetskontroller av sensorns kvalitetskontroller gör automatisk handtagsinsättning och patchbearbetning. Maskinen flyttar flera nätverk av material-påsar, handtag, lappar och lim-i en tät, tidsinställd slinga som upprepas hundratals gånger i minuten. Skiftet från mekaniska kamdrivsystem till servo-styrda, programmerbara inställningar har förvandlat dessa maskiner från engångsverktyg- till flexibla produktionsplattformar som kan hantera flera påsstilar med kort bytestid. Nästa steg är inte mekaniskt. Det handlar om mjukvarusmarta, som förbättrar tiden, förutsäger när underhåll ska göras och justerar när stora förändringar sker. Med framsteg inom styrsystem och sensorteknik blir nästa steg att gå framåt.
Referenser
- Internationella standardiseringsorganisationen.ISO 21848 - förpackning - flexibel förpackningspåse-tillverkning av maskiner - dimensionstoleranser. Genève: ISO, 2019.
- Society of Manufacturing Engineers. "Servo-drivna materialmatningssystem i konverteringsmaskiner: registreringsnoggrannhet och spänningskontroll."Manufacturing Engineering Magazine, vol. 166, nej. 4, 2021.
- ASTM International.ASTM F88 - standardtestmetod för tätningshållfasthet hos flexibla barriärmaterial. West Conshohocken: ASTM, 2021.
- National Institute of Standards and Technology. "Optimering av ultraljudssvetsparameter för termoplastiska ovävda material i förpackningsapplikationer."NIST Technical Note 2195, 2020.
- IEEE Industrial Electronics Society. "Electronic Line Shaft Technology in Converting Machinery: Synchronization Precision and Distributed Servo Architectures."IEEE-transaktioner på industriell elektronik, vol. 68, nej. 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, nej. 2, 2022.
- OMAC Packaging Working Group, Institutet för el- och elektronikingenjörer.OMAC Packaging Machinery Riktlinjer: State Management and Diagnostics. Piscataway: IEEE, 2020.
