Fremstilling af muleposer-uanset om det er papir, plastik eller ikke-vævet stof-involverer en række trin: skæring, forsegling, foldning og efterbehandling. Disse trin konverterer kontinuerligt rullende råmaterialer til en færdig pose til detail- eller fabriksbrug. Tilføjelse af håndtag og installation af patches er den sværeste mekaniske opgave i disse trin. Muleposemageren skal flytte en bane af flere materialer på én gang, påføre lim eller varmeforseglinger med stor præcision og holde en hastighed på mere end 150 poser i minuttet. For at forstå, hvordan disse maskiner automatisk håndterer indsættelse og patches, er vi nødt til at se på mekaniske dele, sensorsystemer og kontrolopsætninger, der arbejder sammen.
Baseline: Bag Body Formation
Tasker skal laves før håndtag eller plastre tilføjes. I en standard plastikpose maker falder filmen af en stor rulle, foldes til en rørform og forsegler i bunden. Skærebladet skærer røret i separate lommer i en passende længde. Hver pose bevæger sig derefter fremad på transportbåndet eller kædesystemet, klar til næste trin.
Justering af posen, når den når håndtaget eller reparationsstationen, er nøglen til alt efterfølgende arbejde. Hvis posen falder af med 2 mm eller 3 mm, vil håndtering eller lapning fortsætte med at gå galt, hvilket gør en dårlig taske. Justering opnås gennem mekaniske guider, fotoreceptorer, der læser aftrykket på filmen og servo-drevne transmissionssystemer til at justere posens position, når den bevæger sig. disse nøjagtighedsbehov er dækket af ISO 21848. Den sætter størrelsesgrænser for fleksible pakkemaskiner.
Håndtagsindsættelse: Materialeforberedelse og fodring
Automatisk håndtagsindsættelse starter med en separat forsyning af materialer: en rulle fladt materiale-som papirtape, plastikbånd eller afskårne filmstrimler-bliver posens håndtag. Håndtagsmaterialet skal beskæres til en vis længde, og hvis der er brug for et løkkehåndtag, skal du folde det op og placere det på det rigtige sted i posen, inden du forbinder.
I en taskefremstiller til en cirkulær taske skæres håndtagsstrimlen først til en længde, der passer til håndtagsløkkens fastgørelsesflige. Båndet foldes derefter til U- eller D-form ved hjælp af et mekanisk foldebord med styreplade og styreskinne. Formen på folderne skal være den samme hver gang. Ændringen i folden ændrer håndtagets længde, hvilket gør det ujævnt. Servo-kontrollerede foldesystemer har erstattet kam-drevne mekaniske mapper i nyere maskiner. Dette skyldes, at servosystemet gør det muligt at ændre foldestørrelser elektronisk uden behov for at udskifte dele.
Patchforstærkning-ved at placere et lille rektangel af materiale på håndtagets fastgørelsespunkt for at sprede belastningen og forhindre, at håndtaget river posemembranen i stykker-løser et separat netværk af plastermaterialer og skærer dem i individuelle lapper. Plastre skæres normalt ved hjælp af en roterende matrice, og en ambolt bruges til at skære plasteret. Dette gør det muligt at producere patch i samme størrelse med samme hastighed. Plastret flyttes derefter ind i posen ved hjælp af en vakuumsugekopper eller mekanisk armatur. Disse placerer plasteret nøjagtigt over håndtagets fastgørelsespunkt.
Samfundet af produktionsingeniører har skrevet en artikel om servo-drevne materialefødesystemer i mekaniske processer. De viser, at når du bruger servofødere til spændingskontrol i realtid af- materialenetværket, kan en justeringsnøjagtighed på ± 0,5 millimeter opnås med en hastighed på 200 omgange i minuttet. Dette niveau af nøjagtighed er nøglen til plasterplacering. Plastret skal helt dække håndtagets fastgørelsesområde for at give god forstærkning.
Limningsoperationen: klæbemiddel, varmeforsegling eller ultralydssvejsning
Når håndtaget og plasteret på posen er på plads, skal de sikres. I en maskine til fremstilling af muleposer er der tre slags almindeligt anvendte bindingsmetoder. Ifølge emballagematerialet skal den nødvendige bindingsstyrke, produktionshastighed og andre faktorer vælges.
Anvendelsen af hot melt er den mest fleksible metode. Den er velegnet til at lime håndtag og lapper på papir, ikke-vævet stof og nogle plastikposer. Den opvarmede limtank pumper smeltet klæbemiddel gennem en programmerbar dyse. Denne dyse sætter et mønster af lim på posen eller på håndtagsetiketten. Dysemønsteret-normalt rektangulært, dobbelt-ledning eller prikket-styres af en magnetventil, som åbner og lukker, mens maskinen cirkulerer. Temperaturen og mængden af lim skal være passende. For lidt lim, for svag, kan knække under vægt. For meget lim kan føre til ekstruderinger, der pletter maskiner og stofposeoverflader.
Når posen og håndtaget er af samme type termoplastiske film, skal du bruge en termisk forsegling. Opvarm forseglingen og tryk håndtaget til posen. Dette smelter plastikkontaktpunktet og danner en svejsning. Forseglingsindstillinger-temperatur, tryk og tid-skal indstilles til specifikke film. ASTM F88 giver en standardtestmetode til måling af tætningsstyrke af fleksible materialer. Maskinproducenter bruger disse tests til at kontrollere tætningsindstillinger i maskincontrolleren.
Ultralydssvejsning er en relativt ny posemetode, især velegnet til nonwoven-poser. Ultralydshøjttalere vibrerer ved 20 til 40 kHz. Dette skaber friktionsvarme ved kontaktpunktet mellem håndtagsmærket og posen. Lokalvarme kan svejses uden ekstra varme eller lim. Ultralydssvejsning har fordelene ved renlighed, smagløshed og ingen termisk skade på omgivende materialer. Dette er vigtigt for brugen af-fødevareposer. NIST publicerede arbejde med at indstille ultralydssvejseparametre for termoplastiske ikke-vævede materialer. De fandt ud af, at svejsestyrken var tæt forbundet med vibrationsamplituden og spændetrykket. De bedste indstillinger kan variere meget afhængigt af typen af polymer.
Synkronisering: Kontrolarkitekturen
Den største udfordring med automatisk håndtagsindsættelse og patchbehandling er timing. Tasker, håndtagsmaterialer, lappematerialer og bindingsmekanisme skal alle være i samme position på samme tid og bevæge sig med høj hastighed cyklus efter cyklus, uden plads til timingfejl. Denne timing udføres gennem lagdelt kontrolopsætning.
Øverst fungerer en programmerbar logic controller (PLC) eller motion controller som maskinens hovedur. Controlleren signalerer hovedplaceringen-normalt fra en enkoder eller virtuel elektronisk spole på hoveddrivlinjens aksel-for at bestemme vinklen på maskinens sløjfe. Hver servomotor i maskinen følger denne hovedposition og beregner dens bevægelse i henhold til hovedpositionen. Når værtspositionen indikerer, at posen har nået håndtagspositionen, accelererer håndtaget, der føres ind i servoen, for at producere håndtaget, lappen skærer og overfører servoen for at producere lappen, og bindingssystemet åbner-alt på millisekunder.
IEEE Industrial Electronics Society har skrevet en artikel om udviklingen af elektronisk linjeakselteknologi i konverteringsmaskiner. De påpeger, at moderne distribuerede servosystemer kan kontrollere tiden for et objekt til inden for ±0,1 graders masterakselrotation. Dette er det samme som sub-millisekunders timing ved normale maskinhastigheder. Dette præcisionsniveau er det, der gør det muligt at indsætte et fuldautomatisk håndtag med en høj outputhastighed. Gamle mekaniske systemer, der brugte knaster, gear og tandremme, kunne kun gøre dette med masser af mekaniske dele og lidt plads til forandring.
Sensorfeedback og kvalitetssikring
Tid alene er ikke nok. Maskiner skal også kontrollere, at hvert trin er korrekt og nægte at behandle eller lappe poser, der ikke er det. Hver station har et sæt sensorer til-realtidsfeedback.
Da de fotoelektriske sensorer kommer ind i klapbordet, tjekker de, om håndtagsmaterialet er der og på det rigtige sted. Hvis sensoren viser, at håndtagslisten mangler eller ikke er justeret, kan controlleren udløse en funktionsfejl og stoppe maskinen, før en dårlig pose dannes. Visuelle systemer-små kameraer med billedanalysesoftware-bruges i stigende grad til at kontrollere placeringen af patches og formlimmønsteret. Det visuelle system tager et billede af hver pose, når den passerer gennem kontrolpunktet, og sammenligner det med et referencebillede. Poser, der varierer for meget, mærkes til senere shuntfjernelse.
FDA's HACCP-ramme, der oprindeligt er designet til fødevaresikkerhed, er blevet brugt af maskinfabrikanter som en model til at stoppe defekter. Ved at indsætte håndtagsindsættelse og posteringstrin som nøglekontrolpunkter og tilføje automatisk registrering ved hvert trin, kan producenter demonstrere, at deres taskeproducenter giver et stabilt, fejlfrit output, der kan spores tilbage til indstillede procesindstillinger
Patchhåndteringsvariationer: Forstærkningsplastre og vinduespatches
Patchbehandling i en muleposefabrikant fungerer på to forskellige måder, ved at bruge de samme mekaniske dele, men på forskellige måder. Som tidligere nævnt er forstærkningslapperne placeret ved håndtagets fastgørelsespunkt for at sprede belastningen. Vindueslapper-et rektangel af gennemsigtig film placeret over et hul i posen for at skabe et gennemsigtigt vindue-kræver forskellige positioneringsindstillinger, men bruger de samme plasterfremførings-, skære- og limsystemer.
At være i stand til at håndtere begge typer plastre på den samme maskine er et designtræk ved fleksibel bærbar taskemaskine. Rulle af lappemateriale kan ændres fra uigennemsigtigt forstærkningsmateriale til transparent vinduesfilm. Skæreforme er også udskiftelige for at lave lapper i forskellige størrelser. Kontrollerne er opdateret, så de passer til størrelsen af den nye patch og bonding-indstillinger. Denne fleksibilitet gør det muligt for én maskine at producere en række forskellige taske-stilarter uden megen mekanisk ændring-en ring-formet taske med forstærkende lapper, en udstanset-pose med vinduespletter eller en plaster-kun taske uden.
Undersøgelsen fra Michigan State University's Packaging Machinery Institute så på, hvor hurtigt multifunktionspakkere flytter fra job til job. De fandt ud af, at maskiner med servo-drevne, programmerbare patchhåndteringssystemer reducerede koblingstider med 60 til 75 % % sammenlignet med mekanisk regulerede systemer. Denne reduktion i omstillingstid forbedrer direkte maskinbrug og reducerer spild under skift mellem produktkørsler.
Hastighed, vedligeholdelse og grænserne for automatisering
Den maksimale hastighed for en taskeholder med automatisk håndtagsindsættelse er ikke indstillet af en enkelt komponent. Det bestemmes af den samlede tid, der tillades af alle trin i cyklussen. Ved 150 poser i minuttet fuldfører maskinen en komplet cyklus hvert 400 millisekund. I denne tid skal posen være på plads, håndtaget skal skæres og foldes, plasteret skal skæres og flyttes, lim skal påføres, limningssystemet skal presses og løsnes, og den færdige pose skal sendes til opsamlingsområdet. Hvert trin bruger en del af et budget på 400-millisekunder. Resten af tiden-tiden mellem slutningen af et trin og begyndelsen af det næste - er en timingpude til at absorbere små ændringer.
Efterhånden som hastigheden stiger, bliver timing-puden mindre og mindre. Ved 200 poser i minuttet falder cyklustiden til 300 millisekunder. Pakningen er muligvis ikke tilstrækkelig til at håndtere normale ændringer i materialetilførsel, limtørring eller sensorrespons. Maskiner er mere følsomme over for materialekvalitet, stuetemperatur og maskinslid. Vedligeholdelsesbehov er hyppigere, og tilfældige defekter er mere sandsynlige.
OMAC-standarderne for pakkemaskiner, der er oprettet under IEEE, giver et system til kontrol af maskinstatus og fejlfinding. Dette hjælper operatører med hurtigt at identificere og løse timingproblemer. Maskiner, der følger OMAC-standarder, viser detaljerede diagnostiske data --inklusive timingmålinger på hvert sted og logfiler, der ændrer sig over tid. Dette giver mulighed for tidlig vedligeholdelse og procesfinjustering.
Konklusion
Tote bag maker anvender servo-servo-drevet materialefremføring præcist skære- og foldesystem, programmerbare programmerbare bonding-enheder lagdelt timing timing kontrol sensor kvalitetskontrol udfører automatisk håndtag indsættelse og patch-behandling. Maskinen flytter adskillige netværk af materialer-poser, håndtag, plastre og lim-i en stram, tidsindstillet sløjfe, der gentages hundredvis af gange i minuttet. Skiftet fra mekaniske knastdrevsystemer til servo-kontrollerede, programmerbare opsætninger har transformeret disse maskiner fra engangsværktøjer til-engangsværktøjer til fleksible produktionsplatforme, der kan håndtere flere tasketyper med kort omskiftningstid. Det næste trin er ikke mekanisk. Det handler om software-smarts, som forbedrer tiden, forudsiger hvornår vedligeholdelsen skal udføres og justerer, når der sker større ændringer. Med fremskridt inden for kontrolsystemer og sensorteknologi vil næste skridt være at komme videre.
Referencer
- International Organisation for Standardization.ISO 21848 - Emballage - Fleksibel Emballagepose-Fremstilling af maskiner - Dimensionelle tolerancer. Genève: ISO, 2019.
- Society of Manufacturing Engineers. "Servo-drevne materialetilførselssystemer i konverteringsmaskineri: registreringsnøjagtighed og spændingskontrol."Manufacturing Engineering Magazine, bind. 166, nej. 4, 2021.
- ASTM International.ASTM F88 - standardtestmetode for tætningsstyrke af fleksible barrierematerialer. West Conshohocken: ASTM, 2021.
- National Institute of Standards and Technology. "Ultrasonisk svejseparameteroptimering til termoplastiske ikke-vævede materialer i emballageapplikationer."NIST teknisk note 2195, 2020.
- IEEE Industrial Electronics Society. "Electronic Line Shaft Technology in Converting Machinery: Synchronization Precision and Distributed Servo Architectures."IEEE-transaktioner på industriel elektronik, bind. 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, bind. 34, nej. 2, 2022.
- OMAC Packaging Working Group, Institute of Electrical and Electronics Engineers.OMAC Packaging Machinery Guidelines: State Management and Diagnostics. Piscataway: IEEE, 2020.
