כיצד מכונה לייצור תיקי נשיאה משיגה הכנסת ידית אוטומטית או טיפול בתיקון?

הכנת תיקים-בין אם נייר, פלסטיק או בד לא ארוג-כרוכה בסדרה של שלבים: חיתוך, איטום, קיפול וגימור. שלבים אלה ממירים חומרי גלם מתגלגלים ברציפות לשקית מוגמרת לשימוש קמעונאי או במפעל. הוספת ידיות והתקנת תיקונים היא המשימה המכנית הקשה ביותר בשלבים אלה. על יצרנית השקיות להזיז רשת של מספר חומרים בבת אחת, למרוח דבק או אטימות חום בדיוק רב ולשמור על מהירות של יותר מ-150 שקיות לדקה. כדי להבין כיצד מכונות אלו מטפלות באופן אוטומטי בהחדרה ובטלאים, עלינו להסתכל על חלקים מכניים, מערכות חיישנים והגדרות בקרה הפועלות יחד.

קו הבסיס: עיצוב גוף התיק

יש להכין תיקים לפני הוספת ידיות או טלאים. ביצרנית שקיות ניילון רגילה, הסרט נופל מגליל גדול, מתקפל לצורת צינור ואוטם בתחתית. להב החיתוך פורס את הצינור לכיסים נפרדים באורך מתאים. לאחר מכן כל שקית נעה קדימה על המסוע או מערכת השרשרת, מוכנה לשלב הבא.

יישור התיק כשהוא מגיע לידית או לתחנת התיקון הוא המפתח לכל העבודה שלאחר מכן. אם התיק נופל ב-2 מ"מ או 3 מ"מ, הטיפול או התיקון ימשיכו להשתבש, מה שיהפוך לתיק רע. היישור מושג באמצעות מדריכים מכניים, קולטני צילום הקוראים את ההחתמה על הסרט ומערכות שידור מונעות-סרוו כדי להתאים את מיקום התיק בזמן שהוא נע. צורכי הדיוק הללו מכוסים על ידי ISO 21848. הוא קובע מגבלות גודל עבור מכונות אריזה גמישות.

הכנסת ידית: הכנת חומר והאכלה

הכנסת ידית אוטומטית מתחילה באספקה ​​נפרדת של חומרים: גליל של חומר שטוח-כמו סרט נייר, סרט פלסטיק או רצועות סרט חתוכות-הופך לידית התיק. יש לחתוך את חומר הידית לאורך מסוים, ואם יש צורך בידית לולאה יש לקפל אותה ולמקם אותה במקום הנכון בתיק לפני החיבור.

בייצור תיקים לתיק עגול, רצועת הידית נחתכת תחילה לאורך המתאים ללשוניות החיבור של לולאת הידית. לאחר מכן מקפלים את הרצועה לצורת U או D באמצעות שולחן מתקפל מכני עם צלחת מנחה ומסילה מנחה. צורת הקיפולים חייבת להיות זהה בכל פעם. השינוי בקפל משנה את אורך הידית, מה שהופך אותה לא אחידה. מערכות קיפול מבוקרות-servo החליפו תיקיות מכאניות מונעות-במכונות חדשות יותר. הסיבה לכך היא שמערכת הסרוו מאפשרת לשנות את גדלי הקיפול באופן אלקטרוני ללא צורך בהחלפת חלקים.

חיזוק תיקון-הצבת מלבן קטן של חומר על נקודת החיבור של הידית כדי לפזר את העומס ולמנוע מהידית לקרוע את קרום התיק-מתיר רשת נפרדת של חומרי תיקון וחותך אותם לטלאים בודדים. טלאים נחתכים בדרך כלל באמצעות תבנית סיבובית וסדן משמש לחיתוך התיקון. זה מאפשר לייצר תיקון באותו גודל באותה מהירות. לאחר מכן, התיקון מועבר לתיק באמצעות כוסות שאיבה או מתקן מכני. אלה ממקמים את התיקון בדיוק מעל נקודת החיבור של הידית.

אגודת מהנדסי הייצור כתבה מאמר על מערכות הזנת חומרים מונעות-משרת בתהליכים מכניים. הם מראים שכאשר משתמשים במזין סרוו עבור בקרת מתח בזמן אמת של רשת החומר, ניתן להשיג דיוק יישור של ±0.5 מילימטרים בקצב של 200 הקפות לדקה. רמת דיוק זו היא המפתח למיקום התיקון. התיקון חייב לכסות לחלוטין את אזור חיבור הידית כדי לספק חיזוק טוב.

פעולת ההדבקה: דבק, איטום חום או ריתוך אולטראסוני

לאחר שהידית והטלאי על התיק נמצאים במקומם, יש לאבטח אותם. במכונה לייצור שקיות, ישנם שלושה סוגים של שיטות הדבקה נפוצות. על פי חומר האריזה, חוזק הקשר הנדרש, מהירות ייצור וגורמים אחרים לבחירה.

היישום של Hot Melt הוא השיטה הגמישה ביותר. הוא מתאים להדבקת ידיות וטלאים על נייר, בד לא- ארוג וכמה שקיות ניילון. מיכל הדבק המחומם שואב דבק מותך דרך זרבובית ניתנת לתכנות. זרבובית זו שמה דפוס של דבק על השקית או על תווית הידית. תבנית הזרבובית-בדרך כלל מלבנית, כפולה-חוטית או מנוקדת-נשלטת על ידי שסתום סולנואיד, הנפתח ונסגר בזמן שהמכונה מסתובבת. הטמפרטורה וכמות הדבק חייבים להיות מתאימים. מעט מדי דבק, חלש מדי, עלול להישבר תחת משקל. יותר מדי דבק עלול להוביל לשחולים שמכתימים מכונות ומשטחי שקיות בד.

כאשר התיק והידית הם מאותו סוג של סרטים תרמופלסטיים, השתמשו באטימה תרמית. חממו את החותם והצמידו את הידית לתיק. זה ממיס את נקודת המגע הפלסטית ויוצר ריתוך. יש להגדיר הגדרות איטום-טמפרטורה, לחץ וזמן- עבור סרטים ספציפיים. ASTM F88 מספקת שיטת בדיקה סטנדרטית למדידת חוזק איטום של חומרים גמישים. יצרני מכונות משתמשים בבדיקות אלה כדי לבדוק את הגדרות האיטום בבקר המכונה.

ריתוך אולטראסוני הוא שיטת שקיות חדשה יחסית, המתאימה במיוחד לשקיות לא ארוגות. רמקולים אולטרסאונדים רוטטים במהירות של 20 עד 40 קילו-הרץ. זה יוצר חום חיכוך בנקודת המגע בין תג הידית לתיק. ניתן לרתך חימום מקומי ללא תוספת חום או דבק. לריתוך אולטראסוני יש את היתרונות של ניקיון, חוסר טעם וללא נזק תרמי לחומרים שמסביב. זה חשוב לשימוש בשקיות-למזון. NIST פרסמה עבודה על קביעת פרמטרי ריתוך קולי עבור חומרים לא ארוגים תרמופלסטיים. הם גילו שכוח הריתוך קשור קשר הדוק למשרעת הרטט וללחץ ההידוק. ההגדרות הטובות ביותר יכולות להשתנות במידה רבה בהתאם לסוג הפולימר.

סנכרון: ארכיטקטורת הבקרה

האתגר העיקרי בהכנסת ידית אוטומטית ועיבוד תיקון הוא התזמון. תיקים, חומרי ידית, חומרי תיקון ומנגנון מליטה חייבים להיות כולם באותו מיקום בו זמנית, לנוע במהירות גבוהה מחזור אחרי מחזור, ללא מקום לטעויות תזמון. תזמון זה נעשה באמצעות הגדרת בקרה שכבתית.

בחלק העליון, בקר לוגי ניתן לתכנות (PLC) או בקר תנועה משמש כשעון הראשי של המכונה. הבקר מאותת על המיקום הראשי-בדרך כלל מקודד או סליל אלקטרוני וירטואלי על פיר קו ההינע הראשי-כדי לקבוע את זווית הלולאה של המכונה. כל מנוע סרוו במכונה עוקב אחר המיקום הראשי הזה ומחשב את תנועתו לפי המיקום הראשי. כאשר מיקום המארח מציין שהתיק הגיע למצב הידית, הידית המוזנת לתוך הסרוו מאיצה לייצר את הידית, התיקון חותך ומעביר סרוו כדי לייצר את התיקון, ומערכת ההדבקה נפתחת-הכל תוך אלפיות שניות.

אגודת האלקטרוניקה התעשייתית של IEEE כתבה מאמר על האבולוציה של טכנולוגיית פיר קו אלקטרוני במכונות המרה. הם מציינים שמערכות סרוו מבוזרות מודרניות יכולות לשלוט בזמן של אובייקט בטווח של ±0.1 מעלות סיבוב ציר ראשי. זה זהה לתזמון תת--מילישניות במהירויות מכונה רגילות. רמת דיוק זו היא שמאפשרת להכניס ידית אוטומטית מלאה בקצב תפוקה גבוה. מערכות מכניות ישנות שהשתמשו במצלמות, גלגלי שיניים וחגורות טיימינג יכלו לעשות זאת רק עם הרבה חלקים מכניים ומעט מקום לשינוי.

משוב חיישנים והבטחת איכות

זמן לבד לא מספיק. המכונות חייבות גם לבדוק שכל שלב נכון ולסרב לעבד או לתקן שקיות שלא. לכל תחנה יש סט חיישנים למשוב-בזמן אמת.

כשהחיישנים הפוטואלקטריים נכנסים לשולחן המתקפל, הוא בודק אם חומר הידית נמצא שם ובמקום הנכון. אם החיישן מראה שרצועת הידית חסרה או אינה מיושרת, הבקר יכול להפעיל תקלה ולעצור את המכונה לפני יצירת שקית גרועה. מערכות חזותיות-מצלמות קטנות עם תוכנת ניתוח תמונה-משמשות יותר ויותר כדי לבדוק את מיקום הטלאים ואת תבנית הדבק בצורה. המערכת החזותית מצלמת תמונה של כל שקית בזמן שהיא עוברת דרך נקודת הבידוק ומשווה אותה לתמונת התייחסות. תיקים משתנים מדי מסומנים להסרה מאוחרת יותר.

מסגרת ה-HACCP של ה-FDA, אמנם תוכננה במקור לבטיחות מזון, אך שימשה את יצרני המכונות כמודל לעצירת פגמים. על ידי הכנסת שלבי ידית ופרסום כנקודות בקרה מרכזיות, והוספת זיהוי אוטומטי בכל שלב, היצרנים יכולים להוכיח שיצרני התיקים שלהם מספקים פלט יציב ללא תקלות שניתן לעקוב אחר הגדרות התהליך.

וריאציות של טיפול בתיקון: תיקוני חיזוק ותיקוני חלונות

עיבוד טלאים ביצרנית תיקים פועל בשתי דרכים שונות, תוך שימוש באותם חלקים מכניים אך בדרכים שונות. כפי שהוזכר קודם לכן, תיקוני החיזוק ממוקמים בנקודת החיבור של הידית כדי לפזר את העומס. טלאי חלון-מלבן של סרט שקוף הממוקם מעל חור בשקית כדי ליצור חלון שקוף-דורש הגדרות מיקום שונות אך משתמש באותן מערכות הזנה, חיתוך והדבקה של טלאים.

היכולת להתמודד עם שני סוגי הטלאים באותה מכונה היא תכונה עיצובית של יצרנית תיקים ניידים גמישים. גליל חומר תיקון ניתן לשנות ממלאי חיזוק אטום לסרט חלון שקוף. גם תבניות חיתוך ניתנות להחלפה כדי ליצור טלאים בגדלים שונים. הפקדים מתעדכנים כך שיתאימו לגודל התיקון החדש והגדרות ההדבקה. גמישות זו מאפשרת למכונה אחת לייצר מגוון סגנונות תיקים ללא שינוי מכני רב-תיק בצורת טבעת-עם תיקוני חיזוק, תיק חתוך-עם תיקוני חלון או תיק-בלעד.

המחקר של המכון למכונות אריזה של אוניברסיטת מישיגן סטייט בחן באיזו מהירות עוברים אורזים רב-תכליתיים מעבודה לעבודה. הם גילו שמכונות עם מערכות לטיפול בתיקונים מונעות-של סרוו הפחיתו את זמני ההחלפה ב-60% עד 75% בהשוואה למערכות מווסתות מכנית. הפחתה זו בזמן ההחלפה משפרת באופן ישיר את השימוש במכונה ומפחיתה בזבוז במהלך המעבר בין ריצות המוצר.

מהירות, תחזוקה ומגבלות האוטומציה

המהירות המרבית של מנשא תיקים עם הכנסת ידית אוטומטית אינה נקבעת על ידי אף רכיב אחד. זה נקבע לפי הזמן הכולל המותר על ידי כל השלבים במחזור. ב-150 שקיות לדקה, המכונה משלימה מחזור שלם כל 400 מילישניות. בזמן זה יש לעמוד על התיק, לחתוך ולקפל את הידית, לחתוך ולהזיז את התיקון, למרוח דבק, ללחוץ ולשחרר את מערכת ההדבקה ולשלוח את השקית המוגמרת לאזור האיסוף. כל שלב משתמש בחלק מתקציב של 400-מילישניות. בשאר הזמן-הזמן בין סוף שלב אחד לתחילתו של הבא - הוא כרית תזמון לקליטת שינויים קטנים.

ככל שהמהירות עולה, כרית התזמון הופכת קטנה יותר ויותר. ב-200 שקיות לדקה, זמן המחזור יורד ל-300 מילישניות. ייתכן שהאטם לא יספיק להתמודד עם שינויים רגילים בהזנת החומר, ייבוש הדבק או תגובת החיישן. מכונות רגישות יותר לאיכות החומר, לטמפרטורת החדר ובלאי מכונות. צרכי התחזוקה שכיחים יותר וסבירות גבוהה יותר לליקויים אקראיים.

תקני מכונות האריזה של OMAC, שנוצרו תחת IEEE, מספקים מערכת לבקרת מצב מכונה ואיתור תקלות. זה עוזר למפעילים לזהות ולפתור במהירות בעיות תזמון. מכונות העומדות בתקני OMAC מציגות נתוני אבחון מפורטים --כולל מדידות תזמון בכל אתר ויומנים המשתנים עם הזמן. זה מאפשר תחזוקה מוקדמת וכיוונון תהליכים.

מַסְקָנָה

יצרנית תיקי הכביסה מאמצת מערכת חיתוך וקיפול מדויקת של הזנת חומר סרוו סרוו, יחידות חיבור הניתנות לתכנות ניתנות לתכנות. בדיקות איכות חיישן בקרת תזמון תזמון ניתנות לתכנות. המכונה מזיזה מספר רשתות של חומרים-שקיות, מוטות כידון, טלאים ודבק-בלולאה הדוקה ומתוזמנת שחוזרת על עצמה מאות פעמים בדקה. המעבר ממערכות הנעת זיקה מכניות להגדרות סרוו-ניתנות לתכנות הפך את המכונות הללו מכלים- לשימוש חד-פעמי לפלטפורמות ייצור גמישות שיכולות להתמודד עם סגנונות תיקים מרובים עם זמן מעבר מועט. השלב הבא אינו מכני. מדובר בחכמות תוכנה, שמשפרת את הזמן, מנבאת מתי יש לבצע תחזוקה ומתאימה מתי מתרחשים שינויים גדולים. עם ההתקדמות במערכות הבקרה וטכנולוגיית החיישנים, השלב הבא יהיה להתקדם.

הפניות

• הארגון הבינלאומי לתקינה.ISO 21848 - אריזה - שקית אריזה גמישה-ייצור מכונות - סובלנות מידות. ז'נבה: ISO, 2019.
• אגודת מהנדסי ייצור. "מערכות הזנת חומרים מונעות בשרת- בהמרת מכונות: דיוק רישום ובקרת מתח."מגזין הנדסת ייצור, כרך. 166, לא. 4, 2021.
• ASTM הבינלאומי.ASTM F88 - שיטת בדיקה סטנדרטית לחוזק חותם של חומרי מחסום גמישים. West Conshohocken: ASTM, 2021.
• המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה. "אופטימיזציה של פרמטרי ריתוך אולטרה-סוני עבור חומרים לא ארוגים תרמופלסטיים ביישומי אריזה."הערה טכנית של NIST 2195, 2020.
• IEEE Industrial Electronics Society. "טכנולוגיית פיר קו אלקטרוני בהמרת מכונות: דיוק סנכרון וארכיטקטורות סרוו מבוזרות."עסקאות IEEE על אלקטרוניקה תעשייתית, כרך. 68, לא. 7, 2021.
• המכון לחקר מכונות אריזה, אוניברסיטת מישיגן סטייט. "יעילות החלפה בתיק רב-תפקודי-מכונות לייצור: מערכות מנועות-משרתות לעומת מכניות."כתב עת לטכנולוגיה ומדע של אריזה, כרך. 34, לא. 2, 2022.
• קבוצת העבודה של OMAC Packaging, המכון למהנדסי חשמל ואלקטרוניקה.הנחיות מכונות אריזה של OMAC: ניהול ואבחון המדינה. Piscataway: IEEE, 2020.