自動包裝機的技術(shù)應(yīng)用及工作原理

　　自動包裝機的技術(shù)應(yīng)用及工作原理

　　自動化水平在制造工業(yè)中不斷提高，應(yīng)用范圍正在拓展。包裝行業(yè)中自動化操作正在改變著包裝過程的動作方式和包裝容器及材料的加工方法。實現(xiàn)自動控制的包裝系統(tǒng)能夠極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，顯著消除包裝工序及印刷貼標(biāo)等造成的誤差，有效減輕職工的勞動強度并降低能源和資源的消耗。

　　一、自動包裝機自動包裝的作用

　　具有革命意義的自動化改變著包裝的制造方法及其產(chǎn)品的傳輸方式。設(shè)計、安裝的自動控制包裝系統(tǒng)，無論從提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率方面，還是從消除加工誤差和減輕勞動強度方面，都表現(xiàn)出十分明顯的作用。尤其是對食品、飲料、藥品、電子等行業(yè)而言，都是至關(guān)重要的。自動裝置和系統(tǒng)工程方面的技術(shù)正在進一步深化，并得到更廣泛的應(yīng)用。

　　機器人學(xué)(Robotics)已經(jīng)改變了人機的共存方式。自動包裝的關(guān)鍵在于依據(jù)生產(chǎn)加工或包裝過程，設(shè)計出一個能夠得以實現(xiàn)自動控制的結(jié)構(gòu)方案。顯然，自動裝置(機械手或機器人)的選擇取決于這一過程的需求及特性。依據(jù)定義，一個自動裝置即是能通過自動控制或遙控方法完成任務(wù)的一臺機器或一個機構(gòu)。它可以是簡單的，例如，從一個位置移向另一位置的一種單軸結(jié)構(gòu)的氣動壓力聯(lián)動裝置;也可以是復(fù)雜的，例如，具有六軸結(jié)構(gòu)的能動外科手術(shù)的機器人。包裝過程的各個項目選擇以及各類工業(yè)自動化機構(gòu)，可以在一個具體工作場所的空間范圍內(nèi)，使每一個設(shè)計方案完成一項任務(wù)。

　　目前，自動裝置的結(jié)構(gòu)型式是多種多樣的。例如，可以滿足某一項具體操作的需求。工業(yè)機械手的結(jié)構(gòu)特點都處在單軸與六軸之間。根據(jù)這種軸結(jié)構(gòu)的性能，機械手“臂”的設(shè)計在運動可控程序下，操作一個端部操作器或臂端工具。軸的數(shù)量代表了機械手臂的“自由度”。另外，還有輔助臂。例如，傳送帶的軸等，但它們通常不是以機械方式與機械手主臂相聯(lián)結(jié)的。對于不同機械手形式，一般都是根據(jù)其“x”、“y”、“z”三個主軸組成的坐標(biāo)系來分類的。大多數(shù)機械屬于下述五種基本類型之～：笛卡爾或直角坐標(biāo)系、圓柱面坐標(biāo)系、旋轉(zhuǎn)式或鉸鏈?zhǔn)阶鴺?biāo)系、球面或極坐標(biāo)系和柔選工組合型機械手(SCARA)。

　　二、自動包裝機自動功能的外部設(shè)備

　　一個完整的自動化結(jié)構(gòu)方案由很多部件組成，其中，端臂操作工具、材料運送裝置和識別/驗證系統(tǒng)是主要組成部分。

　　1、臂端操作工具

　　機械手就是利用與其端部聯(lián)接的裝置從一個位置移到另一位置的一種工具。臂端操作工具，即端部操作器，是用來抓取產(chǎn)品、定向移動和感受性能參數(shù)的一個部件。在包裝應(yīng)用中，端部操作器通常設(shè)計成能直接使用的真空套、夾緊爪或兩者結(jié)合的型式。它們的結(jié)構(gòu)方案可以從單一型的真空套到系列型真空套或夾緊爪的排列式結(jié)構(gòu)等。

　　2、材料輸送裝置

　　材料運送及處理裝置是在傳動和制造過程中，為產(chǎn)品的輸送、儲運和控制時自動移動所需要的某些類型的設(shè)備。其中包括動力傳送帶、單軌吊車、自動導(dǎo)向車和機械手等。在包裝過程中，需要考慮材料運送處理的因素有：產(chǎn)品形狀、重量及材料性質(zhì);在運輸、包裹及裝載期間產(chǎn)品的運速、距離和方向;與其他裝置進行聯(lián)接時所需控制水平以及如果需要時允許重新形成構(gòu)件的機動靈活性。一種典型的材料運送及處理系統(tǒng)包括：帶型輸入傳送器、貼標(biāo)機、條碼閱讀器、自動裝置和輸出傳送器。一個用戶圖形界面提供了描繪出托盤堆碼形式的容易操作的平臺。根據(jù)控制生產(chǎn)的工件數(shù)量，機械手抓取、定向移動和安放(堆碼)每個包裝容器(箱、盒、桶和罐等)在正確的托盤位置上。

　　3、識別及驗證系統(tǒng)

　　識別、驗證和精確跟蹤產(chǎn)品的能力已經(jīng)成為整個包裝系統(tǒng)不可缺少的環(huán)節(jié)。識別方法可以使用傳統(tǒng)的條碼到無線電射頻(RF)傳感器，它們能夠跟蹤托盤或全部產(chǎn)品。聯(lián)機的條碼印刷及驗證也是必要的。能夠提供有效可靠手段，確保產(chǎn)品質(zhì)量的可視技術(shù)(Vision technology)可用于包裝的很多場合，例如，產(chǎn)品的檢測和定向、充填水平及計數(shù)、光學(xué)貼標(biāo)、文字識別、貼標(biāo)文案驗證、標(biāo)貼記錄以及全部文字和圖形的驗證(離開生產(chǎn)線)等。條碼系統(tǒng)通過產(chǎn)品型式、日期/區(qū)碼和制造廠名為印前或聯(lián)機的印刷工序識別產(chǎn)品。條碼掃描儀和視頻識別系統(tǒng)記錄并驗證產(chǎn)品標(biāo)貼以確保識別的完整性。一種典型的可視條碼檢測能力可以確認每個條碼對應(yīng)于每種產(chǎn)品。

　　三、自動包裝機自動包裝的過程

　　實現(xiàn)包裝自動化，首要和重要的一步就是定義過程。一項專業(yè)的工作項目是根據(jù)過程的特點，而不是根據(jù)自動化設(shè)備來確定設(shè)計方案。在定義這一過程時，需要考慮的三項關(guān)鍵因素是產(chǎn)品及包裝結(jié)構(gòu)形式、生產(chǎn)總量和勞力人力因素。

　　1、產(chǎn)品/包裝結(jié)構(gòu)形式

　　產(chǎn)品/包裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計直接影響到所需自動操作器和材料運送處理的形式。產(chǎn)品/包裝的結(jié)構(gòu)尺寸、形狀、材料和重量將決定端部操作器的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案和自動器有效載荷的需求。具有復(fù)雜形狀特征的包裝件結(jié)構(gòu)設(shè)計，如橢圓形包裝容器比標(biāo)準(zhǔn)的圓形或方形包裝件具有更困難的定向問題。增加系統(tǒng)復(fù)雜性的定向需求，應(yīng)在加工實施以前進行仔細研究和分析。在進行充填箱盒的情況下，機械手端部自動操作器一般都提供一種工序，即能夠抓住足量的產(chǎn)品，一次性充填一個完整的箱盒。這樣，使得自動操作器的移動距離盡可能減少并保持傳送帶或生產(chǎn)線上的產(chǎn)品連續(xù)行進。

　　2、產(chǎn)品生產(chǎn)通過量

　　促進包裝自動化設(shè)計的主要動力在于產(chǎn)品生產(chǎn)總的通過量。生產(chǎn)線的速度越快，應(yīng)用自動抓手和分類裝置有助于降低自動器的工作負荷，而跟隨包裝件的標(biāo)準(zhǔn)自動器可能會越少。生產(chǎn)線速度不但影響到處理產(chǎn)品的自動化裝置，對貼標(biāo)操作和可視檢驗也有影響。為了達到有效可視檢測技術(shù)，必須表明幾項相關(guān)問題。其中包括：零件圖形一致性、檢測可重復(fù)性、傳遞速度一致性(例如生產(chǎn)線的波動情況)、需要完成檢測的數(shù)量和合適的軟件程序等。這些因素突出地影響到一個可視系統(tǒng)的形式和成本。按一般規(guī)則，如需檢測的數(shù)量越多，視頻運轉(zhuǎn)速度就越快，這樣就會導(dǎo)致更復(fù)雜更昂貴的結(jié)構(gòu)方案。當(dāng)視頻裝置與自動機構(gòu)組合成一體后，整個自動器就能連續(xù)一致地并以可重復(fù)方式實現(xiàn)包裝件的定向和展現(xiàn)。

　　3、勞力或人力因素

　　自動化包裝設(shè)備的運行是管理、工程和生產(chǎn)各部門之間不斷有效的合作、交流、互動創(chuàng)造的成果。所有相關(guān)人員及技術(shù)部門必須集合在一個緊密團結(jié)的集體中——這個集體按照制訂的工作過程共同行動一一以同一目標(biāo)為動力、以戰(zhàn)略方式體現(xiàn)出一種凝聚力。

　　四、自動系統(tǒng)的項目管理

　　如前所述，自動化結(jié)構(gòu)方案總是基于良好設(shè)計的完整過程。這就需要一個具有一定管理水平的項目，此項目確保所有相關(guān)問題均已進入設(shè)計中。在研制一個自動化方案時，首先要建立好隊伍。這支隊伍應(yīng)包括包裝過程中各個部門的代表——采購、投資、質(zhì)保、工程、生產(chǎn)、后勤、保健、安 全、管理以及與賣方的系統(tǒng)協(xié)調(diào)。內(nèi)部和外部用戶須形成伙伴關(guān)系。

　　例如，系統(tǒng)的協(xié)調(diào)管理者必須成為集體中的一分子。賣方應(yīng)成為包裝質(zhì)量管理過程中的組成部分。這樣，每個人都制訂有明確的要求，都能遵循這些要求，并且能評價并糾正不規(guī)范之處。其次是制訂包裝系統(tǒng)的規(guī)范和要求。這些構(gòu)成發(fā)展為一個詳細系統(tǒng)設(shè)計的主要框架。最好的辦法是同賣方協(xié)同工作，創(chuàng)造出一個“功能性設(shè)計規(guī)范”，使其同時滿足公司和賣方兩者的要求。規(guī)范應(yīng)該詳細確定諸如運行速度和檢測方法等項目的指標(biāo)，但還不是能達到的具體硬件或軟件模型。沒有專家或協(xié)調(diào)者參與的輸入信息，有可能造成過度性規(guī)范，會限制設(shè)計創(chuàng)新和技術(shù)發(fā)展。一項優(yōu)良的規(guī)范將使一個過程和項目在目標(biāo)上有清晰明確的表達和理解，并且可以作為有效的包裝過程的開始。

　　系統(tǒng)規(guī)范提供了一個方案性研制的系統(tǒng)框架。方案設(shè)計，或稱初步設(shè)計或預(yù)備方案，是用來說明包裝過程或系統(tǒng)將如何解決項目規(guī)范中具體的規(guī)定和要求。方案設(shè)計時常是制造廠方和自動線賣方之間的聯(lián)合工作，其內(nèi)容是多方面的，可以從簡單的二維圖形直至主體的三維圖形等。

　　對于自動化技術(shù)的理論須有深刻的理解，而自動控制包裝的規(guī)范及準(zhǔn)則仍然是以實施過程為基礎(chǔ)。成功的自動化可以歸結(jié)為以下幾個方面：

　　1、管理方面

　　通過管理形成一個具有凝聚力的集體，其中包括被賣方所確認的項目運行是穩(wěn)定的和可行的。須認識到，人員素質(zhì)的影響程度將超過技術(shù)因素。在制訂工作計劃時，要以每周而不是每日進行預(yù)測，以便及時修正失誤之處并加以完善。

　　2、主動性方面

　　過程是每個人員獲得成功工作的結(jié)果。技術(shù)人員和生產(chǎn)工人須要了解所生產(chǎn)的機器，而他們本身就是操作和維護機器并使其處于正常生產(chǎn)的關(guān)鍵。

　　3、培訓(xùn)方面

　　來自生產(chǎn)線組織的教育和評估將會減小過程運行中的阻力。關(guān)鍵崗位上的工程師和技術(shù)人員，在機械產(chǎn)品交貨裝運之前，應(yīng)利用一段時間與包裝系統(tǒng)協(xié)調(diào)管理人員一起進行培訓(xùn)。

　　4、協(xié)調(diào)性方面

　　像所有人際關(guān)系問題那樣，與賣方關(guān)系達到充分協(xié)調(diào)需要時間和耐心。賣方受到滿足客戶要求的挑戰(zhàn)。所以，精心確定的規(guī)范要求將有助于保證項目的成功。一個制造商肯定會小心謹慎，項目的變更必須由雙方批準(zhǔn)并用書面文件加以確認。