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自動(dòng)包裝機(jī)的技術(shù)應(yīng)用及工作原理
來(lái)源:深圳雙誠(chéng)智能包裝設(shè)備 | 作者:pro1983c0 | 發(fā)布時(shí)間: 2016-08-19 | 3420 次瀏覽 | 分享到:
    自動(dòng)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(dòng)化操作正在改變著包裝過(guò)程的動(dòng)作方式和包裝容器及材料的加工方法。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度并降低能源和資源的消耗。

    一、自動(dòng)包裝機(jī)自動(dòng)包裝的作用

    具有革命意義的自動(dòng)化改變著包裝的制造方法及其產(chǎn)品的傳輸方式。設(shè)計(jì)、安裝的自動(dòng)控制包裝系統(tǒng)，無(wú)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(dòng)強(qiáng)度方面，都表現(xiàn)出十分明顯的作用。尤其是對(duì)食品、飲料、藥品、電子等行業(yè)而言，都是至關(guān)重要的。自動(dòng)裝置和系統(tǒng)工程方面的技術(shù)正在進(jìn)一步深化，并得到更廣泛的應(yīng)用。

    機(jī)器人學(xué)（Robotics）已經(jīng)改變了人機(jī)的共存方式。自動(dòng)包裝的關(guān)鍵在于依據(jù)生產(chǎn)加工或包裝過(guò)程，設(shè)計(jì)出一個(gè)能夠得以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的結(jié)構(gòu)方案。顯然，自動(dòng)裝置（機(jī)械手或機(jī)器人）的選擇取決于這一過(guò)程的需求及特性。依據(jù)定義，一個(gè)自動(dòng)裝置即是能通過(guò)自動(dòng)控制或遙控方法完成任務(wù)的一臺(tái)機(jī)器或一個(gè)機(jī)構(gòu)。它可以是簡(jiǎn)單的，例如，從一個(gè)位置移向另一位置的一種單軸結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)壓力聯(lián)動(dòng)裝置；也可以是復(fù)雜的，例如，具有六軸結(jié)構(gòu)的能動(dòng)外科手術(shù)的機(jī)器人。包裝過(guò)程的各個(gè)項(xiàng)目選擇以及各類(lèi)工業(yè)自動(dòng)化機(jī)構(gòu)，可以在一個(gè)具體工作場(chǎng)所的空間范圍內(nèi)，使每一個(gè)設(shè)計(jì)方案完成一項(xiàng)任務(wù)。

    目前，自動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)型式是多種多樣的。例如，可以滿(mǎn)足某一項(xiàng)具體操作的需求。工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)都處在單軸與六軸之間。根據(jù)這種軸結(jié)構(gòu)的性能，機(jī)械手“臂”的設(shè)計(jì)在運(yùn)動(dòng)可控程序下，操作一個(gè)端部操作器或臂端工具。軸的數(shù)量代表了機(jī)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(jī)械方式與機(jī)械手主臂相聯(lián)結(jié)的。對(duì)于不同機(jī)械手形式，一般都是根據(jù)其“x”、“y”、“z”三個(gè)主軸組成的坐標(biāo)系來(lái)分類(lèi)的。大多數(shù)機(jī)械屬于下述五種基本類(lèi)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(jī)械手（SCARA）。

    二、自動(dòng)包裝機(jī)自動(dòng)功能的外部設(shè)備

    一個(gè)完整的自動(dòng)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(yùn)送裝置和識(shí)別／驗(yàn)證系統(tǒng)是主要組成部分。

    1、臂端操作工具

    機(jī)械手就是利用與其端部聯(lián)接的裝置從一個(gè)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(lái)抓取產(chǎn)品、定向移動(dòng)和感受性能參數(shù)的一個(gè)部件。在包裝應(yīng)用中，端部操作器通常設(shè)計(jì)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(yùn)送及處理裝置是在傳動(dòng)和制造過(guò)程中，為產(chǎn)品的輸送、儲(chǔ)運(yùn)和控制時(shí)自動(dòng)移動(dòng)所需要的某些類(lèi)型的設(shè)備。其中包括動(dòng)力傳送帶、單軌吊車(chē)、自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)和機(jī)械手等。在包裝過(guò)程中，需要考慮材料運(yùn)送處理的因素有：產(chǎn)品形狀、重量及材料性質(zhì)；在運(yùn)輸、包裹及裝載期間產(chǎn)品的運(yùn)速、距離和方向；與其他裝置進(jìn)行聯(lián)接時(shí)所需控制水平以及如果需要時(shí)允許重新形成構(gòu)件的機(jī)動(dòng)靈活性。一種典型的材料運(yùn)送及處理系統(tǒng)包括：帶型輸入傳送器、貼標(biāo)機(jī)、條碼閱讀器、自動(dòng)裝置和輸出傳送器。一個(gè)用戶(hù)圖形界面提供了描繪出托盤(pán)堆碼形式的容易操作的平臺(tái)。根據(jù)控制生產(chǎn)的工件數(shù)量，機(jī)械手抓取、定向移動(dòng)和安放（堆碼）每個(gè)包裝容器（箱、盒、桶和罐等）在正確的托盤(pán)位置上。

    3、識(shí)別及驗(yàn)證系統(tǒng)

    識(shí)別、驗(yàn)證和精確跟蹤產(chǎn)品的能力已經(jīng)成為整個(gè)包裝系統(tǒng)不可缺少的環(huán)節(jié)。識(shí)別方法可以使用傳統(tǒng)的條碼到無(wú)線(xiàn)電射頻（RF）傳感器，它們能夠跟蹤托盤(pán)或全部產(chǎn)品。聯(lián)機(jī)的條碼印刷及驗(yàn)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(chǎng)合，例如，產(chǎn)品的檢測(cè)和定向、充填水平及計(jì)數(shù)、光學(xué)貼標(biāo)、文字識(shí)別、貼標(biāo)文案驗(yàn)證、標(biāo)貼記錄以及全部文字和圖形的驗(yàn)證（離開(kāi)生產(chǎn)線(xiàn)）等。條碼系統(tǒng)通過(guò)產(chǎn)品型式、日期／區(qū)碼和制造廠名為印前或聯(lián)機(jī)的印刷工序識(shí)別產(chǎn)品。條碼掃描儀和視頻識(shí)別系統(tǒng)記錄并驗(yàn)證產(chǎn)品標(biāo)貼以確保識(shí)別的完整性。一種典型的可視條碼檢測(cè)能力可以確認(rèn)每個(gè)條碼對(duì)應(yīng)于每種產(chǎn)品。

    三、自動(dòng)包裝機(jī)自動(dòng)包裝的過(guò)程

    實(shí)現(xiàn)包裝自動(dòng)化，首要和重要的一步就是定義過(guò)程。一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)的工作項(xiàng)目是根據(jù)過(guò)程的特點(diǎn)，而不是根據(jù)自動(dòng)化設(shè)備來(lái)確定設(shè)計(jì)方案。在定義這一過(guò)程時(shí)，需要考慮的三項(xiàng)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(jì)直接影響到所需自動(dòng)操作器和材料運(yùn)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(jì)方案和自動(dòng)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(jì)，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(wèn)題。增加系統(tǒng)復(fù)雜性的定向需求，應(yīng)在加工實(shí)施以前進(jìn)行仔細(xì)研究和分析。在進(jìn)行充填箱盒的情況下，機(jī)械手端部自動(dòng)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(gè)完整的箱盒。這樣，使得自動(dòng)操作器的移動(dòng)距離盡可能減少并保持傳送帶或生產(chǎn)線(xiàn)上的產(chǎn)品連續(xù)行進(jìn)。

    2、產(chǎn)品生產(chǎn)通過(guò)量

    促進(jìn)包裝自動(dòng)化設(shè)計(jì)的主要?jiǎng)恿υ谟诋a(chǎn)品生產(chǎn)總的通過(guò)量。生產(chǎn)線(xiàn)的速度越快，應(yīng)用自動(dòng)抓手和分類(lèi)裝置有助于降低自動(dòng)器的工作負(fù)荷，而跟隨包裝件的標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)器可能會(huì)越少。生產(chǎn)線(xiàn)速度不但影響到處理產(chǎn)品的自動(dòng)化裝置，對(duì)貼標(biāo)操作和可視檢驗(yàn)也有影響。為了達(dá)到有效可視檢測(cè)技術(shù)，必須表明幾項(xiàng)相關(guān)問(wèn)題。其中包括：零件圖形一致性、檢測(cè)可重復(fù)性、傳遞速度一致性（例如生產(chǎn)線(xiàn)的波動(dòng)情況）、需要完成檢測(cè)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(gè)可視系統(tǒng)的形式和成本。按一般規(guī)則，如需檢測(cè)的數(shù)量越多，視頻運(yùn)轉(zhuǎn)速度就越快，這樣就會(huì)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(dòng)機(jī)構(gòu)組合成一體后，整個(gè)自動(dòng)器就能連續(xù)一致地并以可重復(fù)方式實(shí)現(xiàn)包裝件的定向和展現(xiàn)。

    3、勞力或人力因素

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

    四、自動(dòng)系統(tǒng)的項(xiàng)目管理

    如前所述，自動(dòng)化結(jié)構(gòu)方案總是基于良好設(shè)計(jì)的完整過(guò)程。這就需要一個(gè)具有一定管理水平的項(xiàng)目，此項(xiàng)目確保所有相關(guān)問(wèn)題均已進(jìn)入設(shè)計(jì)中。在研制一個(gè)自動(dòng)化方案時(shí)，首先要建立好隊(duì)伍。這支隊(duì)伍應(yīng)包括包裝過(guò)程中各個(gè)部門(mén)的代表——采購(gòu)、投資、質(zhì)保、工程、生產(chǎn)、后勤、保健、安 全、管理以及與賣(mài)方的系統(tǒng)協(xié)調(diào)。內(nèi)部和外部用戶(hù)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(mài)方應(yīng)成為包裝質(zhì)量管理過(guò)程中的組成部分。這樣，每個(gè)人都制訂有明確的要求，都能遵循這些要求，并且能評(píng)價(jià)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(gè)詳細(xì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要框架。最好的辦法是同賣(mài)方協(xié)同工作，創(chuàng)造出一個(gè)“功能性設(shè)計(jì)規(guī)范”，使其同時(shí)滿(mǎn)足公司和賣(mài)方兩者的要求。規(guī)范應(yīng)該詳細(xì)確定諸如運(yùn)行速度和檢測(cè)方法等項(xiàng)目的指標(biāo)，但還不是能達(dá)到的具體硬件或軟件模型。沒(méi)有專(zhuān)家或協(xié)調(diào)者參與的輸入信息，有可能造成過(guò)度性規(guī)范，會(huì)限制設(shè)計(jì)創(chuàng)新和技術(shù)發(fā)展。一項(xiàng)優(yōu)良的規(guī)范將使一個(gè)過(guò)程和項(xiàng)目在目標(biāo)上有清晰明確的表達(dá)和理解，并且可以作為有效的包裝過(guò)程的開(kāi)始。

    系統(tǒng)規(guī)范提供了一個(gè)方案性研制的系統(tǒng)框架。方案設(shè)計(jì)，或稱(chēng)初步設(shè)計(jì)或預(yù)備方案，是用來(lái)說(shuō)明包裝過(guò)程或系統(tǒng)將如何解決項(xiàng)目規(guī)范中具體的規(guī)定和要求。方案設(shè)計(jì)時(shí)常是制造廠方和自動(dòng)線(xiàn)賣(mài)方之間的聯(lián)合工作，其內(nèi)容是多方面的，可以從簡(jiǎn)單的二維圖形直至主體的三維圖形等。

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

    1、管理方面

    通過(guò)管理形成一個(gè)具有凝聚力的集體，其中包括被賣(mài)方所確認(rèn)的項(xiàng)目運(yùn)行是穩(wěn)定的和可行的。須認(rèn)識(shí)到，人員素質(zhì)的影響程度將超過(guò)技術(shù)因素。在制訂工作計(jì)劃時(shí)，要以每周而不是每日進(jìn)行預(yù)測(cè)，以便及時(shí)修正失誤之處并加以完善。

    2、主動(dòng)性方面

    過(guò)程是每個(gè)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(jī)器，而他們本身就是操作和維護(hù)機(jī)器并使其處于正常生產(chǎn)的關(guān)鍵。

    3、培訓(xùn)方面

    來(lái)自生產(chǎn)線(xiàn)組織的教育和評(píng)估將會(huì)減小過(guò)程運(yùn)行中的阻力。關(guān)鍵崗位上的工程師和技術(shù)人員，在機(jī)械產(chǎn)品交貨裝運(yùn)之前，應(yīng)利用一段時(shí)間與包裝系統(tǒng)協(xié)調(diào)管理人員一起進(jìn)行培訓(xùn)。

    4、協(xié)調(diào)性方面

    像所有人際關(guān)系問(wèn)題那樣，與賣(mài)方關(guān)系達(dá)到充分協(xié)調(diào)需要時(shí)間和耐心。賣(mài)方受到滿(mǎn)足客戶(hù)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(xiàng)目的成功。一個(gè)制造商肯定會(huì)小心謹(jǐn)慎，項(xiàng)目的變更必須由雙方批準(zhǔn)并用書(shū)面文件加以確認(rèn)。




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