天地蓋又稱天地盒,是非常常見的一種紙制品包裝盒,由于其開合方便,能夠滿足消費者的對于產品的認知和期望,同時方便在表面進行圖案和文字印刷和裝飾,有利于商品的宣傳和推銷、提高產品的附加值,所以常常被作為高檔禮盒使用,廣泛應用于各類精裝禮品包裝盒、鞋盒、內衣盒、襯衫盒、手機盒等各類包裝盒。
天地蓋紙盒也具有結構簡單、模式化的特點,很容易形成標準化,能夠使用半自動、全自動設備來取代人工,達到提高生產效率和降低人力成本雙重的目的。針對天地盒機械化、自動化生產需求,臺達提供了以SCARA機器人加視覺系統、同時配置有多種控制系統的機器人天地蓋工作站解決方案,顯著提升了天地蓋自動化生產的效果。
面臨的問題
傳統天地蓋紙盒在完成印刷及切角后,尚需依賴人工或者半人工輔助設備,進行一道釘機打釘的機械加工工序,即通過釘機打釘依次完成單角的貼合(四個角共需貼合四次),或者進行一道膠水粘貼工序。這種做法需使用大量人工,且生產效率較低,并增加了原料與生產成本。
采取紙盒成型機則能夠解決現有技術中生產效率低、成本高和產線占空間等問題。紙盒成型機采用可編程邏輯控制器(PLC)、光電跟蹤系統、液壓氣動系統、人機界面等,一機實現自動送面紙、面紙上膠、紙板自動輸送、紙板成型貼四角、定位貼合、紙盒成型等作業,生產效率顯著提高。
但天地蓋紙盒的定位貼合裝置是通過光電定位的方式,這種方式結構簡單,調節方便,但是卻有極大的缺陷:速度和精度不可兼得。當生產速度提高,這種定位方式的精度則不能保證,尤其是當生產的產品是手機盒等對精度要求較高的3C產品包裝盒時,速度不快的問題就顯現出來。
生產工藝
天地蓋紙盒的主要原材料是面紙和灰紙,成型工藝就是通過機器,將面紙和灰盒進行高精度貼合,并做折疊成型的一個過程。其中,面紙紙張通過模切、覆膜等步驟,制成大小、形狀一致的半成品;灰紙亦通過模切、開槽、貼角等步驟,剪裁成大小形狀一致,和面紙進行貼合。
具體工藝中,飛達送紙由變頻器或伺服驅動器控制;面紙過膠需要穩定的溫控器;皮帶送紙需要皮帶以定長輸送,將面紙送至相機下方;視覺定位即觸發相機拍照確定面紙的位置信息并傳遞給機器人;手臂貼合是由機器人完成紙盒和面紙的貼合工作;抓手抓盒是經過壓盒動作后,成型機的抓手把紙盒從皮帶上抓至成型機上;之后成型下壓軸會下壓,完成紙盒成型動作。
從工藝過程可以看出,前期的飛達送紙、過膠,后期的抓盒、成型等步驟均是已經成熟的技術,但是關鍵點在于:如何做到組裝過程的高速高精。
臺達SCARA工業機器人DRS40L系列
高效高精度解決方案
臺達提供的全自動天地蓋紙盒成型機解決方案,首先在盒紙貼合部分使用了SCARA工業機器人+視覺系統,以替代傳統的光電機械定位法,達到高速高精度的貼合效果;客制化的操作軟件,保證更換產品時的操作人性化和高時效性。同時方案也使用了多軸運動控制器DVP50MC系列、伺服驅動器ASDA-A2-E系列等,同時采取EtherCAT總線型的配置,保證了整機的高速高效。
臺達機器視覺系統DMV系列
其中,SCARA工業機器人DRS40L系列作為執行機構,主要負責從固定位置抓取紙盒,然后根據面紙來料的不同,將紙盒放到面紙上;機器視覺系統DMV用于信息采集,負責對盒紙進行拍照和圖像處理,得到面紙當前的位置坐標和角度信息。
為了保證整機的高效,方案的主控制器采用臺達最新推出的EtherCAT總線運動控制器DVP50MC11T;在驅控部分采用臺達伺服驅動器ASD-A2-E系列(亦支援EtherCAT總線控制),負責皮帶送料、抓手抓盒、成型下壓等動作;臺達VFD-EL系列變頻器則用于實現膠輥過膠、飛達送紙等動作;采用人機界面(HMI)DOP-100系列用于完成人機交互,同時作為上位機,通過RS485給溫控器下溫度命令及開關命令;采用臺達溫控器DTE系列測試膠水的溫度,保證產品成型質量;臺達工業圖控系統SCADA軟件可對整個產線進行監控,并將生產數據上傳MES系統。
臺達解決方案中還包括一套為天地蓋工作站的操作軟件,內含“一鍵標定”“視覺操作”“快速換線”“實時糾偏”等功能,以便為客戶節省操作方面需付出的時間成本和學習維護成本。
臺達提供的全自動天地蓋紙盒成型機解決方案,關鍵產品、監控軟件全部采用臺達工業自動化產品,整合維護更加方便、容易。方案中用機器視覺+SCARA工業機器人的方案替代原來的光電機械定位法,從根本上提高了成型機的精度和產能。
該方案的優點還包括:多機一屏,定制操作軟件提供高效操作平臺;SCARA工業機器人重復定位精度高,產品質量穩定;臺達視覺系統,功能強大,速度快,精度高;“一鍵標定”、“一鍵換線”、“自動計算取料點”、“一鍵生成樣本”等特色功能極大地減少人工操作;豐富接口,后續可升級接入制造執行系統(MES),建構理想中智能制造解決方案。
摘自《自動化博覽》2018年12月刊