包裝自動(dòng)化在食品、飲料和其他零售產(chǎn)品生產(chǎn)工廠中的實(shí)際應(yīng)用很好地為一項(xiàng)新的關(guān)于包裝機(jī) 器人技術(shù)研究結(jié)論提供了支持。
據(jù)包裝機(jī)械制造商研究所（Packaging Machinery Manufacturers Institute） (www.pmmi.org)所做的一項(xiàng)最新研究報(bào)告《機(jī)器人技術(shù)：2008年使用趨勢(shì)和包裝應(yīng)用》表明，機(jī)器人技術(shù)在包裝行業(yè)中的應(yīng)用以飛快的速度發(fā)展，在過去的5年中從9.5%增加到了17.4%，幾乎翻了一番。機(jī)器人幾乎出現(xiàn)在了所有的包裝功能領(lǐng)域，尤其是在碼垛、裝箱和拾取/放置領(lǐng)域被應(yīng)用最為普遍。
下面五個(gè)例子詳細(xì)介紹了機(jī)器人技術(shù)在食品和飲料包裝廠，以及一家著名電池生產(chǎn)工廠的應(yīng)用情況。
一種新型的糖果
裝盒機(jī)器人
意大利Zaini糖果公司引進(jìn)了一條機(jī)器人包裝生產(chǎn)線來代替人工拾取與裝盒操作。一臺(tái)由ABB Robotics (www.abb.com)公司提供的FlexPicker IRB 340型機(jī)器人現(xiàn)在能處理和識(shí)別大量不同的產(chǎn)品和迭代指令情況，它的集成視覺系統(tǒng)在質(zhì)量控制方面起到了很重要的作用。
創(chuàng)立于1913年的Zaini公司在意大利有兩家工廠，生產(chǎn)各種各樣的巧克力、糖果、無糖糖果以及像圣誕糖果、情人節(jié)心形糖果和復(fù)合節(jié)彩蛋等節(jié)令性的產(chǎn)品。
Zaini的工廠經(jīng)理Amerigo Pallanti說：“我們的產(chǎn)品銷往超市和像咖啡吧這樣的零售場(chǎng)所，這兩種市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)是十分激烈的。”在競(jìng)爭(zhēng)性的市場(chǎng)中，即使是一點(diǎn)成本或效率上的優(yōu)勢(shì)也能有助于保持現(xiàn)有的或贏得更多的市場(chǎng)份額。
在Zaini的Senago工廠中，一臺(tái)FlexPicker IRB 340型機(jī)器人于9月安裝成功，負(fù)責(zé)各種袋裝糖果和巧克力的組織和裝盒操作。這臺(tái)機(jī)器人配備了一套先進(jìn)的機(jī)器視覺系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用ABB的PickMaster 5軟件。據(jù)ABB公司介紹說，它可以讓機(jī)器人“認(rèn)識(shí)”多達(dá)130種不同的產(chǎn)品變化，并隨之調(diào)整它的動(dòng)作，卻只需最小程度的人工監(jiān)管。
PRB Packaging Systems (www.prbpack.com)是一家生產(chǎn)線終端設(shè)備和方案提供商，正是他們向Zaini公司推薦了FlexPicker機(jī)器人。“Zaini的工程師要我們開發(fā)一種系統(tǒng)來處理各種不同產(chǎn)品的包裝，”PRB合伙人Agostino Biagini回憶說：“這種系統(tǒng)必須要有靈活性，易于操作，易于修改，因?yàn)楫a(chǎn)品和包裝盒都要經(jīng)常的更換。這使得這項(xiàng)任務(wù)變得很困難。”這套系統(tǒng)還必須能處理那些在到達(dá)裝盒機(jī)時(shí)并不總是沿著生產(chǎn)線對(duì)齊，而是相互有一定間距的產(chǎn)品。
PRB提供的解決方案是將FlexPicker機(jī)器人和它的F-30立式裝盒機(jī)組合在一起。這個(gè)項(xiàng)目的最大挑戰(zhàn)是要確保機(jī)器人能夠處理多達(dá)40種形式和130種不同迭代指令。
在預(yù)裝袋的產(chǎn)品沿著生產(chǎn)線傳輸過來時(shí)，一臺(tái)視覺相機(jī)負(fù)責(zé)產(chǎn)品的種類，然后將數(shù)據(jù)傳給機(jī)器人控制器，以便機(jī)器人能夠拾取產(chǎn)品并將其放入合適的包裝箱中。
這臺(tái)FlexPicker機(jī)器人目前處理1.8盎司包裝的速度為90袋/分鐘，處理2.2磅包裝的速度為35袋/分鐘，每天工作兩班(16小時(shí))，每星期五天。“我們對(duì)這臺(tái)設(shè)備的期望很高，我們也得到了我們所期望的。”Pallani總結(jié)說。
電池包裝速度提高
Energizer電池制造公司位于北卡羅納州Asheboro市的工廠中的自動(dòng)托盤包裝系統(tǒng)上的一臺(tái)SCARA機(jī)器人已使用了15年，現(xiàn)在公司需要對(duì)它進(jìn)行升級(jí)。這套系統(tǒng)將D型紐扣電池以幾種包裝模式裝到各種不同的托盤中。為了升級(jí)這套系統(tǒng)，Energizer要求用一種方案來處理所有尺寸的托盤。為了將成本降至最低，他們還要求把95 Super Pack生產(chǎn)上的相關(guān)組件（包括電池輸送、定向和堆積設(shè)備）重新應(yīng)用在新的設(shè)計(jì)方案中。
為了應(yīng)對(duì)這種挑戰(zhàn)，ESS Technologies公司 (www.esstechnologies.com)的工程師設(shè)計(jì)一套完整的系統(tǒng)，能夠完整地裝載可以盛裝8或12枚D型紐扣電池的各種各樣的托盤。由俄ESS設(shè)計(jì)的TaskMateTM機(jī)器人系統(tǒng)整合了一臺(tái)由
FANUC公司 (www.fanucrobotics.com)提供的M-6iBTM系列多軸機(jī)器人和一臺(tái)定制的終端受動(dòng)器。ESS公司還對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行了重新配置，以便能與新的機(jī)器人系統(tǒng)集成到一起。“這套系統(tǒng)能夠處理多種產(chǎn)品，提高了生產(chǎn)速度，而且產(chǎn)品更換操作也很迅速，并且還不需工具。”Energizer項(xiàng)目工程師Joel Harden說。
在托盤包裝階段，電池被從堆積臺(tái)上送到一個(gè)單列喂料通道中。升級(jí)后的系統(tǒng)中有一套由伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的托盤移位系統(tǒng)，它可以把單列通道在進(jìn)入機(jī)器人操作單元之前分成雙列。預(yù)成型的托盤由現(xiàn)有的托盤喂料傳送帶傳送過來。電池會(huì)被重新排列方向，然后一臺(tái)真空終端受動(dòng)器會(huì)將各種電池拾起，并按正確地?cái)?shù)量和方向放入到托盤中。每只托盤只需兩三次拾取即可裝滿，有些情況下，機(jī)器人會(huì)在放置電池之前，先拾取并放置一張感應(yīng)卡。裝好電池的托盤會(huì)被送至下游進(jìn)入收縮包裝處理。
可用于托盤裝載的程序選擇包括：
● 一種8只裝的鉆石模式（兩行各三支電池，和一行兩只電池）
● 一種12只裝或8只裝的家庭裝（兩行6只或4只電池）
● 一種8只裝單排裝（一排8只電池）
無需工具的產(chǎn)品更換操作過程包括移動(dòng)一支喂料軌道，在人機(jī)操作界面（采用以太網(wǎng)將HMI和可編程邏輯控制器連接起來）上選擇新的尺寸。單獨(dú)的I/O控制允許系統(tǒng)能與下游的設(shè)備進(jìn)行交流，HMI可以顯示出系統(tǒng)的錯(cuò)誤。
安裝這套新系統(tǒng)只花了三天的時(shí)間。在這期間，ESS公司移除了舊的系統(tǒng)，安裝了經(jīng)過升級(jí)的機(jī)器人，把已有的組件安裝在新的系統(tǒng)上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，然后將生產(chǎn)線恢復(fù)成全線生產(chǎn)的狀態(tài)。“這套系統(tǒng)在第一天就將生產(chǎn)效率提高了15%。”Harden說。
這套系統(tǒng)對(duì)于Energizer是一次效果顯著的設(shè)備升級(jí)，它增加了生產(chǎn)線的可靠性，并將生產(chǎn)速度提高了33%。“并且，通常將已有的設(shè)備集成到新的生產(chǎn)線中，我們還節(jié)省了不必要的設(shè)備成本，并減少了整體的浪費(fèi)情況。”Harden補(bǔ)充說。
餅干裝盒操作很甜蜜
位于意大利南部Tyrol區(qū)的Loacker公司是國(guó)際知名的華夫餅干生產(chǎn)商。在2006年底成功的推出一系列的新餅干品種后，公司認(rèn)識(shí)到其產(chǎn)品的次包裝及手工操作成了其Unterinn總部生產(chǎn)線的瓶頸。所以公司決定對(duì)此項(xiàng)操作進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)。
挑戰(zhàn)是要找到一種不僅能適合Loacker目前的產(chǎn)品，還要能處理以后所有形狀，尺寸，原料的新產(chǎn)品，以便公司能夠繼續(xù)開發(fā)新產(chǎn)品以滿足不斷變化的消費(fèi)傾向和市場(chǎng)需求。Loacker也希望在不額外增加現(xiàn)有的72平方英尺機(jī)器空間的前提下進(jìn)一步提高產(chǎn)能。后來它選擇了4臺(tái)由Schubert (www.schubertpackaging.com)提供的TLM（頂部裝填式）包裝模塊，主要是因?yàn)檫@種設(shè)備的靈活性很好。
目前，這條生產(chǎn)線主要處理3.5盎司餅干，以及3.5盎司Gran Pasticceria牌系列的折疊紙盒。二級(jí)包裝有三種尺寸，還有一個(gè)分開的蓋子。經(jīng)過流式包裝的餅干按五層一組，每層三包進(jìn)行包裝。紙盒裝的餅干在被按二層，每層6或9盒的形式裝進(jìn)包裝箱中。
在生產(chǎn)中，用于展示底座上的平蓋被存儲(chǔ)在一個(gè)傾斜的料庫中。帶有撐開模具的工具會(huì)從料庫中取出一個(gè)平蓋，涂上膠水，然后經(jīng)過一次動(dòng)作將其粘在展示底座上。然后一臺(tái)真空傳送車會(huì)將其送至裝填區(qū)域。
完成主包裝的產(chǎn)品被送至拾取區(qū)，然后一臺(tái)傳輸發(fā)光掃描儀會(huì)檢查它們的位置，接著在掃描儀得到的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，TLM-44型機(jī)器人的兩條操作臂會(huì)將它們按需要的角度與成組傳送帶對(duì)齊。 在這個(gè)過程中，拾取臂會(huì)將送過來的盒子按與水平方向90度的方向排列，這樣這些紙盒就可以沿著窄邊被裝進(jìn)包裝箱中。在這個(gè)連續(xù)的過程中，產(chǎn)品傳送帶和成組傳送帶的運(yùn)行方向是相反的。
在裝填區(qū)，一臺(tái)TLM-F2機(jī)器人一次拾取一層包裝好的餅干，6盒或9盒或三袋。它的拾取臂上有吸杯和橫向固定夾，從而可以將餅干裝進(jìn)包裝箱中。同時(shí)，這種方法也可以保證餅干盒的上邊緣是裝填過程中是正確居中的。
在封口區(qū)，一臺(tái)拾取機(jī)從第二個(gè)料倉(cāng)中拾取一個(gè)盒蓋，將其送至兩個(gè)熱融膠噴嘴處涂膠，然后粘在紙箱上。最后真空傳送車將紙箱送至輸出傳送帶上。
這條生產(chǎn)線目前的生產(chǎn)速度可達(dá)140包/分鐘。生產(chǎn)線的模塊化設(shè)計(jì)還允許進(jìn)一步提高產(chǎn)能：通過加入第二或第三臺(tái)TLM-F44機(jī)器人，分組操作的速度還可以進(jìn)一步提高。
