自动包装机的工作原理

自动包装机的工作原理

自动化水平在制造工业中不断提高，应用范围正在拓展。包装行业中自动化操作正在改变着包装过程的动作方式和包装容器及材料的加工方法。实现自动控制的包装系统能够极大地提高生产效率和产品质量，显著消除包装工序及印刷贴标等造成的误差，有效减轻职工的劳动强度并降低能源和资源的消耗。

一、自动包装的作用

具有革命意义的自动化改变着包装的制造方法及其产品的传输方式。设计、安装的自动控制包装系统，无论从提高产品质量和生产效率方面，还是从消除加工误差和减轻劳动强度方面，都表现出十分明显的作用。尤其是对食品、饮料、药品、电子等行业而言，都是至关重要的。自动装置和系统工程方面的技术正在进一步深化，并得到更广泛的应用。

机器人学（Robotics）已经改变了人机的共存方式。自动包装的关键在于依据生产加工或包装过程，设计出一个能够得以实现自动控制的结构方案。显然，自动装置（机械手或机器人）的选择取决于这一过程的需求及特性。依据定义，一个自动装置即是能通过自动控制或遥控方法完成任务的一台机器或一个机构。它可以是简单的，例如，从一个位置移向另一位置的一种单轴结构的气动压力联动装置；也可以是复杂的，例如，具有六轴结构的能动外科手术的机器人。包装过程的各个项目选择以及各类工业自动化机构，可以在一个具体工作场所的空间范围内，使每一个设计方案完成一项任务。

目前，自动装置的结构型式是多种多样的。例如，可以满足某一项具体操作的需求。工业机械手的结构特点都处在单轴与六轴之间。根据这种轴结构的性能，机械手“臂”的设计在运动可控程序下，操作一个端部操作器或臂端工具。轴的数量代表了机械手臂的“自由度”。另外，还有辅助臂。例如，传送带的轴等，但它们通常不是以机械方式与机械手主臂相联结的。对于不同机械手形式，一般都是根据其“x”、“y”、“z”三个主轴组成的坐标系来分类的。大多数机械属于下述五种基本类型之一：笛卡尔或直角坐标系、圆柱面坐标系、旋转式或铰链式坐标系、球面或极坐标系和柔选工组合型机械手（SCARA）。

二、自动功能的外部设备

一个完整的自动化结构方案由很多部件组成，其中，端臂操作工具、材料运送装置和识别/验证系统是主要组成部分。

1.臂端操作工具

机械手就是利用与其端部联接的装置从一个位置移到另一位置的一种工具。臂端操作工具，即端部操作器，是用来抓取产品、定向移动和感受性能参数的一个部件。在包装应用中，端部操作器通常设计成能直接使用的真空套、夹紧爪或两者结合的型式。它们的结构方案可以从单一型的真空套到系列型真空

套或夹紧爪的排列式结构等。

2.材料输送装置

材料运送及处理装置是在传动和制造过程中，为产品的输送、储运和控制时自动移动所需要的某些类型的设备。其中包括动力传送带、单轨吊车、自动导向车和机械手等。在包装过程中，需要考虑材料运送处理的因素有：产品形状、重量及材料性质；在运输、包裹及装载期间产品的运速、距离和方向；与其他装置进行联接时所需控制水平以及如果需要时允许重新形成构件的机动灵活性。一种典型的材料运送及处理系统包括：带型输入传送器、贴标机、条码阅读器、自动装置和输出传送器。一个用户图形界面提供了描绘出托盘堆码形式的容易操作的平台。根据控制生产的工件数量，机械手抓取、定向移动和安放（堆码）每个包装容器（箱、盒、桶和罐等）在正确的托盘位置上。

3.识别及验证系统

识别、验证和精确跟踪产品的能力已经成为整个包装系统不可缺少的环节。识别方法可以使用传统的条码到无线电射频（RF）传感器，它们能够跟踪托盘或全部产品。联机的条码印刷及验证也是必要的。能够提供有效可靠手段，确保产品质量的可视技术（Visiontechnology）可用于包装的很多场合，例如，产品的检测和定向、充填水平及计数、光学贴标、文字识别、贴标文案验证、标贴记录以及全部文字和图形的验证（离开生产线）等。条码系统通过产品型式、日期/区码和制造厂名为印前或联机的印刷工序识别产品。条码扫描仪和视频识别系统记录并验证产品标贴以确保识别的完整性。一种典型的可视条码检测能力可以确认每个条码对应于每种产品。

三、自动包装的过程

实现包装自动化，首要和最重要的一步就是定义过程。一项优质的工作项目是根据过程的特点，而不是根据自动化设备来确定最终设计方案。在定义这一过程时，需要考虑的三项关键因素是产品及包装结构形式、生产总量和劳力人力因素。

1.产品/包装结构形式

产品/包装的结构设计直接影响到所需自动操作器和材料运送处理的形式。产品/包装的结构尺寸、形状、材料和重量将决定端部操作器的结构设计方案和自动器有效载荷的需求。具有复杂形状特征的包装件结构设计，如椭圆形包装容器比标准的圆形或方形包装件具有更困难的定向问题。增加系统复杂性的定向需求，应在加工实施以前进行仔细研究和分析。在进行充填箱盒的情况下，机械手端部自动操作器一般都提供一种工序，即能够抓住足量的产品，一次性充填一个完整的箱盒。这样，使得自动操作器的移动距离尽可能减少并保持传送带或生产线上的产品连续行进。

2.产品生产通过量

促进包装自动化设计的主要动力在于产品生产总的通过量。生产线的速度越快，应用自动抓手和分类装置有助于降低自动器的工作负荷，而跟随包装件的标准自动器可能会越少。生产线速度不但影响到处理产品的自动化装置，对贴标操作和可视检验也有影响。为了达到有效可视检测技术，必须表明几项相关问题。其中包括：零件图形一致性、检测可重复性、传递速度一致性（例如生产线的波动情况）、需要完成检测的数量和合适的软件程序等。这些因素突出地影响到一个可视系统的形式和成本。按一般规则，如需检测的数量越多，视频运转速度就越快，这样就会导致更复杂更昂贵的结构方案。当视频装置与自动机构组合成一体后，整个自动器就能连续一致地并以可重复方式实现包装件的定向和展现。

3.劳力或人力因素

自动化包装设备的运行是管理、工程和生产各部门之间不断有效的合作、交流、互动创造的成果。所有相关人员及技术部门必须集合在一个紧密团结的集体中——这个集体按照制订的工作过程共同行动一一以同一目标为动力、以战略方式体现出一种凝聚力。

四、自动系统的项目管理

如前所述，最佳的自动化结构方案总是基于良好设计的完整过程。这就需要一个具有一定管理水平的项目，此项目确保所有相关问题均已进入最终设计中。在研制一个自动化方案时，首先要建立好队伍。这支队伍应包括包装过程中各个部门的代表——采购、投资、质保、工程、生产、后勤、保健、安全、管理以及与卖方的系统协调。内部和外部用户必须形成伙伴关系。例如，系统的协调管理者必须成为集体中的一分子。卖方应成为包装质量管理过程中的组成部分。这样，每个人都制订有明确的要求，都能遵循这些要求，并且能评价并纠正不规范之处。其次是制订包装系统的规范和要求。这些构成发展为一个详细系统设计的主要框架。最好的办法是同卖方协同工作，创造出一个“功能性设计规范”，使其同时满足公司和卖方两者的要求。规范应该详细确定诸如运行速度和检测方法等项目的指标，但还不是能达到的具体硬件或软件模型。没有专家或协调者参与的输入信息，有可能造成过度性规范，会限制设计创新和技术发展。一项优良的规范将使一个过程和项目在目标上有清晰明确的表达和理解，并且可以作为有效的包装过程的开始。

系统规范提供了一个方案性研制的系统框架。方案设计，或称初步设计或预备方案，是用来说明包装过程或系统将如何解决项目规范中具体的规定和要求。方案设计时常是制造厂方和自动线卖方之间的联合工作，其内容是多方面的，可以从简单的二维图形直至主体的三维图形等。

对于自动化技术的理论必须有深刻的理解，而自动控制包装的规范及准则仍然是以实施过程为基础。成功的自动化可以归结为以下几个方面：