項目背景
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(chǎn)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(chǎn)品的附加值,所以常常被作為高檔禮盒使用,廣泛應(yīng)用于各類精裝禮品包裝盒、鞋盒、內(nèi)衣盒、襯衫盒、手機盒等各類包裝盒。
天地蓋紙盒也具有結(jié)構(gòu)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(shè)備來取代人工,達到提高生產(chǎn)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(chǎn)需求,臺達提供了以SCARA機器人加視覺系統(tǒng)、同時配置有多種控制系統(tǒng)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(chǎn)的效果。
項目方案
主要問題
傳統(tǒng)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(shè)備,進行一道釘機打釘?shù)臋C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(chǎn)效率較低,并增加了原料與生產(chǎn)成本。
采取紙盒成型機則能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中生產(chǎn)效率低、成本高和產(chǎn)線占空間等問題。紙盒成型機采用可編程序控制器(PLC)、光電跟蹤系統(tǒng)、液壓氣動系統(tǒng)、人機界面等,一機實現(xiàn)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(yè),生產(chǎn)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(jié)構(gòu)簡單,調(diào)節(jié)方便,但是卻有極大的缺陷:速度和精度不可兼得。當生產(chǎn)速度提高,這種定位方式的精度則不能保證,尤其是當生產(chǎn)的產(chǎn)品是手機盒等對精度要求較高的3C產(chǎn)品包裝盒時,速度不快的問題就顯現(xiàn)出來。
生產(chǎn)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(qū)動器控制;面紙過膠需要穩(wěn)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;視覺定即觸發(fā)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(jīng)過壓盒動作后,成型機的抓手伺服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。
從工藝中可以看出,前期的飛達送紙、過膠,后期的抓盒、成型等步驟均是已經(jīng)成熟的部分,但是關(guān)鍵點在于:如何做到組裝部分的高速高精。
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(yè)機器人+視覺系統(tǒng),以替代傳統(tǒng)的3光電機械定位法,達到高速高精度的貼合效果;客制化的操作軟體,保證更換產(chǎn)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(qū)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。
其中,DRS40L 系列作為執(zhí)行機構(gòu),主要負責從固定位置抓取紙盒,然后根據(jù)面紙來料的不同,將紙盒放到面紙上;機器視覺系統(tǒng)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新推出的EtherCAT總線運動控制器DVP50MC11T;在驅(qū)控部分采用臺達伺服驅(qū)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(xiàn)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(guān)命令;采用臺達溫控器DTE系列測試膠水的溫度,保證產(chǎn)品成型質(zhì)量;臺達工業(yè)圖控系統(tǒng)SCADA軟件可對整個產(chǎn)線進行監(jiān)控,并將生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳MES系統(tǒng)。
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(nèi)含“一鍵標定”“視覺操作”“快速換線”“實時糾偏”等功能,方便客戶在于操作方面需付出的時間成本和學(xué)習(xí)維護成本。
項目總結(jié)
臺達提供的全自動天地蓋紙盒成型機解決方案,關(guān)鍵產(chǎn)品、監(jiān)控軟件全部采用臺達工業(yè)自動化產(chǎn)品,整合維護更加方便、容易。方案中用機器視覺+SCARA工業(yè)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(chǎn)能。
該方案的優(yōu)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(yè)機器人重復(fù)定位精度高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定;臺達視覺系統(tǒng),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”等特色功能極大的減少人工操作;豐富接口,后續(xù)可升級接入制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)系統(tǒng),建構(gòu)理想中智能制造解決方案。