ระบบตัดของเครื่องบรรจุถุงกระดาษทำงานอย่างไร และรับประกันความแม่นยำได้อย่างไร

ในกระบวนการผลิตอัตโนมัติในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์ เครื่องถุงกระดาษเป็นอุปกรณ์หลัก ประสิทธิภาพของระบบการตัดจะกำหนดอัตราการส่งผ่านผลิตภัณฑ์และประสิทธิภาพการผลิตโดยตรง เครื่องผลิตถุงกระดาษสมัยใหม่ผสมผสานการควบคุมเซอร์โว การตรวจจับโฟโตอิเล็กทริค การควบคุมแรงตึง และเทคโนโลยีขั้นสูงอื่นๆ เพื่อสร้างระบบการตัดที่มีความแม่นยำสูง ในบทความนี้ หลักการทำงานและกลไกการรับประกันความแม่นยำของระบบเครื่องตัดถุงกระดาษได้รับการวิเคราะห์อย่างเป็นระบบจากสามด้าน: โครงสร้างทางกล ตรรกะการควบคุม และการชดเชยข้อผิดพลาด

ระบบเครื่องตัดถุงกระดาษประกอบด้วยสี่ระบบย่อย: โมดูลป้อน โมดูลกำหนดตำแหน่ง โมดูลดำเนินการตัด และโมดูลรับ โมดูลเหล่านี้ทำงานในลักษณะที่มีการประสานงานผ่านระบบส่งกำลังทางกลและการควบคุมทางไฟฟ้าที่แม่นยำ
1.1 กลไกควบคุมความตึงในโมดูลฟีด
แกนหลักของระบบป้อนคืออุปกรณ์ควบคุมแรงตึงคงที่ ตัวอย่างเช่น เครื่องผลิตถุงกระดาษความเร็วสูงอัตโนมัติ LSD-700B- ที่มีโครงสร้างการขับเคลื่อนแบบเกลียวคู่- และเบรกผงแม่เหล็ก อัลกอริธึม PID ใช้เพื่อปรับแรงบิดเอาต์พุตของลูกกลิ้งฟีดแบบเรียลไทม์ เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางม้วนกระดาษเปลี่ยนแปลง ระบบจะชดเชยความผันผวนของแรงดึงโดยอัตโนมัติ เพื่อให้มั่นใจว่ามีความแม่นยำของแรงดึง ±0.5 N ในช่วงน้ำหนัก 15 -100 g/m2 ประสบการณ์เชิงปฏิบัติของเครื่องตัดเกลียวคู่ Haosheng แสดงให้เห็นว่าแม้ที่ความเร็ว 300 ม./ นาที การออกแบบก็สามารถควบคุมความเบี่ยงเบนของการกระจัดด้านข้างของกระดาษให้อยู่ภายใน 0.2 มม.
1.2 ระบบติดตามโฟโตอิเล็กทริคในโมดูลกำหนดตำแหน่ง
ระบบกำหนดตำแหน่งใช้อาร์เรย์โฟโตอิเล็กทริคเซนเซอร์คู่ เซ็นเซอร์หลักตรวจจับขอบของถุงกระดาษ และเซ็นเซอร์เสริมจะจับเครื่องหมายสี จากตัวอย่างผู้ผลิตถุงคอมโพสิตเส้นด้ายกระดาษ ความแม่นยำในการติดตามด้วยรหัสสี-อยู่ที่ ±0.3 มม. เมื่อความเบี่ยงเบนของการมาร์กที่ตรวจพบเกินเกณฑ์ที่ตั้งไว้ ระบบจะแก้ไขความเบี่ยงเบนด้วยเซอร์โวมอเตอร์ 5 ms การออกแบบนี้ควบคุมข้อผิดพลาดสะสมในการผลิตต่อเนื่องเป็น ± 1 มม./ 100 ม.
1.3 การออกแบบใบมีดของแม่พิมพ์ตัด
กลไกการตัดประกอบด้วยใบมีดตัดสองประเภท: ใบมีดตัดแบบร้อนละลายและใบมีดตัดแบบเย็น ใบมีดตัดแบบร้อน-ใช้องค์ประกอบความร้อนโลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม และมีการควบคุมอุณหภูมิระหว่าง 180 ถึง 220 องศาเซลเซียส พื้นผิวเคลือบด้วยเทฟล่อนเพื่อป้องกันการยึดเกาะ และเหมาะสำหรับวัสดุคอมโพสิตที่มีความหนา 30 -100 μm ใบมีดตัดเย็น-ทำจากเหล็กความเร็วสูงและมุมที่แม่นยำของใบมีดคือ 25 ± 1 องศา สามารถรับแรงเฉือนทันทีที่ 5,000 นิวตันโดยใช้อุปกรณ์แรงดันลม ข้อมูลที่แท้จริงของเครื่องบรรจุถุงกระดาษก้นแบน-แสดงให้เห็นว่าพื้นผิวการตัดน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.1 มม. และความสูงของเสี้ยนน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.05 มม.
1.4 การนับและการเรียงลำดับโมดูลการรับ
ระบบรับประกอบด้วยเครื่องนับโฟโตอิเล็กทริก AA และอุปกรณ์คัดแยกแบบใช้ลม AA เมื่อปริมาณสะสมถึงค่าที่ตั้งไว้ ระบบจะทริกเกอร์กระบอกนิวแมติกสำหรับการคัดแยกโดยอัตโนมัติ อัตราการผลิตอยู่ที่ 600 ชิ้น/นาที โดยมีอัตราข้อผิดพลาดในการนับน้อยกว่า 0.001 เปอร์เซ็นต์ และอัตราความแม่นยำในการคัดแยก 99.98%

เครื่องจักรถุงกระดาษสมัยใหม่รับประกันความแม่นยำในการตัดผ่านโครงสร้างการควบคุมสาม-ชั้น: PLC + ตัวควบคุมการเคลื่อนไหวสำหรับชั้นควบคุมพื้นฐาน -อินเทอร์เฟซเครื่องจักรสำหรับชั้นควบคุมกระบวนการ และ MES (Manufacturing Execution System) สำหรับชั้นการตัดสินใจที่เหมาะสมที่สุด
2.1 เทคโนโลยีการควบคุมแบบซิงโครนัสของเซอร์โว
ระบบการตัดใช้รูปแบบการขับเคลื่อนเซอร์โวมอเตอร์สาม- ได้แก่ มอเตอร์มอเตอร์ป้อนอาหารหลัก มอเตอร์ฉุด และมอเตอร์ตัด เมื่อผลิตถุงกระดาษขนาด 600 มม. สัญญาณตัวเข้ารหัสของสปินเดิลจะถูกกระจายไปยังมอเตอร์แต่ละตัวในอัตราส่วน 1:1:0.98 และข้อผิดพลาดในการส่งผ่านกลไกจะถูกกำจัดโดยอัลกอริธึมการชดเชยแบบไดนามิก ข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการออกแบบช่วยลดข้อผิดพลาดด้านความยาวถุงจาก ±1.5 มม. เป็น ±0.3 มม.
2.2 กลไกการชดเชยข้อผิดพลาดแบบไดนามิก
ระบบรวบรวมข้อมูลแบบเรียลไทม์-จากเซ็นเซอร์มากกว่า 20 ตัว เช่น เซ็นเซอร์แรงดึง ตัวเข้ารหัส และสวิตช์โฟโตอิเล็กทริค และสร้างแบบจำลองการทำนายข้อผิดพลาดโดยอัลกอริธึมควบคุมแบบคลุมเครือ เมื่อตรวจพบความเบี่ยงเบนทันทีมากกว่า 0.5 มม. ระบบจะเริ่มต้นโปรแกรมการชดเชยภายใน 2 มม.: ข้อผิดพลาดได้รับการแก้ไขให้อยู่ในช่วงที่อนุญาตโดยการปรับมุมเฟสของมอเตอร์ตัดหรือโดยการปรับความเร็วป้อนเล็กน้อย จากข้อมูลการดำเนินงานระยะยาว-ของเครื่องผลิตถุงกระดาษ ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของความแม่นยำในการตัดของเครื่องถุงกระดาษลดลงจาก 0.42 มม. เป็น 0.18 มม.
2.3 ฟังก์ชันการปรับแต่งพารามิเตอร์อัจฉริยะด้วยตนเอง-
สำหรับคุณลักษณะของวัสดุที่แตกต่างกัน ระบบจะมีฐานข้อมูลวัสดุ-ในตัวซึ่งมีพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น โมดูลัสยืดหยุ่นและค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสำหรับกระดาษมากกว่า 300 ประเภท เมื่อวัสดุเปลี่ยนแปลง ระบบจะเรียกใช้พารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องโดยอัตโนมัติและเริ่ม-กระบวนการเรียนรู้ด้วยตนเอง: พารามิเตอร์ควบคุม PID ได้รับการปรับให้เหมาะสมผ่านการรวบรวมข้อมูลแบบเรียลไทม์-ในห้ารอบการผลิตเพื่อให้ได้ความแม่นยำในการตัดที่มั่นคงใน 30 นาที

3.1 Ultra-ระบบเซอร์โวไดรฟ์ที่แม่นยำ
ข้อผิดพลาดในการกวาดล้างของตัวส่งกำลังระดับกลางจะถูกกำจัดโดยการใช้มอเตอร์แนวราบเพื่อขับเคลื่อนโครงเครื่องมือโดยตรง มอเตอร์เชิงเส้นตรงของเครื่องผลิตถุงกระดาษแบบใหม่มีความแม่นยำในการวางตำแหน่งซ้ำ ± 0.005 มม. ซึ่งสามารถใช้ร่วมกับ-การป้อนกลับแบบวงปิดของไม้บรรทัดตะแกรงเชิงเส้นเพื่อให้บรรลุการควบคุมการตัดในระดับ μm- การทดลองแสดงให้เห็นว่าการออกแบบนี้ช่วยลดข้อผิดพลาดในการตัดพื้นผิวตั้งฉากจาก 0.5 องศาเป็น 0.1 องศา
3.2 เทคโนโลยีการวางตำแหน่งฟิวชั่นเซ็นเซอร์หลาย-
เลเซอร์ดิสเพลสเมนต์เซนเซอร์ถูกรวมเข้ากับระบบการมองเห็น CCD เพื่อสร้างเครือข่ายกำหนดตำแหน่งเชิงพื้นที่ 3 มิติ เซ็นเซอร์เลเซอร์จะตรวจสอบความเรียบของกระดาษที่ความถี่สุ่มตัวอย่าง 50 kHz และระบบภาพจะจดจำรูปแบบการพิมพ์ที่ความละเอียด 0.1 มม. เมื่อตรวจพบการเสียรูปเฉพาะที่มากกว่า 0.3 มม. ระบบจะปรับเส้นทางการตัดโดยอัตโนมัติเพื่อให้แน่ใจว่ารูปแบบมีความสมบูรณ์
3.3 การควบคุมเวลาการบ่มด้วยกาวละลายร้อน
สำหรับกระบวนการเชื่อมประสานแบบร้อนละลาย อุณหภูมิของชั้นประสานจะถูกตรวจสอบแบบเรียลไทม์ด้วยเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด และเวลาในการบ่มที่เหมาะสมที่สุดจะคำนวณตามค่าการนำความร้อนของวัสดุ ในการผลิตถุงกระดาษทางการแพทย์ ระบบจะควบคุมอุณหภูมิของชั้นกาวอย่างแม่นยำที่ 195 + 2 องศา และเวลาในการบ่มระหว่าง 0.8 ถึง 1.2 วินาที ทำให้มั่นใจได้ว่าความแข็งแรงของกาวเป็นไปตามมาตรฐาน ในขณะเดียวกันก็ป้องกันการเสียรูปของกระดาษ

4.1 การผลิตถุงกระดาษบรรจุภัณฑ์อาหาร
องค์กรแห่งหนึ่งใช้อุปกรณ์ LSD-700B เพื่อผลิตถุงอาหารจานด่วนและเพื่อให้ได้การผลิตที่มีประสิทธิภาพผ่านการผสมผสานเทคโนโลยีดังต่อไปนี้:

• โฟโตอิเล็กทริคเซนเซอร์คู่สามารถติดตามด้วยรหัสสี-ด้วยความแม่นยำ 0.5 มม.
• ระบบการพ่นแบบร้อนละลายทำให้มั่นใจได้ถึงความหนาของการเคลือบสม่ำเสมอที่ 0.03 มม.
• ระบบการเจาะด้วยเซอร์โวความเร็วสูง-สามารถตัดล่วงหน้าได้ 5,000 ครั้งต่อนาที
• การนับและการทำเครื่องหมายอัตโนมัติช่วยลดข้อผิดพลาดในการเรียงลำดับด้วยตนเอง

โปรแกรมเพิ่มอัตราการรับรองผลิตภัณฑ์จาก 92 เปอร์เซ็นต์เป็น 98.5 เปอร์เซ็นต์ โดยมีผลผลิตรายวัน 860,000 ถุงต่อเครื่อง
4.2 การผลิตถุงกระดาษบรรจุภัณฑ์ทางการแพทย์
เนื่องจากข้อกำหนดพิเศษของถุงทางการแพทย์ องค์กรได้ดำเนินมาตรการปรับปรุงต่อไปนี้:

• มีการติดตั้งอุปกรณ์บ่มด้วยอัลตราไวโอเลตเพื่อให้แห้งเร็วภายใน 0.3 วินาที
• ระบบกำจัดฝุ่นแรงดันลบได้รับการกำหนดค่าเพื่อให้มั่นใจถึงความสะอาดตามมาตรฐาน ISO 7
• ใช้ใบมีดตัดที่เคลือบด้วยซิลิโคนเกรดอาหาร-
• ระบบสแกนบาร์โค้ดแบบบูรณาการเพื่อให้สามารถตรวจสอบย้อนกลับการผลิตได้

โปรแกรมนี้รับประกันว่าการตรวจจับจุลินทรีย์จะเป็นไปตามข้อกำหนดการรับรอง GMP 100%

ด้วยความก้าวหน้าของอุตสาหกรรม 4.0 ระบบเครื่องตัดถุงกระดาษจะแสดงแนวโน้มการพัฒนาดังต่อไปนี้:
เทคโนโลยี Digital Twin: การดีบักเสมือนสามารถย่นระยะเวลาในการเปลี่ยนอุปกรณ์ได้ ประสบการณ์ในธุรกิจเดียวแสดงให้เห็นว่าสามารถลดชั่วโมงการทำงานในการแก้ไขจุดบกพร่องได้-ถึง 40%
การตรวจจับด้วยภาพปัญญาประดิษฐ์: อัลกอริธึมการเรียนรู้เชิงลึกสามารถระบุข้อบกพร่องด้วยอัตราความแม่นยำ 0.01 มม. และอัตราข้อผิดพลาดน้อยกว่า 0.05%
การควบคุมแบบปรับเปลี่ยนได้: ระบบการปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสมตามการเรียนรู้การเสริมแรงทำให้อุปกรณ์สามารถปรับให้เข้ากับความแปรผันของวัสดุได้โดยอัตโนมัติ
การออกแบบแบบแยกส่วน: อินเทอร์เฟซมาตรฐานช่วยให้เปลี่ยนชุดตัดหญ้าได้อย่างรวดเร็ว ลดเวลาการเปลี่ยนเหลือน้อยกว่า 15 นาที
บทสรุป:
ระบบการตัดของเครื่องทำถุงกระดาษทำงานได้ดีเพราะผสมผสานการออกแบบเครื่องจักร การควบคุมด้วยไฟฟ้า และวัสดุศาสตร์เข้าด้วยกัน ประการแรก มีการควบคุมความตึงแบบเกลียวคู่ ถัดมาเป็นการวางตำแหน่งเซ็นเซอร์หลายตัว จากนั้นจะมีการซิงค์ที่ขับเคลื่อนด้วยเซอร์โว และสุดท้ายมีการตรวจสอบการมองเห็นของ AI ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีทั้งหมดนี้ผลักดันอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์ไปสู่ความแม่นยำและการทำงานที่รวดเร็วยิ่งขึ้น ในอนาคต ด้วยการเปิดตัวเทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น ดิจิทัลทวินและระบบควบคุมแบบปรับได้ ระบบเครื่องตัดถุงกระดาษจะก้าวกระโดดจากขนาดมิลลิเมตรเป็นไมครอนอย่างไม่ต้องสงสัย โดยให้การสนับสนุนอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับการผลิตอัจฉริยะ