在盒子里思考

包装在制造业和零售业中起着至关重要的作用。纸盒不仅保护了里面的东西，它通常是购物者看到产品的第一件东西。它以多种方式为制造商增加价值，为品牌、产品差异化和跟踪提供机会。然而，最终，消费者为包装的内容而不是包装本身买单;这个过程越经济、越有效，效果就越好。

如今，纸箱范围从标准箱子进行详细说明，模切设计，互锁和包装隔离和保护电话的拆卸元件，例如或医疗套件。纸饰机械不仅可以插入产品，还可以插入辅助包装或伴随文献。无论细节是什么，它都归结为自动运动。

速度至关重要，灵活性是必不可少的。包装线不再致力于整个寿命的单一产品。现在，箱子必须敏捷，足以在不同包装中包装多个不同的产品或相同的产品，通常在同一天。例如，商业面包店可能为低端和高端客户生产饼干。低端客户可能需要一个简单且经济地的饼干足以满足仓库商店的价格点。“在反面方面，高端客户不在乎价格，他们只是想要六十多个或十几件包装中的包装，”营销和自动化专家副总裁Ted Wodoslawsky说ABB机器人公司（密歇根州奥本山）. “他们需要一个灵活的包装解决方案，使他们能够从一个包转到另一个包，并且在转换过程中不需要花费停机时间。”

机器人技术和运动控制提供了这种解决方案。通过电子轴系和凸轮，操作员只需轻触人机界面（HMI）上的按钮即可更改参数和配方，以最小的努力提供所需的灵活性。OEM机器制造商R.A.Jones（肯塔基州科文顿）的应用和产品开发总工程师杰夫·温特林（Jeff Wintring）表示：“机器上仍有一些手动更换点，但这些点大部分由伺服轴负责。”。“这减少了您的转换时间。”

对速度的需要
今天打包的大部分东西仍然放在一个简单的四边形盒子里，但这并不意味着这个过程本身就很容易。这些机器的运行速度高达每分钟400件，这赋予了“快”一词全新的含义。

“应用程序很简单。挑战是我们做的速度，“ABB机器人的消费业业务发展经理Rick Tallian说。运动必须不仅准确且快速，而且还与产品或包装材料的传入流协调。“机器人实际上将其运动与纸箱进料输送机同步，并将产品放在纸箱中。”跟踪高速输送机运动是一项任务，需要机器人电脑不仅仅运行机器人，而且连续监控外部设备的运动，如漫画信息。

在许多纸箱加载应用中，机器人可能需要在单个拾取循环中拾取或定位多个产品，以满足吞吐量要求。多拣配可能需要转动产品，调整产品之间的间距，甚至重叠它们。连接到机器人的臂末端工具提供了此功能。“扶手末端工具将使用机器人上的一个轴来提供动作或[OEM]可以将额外的伺服轴添加到我们的机器人上，”Tallian说。“如果使用额外的轴，则机器人向电动机驱动器提供数字信号，以在机器人程序中的特定时间或位置执行该动作。”

在复杂纸饰的情况下，挑战并没有做出闪电速度的简单任务，它正在进行仍然是一种快速速率的长期详细的任务清单。这种包装更常见于消费电子和医疗/药品等产品中。该过程可以被认为是一系列操作：例如，架设扁平坯料进入内部包装材料，插入产品，调整封装的方向，将其插入外纸箱，添加文献，胶合襟翼，粘合襟翼，粘合襟翼，并粘合襟翼，闭合它。

传统上，该工艺由一条包装生产线执行，该生产线每次操作一台机器。每台机器都有自己的进料，必须在每一步将结果排出并传递给下一台机器的进料。

最近，像R.A. Jones这样的OEM机器制造商设计了在一台机器上的一系列独立工位上执行复杂包装过程的机器。包装步骤按顺序执行，产品或纸箱索引从站到站之间的步骤，几乎像一条装配线。“这些组装式的步骤是行业的趋势，”温特林说。“它通常是通过某种类型的拾取和放置组件来完成的。它可以是完全自动化的，也可以只是一系列简单的两轴设备，形成纸箱并装载组件。”

单机方法消除了对多个进料/出料模块的需要，减少了占地面积和机械硬件。还有其他好处。当产品和包装从一台机器的出料口到下一台机器的进料口时，它们往往以任意方向到达，这进一步使本已困难的任务复杂化。“这是一个更复杂的设计和过程，你正在执行与纸箱，所以你永远不想失去它的控制，”温特林说。“对于单台机器，你永远不会这样做。”

设计多功能纸盒的最大挑战之一是其复杂性。例如，R.A.琼斯模型包含18个轴。由于轴对轴的高度协调，机器基于集中控制体系结构，运动控制器和可编程逻辑控制器（PLC）均内置在单个处理器中。该方法简化了控制体系结构，降低了成本和规模。

当然，足迹始终是工厂楼层的问题。问题是，更复杂的包装操作需要更多的轴，更多的轴需要更多的电子器件，以及更多的电子器件，反过来需要更大或甚至多个外壳。“你试图使机器变小，但外壳继续变大，更大，”Wintring说。“我们总是试图找到较小的组件，并优化我们在设备本身中找到组件和机箱的位置。”

具有智能驱动器的分布式控制是一种选项，但不一定适合所有紧密协调的动作。“我们正在寻找的是不是如此智能驱动器作为集成电机和放大器组合，”他指出。“这将放大器和电柜中的这种方式拉出并将其分配到机器本身中。它缩小了您的外壳，还减少了所需的接线量。我们正在研究如何使我们有益。“

以视觉为指导
今天的高端卡通设计师利用视觉引导的运动来提高性能。电子成像系统可以识别随机定向的产品，并引导机器人手臂到达这些产品，在移动过程中修正其轨迹。机器人拾取产品，适当调整方向，并将其放置在零件进料中。

如果在取货前无法对产品进行整理或分组，则使用视觉指导。视觉引导的拣选需要对每个产品进行单独的处理，因此机器人的吞运率将有很大的不同。例如，要实现每分钟400件的吞吐量，就需要多个机器人执行相同的取货和摆放操作。塔里安说:“在高速环境中，视觉指导通常是在机器人接触产品之前完成的，因此在进入机器人工作范围前500毫秒，它实际上是在机器人上游找到产品。”“机器人找出产品的方向和位置，然后做出反应。”

即使没有实时制导的挑战，这也是一个棘手的控制问题。塔利安说:“你必须连接传送器的绝对位置，与视觉系统同步，然后与机器人手臂同步，使其定位到相同的位置。”“每个子系统都需要在特定时间框架的几毫秒内获取数据。实际上，我们必须更频繁地对控制系统进行采样。”时间是相对的，在这个应用中，时间是相对的。“人们说，‘50毫秒是多少?“当你在300毫秒或500毫秒之间完成整个拾取和放置操作时，这可能占整个周期时间的10%至17%。你必须在正确的时间获得信息，这样你才能获得产品的准确图片，并能够准确地放置它。”

是的，在当今竞争激烈的市场中，包装带来了挑战，但组件供应商、系统公司和机器制造商都在迎接挑战。