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机器人在产品包装行业的应用 |
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newmaker |
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机器人不断增长的精确性向全球企业证明了机器人可以提供更加富有吸引力的产品包装。在过去，保守人士认为，应用机器人意味着昂贵的投资和生产的不确定性。但是，随着成本的压力持续增加，生产企业开始转而运用机器人，以自动化工序完成一些最为费时耗力的生产环节。
更加严格的法规要求和卫生标准，以及机器人技术更加卓越的精确性能形成了强有力的推动因素，促使机器人技术的应用不断壮大。一些技术创新，比如视觉系统的应用、更加出众的灵活性，意味着机器人已对一些企业具备了强大的吸引力。
通力合作
为了减轻成本压力以及分享专业经验，很多企业开始通过合作开发机器人。例如，博世Sigpack系统公司与CFS公司展开了合作，开发机器人系统。欧洲瓦楞纸箱包装巨头Smurfit Kappa公司也与发那科（Fanuc）机器人展开了合作。
该机器人系统的设计旨在方便将产品装入包装这个比较耗时费力的环节。Smurfit Kappa公司与发那科以“为企业减少操作时间”为目标，研发出多功能、更富柔性的机器人包装设备。作为发那科机器人系统的战略合作伙伴，Smurfit Kappa公司的工程师获得了先进的程序培训和技术支持，他们采用发那科公司的“Roboguide”机器人预订仿真软件验证了系统。“Roboguide”软件建议的流程可以有效地减少安装和试运行时间，还提供了可实现的循环时间和生产能力等数据信息，这在很大程度上提升了企业应用的信心。
图1 Sigpack Delta的机器人采用了先进的视觉系统以引导机器人进行操作
在蛋白质生产行业，尽管自动化的处理工艺和包装设备已经被应用了一段时间，但是在包装这个工艺环节中，还是集中了大量的人力操作。这个事实，也是机器人供应商试图改变的。
当前，机器人技术可以自动地将鲜肉、家禽肉、熏肉、奶酪等产品装入预成型的托盘或热成形包装，如Sigpack系统就可以完成上述包装过程。Sigpack提供的Sigpack Delta机器人技术，采用了先进的视觉系统以引导机器人进行操作。这款机器人产品现在已经获得了广泛的应用，比如拾取、码放糖果饼干等产品，以及在医药、日化行业的生产企业中完成托盘的码垛工序。
Delta机器人在冷冻食品行业也得到了应用。冷冻食品的生产环境为机器人的应用带来了几个特定的挑战：首先，电器元件必须安装在设备之内。其次，需要开发新类型的机器人夹具。但是，最重要的是，冷冻食品对卫生标准的要求是非常严格、苛刻的。这要求机器人不能有任何可能堆积碎屑的表面，必须能用最短的停机时间方便地进行清洁。因此，机器人的框架和驱动装置通常需要由不锈钢制造的。
持续创新
应用视觉技术，比如刚才介绍的在Delta机器人中应用的视觉技术，也是这个行业的趋势。最近，食品、饮料和医药行业的包装供应商Schubert公司就运用视觉技术进行了一系列的产品质量控制和检测。
此外，Schubert英国公司的管理经理Alan Law表示，除了已确定的、对产品重量和位置进行检测的视觉技术之外，公司还开发了可以判别产品式样、颜色、表面装饰的扫描装置。
Alan Law经理表示：“产品图形、数据等信息处理的速度为毫秒级别，这意味着我们的自动化包装设备可以为客户提供更高层次的准确度和灵活性。此外，基于一系列严格的指标，比如产品位置、方向、形状、颜色以及材料质地，机器人系统可以根据得到的图形和数据精确地评估产品的质量。”
防震动的入射光扫描器捕获产品的颜色信息，此信息随后被传输至包装线上的拾取机器人处，以确保质量符合要求的产品才被包装。扫描器上装配有高倍镜头以及高清晰度的LED显示屏，这可以使产品的图象具有高分辨率。扫描器独特的设计，使其在生产速度超过每分钟30米的带式运送机面前也应付自如。
伯顿（Burton）食品公司在位于英国威尔士兰达南（Llantarnam）的烘焙工厂内安装了一台Schubert公司的全自动包装系统，用于Jammie Dodgers饼干的生产。伯顿食品公司表示，这条生产线拥有16个机器人，每周五天、全天侯不间断地以每分钟1700块饼干的速度完成拾取和包装工作。机械手在每个托盘中装入八块Jammie Dodgers饼干。在Schubert公司有史以来最宽的1.6米的输送机上，机械手每分钟可装填多达220个托盘。
这条生产线还包括了最先进的视觉系统，用于对饼干的表面装饰、形状及颜色进行检测。入射光扫描器可以记录下饼干的颜色信息，并将此信息传输到线上的机器人处。这样，生产线即可只包装质量符合标准的饼干。饼干破损、误放或是丢失夹心层等，都可以被准确地识别出来。
伯顿食品公司的总经理Ian Brisco 表示：“Jammie Dodgers饼干之前是采用人工进行包装的。毫无疑问，这是一个单调乏味、劳动强度很大的操作环节。但是，Schubert系统的到来改变了这一切，它超出了我们所有人的预期。”
包装箱，大小都适宜
Sigpack系统和CFS公司并不是成功将机器人技术运用于包装的唯一企业。在2008年年末举办的PackExpo展会上，Bradman Lake公司曾展示了其创新系列的机器人装箱机。Bradman Lake公司的AX装箱机拥有紧凑的结构设计。该制造者表示，AX装箱机将取代多功能包装机，它可以在同一框架结构内，对0201型瓦楞纸箱以及半开槽纸箱自动地成型、装填以及封合。在这个系统中，机器人可以以每分钟120个纸盒/纸箱的最大输出速度进行生产，而具体的生产速度则由内装产品的形状和规格决定。
德国库卡（kuka）公司拥有一款高速的机器人系统。这台系统配备了标准的机械手，每分钟可以包装24个每包25kg的包装单元。库卡KR 180PA机器人以重量轻为特点，同时拥有碳纤维操作臂以及设计独特的夹持工具。这些独特的设计使得KR 180PA机器人可以对一系列块状的产品进行托盘码放，比如食品加工行业应用的原料配料、骨料以及化工用品。
此外，库卡公司的四轴机器人表现出了出众的多功能性，它的移动范围为3.2m，可以将托盘码放到3m高的高度位置。德国库卡公司表示，这台机器人可以连续运转20000个小时，而在此之后的维护通常只需要大约3个小时。客户还可以对它进行改善，以满足新需求，比如客户可以安装一个多功能的夹持工具以满足新需要，这样，机器人就可以处理更多数量的包装。机器人也可以胜任拆垛任务，比如可以针对包含一种或多种型号托盘、纸箱包装、塑料容器进行拆垛。
图2 库卡公司拥有一款高速的机器人系统
机器人销售专家Tony Dowling认为：“库卡每天都接到了很多来自食品、化工、塑料行业的客户的咨询。越来越多的企业开始认同自动化的价值和优势，这不仅是因为机器人具有更高的生产效率。同时也是因为，从健康和安全的角度考虑，机器人可以完成一系列复杂、沉重、对人体有危险的任务。”
供应链的成功和生产效率的提升
拥有先进的技术只是一个重要的因素，但是要想获得商业的成功，建立一个完善、无缺憾的供应链是必不可少的。对于Sleevit公司旗下的Turpin包装系统而言，选择拥有正确理念的合适的供应链技术供应商被证实非常重要。位于英国Clacton的Sleevit制造商sleeve-labelling曾表示，由于拥有供应链的助力，在很短的一段时间内，设备的性能提升了将近60%。
越来越多的企业开始认同自动化的优势及价值。US标签设备公司曾接近的一家客户需要一台套标设备以进军北美市场。Turpin公司进而咨询了罗克韦尔公司，这家整合了自动化资源和信息的公司可以使得所有的自动化应用，包括运动控制、过程控制、批量控制程序、驱动控制等。罗克韦尔公司表示，通过应用一个简单的控制平台，就可以有效地减少产品在设计、开发、产品交付过程中的总成本，而这个控制平台适合于所有类型工厂的自动化应用。
罗克韦尔公司代加工商的销售经理Kevin Wright表示：“通常，客户不相信改变控制系统可以使设备性能发生如此令人震惊的提升。在提高生产速度的自动化应用方向中，生产能力是非常关键的。以套标行业为例，每分钟生产的套标数通常以‘百’为单位统计。这家客户之前的系统已经使用了数年，每分钟最大的生产能力为300个标签。在罗克韦尔硬件系统安装了14天之后，生产能力提高到每分钟400个，而在安装的30天内，更是达到了每分钟475个，增长接近60%。”(end)
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(11/15/2009) |
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