Manipuliranje z mehkimi obdelovanci v proizvodnji – primer manipuliranja z gospodinjskimi spužvami

logo

Vsaka avtomatizirana aplikacija ima zaradi specifičnosti procesa in obdelovancev svoje posebnosti. V tem prispevku bo opisan projekt avtomatizacije sortiranja razrezanih gospodinjskih gobic v ustrezne kombinacije za nadaljnje pakiranje v procesu proizvodnje gobic. Manipuliranje z mehkimi obdelovanci, kot je gospodinjska spužva, se izkaže za zahteven proces, saj je spužva zaradi majhne teže, hrapavosti in prožnosti materiala »zahteven« obdelovalni kos.

Visoka pretočnost proizvodnih linij in kratki proizvodni cikli so brez dvoma cilj vsake proizvodnje (bodisi ročne bodisi avtomatizirane). Pri novoavtomatiziranih linijah so investicije upravičene z doseganjem višje produktivnosti. Tudi proizvodnja gospodinjskih gobic lahko predstavlja primer opisane problematike. V primeru rastočih naročil in posledično visokih proizvodnih količin se pojavlja potreba po bolj učinkovitih metodah dela in tudi avtomatizaciji procesov.
Izziv in problematika
Podjetje (naročnik), ki deluje kot proizvajalec gospodinjskih pripomočkov, je imelo v proizvodnji gospodinjskih gobic proces deloma avtomatiziran, deloma pa se je delo odvijalo ročno. Za doseganje višjih proizvodnih količin je bilo smiselno razmišljati o dodatni avtomatizaciji proizvodnih procesov.

Proizvodni proces spužv je v omenjeni proizvodnji sicer razdeljen na tri »proizvodne« korake. Pri prvem koraku se večja spužva v obliki kvadra s pomočjo žage najprej razreže v plasti. Nato je na spodnjo stran spužvastih plasti zalepljena še groba abrazivna plast. Kasneje se spužvasta plast po dolžini razreže v trakove, te pa kasneje v gospodinjske gobice (slika 1).

Ko je spužva razrezana, se v drugem koraku gobice sortirajo v ustrezne kombinacije gobic za pakiranje. Gobice se pakirajo v različnih količinah – po 1, 2, 3 ali po več gobic skupaj. Pred uvedbo avtomatizirane linije se je v konkretnem primeru drugi korak izvajal ročno – delavci so gobice v ustreznih kombinacijah odlagali na linijo za pakiranje. Tretji korak predstavlja avtomatizirano pakiranje v folijo na pakirni liniji. Končni produkt opisanega procesa so paketi spužv (pakirani v PVC folijo), kot jih najdemo na policah v trgovinah.

Zgoraj opisani proces je pred samo avtomatizacijo torej potekal deloma ročno (priprava večje spužve za žaganje in priprava gobic za pakiranje) in avtomatizirano (razrez na žagi in ovijanje v folijo). Pri naročniku sta bili v proizvodnji dve proizvodni liniji z žago in pakirna linija, vmesna manipulacija razrezanih gobic pa se je opravljala ročno. Pri podjetju Inea RBT smo za potrebe sortiranja gobic na omenjenih dveh proizvodnih procesih izdelali dve liniji – M1 in M2. Način razreza spužve v kvadru se na obeh omenjenih žagah razlikuje, zato se razlikujeta tudi načina dovajanja razrezanih gobic na vhodni strani obeh sortirnih linij (glej sliki 2 in 4).

Liniji za sortiranje spužv M1 in M2
Liniji M1 in M2 sta sortirna stroja, postavljena med žago in pakirni stroj. Sestavljena sta iz transportnih trakov, vodil in lopatic/glavnikov za (pre)usmerjanje gobic, induktivnih in optičnih senzorjev, servopogonov in pogonov, gnanih s frekvenčnimi pretvorniki, ter krmilnega PLK sistema. Spužve torej od točke dovajanja potujejo skozi linijo M1 ali M2, se združujejo in razdružujejo, spreminjajo pozicijo/usmerjenost ter na koncu vstopajo ustrezno razporejene na linijo za pakiranje. Ob tem mora proces dosegati zahtevane časovne cikle sortiranja.

Na linijo M1 so gobice ročno dovajane kot velik kvader, sestavljen iz večjega števila gobic (kot je to prikazano na sliki 2). V nadaljevanju so gobice razdružene in preko transportnega traku dovajane v podajalno »glavo«, element linije, ki s pomočjo metlic poriva ustrezno združene gobice na linijo za pakiranje.

Transportni trakovi so pri liniji M1 gnani s pomočjo frekvenčnih pretvornikov serije FR-E700 proizvajalca Mitsubishi Electric. Ostale premikajoče se komponente (vodila in metlice) so gnane s pomočjo 7 pnevmatskih cilindrov Festo in 12 servomotorjev Mitsubishi Electric. Ponekod servomotorji poganjajo krogelna vretena proizvajalca Unimotion.
Na linijo M2 so gobice vrstno dovajane iz žage preko transportnega traku (kot je to prikazano na sliki 4). Ko žaga opravi razrez, trak porine vrsto gobic v sortirni proces na liniji M2. S pomočjo loput, valjčkov, transportnih trakov in usmerjevalnih vodil so gobice najprej razdružene in kasneje ponovno združene v ustrezno kombinacijo. Tudi v tem primeru so združene gobice preko transportnega traku dovajane v »glavo«, ki z metlicami vse skupaj potiska na linijo za pakiranje.

Transportni trakovi linije M2 so gnani s pomočjo sinhrono usklajenih servopogonov proizvajalca Mitsubishi. Linija vključuje 12 servopogonov, zaradi dveh načinov postavljanja gobic jih sinhrono istočasno deluje 10. Linija omogoča tudi pokončno postavljanje gobic s pomočjo posebnega vrtečega se glavnika. V procesu razvrščanja gobic se uporabljata dve loputi, premikani s pomočjo pnevmatskih cilindrov.

Doseganje kratkih in hitrih proizvodnih ciklov omogočajo servopogoni Mitsubishi Electric serije MR-J4. Pogoni z 22-bitnim enkoderjem omogočajo 4.194.304 pulzov na obrat motorja, kar omogoča visoko preciznost pozicije pogonov ter ustrezne pospeške, pojemke in hitrost. Sama hitrost in visoka zmogljivost servopogonov pa še nista pogoj za tekoče sortiranje spužv. Drugi pogoj je mehanska izpopolnjenost vseh komponent (usmerjevalna vodila, metlice, trakovi in podobno), ki se dotikajo spužv med sortiranjem. Zaradi zahtevnosti obdelovanca (sestava, teža in mehkoba) je nujno potrebna usklajenost delovanja servopogonov in izpopolnjenost mehanskih komponent. Spužva zaradi majhne teže nima ustreznega trenja, zaradi mehke sestave pa deluje kot vzmet. Ob previsokih hitrostih pogonov lahko pride do odbijanja gobic ter tudi visoke obremenitve komponent (npr. ležajev). Z ustrezno kombinacijo mehanske zasnove linij in hitrosti pogonov je pot spužve skozi linijo mogoče optimizirati tako, da omenjene lastnosti obdelovanca ne pridejo do izraza.
Pri obeh linijah sta za krmiljenje procesa uporabljena visoko zmogljiva modularna krmilnika serije iQ-R proizvajalca Mitsubishi Electric, preko katerih je sinhrono mogoče krmiliti do 192 osi. Na PLK krmilnik pri obeh linijah je vgrajen tudi eWON Flexy modem proizvajalca HMS Networks. Gre za IIoT gradnik, ki ob potrebi po oddaljenem pristopu omogoča tudi daljinsko parametriranje stroja in SCADA rešitve.

Zaključek
Projekt avtomatiziranega sortiranja spužv za potrebe pakiranja se je izkazal za zahtevnega zaradi nestabilnih obdelovancev. Abrazivnost, majhna teža, prožnost in mehkoba spužve so lastnosti, ki se pri vseh manipulativnih premikih izkažejo za velik izziv. Abrazivnost gobice deluje negativno z vidika obrabljanja transportnih trakov. Karakteristike in kombinacija prožnosti, mehkobe in majhne teže spužve pride do izraza na mestih, kjer gobica spreminja smer – pri dotiku z metlicami in usmerjevalnimi vodili. Ob neustrezni sili delovanja na gobico in smeri premikanja gobice lahko pride do neželenih odbojev, zasukov ter tudi zatikanja, kar privede do motenj v procesu sortiranja gobic. Izjemnega pomena pri doseganju kratkih ciklov so servopogoni, katerih hitrost, pospeški in pojemki morajo biti usklajeni z zmožnostmi mehanskih komponent.

Verjetno so servopogoni ena od redkih možnosti, ki omogočajo tako kratke čase cikla in visoko pretočnost linije. Za usklajeno delovanje vseh premikajočih komponent in ustrezno delovanje obeh linij je bilo potrebno veliko testiranja, poleg tega pa je bilo potrebno uporabiti širok nabor inženirskih znanj.

Avtor: Tim VRBANČIČ
Inea RBT d.o.o.
Stegne 11, 1000 Ljubljana
Tel.: 01 513 81 00
E-pošta: Ta e-poštni naslov je zaščiten proti smetenju. Za ogled potrebujete Javascript, da si jo ogledate.
www.inea-rbt.si

Več o članku si preberite v PDF reviji!