机器人包装系统升级，助力零食派高效生产

美国JTM食品公司在过去30年里一直致力于生产零食派和脆饼。它的零食派越来越受欢迎，不仅其自有品牌JJ's Bakery颇受青睐，与之联合生产的许多知名品牌和零售商的销量也很不错。因此，面对日益增长的市场需求，该公司最近增添了新产线，并且改进了包装功能。

其中最引人注目的是F产线，生产以折叠纸盒包装的单份零食派。当公司运营高级副总裁Joe Amboyer和他的团队开始评估F产线的系统时，他最重视的五个方面是：安全、始终如一的高品质、速度、多功能性和产品转换的便捷性。这些要素在其所选择的二次包装设备——来自萨克米（Sacmi）的三合一机器人包装单元中得到了充分展示。

JTM公司的零食派选择单层32 ECT C-型瓦楞纸板进行二次包装，共有4种不同形式：
•8件装敞口纸箱，
•12件装敞口纸箱，
•12件装折盖式纸箱，
•48件装顶部带有单独瓦楞纸盖、由胶水粘合的纸箱。

被JTM称为“高速”运行的萨克米（Sacmi）系统，具备“三合一”功能：1）纸板会在这个工位形成瓦楞纸托盘；2）在第二个工位将已装盒的产品放入纸托盘；3）在第三个工位闭合两种形式的托盘。当被问及为什么需要这么多二次包装形式时，Amboyer表示，这与JTM服务的客户数量有很关，他说：“不同品牌和商店的要求各有不同，他们都试图以最好的方式为消费者和购物者服务，我们努力为客户提供最适合他们需求的解决方案。萨克米（Sacmi）系统的灵活性和快速转换功能使生产变得与众不同。形式转换的工具就在附近，我们可以在大约30分钟内从一种形式切换到另一种形式。同样重要的是，该机器非常紧凑，占地面积小。”

根据萨克米（Sacmi）公司Sebastian Clemens的说法，该设备的占地面积仅为4.2m x 3.6m。“考虑到形式的多样性、机器的运行速度以及转换所需时间，这是一个非常小的占地面积。而且这台机器对用户非常友好，其中很大一部分由菜单指令驱动，并且机械更换的零件通常是一个整体，不需要复杂耗时的组装。”Clemens表示。

Amboyer和Clemens都指出，这并不是Erie工厂的第一台萨克米（Sacmi）二次包装系统，一些早期设备也具有“三合一”功能。但最新一代首次实现了折盖（comb-over）形式的包装。它还拥有最新机器人和控制技术，Clemens说：“例如，双轴机器人架设在高空中，而不是地板上。这意味着更少接触范围、更少运动、更少空间消耗和更少能源需求。”至于所涉及的控制装置和伺服电机，配备的是罗克韦尔（Rockwell）最新最先进的产品，包括机器人背后强大的ControlLogix PLC系统。

F产线是在新冠疫情爆发最严重时进行安装调试的，于2021年6月开始运营。“这让整个项目推进格外具有挑战性。但凭借良好的规划以及优秀技术支持团队的帮助，我们得以圆满完成任务。”Amboyer指出。

纸箱和运输

新生产线上其它关键包装设备包括Promach公司的Bartelt高速侧向装盒机，以及Garvey Conveyors公司具有高输送和堆放能力的传输系统。但这一切都始于I.J.White提供的螺旋冷却输送机，它将新鲜炸制并冷却的派排放到Garvey平板链式输送机上。Garvey传输系统在这里体现出很大灵活性，而这一点很重要。因为JTM也生产2盎司的派，这些派来自于同一个I.J.White螺旋冷却器，但不需要输送到Bartelt装盒机，而是需要传送到另外单独的生产线，在那里进行流动包装。Amboyer指出：“Garvey在产品交付系统方面提出了一个非常好的解决方案。”

回到4盎司的派上，它们排成一列，沿着Garvey平板链式输送机向下游移动，前往Bartelt装盒机。如果装盒机在这时因任何原因发生故障，传感器都会检测到这一情况，并向上游的闸门发送信号，该闸门会自动将派转移到Garvey Infinity系列的3-D累积台中。这种高产能循环为派的再次包装提供了充足的循环时间，没有紧压或损坏，直到装盒机再次准备好接收零食派，此时派再次进入通向装盒机的单道输送机。这样一个“累积”时间可使上游的油炸机和螺旋冷却系统保持平稳运行而不会中断。

当单列派到达Bartelt CMC装盒机时，其智能传送带进料系统通过SICK传感器读取派之间的间距，并将该数据发送给罗克韦尔（Rockwell）控制器。然后，控制器向驱动三条进料带的伺服电机发出修改速度的指令，以便实现派与派之间的理想间距。如果由于某种原因，派的间距不合适，另一个SICK传感器会检测到这一情况，并在控制器的协助下吹走这些派。

一旦间距适当，派就会被传送到链式托盘上，并不断循环。每个托盘均以机械方式旋转90度，这样派就可以改变方向，以宽边向前移动。在这个方向上，伺服驱动的筒形凸轮产品插入器将每个派平稳推入纸盒中，纸盒被旋转送料器从料盒中拾取并竖立起来。水平伺服驱动的旋转折纸机关闭小翻盖，而大翻盖则由固定导轨关闭。
由于机器采用开放式洁净设计，产品显而易见，这种设计还简化了卫生工作。此外，装盒机采用人体工程学设计，易于操作并能保证生产车间的安全。至于纸盒本身，采用12磅的SBS纸张，由多种颜色的聚乙烯涂层胶印印刷。

伟迪捷（Videojet）激光编码器安装在纸盒机下游不远处，可在每个纸盒上标注保质期或生产日期。接下来进入梅特勒-托利多（Mettler-Toledo）的组合检查秤/金属探测器，之后已装盒的派被输送至二次包装。

二次包装

这里就是萨克米（Sacmi）系统发挥作用的地方。四种包装形式中的任何一种，操作顺序都略有不同。对于8件装敞口纸箱，操作顺序如下：该系统配备了一个集成的自动进料瓦楞纸盒成型机。从料库中取出纸板，由伺服电机驱动可精确地控制加速和减速。两轴机械臂使用真空吸盘拾取瓦楞纸板并将其放入阴模，阳模成型工具从顶部将其冲入阴模中。由诺信（Nordson）热熔胶装置涂抹粘合剂。穿梭式输送系统将成型的纸箱输送到装载工位。

一次可装载四个瓦楞纸箱，每个纸箱可容纳两层，每层可装四个纸盒。在装载站的上游，装着单个派的纸盒被单列装入与进料输送机成直角运行的口袋整理机中。在纸盒进给的过程中，由SICK传感器进行光学检查，以测量产品之间的长度和间隙，从而优化将纸盒送入分拣机同步带的速度。

通过真空拾取，机器人一次性从口袋整理器中拾取16盒产品，并将它们运送到装载站，在那里等待四个由纸板制成的瓦楞纸箱。在这里，每个瓦楞纸箱中装入四个纸盒。第二次重复相同的循环后，每个纸箱就装有八个纸盒，然后四个纸箱都向前传送并离开机器。之后，它们会经过两侧的伟迪捷（Videojet）喷墨单元，在纸箱上印刷批次和日期代码信息，然后进行手动码垛。

12件装敞口纸箱的生产与之相类似，装满派的纸箱只需通过三合一系统上的第三个机器人即可。 不过，第三个机器人的配置适用于12件装折盖纸箱和48件装带盖纸箱。在折盖形式中，盖子附在瓦楞纸箱上，纸箱成型和装载与开放式纸箱的步骤基本相同。但是，当装载的折盖纸箱到达第三个机器人工作站时，诺信（Nordson）装置将热熔胶涂在翻盖上，末端执行器的工具只需将翻盖压紧并施加完成任务所需的压力即可。

在讲解最后一种瓦楞纸包装之前，顺便说一下“comb-over”这个术语。你不会在百科全书的包装技术中找到这个术语。事实上，这一词汇是对男性发型的一种描述，这种发型是把一部分头发留长，用于遮盖谢顶之处。Amboyer说：“这台机器实际上是用顶部的翻盖来‘梳理’的。”

现在介绍48件装纸箱，该包装配有单独的瓦楞纸盖。纸箱由用于其他形式的同一机器人系统同时装载，但使用48件装形式独有的臂端工具。每个纸箱有四层，每层放置12个纸盒。当满载的纸箱到达第三个机器人站时，它所使用的不是用于“折盖”形式的臂端工具，而是为盖装单独设计的工具。该工具还可以从集成的进料盒中拾取成为盖子的扁平瓦楞坯料。这一过程再次由伺服电机驱动。当工具将坯料运送到满载的纸箱时，先经过诺信（Nordson）胶水喷嘴，将粘合剂涂到四个盖板上，然后工具下降到已满载的纸箱上，并且紧压这四个盖板足够长的时间，从而将瓦楞纸盖牢固地粘合到瓦楞纸箱上。接下来，成品离开封盖工序，进入手动纸箱码垛站。

值得注意的是，正当Line F在8万平方英尺的Erie工厂进入商业化生产时，JTM食品公司正在敲定其面积达19万平方英尺、位于堪萨斯州新建工厂的扩建计划。当涉及到新工厂的包装系统时，上面提到的许多包装机械供应商将再次为JTM公司提供服务。

作者：Pat Reynolds
摘自Packaging World杂志

来源：荣格-《国际食品加工及包装商情》

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