机器人助力烘焙行业实现自动化升级

　　作者：Pat Reynolds

　　摘自 Packaging World

　　T. Marzetti 公司总部位于美国俄亥俄州哥伦布市，并在阿拉巴马州Luverne 设有工厂。该公司生产冷冻烘焙产品，在超市以Sister Schubert 品牌以及众多自有品牌进行销售。由于市场对其产品需求的持续增长，该工厂发现自己需要以一种更有效的方式来处理手动装盒、装箱和码垛工序。所以管理层决定引入机器人自动化技术，以降低难以承受的日益上涨的劳动力成本。

　　这是一种装在铝盘中的晚餐面包，消费者在烤箱中烘烤12 分钟左右即可食用。公司的项目经理John Haenszel表示：“除了晚餐面包，我们还提供肉桂、柠檬和蓝莓面包等甜食，以及一种香肠芝士螺旋面包。但主要包装都是圆形的铝盘。”

　　一次包装在星德科（Syntegon）公司的Kliklok 装袋机上完成，它变化极小。从装袋机的支撑架中拉出透明薄膜袋，将面包盘插入其中，夹紧袋子进行封闭。然后，袋装面包盘进入螺旋式冷冻机。

　　此时，是进行二次和三次包装的时候了，这就是发生变化的地方。一项关键的自动化升级是来自Pacteon 公司施耐德包装设备的机器人码垛系统。但最令人印象深刻的是来自卡玛（Cama）的两个上游一体化装盒和装箱系统。每套IF299 单体设备的运行速度被设计为 45 袋/ 分钟，每套系统包括一个IF315 型顶部装盒系统，该系统采用视觉引导的 RB590 Triaflex Delta 机器人。

　　Cama 研制生产机器人至今已有30 多年历史，提供的机器人装载单元采用了最新的开放式结构控制技术。为T.Marzetti 公司提供的设备，采用了来自罗克韦尔（Rockwell）的控制装置。Cama 北美董事总经理 BillyGoodman 说：“我们的理念是提供带有内置定制机器人的设备，这是针对特定包装操作设计的解决方案，而不是简单的拾取- 放置手臂。”

　　一体化整装系统是Cama“突破性一代（BTG）”系列的一部分，其特点是采用模块化、可扩展和卫生设计的框架，可融入当代自动化解决方案。其中包括与视觉系统和Cama 机器人解决方案紧密结合的先进伺服技术，该解决方案是针对二次包装的特殊要求自行开发的。Cama 集成的视觉系统包括一台康耐视3D 摄像机。

　　Cama 的BTG 系列机器基于100% 数字平台，支持完整的工业4.0功能，包括增强现实、虚拟现实以及虚拟测试、培训和操作。此外，先进的组件识别系统可实现快速格式转换，有时仅需15 分钟。

　　交付给Marzetti 的每台IF299 设备必须具备两项基本功能。首先，它必须能够确定拾取的袋装面包的方向——稍后会解释为什么要这样做；其次，它必须能够生产任意两种不同的包装形式：第一种形式是两盒装，并将6 个两盒装产品装入纸箱内。在这种包装形式下，消费者可以从冷冻柜中一次性购买两个面包产品；另一种形式是无盒装，将袋装面包直接装入6 或12 件排列的箱子里。在这种包装形式下，消费者可以根据自己的需要从冷冻柜中挑选任意数量的单个产品。

　　让我们先看看第一种形式，即机器人装盒机先将两个袋装面包放入纸盒，然后装箱机将6 个这样的纸盒装入纸箱中。

　　离开冷冻室

　　首先，袋装面包从距地面约10 英尺的螺旋冷冻机中运送出来。一条下降式输送机将这些产品输送到地面，然后工人手动将其中一半产品放置在通往Cama 系统的一条传送带上，另一半放置在通向另一个Cama 系统的传送带上。在这两个Cama 系统的上游是安立（Anritsu）X 射线检测系统，该系统可以检测异物并将含有异物的包装剔除出生产线。

　　和其他所有用塑料夹子封口的塑料袋一样，Marzetti包装也有一个“马尾”。当包装到达Cama 系统的进料口时，“马尾”方向是完全随机的，这是Cama 工程师面临的第一个挑战。

　　“如果要使包装图案要与纸盒中的两个展示切口正确对齐，那么‘马尾’必须位于12 点钟的位置。”Haenszel说道，“Cama 解决方案需要做是以一定速率、按照特定的方向，将袋装面包快速放入纸盒中。这一任务需要借助视觉系统来完成，它能识别‘马尾’方向并将该数据传输给罗克韦尔控制器，控制器将信息发送给机器人末端执行器，后者依次将包装旋转到所需的方向，以使‘马尾’始终处于12 点的位置。这是一项艰巨的任务，因为末端执行器要将袋装面包放入一个仅比它本身稍大的纸盒中，因此它没有太大出错空间。如果‘马尾’可以放在空间更大的角落里，相对就会更容易些。所以说这具有一定的挑战性。”

　　通过连续运动的皮带输送机将单个袋装面包运送到Cama 整体式包装设备中。扁平的纸盒坯料从进料盒中被取出，经过两个诺信（Nordson）胶水喷嘴后，被推入成型器中。这些纸板坯料由 WestRock 公司提供，采用26 磅纸板并以七种颜色胶版印刷。

　　成型后，纸盒就会朝上打开，沿着与袋装面包平行的传送带前进。纸盒的传送带会周期性暂停，这时TriaflexDelta 型机器人从装载面包的传送带上拾取一个产品，并旋转到适当角度，将“马尾”定向到12 点钟方向，然后将其整齐地放置到传送带上的盒子中。之后再同样拾取第二个产品。当两个产品都放入盒子后，该纸盒就会被推出装载站，一个空盒取而代之，周而复始。

　　一小段距离后，装上货物的纸盒通过诺信装置在其顶部的翻盖上涂敷胶水，然后进入双轴机械推杆，上面的工具会将顶部翻盖闭合压紧。接下来，推杆将成品纸盒沿着直角推到暂存区域。同时，推杆将前面的纸盒推出暂存区，将其推到另一个直角输送机上，该输送机通向纸箱包装站。

　　在装箱站，纸箱落入到一个刮板传送带上，传送带再进行一次直角转向，到达下一站，在那里推杆将其推入自动垂直堆叠设备。当纸箱堆叠至三层时，就会被推到装载站，它会停留片刻，直到与另三层纸箱堆叠在一起。然后，所有六个纸箱都被推入一个C 型单层瓦楞纸包装箱中。同样地，瓦楞纸坯料从进料箱中被取出，成型过程中再次得到诺信胶枪的帮助。现在，箱子又一次以直角被推到折叠杆和工具下方，该工具将箱顶部的翻盖压紧封闭。当该工具打开后，成品箱被向前推送到直角传送带上，在此过程中通过日立喷墨打码机进行日期编码。

　　转至第二种形式

　　如前所述，一些商店会在冷冻柜中售卖单个产品，而不是双盒装。这种情况下，也有两种方式可供选择：一种方式是将12个袋装面包放入牛皮纸瓦楞箱中运送到商店，然后店员将产品取出并端正摆放在冷冻柜中；另一种是将6 个袋装面包装在一个白色展示盒里并运送到商店，店员沿着穿孔刻痕线打开盒子，将整个盒子放入冷冻柜中售卖。

　　无论是棕色牛皮纸箱的12 件装，还是可零售的白色盒子6件装，IF299的操作方式都与生产两盒装时略有不同。显然，之前拾取、竖立和装载纸箱的工位站已被停用。袋装面包仍然在同一个皮带输送机上排成一列，并且仍然由同一个Delta 机器人拾取，机器人的末端执行器仍然用于定位每个平盘包装的“马尾”——在这种情况下，它需要将“马尾”定位在9 点钟的位置，而不是12 点。将所有产品定向在相同的方向，可确保“马尾”不会干扰接下来的操作或纸箱的密封。

　　另外完全不同的是，一旦机器人拾取了一个包装，它会以与装载双盒装时完全相反的方向移动。换言之，不是向左移动，把产品入到传送带A上的纸箱里，而是向右移动，把产品放到与A 平行的传送带B 上。

　　接下来，与双盒装装箱的流程非常相似。袋装面包会下落到同一个刮板输送机上，然后纸箱会运送至码垛机。但在这种情况下，输送带上是两个面包产品，而不是纸箱。当产品到达码垛机时，它们可以被安排进入6或12 件形式的瓦楞纸箱里。无论选择哪种形式，顶部的盖子都会闭合并用胶封好，成品箱的出货方式与装满双盒装的纸箱相同。

　　机器人码垛

　　离开两个Cama 系统的纸箱合并到一个传送带上，然后经过一台日立喷墨打码机，为每个箱子印上日期信息。之后，箱子进入施耐德机器人码垛机的进料输送机，该码垛机配备了带有R30iB控制器的发那科（Fanuc）机器人。末端工具装置具有滑托盘拾取和放置功能。

　　新设备自投入商业运行以来，每周工作4 天，实行两次10 小时轮班制。就像从基本手动操作到高度自动化操作的飞跃一样，在安装结束和开始商业生产的过程中，也出现了一两个“小插曲”。但其中很大一部分原因是包装材料需要更加严格地符合规格。“例如，在人工处理瓦楞纸板时，有可能出现接受不符合规格瓦楞纸板的情况。”Haenszel 说，“然而，当进入自动化生产时，情况就不同了。自动化系统要求更加标准化和一致性的生产条件。因而我们必须加强对瓦楞纸箱品质的把控。”

　　制作纸箱的纸板规格也发生了变化。由于现在纸箱是由平板毛坯形成的环绕式纸箱，而不是以前手工竖立和填充的预涂胶纸箱，纸板规格也从28 磅变为26 磅，这带来了少许的成本节省 。

　　Haenszel 还指出，当需要将新设备引入并使其适应现有空间时，“工厂一般都没有冗余空间。幸运的是Cama整体单元的尺寸仅为8.387x2 米（27.5x6.5 英尺）。”他最后补充道。