Los robots de tipo Delta pueden realizar algunas proezas de envasado bastante notables, especialmente cuando se trata del estuchado de envases primarios. Un buen ejemplo es la última instalación del envasador por contratoCCB Packaging, donde hay nada menos que 12 células robotizadas alineadas en una fila compacta. Diseñada y suministrada por Blueprint Automation, la Línea 2 permite al coenvasador con sede en Hiawatha, IA, colocar bolsas de aperitivos o barritas de desayuno, por ejemplo, en cartones de carga superior de diferentes tamaños a velocidades de hasta 150 artículos/min. Sus robots ABB no sólo pueden producir envases variados de varios sabores o envases de cartón de un solo sabor, sino que también pueden colocar diferentes productos -como cuatro barritas de cereales, dos paquetes de avena y algunos snacks de fruta- en un mismo envase de cartón.
Para un envasador por contrato cuyos numerosos clientes requieren formatos de envasado de variedades desconcertantes, la versatilidad de la nueva línea es justo lo que recetó el médico. Las principales aportaciones incluyen el montaje y cierre de cajas de cartón de Kliklok Woodman Packaging Machinery y una serie de sistemas de visión de Cognex. Por muy impresionantes que sean, lo que se lleva la palma en esta instalación son los 12 sistemas de alimentación que llevan los envases primarios a los 12 robots. También proceden de Blueprint Automation. Instalados en agosto de 2014 cuando aún estaban en fase beta, los alimentadores toman los envases primarios de los contenedores a granel y los orientan en filas perfectamente espaciadas para que las ventosas de los robots puedan recoger y colocar los envases en cajas de cartón que se mueven continuamente a lo largo de un transportador Kliklok Woodman Vari-Pitch.
"Se trata de una tecnología de alimentación totalmente nueva en la que hemos estado trabajando con Blueprint durante casi dos años y medio", afirma Frank Cotty, Vicepresidente de CCB. "Si las bolsas están agrupadas, los robots no pueden hacer una recogida limpia. Necesitamos separar los envases primarios. Eso es lo que ofrecen estos alimentadores automáticos".
Sin duda, el hecho de que Blueprint y CCB se vean menos como proveedor y comprador y más como socios de automatización/integración ha ayudado a llevar este proyecto a buen puerto. También tienen un sólido historial juntos, ya que éste es el tercer gran proyecto en el que colaboran.
Antes de los robots
Los cartones que se cargan mediante robots se montan automáticamente en una formadora de cartones de carga superior y cierre Genesis de Kliklok Woodman. CCB trabaja con varios tamaños de envases en esta línea, desde envases pequeños para minoristas hasta envases más grandes para clubes, por lo que resulta muy útil que la máquina disponga de un conjunto de barra de alimentación de cambio rápido y montajes de tubo de émbolo de liberación rápida que permiten cambiar rápidamente el tamaño del envase sin necesidad de herramientas. La Genesis cuenta con dos estaciones de preparación de cartón, pero el día de nuestra visita se estaba produciendo un cartón grande de 18 unidades, por lo que sólo cabía una de las herramientas de preparación de cartón.
Otra característica distintiva de la Genesis es que utiliza la separación por vacío para un mayor control de los cartones que monta. Cotty explica.
"En lugar de simplemente dejar caer un cartón sobre la cinta transportadora, una herramienta con ventosas de vacío sube y retira el cartón del bloque de formado y lo guía hasta la cinta transportadora. Esta medida de control adicional permite trabajar a mayor velocidad".
Los cartones levantados se sueltan sobre una cinta transportadora que los lleva ante un lector de códigos de barras de montaje fijo DataMan Serie 300/360 de Cognex. "Lee un código de barras en cada caja para confirmar que tenemos la caja correcta para el producto que estamos procesando", afirma Cotty. "Es por si ocurre algo en el convertidor de cartón y se mezcla un cartón incorrecto. Pero también detecta cualquier código de barras que pueda ser ilegible cuando llega al minorista".
Cotty afirma que le gusta el ajuste automático que ofrece el lector Cognex, una función de ajuste inteligente que selecciona automáticamente los ajustes óptimos para la iluminación integrada, el enfoque automático y el generador de imágenes para cada aplicación. Este proceso de ajuste automático garantiza que el lector de códigos de barras estará configurado para alcanzar las velocidades de lectura más altas posibles.
El transportador plano de sobremesa situado entre la formadora de cajas y el primer robot permite cierta acumulación en caso necesario. Lleva los cartones, con las tapas abiertas, a un alimentador de índice de tractor que espacia los cartones para una transferencia suave al transportador Vari-Pitch que lleva los cartones a través de los 12 robots. Cotty describe el transportador Vari-Pitch como un componente personalizado diseñado por Kliklok Woodman que no se encuentra en ninguna otra operación de carga de cajas de cartón del mundo, al menos por ahora.
"Tomaron el concepto de orejetas emergentes de su equipo de cierre de cajas Vari-Straight y lo convirtieron en un transportador de cajas para nosotros", afirma Cotty. "El sistema de gestión de recetas especifica la longitud del cartón para una producción determinada. En función de la longitud del cartón, el transportador selecciona automáticamente los salientes. Esto nos proporciona un cambio de paso automático y nos permite trabajar con una gran variedad de tamaños de cartón a velocidades lineales dentro de las capacidades de recogida y colocación de los robots".
"Dado que somos una empresa de coenvasado con muchos clientes y productos diferentes, la flexibilidad es la clave. La nueva línea ofrece la versatilidad necesaria para trabajar con una amplia gama de tamaños de cartón y productos, así como cambios rápidos. Envasamos de todo, desde cartones de tamaño minorista hasta envases de variedades más grandes a velocidades de hasta 150 cartones/min".
Los sistemas de alimentación
Los 12 sistemas de alimentación de Blueprint Automation alimentan la línea de robots desde un ángulo de 90 grados. Cada uno funciona de forma idéntica, y cada uno tiene 180 rodillos blancos giratorios montados en un armario de acero inoxidable, 90 en el lado izquierdo y 90 en el derecho. Son estos rodillos los que hacen avanzar las bolsas y las separan entre sí para que las ventosas de los robots de tipo delta puedan recogerlas limpiamente.
Las bolsas llegan al sistema de alimentación a través de un elevador de cangilones que las transporta desde una tolva a nivel del suelo hasta un mecanismo de desvío que gira a izquierda o derecha en función de si el lado izquierdo o derecho del sistema de alimentación necesita bolsas. Ambos lados son idénticos y funcionan de la misma manera, pero para nuestros propósitos aquí, seguiremos el lado izquierdo. Su primera sección consta de 30 rodillos, cada uno de unos 30 cm de largo. Los rodillos se agrupan en grupos de seis, y la rotación de los seis es impulsada por una combinación de motor paso a paso/accionamiento que tiene su propio controlador. Cada grupo de seis rodillos lleva integrado un sensor Keyence que detecta la posición de una bolsa con respecto a las que la rodean. Esta información de posición se envía a la CPU del grupo de seis rodillos, que determina si, en función de la posición de las bolsas que lo rodean, debe acelerar o ralentizar sus seis rodillos. Esta modulación mutuamente sincronizada de la velocidad de los grupos de seis rodillos separa las bolsas.
A continuación, las bolsas caen sobre un segundo tramo de rodillos blancos cuyo diámetro es aproximadamente el mismo, pero cuya longitud es unos 10 cm menor que la de los rodillos del primer tramo. El extremo derecho de estos rodillos está ligeramente más inclinado que el izquierdo, lo que mantiene la mayoría de las bolsas sobre los rodillos y permite impulsarlas hacia delante. Pero no hay espacio para todas las bolsas, de modo que las que resbalan por el borde derecho de los rodillos aterrizan en un transportador de retorno a nivel del suelo de Dorner que las reintroduce en el sistema por medio del elevador de cangilones de vuelta al principio del sistema de alimentación.
Un total de 60 rodillos se encuentran en este segundo tramo del lado izquierdo del sistema de alimentación y, una vez más, cada grupo de seis incluye su propio sensor Keyence, su propio controlador y su propia combinación de motor paso a paso/accionamiento. Dado que cada grupo se comunica con los que le rodean, cada controlador sabe si el objetivo general de singularizar el flujo de bolsas se logrará mejor acelerando sus seis rodillos o ralentizándolos.
Según Martin Prakken, CEO de Blueprint Automation, el sistema de alimentación es un ejemplo de inteligencia de enjambre: el comportamiento colectivo de agentes individuales, como los pájaros de una gran bandada, que interactúan entre sí de tal manera que surge un comportamiento de grupo sincronizado y los agentes individuales parecen ser un único agente.
"Cada grupo de seis rodillos tiene su propio algoritmo patentado, y cada grupo se comunica con algunos de los otros grupos inmediatamente delante y detrás de él", explica Prakken. Según Prakken, este nuevo sistema de alimentación representa un avance significativo con respecto al que los clientes de Blueprint, incluido CCB, han utilizado en el pasado. En esas aplicaciones anteriores, los grupos de seis rodillos no se accionan mediante un motor paso a paso, sino mediante un servomotor cuyo accionamiento se encuentra en el armario de control principal. El controlador del sistema de alimentación tiene que comunicarse con el servomotor y éste con aquél. "Con esta nueva combinación de motor paso a paso y servomotor, y con la inteligencia integrada en cada grupo de seis rodillos", afirma Prakken, "los datos fluyen de forma mucho más eficaz y rápida".
El resultado neto del sistema de alimentación Blueprint es que, en muy poco tiempo, lo que antes era una masa de bolsas en contenedores a granel se ha convertido en un flujo ordenado de bolsas individuales que caen del último grupo de rodillos a una cinta plana de recogida. Un sistema de visión, también de Cognex, identifica la ubicación precisa de cada bolsa en esta cinta y comparte estas coordenadas con el robot de tipo delta situado inmediatamente después. Lo que sucede a continuación depende en gran medida de lo que se introduzca en el sistema de gestión de recetas.
"Cada una de las 12 células robotizadas es independiente de las demás", explica Cotty. "Puede alimentar todos los cartones que pasan, o puede colocar bolsas sólo en uno de cada dos cartones, o en uno de cada tres cartones, o lo que elijamos".
En resumen, todo lo que se pueda recoger es válido. Cada célula dispone de tres sistemas de válvulas de vacío, por lo que, en función de las herramientas seleccionadas, cada robot puede recoger hasta tres artículos a la vez. Las bolsas pueden colocarse en una caja de cartón todas a la vez o puede colocarse una y luego mover ligeramente el efector final para dejar caer la otra bolsa en una posición que se considere más favorable. A veces esto resulta útil en las cajas de cartón de gran cantidad para conseguir que todas quepan ordenadamente.
Otras dos notas sobre el sistema de alimentación. Si llegan demasiadas bolsas a la cinta de recogida para que el robot pueda manipularlas, las que no se recogen simplemente caen de la cinta de recogida a un transportador Dorner que está conectado con el transportador de retorno que lleva de vuelta al elevador de cangilones de entrada. Además, si el sistema de visión de Cognex detecta una bolsa más pequeña que los parámetros seleccionados, o si detecta una bolsa aplastada o deformada de algún modo que hace que no se pueda recoger, le indica al robot que no recoja esa bolsa, sino que la deje caer de la cinta de recogida al transportador de retorno. Este transportador de Dorner tiene una función pivotante que se activa automáticamente para desviar la bolsa defectuosa a un contenedor de rechazos.
Pesada dos veces
Al salir del robot nº 12 de ABB, las cajas llenas giran y pasan por una báscula de control de Mettler Toledo. "Comprobamos el peso de los cartones dos veces", dice Cotty, "primero con el cartón aún abierto y luego una vez cerrado. Cuando está abierto, todavía existe la posibilidad de que una bolsa se caiga antes de llegar al cerrador del cartón. Comprobar el peso después de cerrar el cartón es una forma más de asegurarse de que cada cartón tiene el número correcto de bolsas".
La cerradora de cajas a la que se refiere Cotty es la Vari-Straight de Kliklok Woodman.
"Tenemos una de las primeras que construyeron en una de nuestras otras líneas", dice Cotty. "Esta es la versión más reciente de la Vari-Straight, por lo que tiene servocontroles Allen-Bradley. Tiene una capacidad de hasta 150 cajas/min y puede trabajar con todos los tamaños de cajas que fabricamos". Los controles Allen-Bradley son suministrados por Rockwell Automation.
Integrado en la cerradora de cajas Vari-Straight hay un sistema de aplicación de cola termofusible Robatech. "Descubrimos que tiene un control muy bueno de la cola y no hay mucho encordado de adhesivo", dice Cotty. "Funciona muy bien".
El siguiente paso es la codificación por chorro de tinta de la información variable, que se realiza con un sistema de Domino. "Domino es nuestro socio en lo que respecta a la impresión de cartón en esta planta", afirma Cotty.
Tras un segundo detector de metales de Mettler Toledo, los cartones pasan a la estación de embalaje de cajas EZ Pack de Combi Packaging Systems. Ésta levanta las cajas automáticamente y las hace avanzar hasta una estación donde los operarios cargan los cartones a mano de forma rápida y eficiente. Luego las cajas son empujadas a una estación automática de sellado superior donde las tapas son pegadas. Un sistema de embalaje de cajas totalmente automatizado nunca fue realmente una opción, dice Cotty, porque el número de cambios que implica una operación de coenvasado como ésta haría que el utillaje para el cambio de piezas fuera prohibitivamente caro.
La codificación de las cajas se realiza con un sistema de inyección de tinta de Squid Ink. Al igual que el sistema Domino de codificación de cajas, el sistema de gestión de recetas indica al codificador de cajas qué información debe imprimir cada vez que se produce un cambio.
El siguiente paso es el paletizado robotizado con un sistema Fanuc. "Instalamos el paletizador Fanuc en 2007 sabiendo que querríamos conectarle una segunda línea", dice Cotty. "También lo diseñamos para que pudiera recoger láminas de cartón ondulado o de fibra. Una vez más, gracias a nuestro sistema de gestión de recetas, el robot sabe qué tipo de hoja deslizante se necesita. Además, si utilizamos láminas onduladas, aplicamos un adhesivo antiadherente en cada lámina ondulada porque no tienen tanta adherencia y la primera capa de cajas tiende a deslizarse un poco".
Una de las mejoras de la nueva línea es la manipulación de las cajas al final de la línea. En la antigua línea que alimenta el paletizador, los transportadores de rodillos de accionamiento continuo llevan las cajas hasta el mecanismo de compuerta que las introduce en la estación de recogida. Esto permite que se acumule contrapresión, lo que a su vez puede comprometer la acción del mecanismo de compuerta. En la nueva línea, el movimiento de los transportadores de rodillos Hytrol está sujeto a un PLC que elimina el problema de la contrapresión. También hay un ramal del transportador de rodillos Hytrol por el que se pueden desviar las cajas si se requiere algún tipo de embalaje especial. Una vez más, disponer de este tipo de opciones resulta muy útil cuando se es coenvasador, afirma Cotty.
El robot Fanuc, añade Cotty, ha funcionado a la perfección desde su llegada en 2007. Un cambio que se ha hecho recientemente es en el efector final, añade, donde se ha sustituido la cámara de vacío. Ahora se ha sustituido por algo llamado The Squid, una herramienta de elevación por vacío universal de Vacuforce que cuenta con una tecnología de válvula de cierre automático que permite que las ventosas de vacío individuales se cierren automáticamente si no están selladas contra la carga que se está manipulando. De este modo, si algunas de las 120 ventosas del efector final no están en contacto con el cargador que se va a recoger, se cierra una válvula en el interior de cada una de ellas para evitar que entre polvo. "Hicimos el cambio hace unos 3 meses y no hemos tenido ningún problema con el vacío desde entonces", señala Cotty. "Antes, experimentábamos problemas de vacío relacionados con el polvo más o menos cada semana".
La nueva línea llega a su fin con una envolvedora automática de Phoenix Wrappers.
De pie junto al robot n.º 12 y observando las otras 11 células robotizadas mientras realizan su trabajo de forma fluida y automática, Cotty está claramente satisfecho con el resultado de este ambicioso proyecto que ha requerido una gran inversión de capital. "Esta línea mantiene nuestro compromiso de ofrecer a nuestros clientes alternativas automatizadas de envasado de bajo coste", afirma Cotty. "Es muy alta tecnología".
Podría ser el eufemismo de la década.