Robots in Delta-stijl kunnen opmerkelijke verpakkingsprestaties leveren, vooral als het gaat om het kartonneren van primaire verpakkingen. Een mooie illustratie hiervan is de nieuwste installatie bijCCB Packaging, waar niet minder dan 12 robotcellen in een compacte rij staan. Lijn 2, ontworpen en geleverd door Blueprint Automation, stelt de in Hiawatha, IA gevestigde co-packer in staat om bijvoorbeeld snackzakjes of ontbijtrepen in bovenlaaddozen van verschillende afmetingen te plaatsen met snelheden tot 150 items/min. De ABB robots kunnen niet alleen variatieverpakkingen met meerdere smaken of kartons met één smaak produceren, ze kunnen ook verschillende producten, zoals vier mueslirepen, twee havermoutverpakkingen en enkele fruitsnacks, in één doos stoppen.
Voor een loonverpakker wiens vele klanten verpakkingsformaten in verbijsterende variëteiten vereisen, is de veelzijdigheid van de nieuwe lijn precies wat de dokter nodig heeft. Belangrijke bijdragen zijn het opzetten en sluiten van dozen door Kliklok Woodman Packaging Machinery en een reeks vision-systemen van Cognex. Hoe indrukwekkend deze ook mogen zijn, wat de kroon spant in deze installatie zijn de 12 toevoersystemen die primaire verpakkingen naar de 12 robots brengen. Ook deze zijn afkomstig van Blueprint Automation. De feeders, die in augustus 2014 werden geïnstalleerd terwijl ze zich nog in de bètafase bevonden, halen de primaire verpakkingen uit bulktanks en leggen ze netjes op een rij, zodat de vacuümopraapbekers op de robots de verpakkingen kunnen pakken en in dozen kunnen plaatsen die continu over een Kliklok Woodman Vari-Pitch transportband bewegen.
"Dit is een gloednieuwe toevoertechnologie waar we samen met Blueprint bijna tweeënhalf jaar aan hebben gewerkt", zegt Frank Cotty, vice-president van CCB. "Als de zakjes allemaal samengeklonterd zijn, kunnen de robots geen schone pick maken. We moeten de primaire verpakkingen scheiden. Daar zorgen deze automatische toevoerapparaten voor."
Wat zeker heeft geholpen om dit project tot een goed einde te brengen, is het feit dat Blueprint en CCB elkaar minder als verkoper en koper zien en meer als automatiserings-/integratiepartners. Ze hebben ook een goede staat van dienst samen, aangezien dit het derde grote project is waaraan ze hebben samengewerkt.
Stroomopwaarts van de robots
De dozen die robotmatig worden geladen, worden automatisch opgezet op een Genesis bovenlader, lock-style dozenvormmachine van Kliklok Woodman. CCB gebruikt op deze lijn een aantal doosformaten, van kleine winkelformaten tot grotere clubaanbiedingen, dus het is prettig dat de machine is uitgerust met een snelwisselsysteem voor de toevoerbalken en snelbevestigingen voor de plunjerbuizen, zodat snel en zonder gereedschap van doosformaat kan worden gewisseld. De Genesis heeft twee stations voor het opzetten van dozen, maar op de dag van ons bezoek was er een grote doos voor een 18-vaks doos in productie, dus er paste maar één van de gereedschappen voor het opzetten van de doos.
Een ander kenmerk van de Genesis is dat hij gebruik maakt van vacuüm strip-off voor extra controle over de op te zetten dozen. Cotty legt uit.
"In plaats van een doos gewoon op de transportband te laten vallen, gaat een werktuig met vacuüm cups omhoog en stript de doos direct van het vormblok en leidt het naar beneden op de transportband. De extra controle helpt om met hogere snelheden te werken."
De dozen worden op een transportband gezet die ze langs een vast gemonteerde barcodelezer uit de Cognex DataMan 300/360-serie voert. "Deze leest een barcode op elke doos om te bevestigen dat we de juiste doos hebben voor het product dat we verwerken," zegt Cotty. "Dat is voor het geval er iets gebeurt bij de dozenomzetter en er een verkeerde doos in de mix terechtkomt. Maar het vangt ook elke streepjescode op die mogelijk onleesbaar is wanneer het bij de detailhandelaar aankomt."
Cotty zegt dat hij de autotuning van de Cognex-reader prettig vindt. Deze intelligente tuning-functie selecteert automatisch de optimale instellingen voor de geïntegreerde verlichting, autofocus en imager voor elke toepassing. Dit auto-tuning proces zorgt ervoor dat de barcodelezer wordt ingesteld om de hoogst mogelijke leessnelheid te bereiken.
De vlakke tafelmodule tussen de dozenopzetmachine en de eerste robot zorgt voor een zekere mate van accumulatie, mocht dat nodig zijn. Deze transporteert dozen met geopende deksels naar een tractor-index feeder die de dozen uit elkaar plaatst voor een soepele transfer naar de Vari-Pitch transportband die de dozen door de 12 robots transporteert. De Vari-Pitch transportband wordt door Cotty beschreven als een op maat gemaakte component die is ontworpen door Kliklok Woodman en die nog niet wordt gebruikt bij andere kartonverpakkingen ter wereld.
"Ze hebben het concept van de pop-up nokken van hun Vari-Straight-sluitmachines gebruikt om er voor ons een transportband voor dozen van te maken", zegt Cotty. "Het receptbeheersysteem geeft aan hoe lang de doos is voor een bepaalde productierun. Op basis van de lengte van de doos selecteert de transportband automatisch welke nokken omhoog komen. Op die manier kunnen we automatisch van steek veranderen en kunnen we een groot aantal verschillende formaten dozen verwerken met lineaire snelheden die ruim binnen de mogelijkheden van de robots liggen om te picken en te plaatsen.
"Omdat we een co-packer zijn met veel verschillende klanten en producten, is flexibiliteit de sleutel. De nieuwe lijn biedt de veelzijdigheid om een breed scala aan doosformaten en producten te verwerken, samen met een snelle omschakeling. We verpakken alles, van kartonnen dozen voor de detailhandel tot grotere assortimentsverpakkingen met snelheden tot 150 dozen/min."
De toevoersystemen
De 12 toevoersystemen van Blueprint Automation voeden de robotlijn vanuit een hoek van 90 graden. Elk systeem werkt identiek en heeft 180 witte draaiende rollen in een roestvrijstalen kast, 90 aan de linkerkant en 90 aan de rechterkant. Het zijn deze rollen die de zakken naar voren brengen en ze van elkaar scheiden zodat de vacuümcups op de deltarobots ze netjes kunnen pakken.
Zakken bereiken een toevoersysteem via een emmerelevator die zakken vanuit een trechter op vloerniveau naar een omstelmechanisme brengt dat naar links of rechts draait, afhankelijk van of de linker- of rechterkant van het toevoersysteem zakken nodig heeft. Beide kanten zijn identiek en werken op dezelfde manier, maar voor ons doel volgen we de linkerkant. De eerste sectie bestaat uit 30 rollers, elk ongeveer 12 inch lang. De rollen zijn gegroepeerd in groepen van zes en de rotatie van alle zes wordt aangedreven door een stappenmotor/aandrijfcombinatie met een eigen controller. In elk cluster van zes rollers is ook een Keyence-sensor geïntegreerd die detecteert waar een zakje zich bevindt ten opzichte van de andere. Deze positie-informatie wordt naar de CPU van het cluster van zes rollen gestuurd, die vervolgens bepaalt of, op basis van de positie van de zakjes eromheen, de zes rollen sneller of langzamer moeten gaan draaien. Het is deze onderling gesynchroniseerde modulatie van de snelheid van de zes rollenclusters die de zakjes uit elkaar houdt.
De zakken vallen vervolgens op een tweede strook witte rollen waarvan de diameter ongeveer hetzelfde is maar de lengte ongeveer 4 inch korter dan de rollen in de eerste sectie. Het rechteruiteinde van deze rollen is iets hoger gekanteld dan het linkeruiteinde, waardoor de meeste zakjes op de rollen blijven zodat de zakjes naar voren kunnen worden gestuwd. Maar er is gewoon niet genoeg ruimte voor alle zakjes, dus de zakjes die van de rechterkant van de rollen afglijden, belanden op een retourtransportband op vloerniveau van Dorner die ze via de emmerelevator terug in het systeem brengt aan het begin van het toevoersysteem.
In totaal zitten er 60 rollen in dit tweede deel van de linkerkant van het toevoersysteem en ook hier heeft elk cluster van zes zijn eigen Keyence-sensor, zijn eigen controller en zijn eigen stappenmotor/aandrijfcombinatie. Omdat elk cluster communiceert met de omringende clusters, weet elke controller of het algemene doel van het verenkelen van de stroom zakjes beter bereikt wordt door de zes rollen te versnellen of juist te vertragen.
Volgens Martin Prakken, CEO van Blueprint Automation, is het voedersysteem een voorbeeld van zwermintelligentie: het collectieve gedrag van individuele agenten, zoals vogels in een grote zwerm, die zodanig met elkaar interageren dat gesynchroniseerd groepsgedrag ontstaat en de individuele agenten één enkele agent lijken te zijn.
"Elk cluster van zes rollers heeft zijn eigen algoritme en elk cluster communiceert met een aantal andere clusters direct ervoor en erachter," zegt Prakken. Hij zegt dat dit nieuwe toevoersysteem een grote sprong voorwaarts betekent ten opzichte van het systeem dat Blueprint-klanten, waaronder CCB, in het verleden hebben gebruikt. In die eerdere toepassingen werden de zes rollenclusters niet aangedreven door een stappenmotor, maar door een servomotor waarvan de aandrijving zich in de hoofdbesturingskast bevindt. De besturing van het toevoersysteem moet communiceren met de servoaandrijving en de aandrijving moet vervolgens communiceren met de servomotor. "Met deze nieuwe combinatie van stappenmotoren en aandrijvingen en met intelligentie ingebouwd in elk cluster van zes rollen", zegt Prakken, "stromen de gegevens veel efficiënter en sneller".
Het nettoresultaat van het Blueprint toevoersysteem is dat in vrij korte tijd wat ooit een massa zakken in bulkbakken was, is omgezet in een ordelijke stroom van individuele zakken die van het laatste cluster rollen op een vlakke pickband vallen. Een visionsysteem, ook weer van Cognex, identificeert de exacte locatie van elke zak op deze band en deelt deze coördinaten met de delta-robot direct stroomafwaarts. Wat er vervolgens gebeurt, hangt grotendeels af van wat er in het receptbeheersysteem wordt ingevoerd.
"Elk van de 12 robotcellen is onafhankelijk van de andere", zegt Cotty. "Hij kan elke doos die voorbij komt voeden, of hij kan alleen zakjes plaatsen in elke andere doos of elke derde doos of wat we maar kiezen."
Waar het op neerkomt is dat alles wat gepickt kan worden ook gepickt kan worden. Elke cel heeft drie vacuümklepsystemen, dus afhankelijk van de gekozen tooling kan elke robot tot drie items tegelijk pakken. Zakken kunnen allemaal tegelijk in een doos worden geplaatst of er kan er een worden geplaatst en dan kan de eindeffector iets worden bewogen om de andere zak in een positie te laten vallen die gunstiger wordt geacht. Soms is dit handig bij dozen met een groot aantal stuks om ze allemaal netjes te laten passen.
Nog twee opmerkingen over het toevoersysteem. Als er te veel zakjes op de pickband aankomen voor de robot om te verwerken, vallen de zakjes die niet gepickt worden gewoon van de pickband af op een Dorner-band die verbonden is met de retourband die teruggaat naar de toevoerbekerelevator. Als het Cognex vision systeem een zakje ziet dat kleiner is dan de geselecteerde parameters, of als het een zakje ziet dat geplet is of op een andere manier misvormd waardoor het niet te pakken is, dan vertelt het systeem de robot dat zakje niet te pakken maar van de pickband te laten vallen en op de retourtransportband te leggen. Deze Dorner-band heeft een zwenkfunctie die automatisch wordt geactiveerd om de defecte zak naar een bak voor afkeur af te leiden.
Twee keer gecontroleerd gewogen
Bij het verlaten van ABB robot #12 worden de gevulde dozen in een bocht over een controleweger van Mettler Toledo getransporteerd. "We wegen de dozen twee keer," zegt Cotty, "eerst met de doos nog open en dan nadat hij gesloten is. Als het doosje open is, kan er nog steeds een zakje uitvallen voordat het de doosjesdichter bereikt. Checkwegen na het sluiten van de doos is nog een manier om er zeker van te zijn dat elke doos het juiste aantal zakjes heeft."
De dozensluiter waar Cotty naar verwijst is de Vari-Straight van Kliklok Woodman.
"We hebben een van de eerste die ze ooit hebben gebouwd op een van onze andere lijnen," zegt Cotty. "Dit is de nieuwste versie van de Vari-Straight, dus hij heeft alle Allen-Bradley servobesturingen. De machine is berekend op maximaal 150 dozen/min en kan alle formaten dozen aan die we maken." De Allen-Bradley-besturingen worden geleverd door Rockwell Automation.
Geïntegreerd in de Vari-Straight dozensluiter is een Robatech-systeem voor het aanbrengen van smeltlijm. "We hebben gemerkt dat het een goede controle over de lijm heeft en dat er niet veel lijmdraden ontstaan", zegt Cotty. "Het werkt geweldig."
Inkjetcodering van variabele informatie is de volgende stap, die wordt uitgevoerd door een systeem van Domino. "Domino is onze partner als het gaat om het bedrukken van dozen in deze fabriek", zegt Cotty.
Na een tweede metaaldetector van Mettler Toledo gaan de dozen naar het EZ Pack casepackstation van Combi Packaging Systems. Dit station zet de dozen automatisch rechtop en schuift ze door naar een station waar operators snel en efficiënt met de hand dozen laden. De dozen worden vervolgens in een automatisch bovensealstation geduwd waar de bovenkanten worden dichtgelijmd. Een volledig geautomatiseerd casepacker systeem was nooit echt een optie, zegt Cotty, omdat het aantal omschakelingen dat bij een co-packing operatie als deze komt kijken het onbetaalbaar zou maken om onderdelen te vervangen.
Het coderen van de dozen gebeurt met een inktjetsysteem van Squid Ink. Net als bij het upstream Domino-systeem voor het coderen van dozen, krijgt de dozencoder van het receptbeheersysteem te horen welke informatie bij elke wisseling geprint moet worden.
Vervolgens wordt er gerobotiseerd gepalletiseerd met een Fanuc-systeem. "We hebben de Fanuc palletiseermachine in 2007 geïnstalleerd, wetende dat we er een tweede lijn op zouden willen aansluiten," zegt Cotty. "We hadden hem ook zo ontworpen dat hij zowel golfkarton als vezelplaten kon pakken. Nogmaals, dankzij ons receptbeheersysteem weet de robot om welk soort slipsheet het gaat. Als we golfkarton gebruiken, brengen we op elk golfkarton een lijm aan omdat het niet zo kleeft en de eerste laag dozen de neiging heeft om een beetje te verschuiven."
Een verbetering in de nieuwe lijn is de verwerking van de dozen aan het einde van de lijn. Op de oudere lijn die de palletiseermachine voedt, brengen continu aangedreven rollenbanen de kratten naar het sluitmechanisme dat de kratten naar het pickstation voert. Hierdoor kan tegendruk ontstaan, waardoor de werking van het sluitmechanisme in gevaar kan komen. Op de nieuwe lijn is de beweging van de Hytrol rollenbanen onderworpen aan een PLC die het tegendrukprobleem elimineert. Er is ook een uitloper van de Hytrol rollenbaan waarlangs kratten kunnen worden omgeleid als er een speciale verpakking nodig is. Nogmaals, het hebben van dergelijke opties is erg handig als je een co-packer bent, zegt Cotty.
De Fanuc-robot, voegt Cotty eraan toe, heeft sinds zijn aankomst in 2007 vlekkeloos gefunctioneerd. Hij voegt eraan toe dat er onlangs een wijziging is aangebracht in de eindeffector, waar het vacuümplenum is vervangen. Hiervoor in de plaats zit nu The Squid, een universeel vacuümhefwerktuig van Vacuforce dat een zelfsluitende kleptechnologie heeft waardoor individuele vacuümzuignappen automatisch sluiten als ze niet zijn afgesloten tegen de te hanteren last. Dus als sommige van de 120 vacuümzuignappen op de eindeffector niet in contact komen met de op te pakken lading, sluit een klep in elk van de kleppen van die zuignappen om te voorkomen dat er stof in die klep terechtkomt. "We hebben deze verandering ongeveer 3 maanden geleden doorgevoerd en sindsdien hebben we geen problemen meer gehad met het vacuüm," merkt Cotty op. "Voorheen hadden we ongeveer elke week stofgerelateerde vacuümproblemen."
De nieuwe lijn wordt afgesloten met een automatische rekwikkelaar van Phoenix Wrappers.
Terwijl hij bij robot #12 staat en achterom kijkt naar de andere 11 robotcellen die soepel en automatisch hun werk doen, is Cotty duidelijk tevreden met het resultaat van dit ambitieuze en kapitaalintensieve project. "Deze lijn is een voortzetting van ons streven om geautomatiseerde verpakkingsalternatieven tegen lage kosten aan te bieden aan onze klanten," zegt Cotty. "Het is heel hightech."
Dit zou wel eens het understatement van het decennium kunnen zijn.