Futuro de la línea de embalaje robótica integrada

Sep 01, 2023

El proveedor de lavado de autos Sonny's sabía que para cumplir sus ambiciosos objetivos de ventas para un formato de detergente de 2,5 galones de rápido crecimiento, un sistema heredado semiautomático no sería suficiente. La línea de envasado robótica integrada resultante es la joya de sus instalaciones recién inauguradas.

En 1978, Sonny's The Car Wash Factory comenzó como un fabricante de piezas pequeñas con la misión de "Hacer que el lavado de autos sea fácil" para los propietarios y operadores de túneles de lavado y convertirse en el líder mundial de la industria. Sonny's es ahora el mayor fabricante de equipos de lavado de autos con cinta transportadora y ofrece 12 soluciones comerciales de lavado de autos como la ventanilla única para todas las necesidades de lavado de autos. Los negocios complementarios adquiridos estratégicamente por Sonny, incluido Diamond Shine, con sede en Cleveland, líder de la industria en limpiadores y solventes de primera calidad.

La línea Bullseye™ de Diamond Shine de ceras y detergentes comerciales para lavado de autos de potencia industrial es bastante más potente que los cubos de espuma con los que trabajan los guerreros de fin de semana mientras lavan sus autos en el camino de entrada. La mayor diferencia es que se trata de productos químicos concentrados que deben medirse y diluirse cuidadosamente en agua, no usarse directamente del frasco. Con 2,5 galones, estas botellas estilo F están claramente divididas para uso comercial. Una vez en manos del profesional de lavado de autos, las botellas rígidas de HDPE con asa integral están diseñadas específicamente para encajar en el sistema de suministro de detergente con tanque mecánico Bullseye de la compañía, que mezcla la solución de jabón con agua y garantiza proporciones adecuadas de dilución del detergente para lavado de autos.

Las fugas son un enemigo importante de cualquier operación de embotellado de líquidos, pero el sentimiento es doblemente cierto para los productos químicos concentrados de Diamond Shine. Dado el contenido industrial de las botellas, las botellas de detergente de 2,5 galones requieren sellado por infrarrojos con papel de aluminio cuando se tapan. Y el embalaje secundario en cajas impresas de dos unidades también es lo más robusto posible, utilizando cartón corrugado de doble pared y una partición corrugada estilo Z. Se empaquetan dos botellas por caja en posición paralela para que queden juntas en un sistema de embalaje dividido y bien empaquetado. Los pesos de las cajas varían según el producto, pero cada uno pesa alrededor de 50 libras.

En un mercado laboral reducido, el crecimiento estimula la automatización. Desde la adquisición de Diamond Shine hace unos años por parte de Sonny's, ha ido creciendo rápidamente.

Este rápido crecimiento precipitó un traslado en 2021 de una ubicación existente en Wickliffe, Ohio, a una instalación de fabricación abandonada más grande en Mentor, Ohio, en un proyecto de renovación de 109,000 pies cuadrados y 20 millones de dólares para dar cabida a una mayor producción. El principal impulso para la medida estuvo en el lado de procesamiento de las operaciones, al aumentar la capacidad de mezcla a través de tanques de mezcla más grandes y agregar tanques de almacenamiento a granel para los productos químicos a granel más utilizados. Este almacenamiento de productos químicos a granel evitaría la necesidad de agregar muchos de los productos químicos de gran volumen manualmente, mediante tambores y contenedores, al mezclar el producto. Pero como suele ocurrir cuando los procesos ascendentes mejoran y se vuelven más rápidos, las operaciones de envasado descendentes deben acompañarlos, para que no se conviertan en un cuello de botella.

Vídeo cortesía de Sonny's Direct.

Las operaciones de envasado de detergentes de 2,5 galones, conocidas internamente como línea Bullseye, llegaron a lo más alto de la lista de deseos de la empresa en automatización de envasado. Este formato anteriormente era un proceso de envasado manual y poco amigable con la mano de obra. Pesaba mucho en el embalaje secundario y creaba algunas situaciones complicadas al llenar el detergente concentrado.

Pero la falta de automatización heredada significaba que había pocos equipos o infraestructura de embalaje existentes en la ubicación anterior que necesitaran ser reubicados o reemplazados. Mientras los líderes consideraban renovar sus nuevas instalaciones para sus necesidades, incluido un proyecto casi en blanco de una línea de envasado de detergentes de 2,5 galones, la empresa se puso en contacto con el integrador de líneas de envasado y procesamiento Patrick Coakley de Plant Automation Group (PAG). Analizó los números en función de factores como los requisitos de velocidad de la línea, la robustez del embalaje, el deseo de redundancia y la preferencia de poder crecer en líneas de embalaje si las velocidades o la demanda aumentaran. Coakley recomendó un enfoque en el que él y PAG integrarían la línea de envasado primario.

"Cuando comenzamos a investigar los requisitos a largo plazo para automatizar el envasado de esta jarra de dos galones y medio, nos dimos cuenta de que sería un proyecto interesante", dice Coakley. "Todos los fabricantes que trajimos a la mesa fueron cuidadosamente elegidos para ser el equipo óptimo para este conjunto único de deseos y necesidades".

Ahora, PAG también hace bastantes negocios integrando aplicaciones de embalaje secundarias y de final de línea. Pero en este caso, las circunstancias les indicaron una solución más local. Coakley recurrió al socio frecuente del proyecto Hamrick Packaging Systems, un OEM de Ohio que no está muy lejos de Diamond Shine, para integrar el taller de cajas y el embalaje secundario hasta el paletizado al final de la línea. El apretón de manos entre los dos esfuerzos de integración paralelos se produciría en la función de empaquetado de cajas. Aquí está su relato de cómo surgió la colaboración.

"Hamrick simplemente hace un trabajo fantástico", dice Coakley. “Jordan está haciendo crecer su empresa y hace lo correcto para sus clientes. Para mí, parte de esto se debió a que Hamrick estaba físicamente cerca del fabricante, pero también tenía la capacidad de colocar contenedores robóticamente. Y debido al peso de los contenedores, necesitábamos una solución de colocación robótica”.

Dado que el nombre del juego es un sistema de embalaje robusto que maneja cajas de 50 libras, se pondría menos énfasis en las velocidades generales: seis cajas por minuto, por línea (la línea está reflejada), o 15 cajas por minuto para todo el sistema. iba a ser más que suficiente en el futuro previsible.

“Patrick nos preguntó: '¿Pueden empacar esto? ¿Puedes montar, sellar, paletizar e insertar la partición?'”, recuerda Jordan Hamrick. “Y sí, podríamos. Habíamos insertado particiones robóticas antes, pero no para el estilo Z. Ésa era una nueva pieza de equipo que teníamos que idear. La formadora de cajas la habíamos hecho antes, pero no para una caja de doble pared, así que agregamos algunos componentes para poder ejecutarla. Pero teníamos el plan listo para poder suministrar toda la línea internamente. Sólo fueron necesarios algunos ajustes menores e ingeniería para realizar el trabajo”.

Inicialmente, Hamrick había considerado utilizar formadoras de cajas de otro proveedor, que frecuentemente venden e integran para sus propios clientes. Pero Hamrick se dio cuenta de que, a estas velocidades, sería mejor que también dieran este paso internamente.

“Trabajaban a 25 casos por minuto, y eso era un poco excesivo para lo que necesitábamos para procesar cinco o seis casos por minuto por línea. Y teníamos nuestro propio modelo de formadora de cajas de 15 por minuto que rediseñamos hace un par de años”, dice Hamrick.

Las configuraciones robóticas y las operaciones de final de línea fueron las siguientes en discutirse, y poco después de que Hamrick entrara en escena se produjo otro cambio en los planes. Los diseños iniciales requerían una única línea de envasado secundario. Pero al mismo tiempo, el equipo de ventas de Sonny se fijó un objetivo ambicioso a largo plazo: cambiar su mezcla de formatos de paquetes de detergente entre tambores y paquetes de 2,5 galones. Este cambio no se producirá de la noche a la mañana, ni mucho menos. Pero si el equipo de ventas comienza a alcanzar su objetivo de combinación de ventas, una línea de envasado secundario de un solo carril quedaría obsoleta para el volumen previsto muy rápidamente. Así, el nuevo plan de ataque se convirtió en un sistema reflejado de dos líneas con mucho margen para el crecimiento futuro esperado en este formato de paquete. El plan sería capaz de mantener instalaciones robóticas únicas en la empacadora de cajas y el paletizador, aunque todavía se usarían dos robots de inserción de particiones espejadas en el taller de cajas. Operaciones de clasificación al inicio de la línea en posición vertical y orientación de botellas sueltas de HDPE de 2,5 galones de una tolva. La línea se refleja después de una sola unidad de descodificación, pero sólo una línea está en uso regularmente hasta que la producción aumenta a los volúmenes futuros esperados.

"La forma en que Hamrick y nosotros diseñamos la línea fue proporcionar una única instalación robótica que soportara dos líneas", recuerda Coakley. “Entonces, aunque no existe redundancia en términos de una relación clara de uno a uno, estamos reduciendo la huella. Y dado que Hamrick ha hecho un trabajo fantástico con los robots Fanuc durante los últimos tres años, y la confianza conmigo era tan alta, recomendamos que Jordan también se encargue de fabricar un paletizador robótico para sus necesidades”.

Una vez ordenados los roles y responsabilidades, los planes finalizados para la línea se concretaron rápidamente. PW habló con el ingeniero de automatización de Sonny, Adam Harper, la contraparte de PAG y Hamrick en la instalación, a finales de 2022. Como era de esperar, hubo algunos contratiempos en el camino, porque “no todo en CAD 2D o 3D siempre se alinea perfectamente”, bromea Harper, pero las tres partes trabajaron en lo que ahora es una línea de empaque completa bastante ingeniosa.

Integradas por PAG, las operaciones de envasado primario comienzan con botellas vacías de HDPE estilo F de 2,5 galones que ingresan a las instalaciones de Mentor en paletas de aproximadamente 60 botellas por fila, a ocho filas de alto, con láminas deslizantes que separan cada fila. Los operadores despaletizan manualmente cortando el encogimiento de la plataforma y colocando cada fila de botellas en una cinta elevadora inclinada que alimenta un único conjunto posicionador de Pace, una marca de ProMach, que comienza con una tolva anular que gira paralela al piso en un nivel del entrepiso. La tolva orienta las botellas sobre sus lados y las coloca en una serie de correas de distribución, pero la dirección en la que miran mientras viajan (hacia abajo o hacia el cierre) sigue siendo aleatoria hasta que las botellas pasan a través de un conjunto de gancho giratorio mecánico que las orienta. en la postura deseada hacia abajo. Después de la orientación, un labio mecánico de las correas atrapa la superficie plana de los fondos principales de las botellas a medida que pasan, enderezándolas desde sus lados.

“El siguiente paso es que todas las boquillas tengan que estar orientadas en la misma dirección, con la boquilla hacia delante”, dice Harper. “Entonces, al final del conjunto del clasificador de botellas hay un orientador de botellas. Tiene dos fotocélulas láser de Allen-Bradley, uno que observa el espacio dentro del mango y el otro que observa la boquilla. Si la botella está orientada en la dirección correcta, con la boquilla hacia adelante, los sensores leen el mango y la orientación como verdaderos y la botella no está girada. Si la botella está orientada incorrectamente, con la boquilla hacia atrás, un fotocélula lee el mango como verdadero, pero el otro lee la boquilla como falsa. Cuando ese es el caso, se mueve ligeramente hacia arriba en la línea para girar 180 grados mediante un brazo giratorio, y todas las botellas salen del posicionador Pace en la orientación correcta”. El llenado se realiza en llenadoras de seis cabezales donde las lanzas descienden sobre tornillos de bolas hasta las botellas vacías. Se puede utilizar llenado superior, llenado inferior o un híbrido de los dos métodos llamado seguimiento para llenar las botellas dependiendo de las características del producto. Cada botella se asienta sobre una celda de carga individual y el llenado se mide por peso en lugar de por volumen o línea de llenado.

¿Se está preguntando: “Espera, ¿solo un clasificador? ¿Pensé que se trataba de una operación reflejada de doble línea? Si es así, buena captura; Aquí es donde la línea se divide en dos. Una vez orientado, un transportador desviador de Wrabacon Inc., una empresa de PAG, ramifica el transportador único en forma de 'Y' con dos líneas aguas abajo. Una compuerta en la división desvía las botellas aguas abajo hacia cualquier línea que necesite alimentación.

Las dos líneas viajan en paralelo a dos llenadoras espejadas de seis cabezales del grupo PASE de Massman, donde las lanzas descienden sobre tornillos de bolas hasta las botellas vacías. Cada una de las dos llenadoras procesa seis botellas a la vez. Cada botella se asienta sobre una celda de carga individual y el llenado se mide por peso en lugar de por volumen o línea de llenado.

"En un mundo ideal, haríamos 12 botellas por minuto en cada lado, o aproximadamente 30 segundos por ciclo", dice Harper. “Pero fabricamos jabones que son extremadamente concentrados, por lo que pueden resultar muy espumosos. Un objetivo más realista para los productos químicos más espumosos es llenar unas 10 botellas por minuto, durante todo el proceso. Pero estamos apuntando a 12”.

Los llenadores de seis cabezales son capaces de llenar desde arriba, desde abajo o siguiendo, dependiendo de la viscosidad y las características de la espuma del detergente que se está llenando. El llenado superior es el más rápido, y como su nombre indica se llena desde la parte superior de la botella, donde permanecen las lanzas durante todo el llenado. El relleno superior es adecuado para ceras y productos que carecen de tensioactivos, por lo que puede soportar cierta agitación sin formar espuma. Pero los productos químicos que contienen tensioactivos no se pueden llenar fácilmente por la parte superior debido a sus características de formación de espuma, por lo que ahí es donde entra en juego el llenado por la parte inferior. Las lanzas se sumergen en el fondo de la botella vacía y permanecen allí durante el llenado. Este es el método más lento, considerando que hasta 25 libras de detergente líquido se acumularán sobre la lanza a medida que se llena, trabajando en contra del flujo. Pero también es más suave con los productos más espumosos y propensos a la espuma. Para recuperar algo de tiempo en un relleno inferior, se puede utilizar la opción de seguimiento de relleno. Cuando se utiliza este método, las lanzas se elevan un poco más de una pulgada por cada cinco libras de detergente líquido que se llena. Este es un enfoque que combina lo mejor de ambos mundos, que es cuidadoso con el producto y aún más rápido que el llenado por el fondo, pero requiere la participación del operador. En última instancia, elegir entre los tres es función del producto, el operador y las velocidades de llenado deseadas o requeridas. La flexibilidad para cambiar métodos para diferentes productos y requisitos es el factor importante para Sonny's. Las botellas llenas se transportan a un tornillo de sincronización diseñado a medida y con puerta frontal, donde una por una se aceleran y se dosifican hasta llegar a un bolsillo estacionario en el tornillo y un taponador de rosca estilo mandril empujan una tapa sobre la botella. El torque de tapado debe ser preciso para acomodar un sello de aluminio de la tapa interna que será sellado por infrarrojos a la botella aguas abajo.

Luego, las botellas llenas se transportan a un tornillo de sincronización diseñado a medida y con puerta frontal, donde una por una se aceleran y dosifican hasta que llegan a una cavidad estacionaria en el tornillo. A pesar de que el transportador continúa funcionando debajo de la botella temporalmente estacionaria, se mantiene en su lugar debajo de una taponadora de rosca Balpack estilo mandril, comprada en All-Fill, hasta que un brazo neumático empuja con éxito una tapa sobre la botella. Las propias tapas se introducen en la taponadora de rosca a través de una tolva y un elevador inclinado, luego se dispensan por un conducto hacia un bolsillo para tapas, donde cada tapa se encontrará con precisión con la botella llena pero destapada que espera. A continuación, el cilindro neumático empuja hacia abajo la tapa colocada y la hace girar sobre la rosca del cuello de la botella. Antes de que la botella tapada haya salido siquiera de la primera cavidad de cierre, la siguiente botella destapada ha superado el tope en la cabeza del tornillo de sincronización y ya se desplaza a través del tornillo a tapar.

“Una vez que pasa por la primera estación donde se aplicó la tapa, el tornillo de sincronización la lleva un poco más lejos para llevar la botella a una segunda estación de torsión para realizar una verificación de torsión secundaria en la parte superior de la tapa solo para asegurarse de que esté en el ajuste de torsión correcto”, dice Harper. “Es importante que tenga el torque correcto, ya que hay una tapa de aluminio en el interior de la tapa que debe estar lo suficientemente ajustada para que, cuando pase por un sellador infrarrojo más adelante en la línea, el aluminio quede colocado correctamente para alinearse y sellar. hasta la parte superior de la botella, en lugar de hasta la tapa. Si está demasiado apretado, se arrugará el papel de aluminio, lo que provocará un mal sellado de infrarrojos. Y si está demasiado suelto, no quedará sellado en absoluto en la botella”. Más sobre ese sello infrarrojo más adelante.

Después de salir de la segunda estación de torsión, cada botella pasa a través de dos sensores Keyence separados. Primero, un sensor de detección de papel de aluminio confirma que hay papel de aluminio en la tapa y rechaza los que no lo tienen en una bandeja de rechazo. El siguiente es un sensor de altura de la tapa; Harper explica su propósito.

"Los pesos son sustancialmente diferentes entre nuestros productos químicos, lo que distiende ligeramente las botellas de diferentes maneras y cada uno cambia ligeramente la altura de la tapa, incluso en botellas del mismo tamaño", explica Harper. “El operador ajusta el rango de altura correcto durante cada ejecución. Utilizando las primeras seis botellas que salen del llenador de seis cabezales en una producción como muestra representativa de lo que sigue, el operador establece el límite de altura de torsión para las botellas restantes. Luego, cualquiera que esté fuera de especificación, más o menos un milímetro o un milímetro y medio, también se rechaza”. Las operaciones de etiquetado son bastante uniformes de un producto a otro.

Después de las operaciones de taponado y el control de calidad relacionado, la aplicación de etiquetas sensibles a la presión se realiza en una etiquetadora NITA, una máquina que, según Harper, es fácil de usar y requiere muy poca capacitación. Si bien este equipo es ciertamente capaz de realizar trabajos más complejos y muchas recetas, la variación de etiquetado en la línea de productos químicos líquidos de 2,5 g es bastante limitada. Los ajustes en la posición de las etiquetas durante los cambios son poco frecuentes y generalmente se basan en una pequeña distensión o deformación de la botella que puede ocurrir con detergentes líquidos más pesados ​​o el producto ocasional llenado en caliente.

Después del etiquetado, encontramos la única pieza importante de equipo heredado que proviene de la línea de envasado anterior, en su mayoría manual, en Wickliffe. Se trata de un sellador infrarrojo de Enercon, que no toca físicamente las botellas en absoluto. ¿Recuerda lo importante que era el torque correcto en las operaciones de tapado? A medida que las botellas tapadas pasan por debajo de este equipo, el dispositivo Enercon calienta lo suficiente la tapa de aluminio colocada con precisión que descansa sobre el borde de la botella, debajo de la tapa, para que el aluminio y la botella se adhieran entre sí. Este es un paso importante, ya que cuando un asistente de lavado de autos finalmente abre la tapa para mezclar el detergente en un dispositivo Bullseye, encontrará un sello de aluminio debajo de la tapa. Luego, la estación de dilución Bullseye rompe ese sello para liberar el detergente dentro del equipo, lo que significa que el encargado del lavado de autos no tiene que manipular los químicos líquidos concentrados. A medida que las botellas tapadas pasan por debajo de este equipo, un sistema de sellado por infrarrojos calienta lo suficiente con precisión. Coloque una tapa de aluminio que descanse sobre el borde de la botella, debajo de la tapa, de modo que el papel de aluminio y la botella se adhieran entre sí.

Se produce cierta acumulación después del sellado con papel de aluminio y las botellas se orientan nuevamente, esta vez para prepararlas para el empaque robótico. Utilizando un conjunto de gancho giratorio mecánico simple pero ingenioso, las botellas se giran para viajar aguas abajo primero por el costado, con las boquillas hacia afuera. Los transportadores inclinados de productos de Lagrotta Packaging suministran las correas de distribución y el transporte para esta parte de la línea.

"Existe una variedad de métodos que se pueden utilizar para voltear estas botellas", dice Hamrick. "Hay una rueda de estrella, tornillos de sincronización y otras opciones, pero la forma más rentable para esa botella específica en líneas de baja velocidad es utilizar el conjunto de gancho giratorio".

En este punto, la línea pasa del embalaje primario al secundario, y ahí es donde PAG entregó las claves de integración de la línea a Hamrick. Al comienzo de las operaciones de empaquetado de cajas, dos formadoras de cajas Hamrick mecánicas zurdas con sistemas neumáticos Festo operan en tándem, una de las cuales está hábilmente orientada en un ángulo de 45 grados con respecto a la otra para acomodar un pilar estructural en la instalación. Pero, ¿por qué utilizar dos tiendas de cajas independientes para estas velocidades más lentas y un formato de paquete único? Las operaciones del taller de cajas incluyen el montaje de una caja corrugada impresa pesada de doble pared, el encintado automático y la inserción de particiones robóticas.

“Inicialmente, a estas velocidades, analizamos ejecutar una formadora de cajas, una insertadora de particiones y luego desviar las cajas para emparejarlas con una línea u otra, la que tuviera más escasez de cajas. Después de todo, el formato del paquete está dedicado a ambas líneas, son botellas de 2,5 galones”, recuerda Hamrick. “Pero la fórmula de los jabones y el arte de los estuches pueden variar entre las dos líneas. Un relleno podría ser un tipo de detergente y el otro, un tipo diferente. Y si solo tuviéramos una tienda de cajas, necesitaríamos hacer palets mixtos o cargadores de cajas mixtos. Al final, fue más fácil hacer una tienda de cajas dedicada en cada línea. Y luego pudimos usar el robot para poder empacar sincrónicamente entre ambos, incluso cuando están ejecutando un producto diferente en cada línea”.

Los talleres de cajas están diseñados para manejar cartón corrugado de doble pared 48 ECR extremadamente pesado para acomodar cargas de líquidos de 50 libras. Cada formadora de cajas cuenta con un cargador de 6 pies (aproximadamente 100 unidades de espacios en blanco corrugados), un mecanismo de escuadrado y un sistema de servo indexación, con controles en la parte posterior. Un cabezal de cinta de DEKKA, una empresa de ProMach, en cada una de estas formadoras de cajas pega con cinta adhesiva la parte inferior de las cajas montadas; un brazo servo simplemente hace avanzar la caja montada a lo largo de un dispositivo de cierre de solapa inferior y pasa por un cabezal de cinta. Un brazo robótico con agarre de succión (A) toma una partición en blanco 2D de un cargador y (B) dobla la partición en una partición 3D. Forma de 'Z' alrededor de un mandril plano antes de sumergir la partición en la caja erigida que espera debajo.

Inmediatamente después, y de hecho acoplado a cada formadora de cajas, se encuentra un insertador de particiones robótico. Hamrick seleccionó dos LR Mate 200iD/7L de 6 ejes de Fanuc para esta operación.

“Aquí no se necesita una carga útil elevada, ya que se trata sólo de la inserción de la partición; sólo necesitas velocidad y alcance”, dice Hamrick. “La partición podría ser sólo una fracción de un kilogramo. Pequeñas placas de vacío recogen particiones planas 2D previamente marcadas de una pila, luego las pasan a través de un mandril curvo para crear el formato Z y luego las sumergen en la caja”.

Las cajas montadas con cinta inferior avanzan sobre un transportador de rodillos accionado por TGW Case Conveyors debajo de las dos líneas de alimentación de botellas y giran 90 grados para alinearse y correr paralelas entre sí, como dos entradas de producto/caja emparejadas. Entre las dos líneas paralelas se encuentra un robot M-710iC/50H de cinco ejes de Fanuc. Allí no es necesario un sexto eje, ya que todo el trabajo que se realiza está en el mismo plano: las botellas no requieren rotación ni manipulación adicional. La herramienta de extremo de brazo diseñada por Hamrick es un híbrido de abrazaderas mecánicas y de vacío que agarra las botellas por el mango, recogiendo dos botellas a la vez. A medida que el robot recoge y transporta las botellas desde la entrada del producto, un collar mecánico desciende sobre las solapas abiertas de la siguiente caja a empaquetar, asegurando una colocación adecuada en las cajas divididas y evitando que las botellas se enganchen en las solapas de las cajas corrugadas.

Los seis cabezales de llenado aguas arriba en cada línea indican que la mayoría de las operaciones aguas abajo se realizan en grupos de seis, como lo demuestra el paso de calibración del sensor de altura de la tapa mencionado anteriormente. El empaque de cajas también se realiza en grupos de seis, pero con un buffer adicional de dos botellas. El brazo robótico único envasará una línea hasta que la línea opuesta acumule ocho (seis más una reserva de dos) botellas. Luego cambiará de una línea a otra, para hacer tres selecciones de dos, dos y dos, dejando las dos últimas botellas en su lugar mientras la línea se llena hasta ocho. Luego, el robot pasará a la otra línea, momento en el que se habrán acumulado ocho botellas, y este proceso se repite durante todo el recorrido. Aquí comienzan las operaciones de envasado secundario. Las líneas de cajas montadas con tabique que salen del taller de cajas (izquierda) se unen con las líneas de botellas llenas, etiquetadas y tapadas, para el embalaje robótico de cajas.

"Funciona bien porque hay ocho botellas y el robot recoge seis de ellas", dice Harper. “Eso significa dos botellas por caja y tres cajas por línea que se empujan hacia abajo en cada ciclo, que es exactamente lo que el paletizador toma en cada selección. Hay conveniencia y eficiencia incorporadas en ese diseño”.

Las solapas superiores de las cajas empaquetadas se cierran mecánicamente y se pegan con cinta adhesiva a otro cabezal de cinta DEKKA mientras se transportan hacia el paletizado. El etiquetado de cajas automatizado ahora también se produce en el momento del intercambio entre el embalaje de las cajas y el paletizado. Sonny's había estado preetiquetando los espacios en blanco de corrugado en los primeros días de producción de esta línea de empaque, pero desde entonces la compañía ha invertido en dos etiquetadoras NITA más diseñadas para cajas de corrugado que se integraron en la línea inmediatamente después del empaque de cajas, justo antes de la paletización, para permitir que el etiquetado se realice bajo demanda.

Las operaciones de final de línea se llevan a cabo mediante otro brazo robótico de Fanuc que sirve a ambas líneas, esta vez un robot M-410/185 kilogramos, lo que equivale a una carga útil potencial de aproximadamente 370 libras. En esta operación, el brazo recoge tres cajas a la vez, por lo que con aproximadamente 50 libras por caja, se obtienen selecciones de 150 libras. Dado que cada selección consta de seis botellas en total o tres cajas, el ritmo es notablemente más lento al final de la línea, superando fácilmente las operaciones primarias.

Hamrick dejó las preferencias de patrones de paletas en manos de Harper, quien naturalmente consultó a los empleados que habían estado paletizando manualmente las operaciones en la planta de Wickliffe. Esos empleados seleccionaron un patrón de 3x4, o 12 quilates por capa, en tres filas de altura, que sigue siendo el patrón de paleta preferido en la actualidad. Las hojas deslizantes se colocan encima de la plataforma vacía a través de un pórtico después de la distribución de la plataforma; no se requiere ninguna entre las capas. Las tres filas se apilan sin girar la fila central, evitando así que sobresalga. Aunque el gran peso va en contra de las tarimas altas, las convierte en tarimas unificadas de 36 unidades resistentes y robustas que se desplazan bien, según Harper. En cuanto a las velocidades, cada línea produce un pallet cada seis minutos a velocidad de crucero, con margen para acelerar a partir de ahí si es necesario. Incluso al final de la línea, las operaciones de embalaje siguen una regla de seis. Si recuerda, el llenado opera de 10 a 12 botellas por minuto por línea. Eso equivale a una paleta de botellas de 72 unidades, o una paleta de cajas de 36 unidades, cada seis minutos. Un brazo robótico de cinco ejes recoge dos botellas llenas a la vez y las coloca en cajas de cartón corrugado divididas. Las cajas se cierran, se pegan y reciben una etiqueta antes de llegar al paletizador.

Un desarrollo más reciente ha sido entrenar al robot para rotar las selecciones de tal manera que garantice que las etiquetas estén orientadas hacia afuera en ambos lados de la paleta, ya que el patrón de paleta más natural daría como resultado que todas las etiquetas solo fueran visibles en una de las paletas. cuatro lados.

"Simplemente facilita el envío y es más fácil para nuestros distribuidores", dice Harper sobre la actualización.

El efector final de este paletizador fue suministrado por Joulin, una empresa de Piab, y quizás sorprendentemente es capaz de realizar fácilmente picos de más de 150 libras usando solo succión al vacío y sin abrazaderas mecánicas.

"El plan original detrás de esto era utilizar una herramienta similar a la que habíamos usado para una empresa de agua embotellada, que era más como un tenedor y una abrazadera", dice Jeff Eckstein, director de ingeniería de Hamrick. “Pero incorporamos a Joulin, con quien hemos trabajado en otras aplicaciones. Estaban muy seguros de que podríamos recogerlos usando una simple aspiradora, lo que simplifica todo ya que el robot puede flotar y hacer estas filas muy fácilmente sin interferir con nada más y sin necesidad de abrir abrazaderas ni nada por el estilo. Las operaciones de línea se realizan mediante otro brazo robótico único, pero este con una carga útil potencial de aproximadamente 370 libras. En esta operación, el brazo recoge tres cajas a la vez, por lo que con aproximadamente 50 libras por caja, se obtienen selecciones de 150 libras. Quizás sea sorprendente que las herramientas de extremo del brazo puedan realizar fácilmente picos de más de 150 libras usando solo succión por vacío y sin abrazaderas mecánicas. Los transportadores de paletas incluyen un dispensador de paletas, un insertador de hojas estilo pórtico y un transportador/acumulación de paletas.

Prime Conveyor suministró transportadores de paletas para el proyecto, proporcionando un dispensador de paletas, un insertador de hojas estilo pórtico y un transportador/acumulador de paletas. El envoltorio elástico no se realiza en línea; Los palés se enrollan manualmente desde la línea de embalaje hasta una enfardadora. Los planes para 2023 incluyen una enfardadora en línea.

Ningún proyecto está exento de obstáculos, y vale la pena mencionar los que se enfrentan en el proyecto de automatización de detergentes de Sonny. Como ocurrió con la mayoría de los proyectos de automatización emprendidos durante la pandemia, los problemas en la cadena de suministro obstaculizaron los plazos. Una solución alternativa que terminó siendo un hallazgo sorprendente tanto para Hamrick como para Sonny fue el pivote hacia las HMI de Weintek y los variadores, variadores y servos de Mitsubishi Electric. Sin embargo, en todos los centros de máquinas se integraron PLC estándar de Allen-Bradley.

“No los conocía mucho, pero han sido geniales. Son muy fáciles de usar y tan buenos como cualquier otro que hayamos visto”, dice Harper sobre las interfaces y las unidades.

Por su parte, Hamrick tenía la intención de que este proyecto fuera la primera prueba de aceptación de fábrica (FAT) y construcción de línea completa en sus propias instalaciones nuevas de 65,000 pies cuadrados. Pero eso no fue posible porque problemas propios de construcción y cadena de suministro retrasaron la construcción de las instalaciones. Si bien se probaron centros de máquinas individuales en las instalaciones existentes de Hamrick, no había espacio para FAT toda la línea a la vez, por lo que el FAT terminó siendo también una prueba de aceptación en el sitio. Muchos de los problemas que Hamrick habría solucionado en sus nuevas instalaciones tendrían que ocurrir en las instalaciones de los clientes. Pero este tipo de experiencias eran comunes, posiblemente incluso típicas en 2022.

“Esa es la realidad con la que todos nos enfrentamos y siempre habrá problemas iniciales. Hemos visto más desde que empezamos aquí”, dice Harper. “Sin mencionar que también estábamos iniciando nuestra propia instalación de fabricación. Como dije, los planos CAD no son perfectos en el mundo real. Así es el mundo del packaging.

"Pero no cambiaría nada", concluye Harper. “Patrick y Jordan, y realmente todos los fabricantes y proveedores con los que tratamos han sido fantásticos, no tengo ninguna preocupación sobre ninguno de los que hemos contactado. Y cada vez que traemos a nuestros clientes, o empresas hermanas, a esta planta, nadie puede quitar los ojos de encima a los robots. Son básicamente una obra maestra”. VP