枕式包装机是一种包装能力非常强,且能适合多种规格用于食品和非食品包装的连续式包装机。它不但能用于无商标包装材料的包装,而且能够使用预先印有商标图案的卷筒材料进行高速包装。在包装生产中,由于包装材料上印刷的定位色标之间存在误差,包装材料的拉伸以及机械传动等因素的影响,包装材料上预定

的封切部位有可能偏离正确的位置,而产生误差。为了消除误差而达到正确封切的目的,包装设计必须考虑自动定位问题,解决这一问题大都是根据包装材料的定位标完成连续式光电自动定位系统设计。而连续式光电定位系统按误差补偿工作方式分为进退式、制动式和两传动系统同步式。

1 枕式包装机制动式光电自动定位系统的基本原理

包装纸在自动包装机上连续进给,成形制袋,充填和封口的过程中,由于定位色标的印刷误差,机器运转的偶然波动以及操作等综合因素,使包装纸的输送速度与横封、切纸速度不同步而产生封、切位置的偏差,因此需要随时予以校正,连续地进行误差补偿。综合误差是个变量,但由于具较高质量和印刷精度的包装材料来说在一定的包装速度下,这个误差在检测的各个周期内应保持在很小的范围内。这样就能通过光电定位系统定期地(每两个包一次)测量和比较送纸速度和封切速度。如果包装纸过快,正误差系统给出一个负的补偿量,也就是送纸机构减速来达到补偿;如果包装纸过慢,是一个负误差,系统给出一个正的补偿量,使送纸机构增速。但是给定的补偿值不可能消除误差,可能补偿过头,
也可能不足。即使误差被消除了,下次还会出现。

因此枕式包装机设计总是使系统给予补偿过头一点,给定一个稍大于误差值的补偿量,人为地使它超差。当这次测定误差为负,则补偿一个过量的正值。下一次测定、比较之后必定出现正的误差。定位系统自动地补偿一个给定的负值之后,又恢复出现负误差。如此循环,正负交替使误差控制在一定范围内。这样包装纸的切断部位就在正确的位置附近跳动。这种包装纸一进一退来达到连续定位的方式称为“进退式”自动定位方式。因为它的补偿量是超越离合器工作,把机械送纸机构进入工作时设计成具有包装纸滞后效果来给出的,所以采用这种原理定位的系统称为“制动进退式”自动光电定位系统。以决定包装纸速度的横向封、切速度作为参考基准,以调整送纸速度与之同步来控制包装纸的封切位置误差,这就是连续定位系统最基本的原理。

2  枕式包装机制动进退式定位系统的分析
   下面分析制动进退式光电定位系统,包装机传动系统图1。
   包装过程如下:片状包装纸由卷筒1引出,经光电检测器2再由成形器5成形和牵引辊6,纵封辊7制成包装。已充填包装物的包装袋上下整形输出,经输送带送到横封头8横封并切断排出成品。传动部分是:主电机M1将运动传入横封传动轴,再经不等速机构9带动横封头传动,不等速机构是用来调整横封头8的封切瞬时速度,使之与包装袋移动速度同步的。另一路则经无级变速差动机构13的调节,可以手动或通过单相伺服电机控制完成。调节无级变速差动机构13可以得到所需袋长。路经差动机构18到勾爪输送链。差动机构18为自动调整机构,主要用来调节勾爪输送链与横封头同步。在包装过程中,用光电传感器检测包装纸移动速度与横封速度作比较,判别它是慢是快,通过超越离合器电气系统控制超越电机M3动作使之运转或制动停止,以达到误差补偿的目的。

3 速度检测与包装纸长度测量
   为保证包装过程中的精准定位,送纸速度与横封切口速度是必需准确的测量两个参数,同时生产过程中包装纸(每张)有长有短,从而如何在定位过程中自动测定包装纸长度使之与我们生产设定相符合,也是非常重要的。枕式包装机纸速的测量是由光电接近开关17来完成的,我们把测量纸速的光电接近开关输出的脉冲周期记为T纸它的导数1/T纸即为送纸辊的传动速度。横封切口速度是由光电接近开关来测量的。我们把刀切速度光电接近开关输出的脉冲周期记为T刀,它的倒数1/T刀即为横封速度间接计算得到的。在包装设计中,包装纸被紧压在送纸辊上,压辊的线速度则为包装纸的送纸速度V纸=πD/T纸,式中的D为送纸辊直径。经过横封切口后的被切长度L纸=V纸T刀=πDT刀/T纸

4 色标对标方法与调整
   为保证包装全自动定位,需要控制伺服电机M2使送纸速度与横封头切口速度同步。然而对设计为同步的系统,由于运转的偶然波动以及操作扰动等方面因素都会使原来同步系统失步。从而需要在基本同步的系统中加入色标检测与控制电路,随时校正,连续进行误差补偿。保证切封位置不变,这就需要借助包装纸上的色标来定位完成。色标定位对标对包装材料、光电检测方法、色标的印刷等都提出一定的要求。枕式包装机就包装材料而言,要求有较高的密度,滑度厚度均匀、而且要有一定的抗拉伸能力。光电检测方法随不同的包装材料有透射式和反射式两种。

   透射多用于透明包装材料的检测,而反射式则用于难以透光或不能透光的包装材料的检测。通常高速度的枕式包装机设计,大多采用反射式光电检测方法,因为它具有较高的检测灵敏度。对色标印刷要求,定位色标必须能有遮光或通光的作用,同时随包装产品的大小和检测方法的不同,定位色标要有足够的遮光面积,以保证光电检测时信号的可靠性。

有了良好的包装材料,合适定位色标与正确的光电遮光反射式传感器测量色标方法,就可以进行色标对标与调整。按上述原理与方法设计的枕式多功能枕式包装机,配上微电脑控制的纸长设定调节以及色标定位系统,解决了全自动光电定位问题。系统高速运平稳可靠,封切准确,是目前的机型之一。