台达为天地盖纸盒生产提供机器人工作站解决方案

• 关键词：包装盒,机器人
• 摘要：天地盖又称天地盒，是非常常见的一种纸制品包装盒，由于其开合方便，能够满足消费者的对于产品的认知和期望，同时方便在表面进行图案和文字印刷和装饰，有利于商品的宣传和推销、提高产品的附加值，所以常常被作为高档礼盒使用，广泛应用于各类精装礼品包装盒、鞋盒、内衣盒、衬衫盒、手机盒等各类包装盒。

项目背景

天地盖又称天地盒，是非常常见的一种纸制品包装盒，由于其开合方便，能够满足消费者的对于产品的认知和期望，同时方便在表面进行图案和文字印刷和装饰，有利于商品的宣传和推销、提高产品的附加值，所以常常被作为高档礼盒使用，广泛应用于各类精装礼品包装盒、鞋盒、内衣盒、衬衫盒、手机盒等各类包装盒。

天地盖纸盒也具有结构简单、模式化的特点，很容易形成标准化，能够使用半自动、全自动设备来取代人工，达到提高生产效率和降低人力成本双重的目的。针对天地盒机械化、自动化生产需求，台达提供了以SCARA机器人加视觉系统、同时配置有多种控制系统的机器人天地盖工作站解决方案，显着提升了天地盖自动化生产的效果。

主要问题

传统天地盖纸盒在完成印刷及切角后，尚需依赖人工或者半人工辅助设备，进行一道钉机打钉的机械加工工序，即通过钉机打钉依次完成单角的贴合(四个角共需贴合四次)，或者进行一道胶水粘贴工序。这种做法需使用大量人工，且生产效率较低，并增加了原料与生产成本。

采取纸盒成型机则能够解决现有技术中生产效率低、成本高和产线占空间等问题。纸盒成型机采用可编程序控制器（PLC）、光电跟踪系统、液压气动系统、人机界面等，一机实现自动送面纸、面纸上胶、纸板自动输送、纸板成型贴四角、定位贴合、纸盒成型等作业，生产效率显着提高。

但天地盖纸盒的定位贴合装置是通过光电定位的方式，这种方式结构简单，调节方便，但是却有极大的缺陷：速度和精度不可兼得。当生产速度提高，这种定位方式的精度则不能保证，尤其是当生产的产品是手机盒等对精度要求较高的3C产品包装盒时，速度不快的问题就显现出来。

生产工艺

天地盖纸盒的主要原材料是面纸和灰纸，成型工艺就是通过机器，将面纸和灰盒进行高精度贴合，并做折叠成型的一个过程。其中，面纸纸张通过模切、覆膜等步骤，制成大小、形状一致的半成品；灰纸亦通过模切、开槽、贴角等步骤，剪裁成大小形状一致，和面纸进行贴合。

具体工艺中，飞达送纸由变频器或伺服驱动器控制；面纸过胶需要稳定的温控器；皮带送纸需要皮带以定长输送，将面纸送至相机下方；视觉定即触发相机拍照确定面纸的位置信息并传递给机器人；手臂贴合是由机器人完成纸盒和面纸的贴合工作；抓手抓盒是经过压盒动作后，成型机的抓手伺服把纸盒从皮带上抓至成型机上；之后成型下压轴会下压，完成纸盒成型动作。

从工艺中可以看出，前期的飞达送纸、过胶，后期的抓盒、成型等步骤均是已经成熟的部分，但是关键点在于：如何做到组装部分的高速高精。

台达方案

台达提供的全自动天地盖纸盒成型机解决方案，首先在盒纸贴合部分使用了SCARA工业机器人+视觉系统，以替代传统的3光电机械定位法，达到高速高精度的贴合效果；客制化的操作软体，保证更换产品时的操作人性化和高时效性。同时方案也使用了多轴运动控制器DVP50MC系列、伺服驱动器ASDA-A2-E系列等，同时采取EtherCAT总线型的配置，保证了整机的高速高效。

其中，SCARA工业机器人DRS40L系列作为执行机构，主要负责从固定位置抓取纸盒，然后根据面纸来料的不同，将纸盒放到面纸上；机器视觉系统DMV用于信息采集，负责对盒纸进行拍照和图像处理，得到面纸当前的位置坐标和角度信息。

为了保证整机的高效，方案的主控制器采用台达最新推出的EtherCAT总线运动控制器DVP50MC11T；在驱控部分采用台达伺服驱动器ASD-A2-E系列（亦支援EtherCAT总线控制），负责皮带送料、抓手抓盒、成型下压等动作；台达VFD-EL系列变频器则用于实现胶辊过胶、飞达送纸等动作；采用人机界面（HMI）DOP-100系列用于完成人机交互，同时作为上位机，通过RS485给温控器下温度命令及开关命令；采用台达温控器DTE系列测试胶水的温度，保证产品成型质量；台达工业图控系统SCADA软件可对整个产线进行监控，并将生产数据上传MES系统。

台达解决方案中还包括一套为天地盖工作站的操作软件，内含“一键标定”“视觉操作”“快速换线”“实时纠偏”等功能，方便客户在于操作方面需付出的时间成本和学习维护成本。

项目总结

台达提供的全自动天地盖纸盒成型机解决方案，关键产品、监控软件全部采用台达工业自动化产品，整合维护更加方便、容易。方案中用机器视觉+SCARA工业机器人的方案替代原来的光电机械定位法，从根本上提高了成型机的精度和产能。

该方案的优点还包括：多机一屏，定制操作软件提供高效操作平台；SCARA工业机器人重复定位精度高，产品质量稳定；台达视觉系统，功能强大，速度快，精度高；“一键标定”、“一键换线”、“自动计算取料点”、“一键生成样本”等特色功能极大的减少人工操作；丰富接口，后续可升级接入制造执行系统（MES）系统，建构理想中智能制造解决方案。