Cicrespi
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Servomotori e tappatura
Una tappatrice elettronica estremamente compatta e versatile è stata messa a punto dalla società Ronchi Mario. Partner del progetto è ELAU, che ha implementato il sistema PacDrive con servomotori SCL055, studiato espressamente per le applicazioni su giostre rotanti.
Da oltre trent’anni la società Ronchi Mario (Gessate, MI) costruisce tappatori per i settori della cosmetica, dell’igiene personale, della detergenza, della farmaceutica e dell’alimentare. Grazie all’esperienza maturata e all’integrazione delle tecnologie più avanzate, riveste una posizione leader nel settore ed è fornitore di riferimento di importanti multinazionali.
Di recente ha innovato la propria gamma di macchine tappatrici proponendo Sirio, un tappatore servocomandato per tappi, pompette spray, dispenser e trigger.
Ogni singola testa di tappatura è equipaggiata con servomotori che consentono massima flessibilità produttiva e controllo preciso del torque applicato.
Le velocità di produzione possono arrivare a 600 BPM per tappi e a 350 PPM per dispenser, pompette spray, dispenser e trigger.
Il grande vantaggio offerto da Sirio consiste nella possibilità di gestire qualsiasi tipologia di tappo, attraverso la semplicissima sostituzione del mandrino. Infatti tappi a pressione, a vite, da orientare e con posizione di chiusura predeterminata, non richiedono alcuna operazione di regolazione meccanica, dato che vengono gestiti direttamente da servomotori. Si tratta di un sistema estremamente flessibile, e capace di raggiungere le prestazioni più elevate richieste dal mercato.
Sin dalle prime fasi di progettazione, l’obiettivo dell’azienda è stato quello di realizzare una macchina in grado di adattarsi alle diverse tipologie di tappo, riducendo al massimo le operazioni di regolazione meccanica. Inoltre l’interfaccia con l’operatore è stata concepita per essere semplice ed intuitiva, così da rendere agevole la gestione macchina (che non richiede la presenza di personale altamente qualificato).
Semplicità funzionale
Ronchi Mario ha scelto ELAU come partner per realizzare questa gamma di tappatori e applicando il sistema PacDrive con servomotori SCL055 ed azionamento a bordo, espressamente progettato per applicazioni in giostre rotanti, ha dato vita a una soluzione ottimale.
Ogni testa di tappatura è azionata dal servomotore SCL il quale, attraverso un accoppiamento cinghia puleggia, movimenta il mandrino. Le tradizionali operazioni di regolazione della coppia di serraggio, che veniva effettuata attraverso frizioni a dischi di carbonio o ad isteresi magnetica, sono completamente eliminate dalla soluzione elettronica. Inoltre per i tappi da orientare, non sono più necessari attuatori pneumatici montati direttamente sul mandrino. Tutte queste operazioni vengono gestite a livello software dal controllo PacDrive della serie C, che comanda tutte le motorizzazioni ELAU.
Ronchi ha anche sviluppato un unico software, che contempla tutte le tipologie di serraggio. In effetti l’operatore da pannello è in grado di selezionare il tipo di tappatura che è necessario realizzare: tappi a pressione, tappi a vite, tappi con orientamento e tappi con posizione di chiusura predeterminata. Una volta selezionata la tipologia di serraggio, vengono richiesti i parametri necessari per realizzare il prodotto. In tal modo il controllo ELAU ottiene tutte le informazioni necessarie per un’autoconfigurazione del sistema stesso.
La possibilità di lavorare su di un’unica piattaforma software ha consentito al costruttore di ridurre notevolmente i tempi di debug per ogni singola macchina nonché di facilitare la manutenzione, consentendo ai tecnici di intervenire senza difficoltà sul software.
Dettagli operativi
Per approfondire le funzionalità legate alla tappatura, è doveroso sottolineare alcuni aspetti rilevanti, relativi a diverse opzioni.
• Tappo a vite - L’operatore inserisce da pannello la coppia di chiusura e la velocità di serraggio necessaria che, a sua volta, viene trasferita al controllo che elabora i dati, calcolando il profilo che ogni motore SCL (mandrino) dovrà realizzare. Durante questa operazione di serraggio, il mandrino ruota a una velocità impostata, fino a raggiungere il valore di coppia richiesto. Qualora la coppia non venga raggiunta, il sistema genera un segnale che consente di scartare il prodotto in uscita.
• Tappo da orientare - I tappi, alimentati da un riordinatore esterno, vengono prelevati dal mandrino in corrispondenza del punto di presa tappo. Una fotocellula o un sistema di visione con videocamera rileva la posizione del tappo fornendo al sistema le informazioni necessarie per l’orientamento. Estremamente vantaggiosa è la possibilità di cablare la fotocellula o il sistema di visione direttamente a bordo del motore SCL. Infatti ogni servomotore è predisposto per avere due ingressi e un’uscita digitale, riducendo notevolmente i tempi di cablaggio e fornendo una maggiore pulizia a tutta l’applicazione.
• Tappo con posizione predefinita - Attraverso un sistema di visione, viene acquisita la posizione del tappo e del contenitore. Tali informazioni vengono inviate al controllo, che calcola i profili di camma per ogni singolo SCL. Il profilo può essere definito tramite parametri, così da essere utilizzato su differenti forme di tappo.
Un unico controllore per molti motori
Ronchi Mario ha scelto l’architettura PacDrive di ELAU prevedendo l’utilizzo del controllore serie C600, che gestisce fino a 20 motori. Attraverso il protocollo Sercos il controllore richiede in tempo reale tutti gli stati interni degli assi, ottenendo in tal modo le informazioni relative a posizioni, accelerazioni, velocità e correnti assorbite.
Il controllore ha come standard a bordo i bus di campo Profibus e CANOpen master/slave e DeviceNet. Inoltre sono sempre presenti la porta Ethernet, le seriali RS485 e RS232, diversi ingressi ed uscite digitali e l’ingresso Master Encoder.
La macchina Ronchi, grazie a un encoder montato sulla giostra tappante consente di ricevere costantemente il riferimento di velocità della sua tappatrice, sincronizzando le varie teste di tappatura rispetto alla porzione di giostra nelle quali esse si trovano. All’interno del quadro elettrico, viene posizionato il controllore C600 e il power supply, che fornisce l’alimentazione ai vari motori. Attraverso un collettore rotante, vengono comandati fino a 32 motori SCL di forma trapezoidale, posizionati all’interno della torretta di tappatura. Ogni SCL è dotato di un solo cavo per la potenza (325 Vdc), l’alimentazione (24 Vdc) e il segnale Sercos di andata e di ritorno. I motori SCL, appositamente concepiti per essere posizionati anche su passi giostra molto piccoli, rendendo superflui i driver di comando. Il cablaggio quindi avviene semplicemente attraverso un singolo cavo di collegamento, rendendo facile e agevole l’operazione. Gli SCL applicati sulle tappatrici hanno una classe di isolamento IP67 con conseguente elevata protezione.
In conclusione
Il tappatore concepito secondo questi criteri è dunque caratterizzato da ingombri ridotti e da una torretta ridimensionata in altezza, molto flessibile e in grado di gestire qualunque tipologia di tappo.
Le prestazioni elevate, l’affidabilità e l’estrema precisione hanno fatto di Sirio uno dei sistemi di punta della Ronchi Mario, e il mercato ha ampiamente confermato la validità di questa soluzione.
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Architettura ELAU: i vantaggi in sintesi
I benefici offerti dal sistema PacDrive con servomotori SCL055 e azionamento a bordo, messo espressamente a punto da ELAU per applicazioni in giostre rotanti.
• Un unico controllore governa tutti i motori brushless (che gestiscono i mandrini di tappatura).
• La flessibilità: un unico software per una giostra da 4 a 20 teste e per diverse tipologie di serraggio.
• La facilità e la rapidità del cambio formato. Attraverso una semplice operazione di sostituzione del mandrino si possono gestire tappi di diverse forme.
• La riduzione degli ingombri grazie ai motori trapezoidali SCL dotati di elettronica integrata.
• La semplicità del cablaggio di questi motori, attraverso un cavo di allacciamento per ogni singolo SCL, consente una riduzione dei tempi di costruzione.
• La classe di isolamento IP67 del motore SCL resistente ai liquidi.
ELAU architecture: the advantages in brief
The benefits offered by the PacDrive system with SCL055 servomotors and onboard drive, specifically developed by ELAU for carrousel applications.
• A single controller governs all the brushless motors (which in turn manage the capping chucks).
• Flexibility: a single software program for a 4 - 20 head carrousel and for different tightening systems.
• Quick and easy change-over: differently shaped caps can be used by simply replacing the chuck.
• Smaller bulk: thanks to SCL V-belts with integrated electronics.
• Straightforward cabling of the motors (via a single connection cable for each SCL) makes for far faster construction times.
• IP67 safety factor and liquid proof SCL motor.
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Servomotors and capping
An ultra-compact versatile electronic capping machine has been developed by Ronchi Mario. ELAU is its partner, with its PacDrive system featuring SCL055 servomotors, specifically developed for carrousel applications.
Ronchi Mario (Gessate, MI) has been building capping devices for more than thirty years, serving the cosmetics, personal hygiene, detergents, pharma and food industries. Thanks to its experience and integrated cutting-edge technology, the company plays a leading role in its field and supplies many important multinationals.
It's recently revamped its range of capping machines with the introduction of the Sirio, a servo-controlled capper for caps, spray pumps, dispensers and triggers.
Each capping head has servomotors for max flexibility in production and accurate control of the applied torque.
Output speeds can be anything up to 600 BPM in the case of caps and up to 350 PPM for dispensers, spray pumps and triggers.
The great advantage that Sirio offers lies in the possibility to handle all types of cap by simply replacing the chuck. In fact, snap-on caps, screw caps, whether to be angled or with set closing positions, require no mechanical adjustment, as they are directly controlled by the servomotors.
An extremely flexible system capable of the extremely high performance demanded by today's market.
Right from the very first stages of design, the company's goal is always that of creating a machine capable of adapting itself to different cap types, thus minimising the need for mechanical adjustment. What's more, the operator interface is conceived to be simple and intuitive, for easy management (not requiring the presence of highly qualified personnel).
Practical simplicity
Ronchi Mario has chosen ELAU as its partner in producing this range of capping devices, resulting in an optimal solution thanks to the use of the PacDrive system with SCL055 servomotors and onboard drives, specifically designed for carrousel applications.
Each capping head is driven by the SCL servomotor, which drives the chuck via a pulley/chain coupling. The conventional operations of tightening torque adjustments, via carbon disk clutches or magnetic hysteresis, have been eliminated thanks to the electronic solution. Moreover, pneumatic actuators fitted directly on the chucks are no longer needed in the case of caps that need to angled. All these operations are carried out via the PacDrive control software (series C) that now controls all the ELAU drives.
Ronchi has also developed a single software that caters all tightening types. In fact, the operator can select the capping type required directly from the control panel: snap-on caps, screw caps, angled caps and caps with set closure positions. Once the tightening type has been selected, the software asks for the parameters needed for the specific product. The ELAU control thus receives all the info it needs for self-configuration of the system.
The chance to work with just one software platform has meant, for the constructor, a significant cut in debugging times for each machine, plus easier maintenance, as technicians can easily intervene on the software.
Operating details
Certain important aspects must be considered to get a better picture of the capping functions. These involve various options.
• Screw caps - The operator enters the tightening torque and speed via the control panel: these data are then sent to the control system that processes them and calculates the profile required of each SCL motor (chuck). During the actual tightening, the chuck turns at the set speed until the required torque is reached.
If this is not reached, the system generates a signal that lets one reject the product at the delivery point.
• Angled caps - The caps are fed by an external sorter and are picked up by the chuck at the cap pick-up point.
A photoelectric cell of CCT vision system detects the position of the cap and sends the necessary angling information to the system. The chance to wire the photoelectric cell or vision system directly to the SCL motor is extremely advantageous: in fact, each servomotor can use two digital inputs and one digital output, thus greatly cutting wiring times and making the entire application that much neater.
• Set position caps - A vision system lets the software acquire the position of the cap and the container. These data are sent to the control unit, which then calculates the cam profiles for each SCL motor. The profile can be set via certain parameters and so be available for different cap types.
A single controller for several motors
Ronchi Mario has chosen ELAU's PacDrive architecture as it foresees the use of the C600 series controller that's capable of managing up to 20 motors. The Sercos protocol used by the controller enquires about the internal status of all axes in real time, thus obtaining all the data needed with regard to position, acceleration, speed and absorbed current.
The controller comes as standard with Profibus field and CANOpen master/slave and DeviceNet buses all fitted onboard. Moreover, there are always Ethernet, RS485 and RS232 serial ports, different digital inputs and outputs and Master Encoder inputs.
Via an encoder on the capping carrousel, the Ronchi machine offers constant capping machine speed data and timing of the various capping heads to suit the part of the carrousel.
The C600 and the power supply for the various motors are housed inside the electrical cabinet.
A rotating manifold is used to control up to 32 SCL V-belt motors inside the capping turret. Each SCL is fitted with a single cable for the power (325 Vdc), the supply (24 Vdc) and the Sercos return signal.
The SCL motors are specifically conceived to allow for positioning on the smallest of carrousel sections, thus making drivers superfluous. The cabling is thus simply a single connection cable, for easier and quicker wiring. The SCL motors on the capping machines have IP67 safety factor and thus offer great protection.
To sum up
The capping machine conceived along these lines is highly compact and has a lower turret, is extremely flexible and capable of managing all types of cap.
High performance, reliability and extreme precision make the Sirio one of Ronchi Mario's top of the range machines, and the market has amply confirmed the validity of this solution.
Robotica e sensoristica
Un progettista a Ipack-Ima
TRA GLI STAND L’integrazione di sistemi robotizzati sulle linee di confezionamento è ormai una realtà sempre più diffusa. E la sensoristica si propone come la “chiave di volta” nella progettazione di macchine di futura generazione. Alcuni esempi in mostra.
Mario Salmon
Descrivere le innovazioni tecniche esposte alla recente edizione di Ipack-Ima non è facile. E questo per svariati motivi. Ho avuto l’impressione che gli espositori abbiano in generale cercato di “tenere basso” il profilo tecnico delle proprie soluzioni, per non svelare segreti. In particolare, in questa occasione, sembrano aver privilegiato gli aspetti istituzionali e commerciali, mettendo la sordina all’innovazione di prodotto.
Inoltre a Milano non erano presenti molti produttori di componenti che, in generale, spingono il mercato verso l’innovazione con nuovi moduli. Infine, la mostra è talmente vasta e l’offerta talmente diversificata che è molto, molto difficile descrivere le novità senza omissioni e senza indicare come nuovo il classico déjà vu. Credo però che il far circolare notizie sia sempre utile e, in quest’ottica, cercherò quindi di indicare alcune delle novità che ho notato, limitandomi a due aree: le applicazioni della robotica e della sensoristica.
Ho circoscritto il mio interesse a questi settori, perché ritengo siano quelli dai quali dovrebbero emergere, nei prossimi anni, le maggiori innovazioni.
La robotica
Le richieste del mercato di sistemi flessibili e generici spingono molte aziende a realizzare o inserire sistemi robotici “commerciali”, all’interno delle proprie linee di imballaggio. Le soluzioni proposte sono estremamente diverse e vanno dalla realizzazione di robot come “piattaforma” per le proprie macchine, all’integrazione di robot, proprietari o commerciali, all’interno di macchine o al semplice utilizzo lungo le linee di robot commerciali.
• L’approccio di Futura rientra nella prima categoria e indica un’interessante linea evolutiva. La società ha infatti scelto di costruire le proprie macchine “attorno al robot”, utilizzando come modulo base standard - quella che, in gergo automobilistico, si definisce piattaforma - un robot rotoidale di propria progettazione. In questo caso sono state privilegiate robustezza e semplicità a scapito della velocità ottenendo un sistema adatto per tempi di ciclo dell’ordine di due secondi, 30 cicli/min, ma con un’elevata possibilità di carico utile. In particolare la soluzione di montare tutti i motori sul braccio accoppiati direttamente ai giunti ha permesso di ottenere un progetto semplice e un’elevata rigidità, anche se a scapito delle prestazioni dinamiche.
Il braccio viene utilizzato per molte diverse funzioni, come la formazione e il posizionamento di coperchi, oltre ad assolvere alla funzione principale di movimentazione e deposizione del prodotto da imballare. L’elevata capacità di carico permette di montare degli organi di presa complessi, capaci di afferrare numerose confezioni contemporaneamente e di effettuare operazioni di avvicinamento tra i prodotti. La scelta di costruire le macchine utilizzando al massimo il braccio robotico in sostituzione dei sistemi tradizionali permette di ottenere sicuri vantaggi economici, tra i quali l’aggiornamento e la “ristrutturazione” di vecchi prodotti modificandone il settore di utilizzo.
• Una soluzione simile a quella della Futura era presente sulle macchine di Cama. In questo caso è stato sviluppato un robot a tre gradi di libertà, con un quarto asse di traslazione disposto sull’organo di presa. In questo modo è possibile realizzare prese al volo di parti in moto movimentando solo una massa molto limitata.
• Elau ha sviluppato il software di controllo per una vastissima gamma di configurazioni robotiche.
Oltre ai robot “sequenziali” tradizionali, i controlli Elau ora possono - cosa ancora piuttosto rara, se non unica - pilotare anche robot paralleli, come si poteva vedere in una struttura in funzione. Si trattava di una sorta di Scara con due bracci paralleli con moto orizzontale, comandati direttamente da due motori.
• I robot rappresentano ancora un’attrattiva per i visitatori: per questo la Robox esponeva al proprio stand un robot ideato in ambito universitario per utilizzi aerospaziali, sul quale sono stati utilizzati suoi componenti.
Nulla a che vedere con applicazioni terrestri, quindi, ma pur sempre un robot innovativo ed interessante e bello da vedere!
• Nel piccolo stand di Siscodata, uno degli integratori (o application partner) di Comau Robotics nel settore dell'imballaggio, era presente un robot Comau. Ricordiamo però Siscodata ha realizzato, come integratore di robotica Comau, un’unità di inscatolamento robotizzata di prodotti da forno surgelati come panini, baguette, pizzette, croissant. Il sistema, di dimensioni ridotte e molto compatto, è in grado di prelevare la scatola dal silos che contiene fino a 300 pezzi, aprirla, chiuderne il fondo, creare da una bobina di film PE la busta, saldandola e tagliandola, inserirla all'interno della scatola rivoltandone i bordi sulle falde verticali, portare la scatola così realizzata alla stazione di riempimento dotata di bilancia. Una volta introdotto il prodotto (pesandolo o contandolo) provvede a chiudere la busta creando all'interno un certo grado di vuoto. La busta viene poi ripiegata all'interno della scatola, che è quindi chiusa con hot melt e palettizzata. La soluzione consente di confezionare alimenti, surgelati e non, in condizioni igieniche di sicurezza, destinati alla grande distribuzione, il catering, i ristoranti etc.
La busta di polietilene garantisce infatti dal contatto con la scatola e offre una barriera all’eventuale umidità in fase di trasporto.
Oltre a migliorare l'igienicità, l'evacuazione dell'aria dalla busta permette di evitare l'effetto "bolla" che ne impedirebbe la corretta chiusura.
• Da ricordare la presenza nello stand PRB e in altri stand del ben noto robot parallelo ad alta velocità IRB 340 della ABB. Non molti i produttori di robot presenti direttamente: Kawasaki e ABB esponevano ad esempio robot per palettizzazione e Denso per le movimentazioni veloci e leggere.
• Flexlink, oltre a offrire i suoi notissimi sistemi di trasporto, si propone ora anche come system integrator; in quest’ottica, ha messo in mostra un esempio, funzionante, di applicazione di robot ABB che depalettizzava e caricava lattine su un nastro di trasporto.
Componenti sensori e varie
In una mostra tutta dedicata agli utenti finali non vi è molto spazio per i componenti delle macchine automatiche: il target è chi acquista le macchine per l’imballaggio e non chi le produce e di conseguenza vi erano relativamente pochi stand di componenti e moduli fatta eccezione per i principali costruttori di sistemi di controllo e motion control.
Ma la sensoristica dovrebbe essere la tecnologia in grado di sostenere la realizzazione della prossima generazione di macchine da imballaggio.
Dopo la meccatronica, il prossimo passo dovrebbe infatti essere rappresentato da macchine capaci di, diciamo così, “automisurarsi” e di misurare i propri prodotti per correggere, in modo autonomo e intelligente, ogni anomalia. In altre parole le macchine del futuro dovrebbero avere quella caratteristica indicata come “robustezza” dagli esperti, ovvero la capacità di “operare bene anche in presenza di disturbi e condizioni esterne perturbate”, in presenza ad esempio di materiali non perfetti, prodotti da imballare variabili, conduzioni e regolazione erronee... In altre parole la sensoristica dovrà consentire di avvicinarsi a condizioni di impiego ormai standard in altri settori industriali, industria meccanica in primis, con linee in grado di lavorare senza assistenza dell’operatore.
Tra quelle incontrate, devo dire un poco per caso dato che mancavano aree dedicate, vale la pena di segnalare alcune soluzioni interessanti.
• Merobel presentava il modulo DGT 300 completo per il controllo della tensione di nastro. Il modulo era completo di sensore di tensione e di freni a polvere magnetica e garantiva lo svolgimento da una bobina con una tensione del nastro costante e indipendente dalla velocità di trazione. Il modulo era completo di sensori, frizioni ed elettronica di controllo e quindi era direttamente utilizzabile sulle macchine con facilità. Allo stesso stand erano anche presenti moduli per controllo di registro e per correzioni di fasatura e velocità.
• La società Hermann non esponeva direttamente, ma un suo sistema di saldatura a ultrasuoni era installato su una flow pack di Cavanna per la saldatura longitudinale. La saldatura a ultrasuoni delle materie plastiche è ben nota e molto diffusa per unire parti relativamente massicce, ma è ancora poco utilizzata per film di imballaggio in sostituzione della classica saldatura termica.
Il sistema saldante è formato da una parte vibrante ad alta frequenza, il sonotrodo, che stringe i due lembi del film contro una parte fissa, trasmettendo forze di bassa intensità ma alta frequenza. Il film viene così saldato senza variazioni di temperatura e senza calore. La saldatura risulta indipendente dalla velocità, non vi sono necessità di tempi di preriscaldo o raffreddamento e la qualità è buona, anche in presenza di contaminanti, sporco, grassi.
Il tempo di saldatura è di pochi millisecondi, senza seguenti “tempi aperti” e quindi la velocità di saldatura può essere molto elevata. Tutti i principali film sul mercato sono utilizzabili senza problemi.
• Colombo e Filippetti, oltre ai suoi tradizionali gruppi per la generazione di moti intermittenti, presentava diversi modelli di bracci meccanici prendi e posa facilmente utilizzabili anche sui sistemi di imballaggio, oltre alle macchine di montaggio per le quali sono stati concepiti. Questi bracci non hanno certo la flessibilità e l’adattabilità dei robot industriali, ma la loro semplicità, velocità e precisione li rende adatti a molte operazioni di imballaggio.
• La detezione di materiali o film trasparenti è sempre stato un problema di non facile soluzione: l’americana Tri-Tronics ha presentato Retrosmart, un sensore di oggetti trasparenti che permette di riconoscere anche casi di “doppio strato” nelle bottiglie di PET o nei film, prima o dopo lo shrinkage.
Per finire… da rette e cerchi alle forme a mano libera
La mia osservazione finale non ha niente a che vedere con i robot ma, girando tra gli stand, pensavo tra me e me «come sono brutte queste macchine» ... Nessun segno di industrial design, nessuna concessione all’estetica, i progettisti sembrano non aver ancora imparato a utilizzare i moderni CAD e, anche quando non costerebbe niente fare una bella curva, sono rimasti attaccati alle figure composte da rette e cerchi! La fiancata fotografata mi ha immediatamente smentito e quindi ve la segnalo, come una concessione all’estetica (industrial design). Ovviamente non è pensabile trasformare bielle, camme e linee a rulli in opere d’arte, ma qua e là un po’ di bellezza potrebbe anche starci, addirittura a costi meno elevati di quello che si possa immaginare.
Mario Salmon
Industrial consultant
MS Automation
Robots and sensors
A design engineer at Ipack-Ima
AMONG THE STANDS The integration of robotised systems on the packaging lines is by now an evermore common feature, and sensors are now becoming the keystone in the design of future generation machines. Some examples on show. Mario Salmon
It’s no easy thing describing the technical innovations on show at the recent edition of Ipack-Ima. And this for various reasons. I got the impression that generally speaking the exhibitors tried to keep the technical profile of their solutions low, so as not to give away any secrets. In particular, in this occasion, they appear to have placed the onus on institutional and commercial features, toning down on product innovation.
As well as that not many components producers, that in general thrust the market towards innovation with new modules, came to Milan for the occasion. Lastly, the show is so big with such a varied range of products on offer that it is indeed very difficult to describe the new features without overlooking some of the same and without singling out the classic deja vu as new. I believe though that allowing news to circulate is always useful and in this vein I will try and indicate some of the new features that I noticed, limiting myself to two areas: applications covering robotics and sensors.
I have limited by interest to these sectors, because I reckon it is from here that in the coming years the major innovations should emerge.
Robotics
The demand from the market for flexible and general systems has thrust many concerns to create or insert “commercial” robotics systems within their own packaging lines.
The proposed solutions are very different and go from the creation of robots as “platforms” for ones own machines to the integration of proprietor or commercial robots inside the machines or their simple use along commercial robot lines.
• Futura’s approach comes under the first category and indicates an interesting line of development. The company has in fact chosen to build its machines “around the robot”, using as a standard base module which in automobile trade jargon is called platform - a rotoidal robot built by the owner. In this case sturdiness and simplicity were favored as against speed obtaining a system suited for cycle times to the order of a couple of seconds, 30 cycles/min, but with high payload possibilities. In particular the solution of assembling all the motors on the arm directly coupled to the joints has led to the attainment of a simple, highly rigid project, albeit at the expense of dynamic performance. The arm is used for a whole host of functions, such as the forming and positioning of covers, as well as the main function of handling and depositing the product to be packed.
Its high load capacity enables the assembly of complex pick-up organs, capable of grasping numerous packs at the same time and nearing products to each other. The choice of building machines using at the most the robotic arm instead of traditional systems enables the attainment of sure economic advantages, such as the updating and “revamping” of old products, modifying their field of application.
• A similar solution to the Futura one was to be seen on the Cama machines. In this case a robot with three degrees of freedom was chosen, with a fourth conveyance axis on the pick-up organ. In this way parts on the move can be picked up only moving a limited mass.
• Elau has developed the control software for a vast range of robot configurations. As well as traditional “sequential” robots, Elau’s controls can now - a quite rare if not unique thing - also pilot parallel robots, as could be seen in a functioning structure. This was a sort of Scara robot with two arms parallel with the horizontal motion, directly commanded by two motors.
• Robots are still a draw for visitors: this is why Robox exhibited at its stand a robot created for the university environment for aerospatial use made using Robox components. No relation with earthly applications, hence, but all the same an innovatory robot that is interesting and nice to look at!
• Siscodata, one of the integrators (or partner applications) of Comau Robotics in the packaging sector, hosted a rather isolated Comau robot on its small stand. However, as a Comau robotics integrator, Siscodata has created a robotised boxing unit for frozen bakery products such as bread rolls, baguettes, pizzette, croissant. The system, small in size and very compact, is capable of picking up boxes from silos that contain up to 300 pieces, to then open them, close the base, create the bags from a reel of PE film, sealing and cutting the same, inserting the bag inside the box turning up the edges of the upper flaps, bringing the box as such to the filling station with scales. Once the product (previously weighed and counted), has been introduced, the system sees to the closing of bags creating a given degree of vacuum within. The bag is then folded inside the box, that is then closed by hot melt and palletised. The solution enables the packaging of foodstuffs, frozen foods and other items in safety hygiene standards for broadscale distribution, catering, restaurants etc.. The polyethylene bag in fact prevents contact with the box and offers a barrier to any humidity in the transport phase.
As well as improving the hygiene, the evacuation of the air from the bag enables a “bubble” effect to be avoided that would impede the correct closure.
• Worthy of note the presence at the PRB stand and in other stands of the wellknown parallel high speed ABB robot IRB 340. Not many robot producers were directly present. For example Kawasaki and ABB exhibited palletiser robots and Denso exhibited robots for light and speedy handling.
• Flexlink, as well as offering its wellknown conveyance systems, also offers its services as a system integrator; in this line of things, it placed on show a fully working example of ABB robot that depalletises and loads tins on a conveyor belt.
Components sensors and other items
In a show completely dedicated to the end users there is not much space for automatic machine components: the fair targets packaging machine purchasers and not the people that produce them and consequently there were relatively few components stands, with the exception of the main builders of control and motion control systems. But the sensors sector could be the technology capable of sustaining the creation of the coming generation of packaging machines.
After meccatronics, the next step should in fact be the machines capable one might say of “measuring themselves” and measuring their own products for correcting, in an autonomous and intelligent way, all irregularities and malfunctions. In other words the machines for the future should have that characteristic indicated as “sturdiness” by the experts, or that is the capacity to “work well even in the presence of disturbances and perturbed external conditions”, in the presence for example of imperfect material, variable packaging products, mishandling and poor settings… in other words sensors should enable the approaching of conditions of use that are by now standard in other industrial sectors, the mechanical engineering industry first and foremost, with lines capable of working without aid of the operator. Among those encountered, I have to say a bit by chance given that dedicated areas were lacking, it is worthwhile highlighting a series of interesting solutions.
• Merobel presented its DGT 300 module complete for controlling belt tension. The module was complete with tension sensor and magnetic powder brakes and guarantees the winding of a reel with a constant belt tension separate from the traction speed. The module was complete with sensors, frictions and control electronics and hence easy to use directly on machines. Modules for controlling register and for phasing and speed correction were also on show at the same stand.
• The company Hermann was not directly represented at the fair, but one of its ultrasonic seal system was installed on a Cavanna flowpack for longitudinal sealing. The ultrasonic sealing of the plastic materials is wellknown and very common for joining relatively massive parts, but it is still little used for packaging film instead of the classic heatseal.
The seal system is constituted by a high frequency vibrating part, called sonotrode, that forces the two edges of the film against a set part, transmitting low intensity though high frequency force. The film is thus sealed without temperature changes and heat. The seal operation is not affected by speed, there are no preheating or cooling times and the quality is good, also in the presence of contaminants, dirt, grease. The seal time is just a few milliseconds, without consequent “open times” and hence the seal speed can be high. All the main films on the market can be used without problems.
• Colombo e Filippetti, as well as its traditional units for generating intermittent motion, presented various models of pick-n-place mechanical arms that can also be easily used on packaging systems, as well as the assembly machines for which they have been conceived. These arms certainly do not have the flexibility and the adaptability of industrial robots, but their simplicity, speed and accuracy make them suited for many packaging operations.
• Detection of transparent film or material has always been a problem not easy to solve: the US concern Tri-Tronics presented Retrosmart, a sensor for transparent objects that also enables recognition of unwanted double layers in PET bottles or films, this before and after shrinkage.
To finish off…. From straight lines and circles to freehand shapes
My final observation has nothing to do with robots but, passing among the stands, I thought to myself “how ugly these machines are”… No sign of industrial design, no concession to aesthetics, the design engineers still seem not to have learned how to use modern CAD and, even when it wouldn’t cost them anything to draw a nice curve, they have remained with figures made up of straight lines and circles! The side I photographed immediately contradicted me and hence I highlight it, as a concession to aesthetics and industrial design. Obviously you can’t turn cranks and cams and roller lines into works of art, but here and there a bit of beauty wouldn’t be out of place, even costing a lot less than what one might expect.
Mario Salmon
Industrial consultant
MS Automation
Innovazione tecnologica
Un cuore elettronico
CONTROLLI Strumento accurato per il controllo e rapido set-up degli alberi di comando, il nuovo indicatore di posizione elettronico Elesa garantisce cambi formato rapidi e sicuri perché totalmente guidati. Una soluzione, unica nel suo genere, pensata soprattutto (ma non solo) per il settore del packaging. L.G.
Evoluzione di uno degli indicatori meccanici di posizione più apprezzati sui mercati internazionali (il DD51), il sistema elettronico digitale DE51 ha forme e dimensioni analoghe al predecessore (soluzione compatta nelle dimensioni e perciò idonea per tutti i tipi di macchinari), ma si distingue per il cuore tecnologico radicalmente innovativo e i vantaggi in grado di offrire all’utilizzatore. Questa, in estrema sintesi, la novità messa a punto da Elesa in collaborazione con una società specializzata in elettronica.
Parlano i fatti
Vi è piena consapevolezza, in Elesa, dell’eccellenza qualitativa del nuovo indicatore di posizione DE51, un dispositivo compatto, da integrare sulle macchine di confezionamento per il controllo e il rapido set-up fino a 32 alberi di comando collegabili in rete.
Si avverte, tuttavia, una soddisfazione lontana da ogni trionfalismo: con sobrietà, in quest’azienda di Monza (diventata, passo dopo passo, un gruppo di rilievo internazionale) prevalgono i toni misurati di chi preferisce parlare attraverso i fatti.
In Elesa confidano, comunque, che il nuovo indicatore di posizione incontrerà largo favore sul mercato sebbene, al momento attuale e per le caratteristiche tecnologiche, sia ancora percepito come un prodotto di “fascia alta”, sebbene si riducano sensibilmente i costi rispetto ad alberi di comando completamente automatizzati, soluzione comunque possibile.
Il DE51, frutto della R&S aziendale, è stato infatti concepito per anticipare e offrire un’alternativa evoluta, in grado di soddisfare le necessità dei più svariati comparti industriali, farmaceutico in primis. Si pensi, in particolare, alla gestione, guidata da istruzioni che compaiono on-line su ogni singolo indicatore, dei cambi formato e soprattutto alla sicurezza nelle operazioni di confezionamento: abbinata alla meccanica, l’elettronica ha consentito di dare una risposta puntuale ed efficace a queste esigenze, coniugando (come vedremo) affidabilità e semplicità d’uso.
Sicurezza, prima di tutto
Una delle principali caratteristiche del DE51 è che al suo interno è stato inserito un encoder di tipo “ottico assoluto”. In quanto “ottico”, l’encoder non risente dell’influenza dei campi magnetici e, pertanto, può funzionare correttamente anche vicino a motori elettrici. Con “assoluto”, invece, si intende che la posizione dell’albero viene rilevata in modo sicuro in qualsiasi momento e in qualsiasi condizione, a prescindere da situazioni contingenti (per esempio, l’interruzione di corrente accidentale o lo spegnimento della macchina).
Vi è poi un ulteriore vantaggio in termini di sicurezza - spiegano i tecnici - essenziale per quei settori (come appunto il farmaceutico) in cui occorre eliminare ogni possibile errore umano. Infatti, una volta collegati a un PLC, i DE51 diventano un vero e proprio sistema di controllo integrato: qualora la posizione effettiva di un solo indicatore non dovesse corrispondere a quella programmata (e, quindi, corretta), il sistema non consentirebbe neppure l’avvio della macchina, scongiurando così il rischio di produzioni errate.
Classificato IP65, il nuovo strumento Elesa può essere lavato e igienizzato con facilità (altro plus per il farmaceutico e l’alimentare) ed è inoltre ignifugo, ossia in grado di autospegnersi in caso d’incendio, nel rispetto delle più severe norme europee e americane in materia.
Elogio della semplicità
Elesa ha puntato molto sulla versatilità d’uso e sulla chiarezza di lettura dei dati; a questo proposito, viene chiaramente indicata sul display sia la posizione corrente dell’asse, sia quella da raggiungere. Lo stesso display del DE51, in particolare, può essere regolato a piacere tramite programmazione per quanto riguarda orientamento, passo, unità di misura, tolleranza di posizione. Le possibilità di utilizzo, insomma, sono ampie, diversificate e personalizzabili a fronte di due sole versioni: con display posto sul lato inclinato oppure sul fronte. In generale, la filosofia costruttiva a cui si attiene l’azienda lombarda è improntata proprio a garantire massima libertà d’uso, collegamento e manutenzione; si pensi, per esempio, alla trasmissione dati secondo RS 485 e alla semplicità di collegamento fra indicatori, macchine, unità centrale UMC100 e PLC. Come anticipato, il DE51 si caratterizza anche per la facilità d’uso: per ogni cambio formato e avviamento di macchina, infatti, l’operatore deve soltanto richiamare le posizioni di set-up preimpostate. In caso di nuova lavorazione, invece, i parametri vengono inseriti e memorizzati tramite PLC con operazioni di estrema semplicità.
Dalla precisione alla sicurezza, dall’igiene alla versatilità, insomma, il nuovo indicatore elettronico è in grado di garantire affidabilità e prestazioni elevate delle macchine. Non è un caso che alcune grandi aziende abbiano già adottato il DE51 sui propri sistemi, scegliendo dunque uno strumento efficace per aumentare la propria competitività, puntando alla massima precisione.
Technological innovation
An electronic heart
CONTROLS Precision instrument for the control and rapid set-up of command shafts, the new Elesa electronic position indicator guarantees fast and safe format changes, as it’s totally guided. A solution, unique in its kind, devised above all (but not only) for packaging concerns. L.G.
Evolution of one of the most appreciated mechanical position indicators on the market (the DD51), the digital DE51 electronic system has the shape and the size of its predecessors (a compact solution as far as dimensions are concerned, hence ideal for all kind of machines) but stands out for its radically innovatory technological heart and the advantages it offers the user.
This, in brief, is the new feature devised by Elesa in cooperation with a company specializing in electronics.
The facts speak
Elesa is fully aware of the qualitative excellence of the new DE51 position indicator, a compact device to be integrated on packaging machines for control and rapid set-up with up to 32 networked drive shafts.
Yet the company is not prone to boasting about their success: at the Monza based concern (that step by step has become a group of international standing) the sober, measured tones of those who prefer to let their actions speak for themselves. At any rate the people at Elesa confided that the new position indicator is doing well on the market, despite the present moment and the fact that with its technological features it is still perceived as pertaining to the top range of the market, even if the costs are way below those of fully automated drive shafts (a solution that’s still possible).
The DE51, fruit of company R&D, was in fact conceived to anticipate and offer an evolved alternative, capable of satisfying the needs of the most varied industrial segments, the pharmaceutical sector first and foremost. One, in particular, is optimized management of the format changes, guided by instructions that appear on-line on each display, and of the safety of the packaging operations, above all: combined with the mechanics, the electronics make for a fast and effective response to these needs, by combining (see below) reliability and simplicity of use.
Safety first and foremost
One of the main characteristics of the DE51 is that it has an “absolute optical” encoder inside. “Optical” in that the coder is not influenced by surrounding magnetic fields and thus also works well close to electrical motors; while by “absolute” we mean that the positioning of the axis is correctly given in any moment under any condition, never mind the prevailing conditions (for example during an accidental black-out or when the machine is shut down).
There is a further advantage in terms of safety - the technicians explain - essential for those sectors (such as pharmaceuticals) where any possibility of human error has to be eliminated. In fact, once connected to a PLC, the DE51 becomes a true and proper integrated control system: should the actual position of even just one indicator not correspond to that programmed (and hence considered incorrect), the system prevents machine start-up, thus eliminating any danger of wrong production.
IP65 classified, the new Elesa element can be easily washed and sanitized (another plus for pharmaceutical and food uses) and it is also fireproof, extinguishing itself in the event of fire, thus respecting the strict European and American standards for this field.
Elegy of simplicity
Elesa has focused on versatility and clarity in terms of reading the data. In fact, both the current position of the axis as well as that to be reached are clearly indicated on the display. Regarding the DE51 display, its position, angle, unit of measurement and position tolerance can be adjusted via programming.
That is to say it offers broad, varied and easily personalized possibilities of use (a single tool can control the position of the machine axes with different sections) with just two versions: tilted display on one side or at the front. In general, the design approach adopted by this Lombard company aims at guaranteeing max freedom of use, connection and maintenance; RS 485 data transmission and simple connections between indicators, machines, UMC100 central unit and PLC.
As anticipated, the DE51 also stands out for its ease of use: in fact, the operator only has to call up the preset positions for each format change and machine start-up. In the event of new jobs, the parameters are simply entered and stored via PLC.
From precision to safety, from hygiene to versatility, this new electronic indicator is capable of guaranteeing high machine reliability and performance. Not by chance some large concerns have already adopted the DE51 for their own systems, hence choosing an effective tool for increasing their productivity while favoring max precision.
PLC micro
Il Micro PLC System 100V® di Vipa è dotato di CPU programmabile in Step7® di Siemens con I/O integrati ed espandibili. Il sistema, disponibile anche nella versione con seconda seriale in RS232, RS485 o con interfaccia Profibus Slave, si distingue per il prezzo e per le dimensioni contenute (16 canali occupano appena 76x101x48 mm), ma anche per il potente CPU, per la programmazione con S7-300 di Siemens, e l'MP2I integrata. La capacità di memoria varia da 8 KB Work e 16 KB Load a 32 KB Work e 40 KB Load.
Il Micro PLC è disponibile con 16, 24 o 32 I/O integrati. La versione a 16 I/O ha quattro ingressi interrupt, mentre le altre possiedono quattro ingressi interrupt o counters per la lettura di due encoders e due uscite in frequenza. Il tempo di ciclo è ms bit/word 0,25/1,2.
Il Micro PLC System 100V® offre inoltre una gamma completa di periferia Profibus DP Slave a blocchi DP 100V® 12 Mbaud e periferia CANopen Slave a blocchi SM123CAN 1 Mbaud.
La prima è costituita da blocchi fissi di I/O non espandibili, con velocità di 12 Mbaud, modularità di 16 o 32 canali digitali nelle diverse configurazioni anche miste, come ad esempio 16DI, 16DO, 16DO relè (5A), 32 DI, 32 DO, 8DIO, 8DI+8DO, 16DI+16DO, 24DI+8DO.
La periferia CANopen Slave è anch'essa composta da blocchi fissi di I/O non espandibili, ma con velocità di 1 Mbaud e modularità di 16 o 32 canali digitali nelle diverse configurazioni anche miste, come ad esempio 8DIO, 8DI+4DIO+4DO, 24DI+8DO.
Infine, i blocchi di espansione EM 100 per CPU 114 e 115 sono composti da blocchi fissi di I/O, come ad esempio 8DI+8DO, 16DI+8DO, 16DI+8DO relè (5A), 16DI(AC 60…230V)+8DO relè (5A), 16DI+16DO ecc.
Micro PLC
The Micro PLC System 100V® from Vipa features a Siemens Step7® programmable CPU with integrated expandable I/Os. This system, which also comes in a version with a second RS232, RS485 serial port or with Profibus Slave interface, is exceptionally low-cost and compact (16 channels take up just 76x101x48 mm). It also offers a particularly powerful CPU for Siemens S7-300 programming and an integrated MP2I. Storage capacity ranges from 8 KB Work and 16 KB Load to 32 KB Work and 40 KB Load.
The Micro PLC comes with 16, 24 or 32 integrated I/Os. The 16 I/O version has four interrupt inputs, while the other versions have four interrupt inputs or counters for the reading of two encoders and two frequency outputs. Cycle times are 0.25/1.2 ms bit/word.
The Micro PLC System 100V® also offers a complete range of peripherals: Profibus DP Slave with DP 100V® 12 Mbaud blocks and CANopen Slave with SM123CAN 1 Mbaud blocks.
The former consists of fixed banks of non expandable 12 Mbaud I/Os with 16 or 32 digital channel modularity for different configurations (also mixed, such as 16DI, 16DO, 16DO relay (5A), 32 DI, 32 DO, 8DIO, 8DI+8DO, 16DI+16DO, 24DI+8DO.
The CANopen Slave peripheral also has fixed non expandable banks of I/Os, but offering a speed of just 1 Mbaud and 16 or 32 digital input modularity for different configurations (also mixed, such as 8DIO, 8DI+4DIO+4DO, 24DI+8DO).
Finally, the EM 100 expansion blocks for CPU 114 and 115 consist of fixed I/O banks, e.g. 8DI+8DO, 16DI+8DO, 16DI+8DO relay (5A), 16DI(AC 60…230V)+8DO relay (5A), 16DI+16DO etc.
Quattro architetture, una filiera
Bosch Rexroth ha presentato un modello di filiera produttiva Food&Packaging, con quattro architetture (flow pack, cartonatrice, inscatolatrice e palettizzatore) collegate virtualmente dal sistema di trasporto flessibile a catena polivalente VarioFlow.
• Flow Pack - L’offerta comprende pannello operatore (serie VCP) e PLC con Motion Control integrato, in grado di gestire fino a 16 assi. La connessione agli I/O remotati può avvenire con diversi bus di campo, mentre gli azionamenti Indradrive sono connessi tramite SERCOS. Le valvole pneumatiche serie CL03, connesse con nodo Profibus, controllano il cilindro pneumatico, di alluminio puro e trattato superficialmente o acciaio INOX. Il pacchetto è completato dai componenti della tecnica lineare (guide e miniguide).
• Cartonatrice - Rexroth offre la soluzione “cross comunication drive”, con un PLC che comanda fino a 4 drive connessi in SERCOS 3. Le funzioni pneumatiche sono garantite dal sistema valvole serie HF03, dalla slitta pneumatica (MSF) e/o dal cilindro standard (PRA).
• Inscatolatrice (foto) - Bosch Rexroth propone un sistema per la manipolazione preassemblato (CMS+E2C). Il controllore integrato nei drive gestisce, tramite gli I/O, il manifold della pneumatica (serie HF03, IP65) che a sua volta aziona l'unità di trasferimento senza contatto NCT. Questo particolare dispositivo utilizza la forza di sollevamento dinamica a flusso d’aria continuo per movimentare i componenti senza entrare in contatto con la loro superficie.
• Palettizzatore - Dal pannello operatore alle unità attuatrici pneumatiche, elettriche o lineari, Rexroth offre un equipaggiamento completo, che integra tutte le funzioni di controllo, azionamento e diagnostica. I componenti possono essere gestiti da un’unità di controllo (PPC-R22) con comunicazione in Sercos o Profibus. L'offerta di moduli lineari e componenti comprende tra l'altro le guide con cremagliera integrata a denti inclinati (temprata a induzione e rettificata) che consentono l’immediata compatibilità del sistema di traslazione con quello di movimentazione.
Four architectures, one segment
Bosch Rexroth presented a Food&Packaging production segment model with four architectures (flow pack, casepacker, boxing machine and palletizer) virtually connected by a VarioFlow multipurpose flexible chain conveyor system.
• Flow Pack - The offer comprises an operator panel (VCP series) and PLC with integrated Motion Control, for managing up to 16 axes. Connection to the remote I/O system can be with various fieldbuses, while the Indradrive drives are connected by SERCOS. The CL03 series of pneumatic valves, connected by Profibus node, control the pneumatic cylinder, either in pure steel with surface treatment, or in stainless steel. The package is completed by linear technology components (eline guides and miniguides).
• Casepacker - Rexroth offers the “cross communication drive” solution with a PLC controlling up to 4 drives connected with SERCOS 3. Pneumatic functions are guaranteed by the HF03 valve series system, by the pneumatic slide (MSF) and/or by standard cylinder (PRA).
• Boxing machine - Bosch Rexroth offers a system for pre-assembly handling (CMS+E2C). The controller integrated in the drive manages the pneumatic manifold (HF03 and IP65 series) via the I/O system and in turn activates the transfer unit without NCT contact. This particular device uses the dynamic lifting power of continuous air flow for handling the components without coming into physical contact with them.
• Palletizer - Rexroth offers complete equipment, integrating all control, drive and diagnostic functions. The components can be managed by control unit (PPC-R22) with Sercos or Profibus communication. The range of linear modules and components also comprises guides with an integrated sloping teeth rack railway (hardened by induction and ground) ensuring immediate compatibility of the transport with the handling system.
Sensori radar
A Ipack-Ima Pepperl+Fuchs, specialista in automazione, ha presentato tutte le soluzioni e applicazioni specifiche per il packaging, l’identificazione e il labelling, fra cui l’ampia gamma di fotocellule e sensori. Fra le caratteristiche delle fotocellule Pepperl+Fuchs, articolate per grandi famiglie in base alla tecnologia di riferimento, figura la capacità di riconoscere anche oggetti opachi, riflettenti o trasparenti, oltre che di operare a lunga distanza.
Fra le new entry della gamma di sensori presentata alla fiera milanese, si segnalano i prodotti a marchio MRMS-G-RC per la rilevazione radar del moto e della direzione di un veicolo. Questi sensori sono sensibili anche ai movimenti più modesti, pre-programmabili ed efficaci anche negli ambienti più “difficili”. Facilmente installabili, sono immuni da vibrazioni, interferenze luminose e temperatura, e vengono proposti anche in versione per l’operatività in remoto.
Radar sensors
At Ipack-Ima Pepperl+Fuchs, specialist in automation, presented all the specific solutions and applications for packaging, identification and labeling, including a broad range of photocells and sensors. Among the characteristics of Pepperl+Fuchs photocells, that come in large families organised under the main technology used, one has the capacity to also recognize opaque, reflecting or transparent objects, as well as to work over long distances.
Among the new entries of the range of sensors presented at the Milan fair, we highlight the MRMS-G-RC brand product for radar sensing of motion and direction of a vehicle. These sensors sense even the slightest movement, and are preprogrammable and effective even in the most “difficult” environments. Easily installable, they are immune to vibrations, luminous interference and termperatures, and are also offered in versions for remote working.
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