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微秒精度的調(diào)味汁定量分配和完美的重復(fù)定位精度
(時(shí)間:2022/9/23 14:23:14)

  Foodjet 采用倍; PC 的控制技術(shù),以閃電般的速度打開和關(guān)閉其 MDL 食物 3D 打印機(jī)的噴嘴。Foodjet 的客戶可以使用它以最大精度分配和逐層沉積各種調(diào)味汁,既可給正在運(yùn)動(dòng)的傳送帶上的比薩餅涂上一層完美的番茄醬,也可以用糖霜給甜甜圈裝飾上季節(jié)性圖案。
  在處理連續(xù)產(chǎn)品流時(shí),如何將番茄醬涂在比薩餅底或?qū)⒋笏忉u涂在皮塔餅上?如何飛速裝飾好圣誕節(jié)或復(fù)活節(jié)餅干?總部位于荷蘭奈梅亨的 Foodjet 公司已研發(fā)出各種食物分配系統(tǒng)以應(yīng)對上述這些挑戰(zhàn),其中一款就是大型可移動(dòng)沉積裝置(MDL)。
  “我們的 MDL 定量加料裝置的優(yōu)點(diǎn)是,可以靈活地根據(jù)每個(gè)產(chǎn)品的尺寸和形狀調(diào)整打印圖案。”Foodjet 公司銷售和市場主管 Dirk Schindler 解釋道。例如,隨著越來越多的供應(yīng)商傾向于使用手工制作比薩面餅,傳統(tǒng)的圓形比薩餅底正逐步被非標(biāo)準(zhǔn)圓形的餅底所取代。事實(shí)上,很多食物的形狀都不是圓形的,但這些產(chǎn)品仍應(yīng)始終保持邊緣干凈!斑@意味著我們必須精確掃描裝配線上的每一個(gè)比薩餅座,這樣我們的打印頭就能準(zhǔn)確地知道在哪里沉積調(diào)味汁!盌irk Schindler 指出了第一個(gè)挑戰(zhàn)。畢竟,確保設(shè)備產(chǎn)能不受影響是至關(guān)重要的。
  裝配線上不再有不受歡迎的手工作業(yè)
  “MDL 能夠幫助客戶解決其中一個(gè)痛點(diǎn)問題!盌irk Schindler 強(qiáng)調(diào)道。盡管一些工藝流程已完全自動(dòng)化,但很多情況下,仍需要有人員站在裝配線上用勺子將調(diào)味汁涂在餅底四周!斑@項(xiàng)工作不僅壓力很大,而且涂抹量也會不精確,會造成重量上下波動(dòng)。”如果需要,F(xiàn)oodjet 可以很輕松地為有興趣的買家量化這個(gè)成本池。
  裝飾品的投資回報(bào)率也很難計(jì)算:裝飾品實(shí)際能貢獻(xiàn)多少銷售額?這真的是一種爭取更多市場份額的有效方式嗎?“可能是的!边@是 Dirk Schindler 一直以來聽到的最多的答案。
  Foodjet 注意到,這是市場目前高度關(guān)注的話題,因?yàn)橐呀?jīng)有第一批食品制造商做出了改變,沒有人愿意、也不應(yīng)該被甩在身后。因此,企業(yè)現(xiàn)在必須能夠根據(jù)季節(jié)調(diào)整配料,靈活地裝飾自己的產(chǎn)品,比如圣誕節(jié)的星星、復(fù)活節(jié)的兔子以及情人節(jié)的愛心,等等。倍; PC 的控制技術(shù)幫助 Foodjet 克服了這類技術(shù)挑戰(zhàn)。
  例如,為了保持比薩餅生產(chǎn)線高速運(yùn)轉(zhuǎn),F(xiàn)oodjet 的設(shè)備必須能夠以閃電般的速度確定配料模式。相機(jī)系統(tǒng)和分配頭之間的距離通常為 85 厘米,只有半秒鐘的時(shí)間進(jìn)行所需的計(jì)算。“相機(jī)必須在一幀內(nèi)捕捉到比薩餅!笨刂葡到y(tǒng)工程師 Ed de Leur 解釋道。只有在比薩餅底被全部掃描后,才能創(chuàng)建圖案并計(jì)算打印頭的各個(gè)點(diǎn),讓一切與正在運(yùn)行中的傳送帶同步。
  以微秒精度單獨(dú)控制 48 個(gè)打印頭
  第二個(gè)挑戰(zhàn)是需要高重復(fù)精度!拔覀儗λ欧眠M(jìn)行了研究,以便能夠在最恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)將所需的調(diào)味汁推過噴嘴!盓d de Leur 說道。將這些噴嘴精確控制在毫升范圍內(nèi)對液滴形狀有重要影響,因此也會影響調(diào)味汁的沉積整齊程度。“通過 MDL 中集成的倍?刂葡到y(tǒng),這個(gè)精度可以達(dá)到 20 μs。”Ed de Leur 說道。
  此外還須考慮打印頭的特殊布局:最多可有 48 個(gè)打印頭布署在多個(gè)平版印刷排中,并向著傳送帶的行進(jìn)方向傾斜。這樣就可以通過縮短噴嘴之間的有效作用距離來提高分辨率;但前排的噴嘴必須比后排的噴嘴更早開始工作。這意味著:“我們必須單獨(dú)控制每個(gè)噴嘴,同時(shí)確保每個(gè)噴嘴分配相同份量的調(diào)味汁!盓d de Leur 解釋道。
  用軟件功能取代機(jī)械裝置
  “我們經(jīng)?吹街圃焐虝氤龈鞣N花樣,將面餅底整整齊齊地排列在傳送帶上!盌irk Schindler 透露道。而使用 MDL 就完全不需要這些工作,因?yàn)槊骘灥男螤詈头较虿辉僦匾T谑褂?Foodjet Food Designer 軟件創(chuàng)建配方時(shí),只需要設(shè)置調(diào)味汁和餅底邊緣之間的距離參數(shù)。隨后,系統(tǒng)就可以精準(zhǔn)地分層放置每個(gè)產(chǎn)品。Ed de Leur 解釋道:“對客戶來說,他們不再需要示教設(shè)備各種式樣,這是一個(gè)重大的勝利。”
  如果需要,甚至是比薩和法棍也可以在傳送帶上一個(gè)接一個(gè)地隨機(jī)運(yùn)行,并且仍能在上面添加配料。
  更重要的是,MDL 可以在掃描過程中識別出不符合規(guī)格要求的餅底,并能夠在添加配料之前將這些餅底分揀出來!斑@種控制方法已經(jīng)成為我們的固定工作流程!盌irk Schindler  說道。
  MDL 系統(tǒng)必須實(shí)時(shí)計(jì)算出各種式樣,Ed de Leur 很清楚的一點(diǎn)是:“控制技術(shù)必須來自倍福。我對所有競爭對手都很熟悉,但由于我們的應(yīng)用非常特殊,因而沒有幾家控制器廠家提供的產(chǎn)品是我們真正需要的。倍福產(chǎn)品不僅能夠提供足夠的算力,還可以直接在 Windows 內(nèi)核上編程,這是其他 PLC 廠家根本無法提供的,就算有,價(jià)格也太貴,根本買不起。”倍福荷蘭分公司業(yè)務(wù)拓展專員 Nikolas Eimer 補(bǔ)充道:“不是每個(gè)客戶都需要如此大規(guī)模地使用我們的嵌入式控制器產(chǎn)品。Foodjet 的工藝是速度最快的高端應(yīng)用之一!
  Foodjet 公司使用了一臺搭載 Intel® CoreTM i7 四核處理器的 CX2040 嵌入式控制器,確保在 150 μs 內(nèi)完成計(jì)算過程,并通過 EtherCAT 傳輸計(jì)算結(jié)果,完成最重要的實(shí)際打印任務(wù)。填充打印頭中的緩沖區(qū)可能需要更長的時(shí)間,而伺服泵的運(yùn)動(dòng)控制任務(wù),Ed de Leur 估計(jì)需要 500 μs。最后,還有 HMI、安全功能和壓力測量等一些常規(guī)任務(wù),對于這些任務(wù),50 毫秒的周期時(shí)間就足夠了。Ed de Leur 對倍福平臺提供的自由選擇非常滿意:“倍福的 I/O 產(chǎn)品種類非常豐富,不僅有用于控制閥門或泵的標(biāo)準(zhǔn)端子模塊,還有一些特殊型號!
  對于 HMI,F(xiàn)oodjet 決定使用 C# 開發(fā)可視化應(yīng)用,并在 Windows 環(huán)境下運(yùn)行; PC 的控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是,盡管對于打印頭的實(shí)時(shí)性要求很高,但應(yīng)用程序可以在同一臺控制計(jì)算機(jī)上運(yùn)行,這是因?yàn)?HMI 在不同的 CPU 內(nèi)核上運(yùn)行!盎 PC 的控制技術(shù)的另一個(gè)真正優(yōu)勢是,軟件開發(fā)人員可以在同一個(gè)硬件平臺上自由運(yùn)行不同的應(yīng)用程序。” Ed de Leur 說道。這位自動(dòng)化專家對于與倍福的合作也稱贊不已:“我是一個(gè)典型的軟件工程師,喜歡直接上手并嘗試解決一些問題。”由于交付周期很短,問題往往出現(xiàn)在交付后。因此,對于 Ed de Leur 來說,迅速獲得解決問題的辦法和支持最為重要!芭c倍福的合作在這方面也卓有成效!盓d de Leur 強(qiáng)調(diào)道。
  Foodjet 公司的視覺系統(tǒng)目前仍在使用單獨(dú)的 PC;但他們的目標(biāo)是將圖像處理系統(tǒng)也整合到倍福平臺中,因?yàn)閮蓚(gè)系統(tǒng)之間的定時(shí)同步可能相當(dāng)復(fù)雜!倍福技術(shù)已經(jīng)為集成做好了準(zhǔn)備,只是我們還沒有時(shí)間來落實(shí)。”Ed de Leur 解釋道。
  從全表面繪畫到復(fù)雜的繪圖
  “下一個(gè)邏輯步驟是將 MDL 技術(shù)也應(yīng)用于食物裝飾,但這將涉及到不同的速度、分辨率和產(chǎn)量。”Dirk Schindler 說道,這是目前面臨的挑戰(zhàn)。Foodjet 已經(jīng)順應(yīng)這一市場需求成功研發(fā)出了設(shè)備,并決定為這些設(shè)備全部配備基于 PC 的控制技術(shù)。我們的目標(biāo)是針對所有行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)一個(gè)通用的控制平臺。
  Foodjet 還在研究通過兩套依次放置的 MDL 系統(tǒng)混合不同的調(diào)味汁。第一臺 MDL 用于打印番茄醬,第二臺設(shè)備用于添加意大利乳清干酪、法式白醬或橄欖油!斑@樣的效果已經(jīng)很好了,”Dirk Schindler 說道,“但還有改進(jìn)空間!崩,如果在依次涂抹完奶酪的餅底上再添加少量的番茄醬,就可以保證比薩餅口味的一致性;蛘呖梢詫⑴淞戏殖蓛砂耄诒人_餅的一邊涂上番茄醬,將另一邊做成較辣的版本。有了 Foodjet Designer Studio 軟件和基于 PC 的控制技術(shù),就能夠?qū)崿F(xiàn)這些改變,滿足各種個(gè)性化需求。
  更多信息:
  www.beckhoff.com.cn/process 

  Foodjet 公司的 MDL 系統(tǒng)能夠在 150 μs 時(shí)間內(nèi)計(jì)算出多達(dá) 48 個(gè)噴嘴的打印圖案,以便精確地將番茄醬涂抹在連續(xù)移動(dòng)的面餅底上 

  由 AX8000 多軸伺服系統(tǒng)控制的 AM8800 不銹鋼伺服電機(jī)將調(diào)味汁可靠地泵送給打印頭 

  Foodjet 公司工程師 Ed de Leur 正在設(shè)置 MDL 系統(tǒng)!拔覀儽仨氃谧钋‘(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)將適量的調(diào)味汁推過數(shù)十個(gè)噴嘴。我實(shí)在想不出還有什么比基于 PC 的控制技術(shù)更適合實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。”


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