Servomoteur pour machine d'emballage : un guide complet de sélection, d'intégration et de performances

Une machine d’emballage peut paraître simple de l’extérieur, mais le mouvement à l’intérieur est tout sauf simple.

Le film doit avoir la bonne longueur. Les produits doivent arriver au bon endroit. Les mécanismes de remplissage doivent suivre un cycle reproductible. La découpe et le scellement doivent avoir lieu au bon moment. À des vitesses de production plus élevées, même une petite erreur de mouvement peut entraîner de mauvaises étanchéités, une découpe imprécise, un gaspillage de matériaux d’emballage ou des produits rejetés.

C'est là qu'unservomoteur pour machines d'emballage devient important.

Un servomoteur ne remplace pas simplement un moteur conventionnel. Il devient partie intégrante du système de contrôle de mouvement-de la machine, fonctionnant avec le servomoteur, l'encodeur, le contrôleur, la transmission mécanique et les capteurs.

Ce guide adopte une approche différente d’une introduction de base au produit. Au lieu de discuter uniquement du couple et de la vitesse, il examine où les servomoteurs sont utilisés dans les équipements d'emballage, comment le moteur doit être intégré, quels problèmes il peut résoudre et ce que les acheteurs doivent vérifier avant d'acheter.

Qu’est-ce qui différencie les machines d’emballage ?

Les machines d’emballage présentent une caractéristique majeure qui les distingue de nombreuses machines industrielles générales :

La machine répète le même mouvement des milliers, voire des millions de fois.

Un cycle d'emballage typique peut ressembler à ceci :

Alimentation → Position → Remplissage → Scellement → Coupe → Décharge → Répéter

À basse vitesse, une petite erreur de positionnement peut ne pas être évidente.

Toutefois, à grande vitesse, cette même erreur peut se produire des centaines de fois par heure.

Cela signifie que les moteurs des-machines d'emballage doivent fournir plus qu'une rotation de base. Ils doivent livrer :

• Mouvement répétable
• Réponse rapide
• Accélération contrôlée
• Arrêt précis
• Vitesse stable
• Synchronisation avec d'autres axes
• Fonctionnement fiable sur de longs cycles de production

C'est pourquoi les servomoteurs sont largement utilisés dans les équipements d'emballage modernes.

Où les servomoteurs sont-ils utilisés dans les machines d’emballage ?

L'une des plus grandes erreurs lors de la sélection d'un servomoteur est de considérer la machine d'emballage comme un système complet.

En réalité, une machine de conditionnement peut avoir plusieurs axes de mouvement indépendants.

Chaque axe peut avoir des exigences complètement différentes.

Les fonctions courantes-pilotées par servomoteur incluent :

• Alimentation du film
• Alimentation du produit
• Mouvement du convoyeur
• Remplissage
• Coupe
• Mécanismes de thermoscellage-
• Distribution d'étiquettes
• Plafonnement
• Formage de cartons
• Fermeture du carton
• Indexation rotative
• Mécanismes de sélection-et-de placement

Un axe d'alimentation en film-peut donner la priorité à un contrôle précis de la longueur.

Un axe de coupe peut nécessiter une accélération et une décélération extrêmement rapides.

Un axe de convoyeur peut donner la priorité à un contrôle de vitesse fluide.

Un axe de remplissage peut nécessiter un positionnement et une répétabilité précis.

La bonne question n'est donc pas :

"Quel servomoteur dois-je utiliser pour ma machine d'emballage ?"

Une meilleure question est :

« Qu'est-ce que chaque axe de mouvement a besoin du servomoteur ? »

Servomoteur vs moteur standard pour équipement d'emballage

Un moteur à induction conventionnel peut constituer une bonne solution pour les applications simples à mouvement-continu.

Par exemple, si un convoyeur doit uniquement fonctionner à une vitesse relativement constante, il n’y a peut-être aucune raison d’utiliser un système d’asservissement sophistiqué.

La situation change lorsque la machine a besoin d'un mouvement contrôlé.

Moteur standard

Un moteur conventionnel convient généralement lorsque l’application nécessite principalement :

• Rotation continue
• Contrôle de vitesse simple
• Faibles exigences de positionnement
• Conditions de charge relativement stables

Servomoteur

Un servomoteur devient plus attractif lorsque la machine nécessite :

• Positionnement précis
• Accélérations et décélérations fréquentes
• Synchronisation électronique
• Réponse rapide
• Indexation répétable
• Profils de mouvement variables
• Commentaires en boucle fermée-

Cette distinction peut aider les fabricants à éviter à la fois de sous-spécifier et de sur-spécifier la machine.

Le véritable avantage d’un servomoteur dans l’emballage

Le plus grand avantage n’est pas simplement la « haute précision ».

Le véritable avantage réside dans le mouvement contrôlé et reproductible.

Envisagez une application d'alimentation de film-.

La machine devra peut-être alimenter exactement une certaine longueur de film, s'arrêter, laisser fonctionner un autre mécanisme, puis redémarrer.

Si le moteur d'alimentation tourne trop loin, le paquet devient trop long.

S'il s'arrête trop tôt, le colis devient trop court.

Si la réponse du moteur change pendant l'accélération, le film peut également subir une tension incohérente.

Un système d'asservissement peut surveiller en permanence le mouvement du moteur grâce à un retour d'information et ajuster le mouvement en fonction de la position et de la vitesse commandées.

Ceci est particulièrement utile dans les machines d'emballage-à cycle élevé.

Les trois caractéristiques de mouvement que les ingénieurs en packaging devraient surveiller

Lors de l'évaluation d'un servomoteur, trois caractéristiques méritent une attention particulière :

Réponse dynamique

À quelle vitesse le moteur peut-il répondre à un changement de commande ?

Répétabilité

Le moteur peut-il effectuer le même mouvement de manière cohérente d’un cycle à l’autre ?

Synchronisation

Le moteur peut-il maintenir la bonne relation avec les autres axes de la machine ?

Ces caractéristiques peuvent avoir un impact direct sur la qualité de la production.

Une machine d’emballage ne fait pas fonctionner un moteur à la fois.

Plusieurs mécanismes doivent souvent fonctionner de concert.

La synchronisation multi--axes est une considération majeure

Les équipements d'emballage modernes utilisent fréquemment plusieurs servomoteurs.

Par exemple:

• Le servo 1 contrôle l'alimentation du film.
• Le servo 2 contrôle la découpe.
• Le servo 3 contrôle l’alimentation du produit.
• Le servo 4 contrôle le remplissage.
• Le servo 5 contrôle l'étiquetage.
• Ces axes ne peuvent pas fonctionner indépendamment.
• Leur timing doit être coordonné.

Si le film se déplace plus rapidement alors que le mécanisme de coupe ne s'ajuste pas en conséquence, la position de coupe peut changer.

Si le convoyeur de produit n'est pas synchronisé avec le mécanisme de remplissage, la position de remplissage peut devenir incohérente.

Par conséquent, le servomoteur doit être évalué avec :

• Servomoteur
• Contrôleur de mouvement
• Encodeur
• Réseau de communication
• Capteurs
• Transmission mécanique

Il s'agit d'une décision-au niveau du système, et pas simplement d'un achat de moteur.

Choisir le servomoteur pour l'alimentation du film

L'alimentation du film est l'une des applications les plus exigeantes car le moteur doit contrôler à la fois le mouvement et le timing.

Le moteur devra peut-être :

• Accélérer le film
• Maintenir la vitesse requise
• Arrêtez-vous à une position précise
• Attendez la prochaine action de la machine
• Accélérer à nouveau
• Répéter continuellement

La situation se complique lorsque le matériau d’emballage change.

Différents films peuvent avoir différents :

• Épaisseur
• Frottement superficiel
• Élasticité
• Résistance à la traction
• Diamètre du rouleau

Ces différences affectent la charge mécanique.

Un moteur qui fonctionne bien avec un matériau d'emballage peut nécessiter des paramètres de mouvement différents avec un autre.

Comment le diamètre du rouleau de film affecte la sélection du servomoteur

C’est un point pratique qu’il est facile de négliger.

À mesure qu’un rouleau de film d’emballage devient plus petit, ses caractéristiques de rotation changent.

Le moteur peut donc connaître différentes conditions d'inertie tout au long du cycle de production.

Cela peut affecter :

• Accélération
• Ralentissement
• Tension du film
• Réponse motrice

Pour les applications utilisant de grands rouleaux de film, l'état complet du rouleau doit être pris en compte lors du dimensionnement du servomoteur.

Le moteur ne doit pas être sélectionné uniquement en fonction de l'état du rouleau vide ou du rouleau plein sans tenir compte du fonctionnement de la machine tout au long du cycle.

Servomoteur pour mécanismes de coupe

Les systèmes de coupe nécessitent souvent des mouvements rapides et synchronisés.

Le moteur peut contrôler :

• Couteaux rotatifs
• Coupe-croix
• Coupe-guillotine
• Coupeurs volants

Un cycle typique peut impliquer :

Accélérer → Synchroniser → Couper → Retour → Répéter

Le moteur a donc besoin d'une bonne réponse dynamique.

La structure mécanique compte également.

Si le mécanisme de coupe présente un jeu, un jeu ou des vibrations excessifs, l'augmentation de la résolution de l'encodeur ne résoudra pas à elle seule le problème.

Pour une coupe à grande vitesse-, le moteur et le mécanisme mécanique doivent être conçus ensemble.

Servomoteur pour applications de remplissage

L'équipement de remplissage a des exigences différentes de celles de l'alimentation en film.

En fonction du produit et de la conception de la machine, le servomoteur peut contrôler :

• Mouvement des pistons
• Alimentation par vis
• Rotation de la pompe
• Remplissage rotatif
• Mécanismes de dosage

Ici, la répétabilité est souvent plus importante que la vitesse maximale du moteur.

Par exemple, si la machine doit distribuer une quantité constante de matériau, le servomoteur doit exécuter le même mouvement avec précision sur des cycles répétés.

Le moteur idéal dépend donc fortement du mécanisme de remplissage.

Servomoteur pour équipement d'étiquetage

Les étiqueteuses nécessitent une synchronisation entre le produit et l’étiquette.

Le servomoteur peut contrôler le rouleau d'étiquettes tandis que des capteurs détectent la position du produit.

Le contrôleur ajuste ensuite le mouvement du moteur pour maintenir la position requise de l'étiquette.

Cela nécessite :

• Commentaires rapides
• Vitesse stable
• Positionnement précis
• Bonne réponse à l'accélération

Si la machine fonctionne à grande vitesse, le temps de réponse de l'ensemble du système de contrôle devient important.

Le moteur à lui seul ne peut pas compenser un capteur lent, une mauvaise configuration du contrôleur ou un jeu mécanique excessif.

Servomoteur pour équipement d'emballage rotatif

Les machines d'emballage rotatives introduisent une autre exigence :

Précision de l'indexation.

Le mécanisme rotatif peut devoir se déplacer selon un angle spécifique, s'arrêter, effectuer une opération, puis passer à la station suivante.

Les exemples incluent :

• Machines de remplissage rotatives
• Machines de capsulage rotatives
• Machines à sceller rotatives
• Tables à indexation rotative

Dans ces applications, le moteur doit contrôler à la fois :

• Position angulaire
• Synchronisation du mouvement

L'inertie de la charge devient particulièrement importante lorsque la table rotative est grande ou transporte plusieurs produits.

Comment sélectionner le bon servomoteur pour l'équipement d'emballage

Plutôt que de commencer par la puissance du moteur, utilisez le processus de sélection suivant.

Étape 1 : Définir le mouvement de la machine

Demander:

• Qu'est-ce qui bouge ?
• Jusqu’où va-t-il ?
• À quelle vitesse doit-il se déplacer ?
• À quelle fréquence ça s’arrête ?
• Est-ce que ça s'inverse ?
• Est-ce qu'il faut une synchronisation ?

Étape 2 : Déterminer la charge

Identifier:

• Poids du produit
• Poids du rouleau
• Poids du rouleau de film
• Masse du mécanisme mobile
• Friction
• Résistance mécanique
• Ne regardez pas uniquement le poids du produit.

Étape 3 : Déterminer le profil de mouvement

Un profil de mouvement utile doit inclure :

• Vitesse de démarrage
• Vitesse de fonctionnement
• Vitesse maximale
• Temps d'accélération
• Temps de décélération
• Temps de séjour
• Fréquence des cycles

Ces informations sont extrêmement utiles pour le dimensionnement des servos.

Étape 4 : Évaluer la transmission

Vérifiez si le moteur entraîne la charge à travers :

• Boîte de vitesse
• Ceinture
• Poulie
• Chaîne
• Vis
• Couplage

Le rapport de transmission et le rendement affectent les besoins réels du moteur.

Étape 5 : Calculer l'inertie

Pour les équipements d’emballage équipés de rouleaux, de bobines, de tables rotatives ou de couteaux, l’inertie de la charge doit être soigneusement prise en compte.

Une inertie élevée peut augmenter les besoins en couple d'accélération et affecter le temps de stabilisation.

Étape 6 : Déterminer les exigences de positionnement

Demander:

• Quelle doit être la précision de la position finale ?
• Dans quelle mesure le mouvement doit-il être reproductible ?
• Le jeu est-il acceptable ?
• Des commentaires en haute-résolution sont-ils requis ?

Cela permet de déterminer le codeur et la configuration mécanique appropriés.

De quelle puissance de servomoteur une machine d’emballage a-t-elle besoin ?

Il n’y a pas de réponse universelle.

Une petite étiqueteuse peut nécessiter un servomoteur relativement petit.

Une ligne d'emballage-pour charges lourdes, dotée de gros rouleaux ou de mécanismes à forte inertie-peut nécessiter beaucoup plus de couple et de puissance.

Deux machines ayant la même vitesse de production peuvent avoir des exigences en matière de moteur complètement différentes.

Par exemple:

Machine A

Film léger

Petit rouleau

Faible inertie

Accélération modérée

Machine B

Matériel d'emballage lourd

Grand rouleau

Forte inertie

Accélération très rapide

Les deux peuvent fonctionner au même régime, mais la machine B peut nécessiter un couple moteur beaucoup plus élevé.

C’est pourquoi choisir un moteur simplement parce qu’une autre machine utilise la même puissance n’est pas une méthode de dimensionnement fiable.

Quel couple de servomoteur est suffisant ?

Commencez par la charge continue.

Considérez ensuite le couple supplémentaire requis pour :

• Accélération
• Friction
• Inertie
• Pesanteur
• Pertes de transport

Après cela, vérifiez la capacité de couple maximal du moteur.

L'important est de comparer lescouple requis à la vitesse requiseavec la courbe de vitesse du couple moteur réel-.

Un moteur peut avoir un couple nominal élevé mais ne pas convenir si ce couple n'est pas disponible à la vitesse de fonctionnement requise.

Pourquoi le surdimensionnement peut aussi être un problème

Certains constructeurs de machines d'emballage choisissent intentionnellement un moteur beaucoup plus gros que nécessaire.

Cela peut sembler plus sûr, mais ce n’est pas toujours une bonne décision technique.

Un moteur surdimensionné peut augmenter :

• Coût de l'équipement
• Coût du servomoteur
• Inertie du moteur
• Exigences électriques
• Dimensions mécaniques

Cela peut également rendre le système plus difficile à régler.

Le but n’est pas d’acheter le plus gros servomoteur.

L’objectif est de sélectionner un moteur suffisamment performant pour gérer de manière fiable les conditions de fonctionnement réelles.

Qu'en est-il des servomoteurs 24 V, 48 V et 220 V ?

La tension correcte dépend de l'architecture électrique de la machine.

Servomoteur 24 V

Convient aux applications dans lesquelles la machine utilise déjà un système CC basse-tension.

Les exemples typiques incluent :

Automatisation compacte

Équipement mobile

Machines-alimentées par batterie

Moteur servo 48V

Utile lorsqu'une plus grande puissance est requise tout en conservant une architecture CC à tension -relativement basse.

Cela peut être intéressant pour certains systèmes industriels mobiles ou compacts.

Moteur servo 220V

Courant dans les équipements d’emballage industriel où une puissance plus élevée est requise.

La tension doit toujours être adaptée au servomoteur et au système électrique complet.

Sélection d'encodeurs pour machines d'emballage

L'encodeur fournit un retour d'information au système d'asservissement.

Lors du choix du retour d'encodeur, tenez compte des éléments suivants :

• Résolution
• Exigences du poste
• Vitesse
• Compatibilité du contrôleur
• Feedback absolu ou incrémental

Cependant, une résolution d’encodeur plus élevée n’est pas automatiquement meilleure.

Si la machine possède :

• Jeu excessif
• Ceintures flexibles
• Mauvais couplage
• Vibrations mécaniques
• la précision réelle du système peut encore être limitée.

Le codeur doit donc être sélectionné en même temps que la conception mécanique.

Quand un servofrein est-il nécessaire ?

Un frein peut être utile lorsque le servomoteur contrôle un axe vertical ou un autre mécanisme qui doit rester stationnaire lorsque l'alimentation est coupée.

Par exemple:

• Mécanismes d'emballage verticaux
• Systèmes de levage
• Stations-à hauteur réglable

Cependant, le frein ne doit pas être considéré comme la seule mesure de sécurité.

La conception complète de la sécurité de la machine doit déterminer la manière dont les charges sont maintenues en toute sécurité.

Comment le cycle de service affecte la sélection du servomoteur

Les machines d’emballage peuvent fonctionner en continu pendant plusieurs heures.

Le moteur peut à plusieurs reprises :

• Accélérer
• Courir
• Ralentir
• Arrêt
• Redémarrage

Même lorsque le couple maximal est acceptable, les cycles répétés peuvent créer une chaleur importante.

Par conséquent, évaluez :

• Temps de cycle
• Nombre de cycles par minute
• Fréquence d'accélération
• Fréquence de décélération
• Temps de fonctionnement continu

Un moteur adapté à un fonctionnement intermittent peut ne pas convenir à une production continue à cycle élevé-.

Servomoteur de machine d'emballage : problèmes courants et leurs causes

Problème 1 : la durée du film est incohérente

Les causes possibles incluent :

Réglage incorrect du servo

Glissement du film

Jeu mécanique

Retour d'information incorrect du codeur

Changer la tension du film

Ne présumez pas immédiatement que le moteur est trop petit.

Problème 2 : surchauffe du moteur

Les causes possibles incluent :

Couple continu insuffisant

Accélération excessive

Frottement élevé

Mauvais refroidissement

Cycle de service excessif

Le profil de charge complet doit être vérifié.

Problème 3 : la machine vibre pendant l'accélération

Les causes possibles incluent :

Inertie de charge excessive

Mauvais réglage du servo

Résonance mécanique

Accouplement flexible

Dimensionnement incorrect du moteur

Encore une fois, remplacer le moteur par un moteur plus gros ne résoudra peut-être pas le problème sous-jacent.

Problème 4 : la position de coupe est incorrecte

Les causes possibles incluent :

Mauvaise synchronisation

Erreur d'encodeur

Jeu mécanique

Synchronisation du capteur

Paramètres de mouvement incorrects

C'est un bon exemple de la raison pour laquelle le mouvement des machines d'emballage-doit être traité comme un système complet.

Comment Auric aborde les servomoteurs pour les machines d'emballage

Pour les fabricants de machines d’emballage, un servomoteur est rarement un composant isolé.

Il doit s'adapter à la structure mécanique et communiquer correctement avec le système de contrôle de la machine.

Auriquefournit des solutions de servomoteurs pour les machines OEM et les applications d'automatisation industrielle.

Pour les applications d’emballage, les facteurs clés peuvent inclure :

• Couple continu
• Couple maximal
• Vitesse de fonctionnement
• Accélération
• Inertie de charge
• Configuration du codeur
• Tension
• Dimensions de l'arbre
• Cotes de montage
• Exigences en matière de freinage
• Compatibilité des servomoteurs

Cette approche basée sur les applications-est utile lorsqu'un moteur de catalogue standard ne correspond pas directement à la machine.

Pour les projets OEM, la configuration du moteur peut être évaluée en fonction des exigences réelles de l'équipement plutôt que de choisir un modèle basé uniquement sur la puissance nominale.

Que devez-vous envoyer à un fabricant de servomoteurs ?

Si vous souhaitez une recommandation moteur utile, ne vous contentez pas d'envoyer :

"Veuillez citer un servomoteur pour machine d'emballage."

Donnez au fournisseur suffisamment d’informations pour comprendre l’application.

Informations de base sur la machine

Type de machine d'emballage

Application du moteur

Vitesse de production

Heures de travail par jour

Informations mécaniques

Charger

Diamètre du rouleau

Diamètre du rouleau de film

Rapport de démultiplication

Type de transmission

Taille de l'arbre

Cotes de montage

Informations sur le mouvement

Régime de fonctionnement

Régime maximal

Temps d'accélération

Temps de décélération

Fréquence des cycles

Précision de positionnement requise

Informations électriques

Alimentation

Servomoteur

Contrôleur

Exigences relatives à l'encodeur

Interface de communication

Plus les informations sont complètes, moins il y a de conjectures lors de la sélection du moteur.

Liste de contrôle de l'acheteur de servomoteurs d'emballage

Avant de passer une commande, confirmez les points suivants :

Moteur

Puissance nominale

Couple continu

Couple maximal

Vitesse nominale

Vitesse maximale

Inertie du moteur

Retour

Type d'encodeur

Résolution de l'encodeur

Absolu ou incrémental

Compatibilité des lecteurs

Mécanique

Diamètre de l'arbre

Cotes de montage

Boîte de vitesse

Frein

Couplage

Application

Charger

Accélération

Temps de cycle

Cycle de service

Précision du positionnement

Environnement

Température

Poussière

Humidité

Vibration

Foire aux questions

Pensées finales

A servomoteur pour machines d'emballage doit être sélectionné en fonction des exigences de mouvement de la machine-et non simplement en fonction de la puissance du moteur.

La bonne solution doit prendre en compte l’ensemble du système :

Charge + Vitesse + Accélération + Inertie + Positionnement + Synchronisation + Cycle de service

Pour l’alimentation du film, la priorité peut être une longueur précise et une tension stable.

Pour la coupe, la réponse dynamique et la synchronisation peuvent être plus importantes.

Pour le remplissage, la répétabilité et le contrôle du mouvement peuvent être prioritaires.

Pour l'indexation rotative, l'inertie et la précision du positionnement peuvent devenir des facteurs clés.

C’est pourquoi il n’existe pas de « meilleur servomoteur universel pour machines d’emballage ».

Le meilleur moteur est celui qui correspond à l'axe spécifique, fonctionne correctement avec le servomoteur et le contrôleur et peut répéter le mouvement requis de manière fiable tout au long du cycle de production.

Pour les fabricants de machines d’emballage OEM, fournir au fournisseur les exigences réelles en matière de charge, de vitesse, d’accélération, de dimensions mécaniques, de tension et de contrôle est le moyen le plus rapide d’obtenir une recommandation utile.

Auric peut évaluer ces paramètres d'application et aider les clients OEM à sélectionner une configuration de servomoteur adaptée à leur équipement d'emballage.