صناعة الحقائب الكبيرة-سواء كانت من الورق أو البلاستيك أو الأقمشة غير المنسوجة-تتضمن سلسلة من الخطوات: القطع، والختم، والطي، والتشطيب. تعمل هذه الخطوات على تحويل المواد الخام المتداولة باستمرار إلى كيس نهائي للاستخدام بالتجزئة أو المصنع. تعد إضافة المقابض وتثبيت التصحيحات من أصعب المهام الميكانيكية في هذه الخطوات. يجب على صانع الأكياس نقل شبكة من عدة مواد في وقت واحد، وتطبيق الغراء أو الأختام الحرارية بدقة كبيرة، والحفاظ على سرعة تزيد عن 150 كيسًا في الدقيقة. لفهم كيفية تعامل هذه الآلات تلقائيًا مع عمليات الإدخال والتصحيح، نحتاج إلى النظر إلى الأجزاء الميكانيكية وأنظمة الاستشعار وإعدادات التحكم التي تعمل معًا.
خط الأساس: تشكيل جسم الحقيبة
يجب تصنيع الأكياس قبل إضافة المقابض أو الرقع. في صانع الأكياس البلاستيكية القياسية، يسقط الفيلم من لفة كبيرة، ويطوى على شكل أنبوب ويغلق في الأسفل. تقوم شفرة القطع بتقطيع الأنبوب إلى جيوب منفصلة بطول مناسب. ثم تتحرك كل حقيبة للأمام على الحزام الناقل أو نظام السلسلة، لتكون جاهزة للخطوة التالية.
تعد محاذاة الكيس عند وصوله إلى المقبض أو محطة الإصلاح أمرًا أساسيًا لجميع الأعمال اللاحقة. إذا سقطت الحقيبة بمقدار 2 مم أو 3 مم، فسيستمر التعامل أو الترقيع بشكل خاطئ، مما يجعل الحقيبة سيئة. يتم تحقيق المحاذاة من خلال أدلة ميكانيكية، ومستقبلات ضوئية تقرأ البصمة على الفيلم وأنظمة نقل مؤازرة - لضبط موضع الكيس أثناء تحركه. وتغطي المواصفة القياسية ISO 21848 هذه الاحتياجات الدقيقة. فهي تحدد حدود الحجم لآلات التغليف المرنة.
إدخال المقبض: تحضير المواد وتغذيتها
يبدأ الإدخال التلقائي للمقبض بإمداد منفصل للمواد: تصبح لفة من المواد المسطحة-مثل الشريط الورقي أو الشريط البلاستيكي أو شرائط الفيلم المقطوعة-مقبض الحقيبة. يجب قص مادة المقبض إلى طول معين، وإذا كانت هناك حاجة إلى مقبض حلقي، قم بطيه ووضعه في المكان الصحيح في الحقيبة قبل التوصيل.
في صانع الأكياس للحقيبة الدائرية، يتم أولاً قطع شريط المقبض إلى الطول المناسب لعلامات ربط حلقة المقبض. يتم بعد ذلك طي الشريط على شكل U أو D باستخدام طاولة قابلة للطي ميكانيكية مع لوحة توجيه وسكة توجيه. يجب أن يكون شكل الطيات هو نفسه في كل مرة. يؤدي التغيير في الطية إلى تغيير طول المقبض، مما يجعله غير متساوٍ. لقد حلت أنظمة الطي المؤازرة- محل المجلدات الميكانيكية التي تعتمد على الكاميرا- في الأجهزة الأحدث. وذلك لأن نظام المؤازرة يسمح بتغيير أحجام الطي إلكترونيًا دون الحاجة إلى استبدال الأجزاء.
تعزيز التصحيح-وضع مستطيل صغير من المواد على نقطة ربط المقبض لتوزيع الحمل ومنع المقبض من تمزيق غشاء الكيس-يؤدي إلى فك شبكة منفصلة من مواد التصحيح وتقطيعها إلى رقع فردية. عادة ما يتم قطع الرقع باستخدام قالب دوار ويتم استخدام السندان لقطع الرقع. وهذا يسمح بإنتاج نفس الحجم بنفس السرعة. يتم بعد ذلك نقل الرقعة إلى الكيس باستخدام أكواب الشفط المفرغة أو أداة ميكانيكية. تضع هذه الرقعة أعلى نقطة ربط المقبض تمامًا.
قام مجتمع مهندسي التصنيع بكتابة ورقة بحثية حول أنظمة تغذية المواد التي يتم تشغيلها بواسطة المؤازرة في العمليات الميكانيكية. لقد أوضحوا أنه عند استخدام وحدات التغذية المؤازرة للتحكم في شد شبكة المواد في الوقت الفعلي-، يمكن تحقيق دقة محاذاة تبلغ ± 0.5 ملم بمعدل 200 لفة في الدقيقة. هذا المستوى من الدقة هو المفتاح لوضع التصحيح. يجب أن تغطي الرقعة منطقة ربط المقبض بالكامل لتوفير تعزيز جيد.
عملية الربط: اللاصق أو الختم الحراري أو اللحام بالموجات فوق الصوتية
بمجرد وضع المقبض والرقعة الموجودة على الحقيبة في مكانها الصحيح، يجب تأمينهما. في آلة صنع الأكياس الكبيرة، هناك ثلاثة أنواع من طرق الربط شائعة الاستخدام. وفقا لمواد التعبئة والتغليف، وقوة الرابطة المطلوبة، وسرعة الإنتاج وعوامل أخرى للاختيار.
تطبيق الذوبان الساخن هو الطريقة الأكثر مرونة. إنها مناسبة للصق المقابض والرقع على الورق والقماش غير المنسوج -وبعض الأكياس البلاستيكية. يقوم خزان الغراء الساخن بضخ المادة اللاصقة المنصهرة من خلال فوهة قابلة للبرمجة. تضع هذه الفوهة نمطًا من الغراء على الكيس أو على ملصق المقبض. يتم التحكم في نمط الفوهة-عادةً ما يكون مستطيلًا أو مزدوجًا-سلكيًا أو منقطًا-من خلال صمام ملف لولبي، والذي يفتح ويغلق أثناء دوران الآلة. يجب أن تكون درجة الحرارة وكمية الغراء مناسبة. القليل جدًا من الغراء، الضعيف جدًا، يمكن أن ينكسر تحت الوزن. يمكن أن يؤدي استخدام الكثير من الغراء إلى ظهور بقع منبثقة تؤدي إلى تلطيخ الآلات وأسطح أكياس القماش.
عندما يكون الكيس والمقبض من نفس النوع من الأفلام البلاستيكية الحرارية، استخدم الختم الحراري. قم بتسخين الختم واضغط على المقبض على الحقيبة. يؤدي هذا إلى إذابة نقطة الاتصال البلاستيكية ويشكل لحامًا. يجب ضبط إعدادات الختم-درجة الحرارة والضغط والوقت-لأفلام معينة. يوفر ASTM F88 طريقة اختبار قياسية لقياس قوة الختم للمواد المرنة. يستخدم مصنعو الماكينات هذه الاختبارات للتحقق من إعدادات الختم في وحدة التحكم في الماكينة.
يعد اللحام بالموجات فوق الصوتية طريقة تعبئة جديدة نسبيًا، ومناسب بشكل خاص للأكياس غير المنسوجة. تهتز مكبرات الصوت بالموجات فوق الصوتية بتردد يتراوح بين 20 إلى 40 كيلو هرتز. وهذا يخلق حرارة احتكاك عند نقطة التلامس بين علامة المقبض والحقيبة. يمكن لحام التدفئة المحلية دون حرارة إضافية أو غراء. يتميز اللحام بالموجات فوق الصوتية بمزايا النظافة وعدم الطعم وعدم حدوث ضرر حراري للمواد المحيطة. يعد هذا أمرًا مهمًا لاستخدام أكياس الطعام-. نشرت NIST العمل على تحديد معلمات اللحام بالموجات فوق الصوتية للمواد غير المنسوجة بالحرارة. ووجدوا أن قوة اللحام كانت مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بسعة الاهتزاز وضغط التثبيت. يمكن أن تختلف أفضل الإعدادات بشكل كبير اعتمادًا على نوع البوليمر.
التزامن: هندسة التحكم
التحدي الرئيسي في الإدراج التلقائي للمقبض ومعالجة التصحيح هو التوقيت. يجب أن تكون الأكياس ومواد المقبض ومواد الترقيع وآلية الربط جميعها في نفس الوضع في نفس الوقت، وتتحرك بسرعة عالية دورة بعد دورة، مع عدم وجود مجال لأخطاء التوقيت. يتم هذا التوقيت من خلال إعداد التحكم متعدد الطبقات.
في الأعلى، تعمل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) أو وحدة التحكم في الحركة بمثابة الساعة الرئيسية للجهاز. ترسل وحدة التحكم إشارة إلى الموقع الرئيسي-عادةً من جهاز تشفير أو بكرة إلكترونية افتراضية على عمود خط التشغيل الرئيسي-لتحديد زاوية حلقة الجهاز. يتبع كل محرك سيرفو في الآلة هذا الموضع الرئيسي ويحسب حركته وفقًا للموضع الرئيسي. عندما يشير موضع المضيف إلى أن الكيس قد وصل إلى موضع المقبض، يتسارع تغذية المقبض في المؤازرة لإنتاج المقبض، وتقطع الرقعة ومؤازرة النقل لإنتاج الرقعة، ويفتح نظام الربط-كل ذلك بالمللي ثانية.
كتبت جمعية الإلكترونيات الصناعية IEEE مقالًا عن تطور تقنية عمود الخط الإلكتروني في آلات التحويل. ويشيرون إلى أن أنظمة المؤازرة الموزعة الحديثة يمكنها التحكم في وقت الجسم في حدود ± 0.1 درجة من دوران العمود الرئيسي. وهذا هو نفس التوقيت الفرعي- بالمللي ثانية عند سرعات الجهاز العادية. هذا المستوى من الدقة هو ما يجعل من الممكن إدخال مقبض أوتوماتيكي بالكامل بمعدل إخراج مرتفع. لم يكن بإمكان الأنظمة الميكانيكية القديمة التي تستخدم الكاميرات والتروس وأحزمة التوقيت القيام بذلك إلا مع وجود الكثير من الأجزاء الميكانيكية ومساحة صغيرة للتغيير.
ردود فعل الاستشعار وضمان الجودة
الوقت وحده لا يكفي. يجب على الآلات أيضًا التحقق من صحة كل خطوة ورفض معالجة أو تصحيح الأكياس غير الصحيحة. تحتوي كل محطة على مجموعة من أجهزة الاستشعار للحصول على -تعليقات في الوقت الفعلي.
عندما تدخل المستشعرات الكهروضوئية إلى الطاولة القابلة للطي، فإنها تتحقق مما إذا كانت مادة المقبض موجودة وفي المكان الصحيح. إذا أظهر المستشعر أن شريط المقبض مفقود أو غير محاذٍ، فقد تؤدي وحدة التحكم إلى حدوث خلل وإيقاف الماكينة قبل أن تتشكل حقيبة تالفة. يتم استخدام الأنظمة المرئية-الكاميرات الصغيرة المزودة ببرنامج تحليل الصور-بشكل متزايد للتحقق من موضع التصحيحات ونمط لصق الشكل. يلتقط النظام البصري صورة لكل حقيبة أثناء مرورها عبر نقطة التفتيش ويقارنها بصورة مرجعية. يتم وضع علامة على الأكياس التي تختلف كثيرًا لإزالة التحويلة لاحقًا.
إن إطار تحليل المخاطر ونقطة التحكم الحرجة (HACCP) الخاص بإدارة الغذاء والدواء الأمريكية، على الرغم من أنه مصمم في الأصل لسلامة الأغذية، فقد تم استخدامه من قبل صانعي الآلات كنموذج لوقف العيوب. من خلال إدراج خطوات إدخال المقبض وترحيله كنقاط تحكم رئيسية، وإضافة اكتشاف تلقائي في كل خطوة، يمكن للمصنعين إثبات أن صانعي الأكياس لديهم يقدمون مخرجات مستقرة وخالية من الأخطاء ويمكن تتبعها لتعيين إعدادات العملية
الاختلافات في التعامل مع التصحيح: تصحيحات التعزيز وتصحيحات النوافذ
تعمل معالجة التصحيح في صانع حقائب اليد بطريقتين مختلفتين، باستخدام نفس الأجزاء الميكانيكية ولكن بطرق مختلفة. كما ذكرنا سابقًا، توجد تصحيحات التعزيز عند نقطة ربط المقبض لتوزيع الحمل. رقع النافذة-مستطيل من الفيلم الشفاف يتم وضعه فوق فتحة في الكيس لإنشاء نافذة شفافة-يتطلب إعدادات مختلفة لتحديد الموضع ولكنه يستخدم نفس أنظمة تغذية الرقع والقطع والربط.
تعد القدرة على التعامل مع كلا النوعين من التصحيحات على نفس الجهاز إحدى ميزات التصميم الخاصة بصانع الأكياس المحمولة المرنة. يمكن تغيير لفة مواد الترقيع من مخزون التعزيز غير الشفاف إلى فيلم النوافذ الشفاف. قوالب القطع قابلة للتبديل أيضًا لعمل رقع بأحجام مختلفة. يتم تحديث عناصر التحكم لتتناسب مع حجم التصحيح الجديد وإعدادات الربط. تسمح هذه المرونة لآلة واحدة بإنتاج مجموعة متنوعة من أنماط الأكياس دون الكثير من التغيير الميكانيكي-كيس على شكل حلقة-كيس مع رقع معززة، أو كيس مقطوع بالقالب مع رقع نافذة أو رقعة فقط-كيس بدون.
نظرت الدراسة التي أجراها معهد آلات التغليف بجامعة ولاية ميشيغان في مدى سرعة انتقال شركات التعبئة متعددة الوظائف من وظيفة إلى أخرى. لقد وجدوا أن الأجهزة التي تحتوي على أنظمة معالجة التصحيحات القابلة للبرمجة والمدارة -تعمل على تقليل أوقات التبديل بنسبة 60 إلى 75%% مقارنة بالأنظمة الخاضعة للتنظيم ميكانيكيًا. يؤدي هذا الانخفاض في وقت التغيير إلى تحسين استخدام الماكينة بشكل مباشر وتقليل الفاقد أثناء التبديل بين عمليات تشغيل المنتج.
السرعة والصيانة وحدود الأتمتة
لا يتم تحديد السرعة القصوى لحامل الأكياس مع إدخال المقبض تلقائيًا بواسطة أي مكون واحد. يتم تحديده من خلال إجمالي الوقت المسموح به لجميع خطوات الدورة. بمعدل 150 كيسًا في الدقيقة، تكمل الآلة دورة كاملة كل 400 مللي ثانية. خلال هذا الوقت، يجب أن تكون الحقيبة في مكانها، ويجب قطع المقبض وطيه، ويجب قطع الرقعة وتحريكها، ويجب وضع الغراء، ويجب ضغط نظام الربط وتخفيفه، ويجب إرسال الحقيبة النهائية إلى منطقة التجميع. تستخدم كل خطوة جزءًا من ميزانية قدرها 400-ملي ثانية. أما بقية الوقت-الوقت بين نهاية خطوة واحدة وبداية الخطوة التالية، فهو عبارة عن وسادة توقيت لاستيعاب التغييرات الصغيرة.
ومع زيادة السرعة، تصبح وسادة التوقيت أصغر فأصغر. عند إنتاج 200 كيس في الدقيقة، ينخفض زمن الدورة إلى 300 مللي ثانية. قد لا تكون الحشية كافية للتعامل مع التغيرات الطبيعية في تغذية المواد، أو تجفيف الغراء، أو استجابة المستشعر. الآلات أكثر حساسية لجودة المواد ودرجة حرارة الغرفة وتآكل الآلة. احتياجات الصيانة أكثر تواترا والعيوب العشوائية أكثر احتمالا.
توفر معايير آلات التعبئة والتغليف OMAC، التي تم إنشاؤها بموجب IEEE، نظامًا للتحكم في حالة الماكينة واكتشاف الأخطاء. وهذا يساعد المشغلين على تحديد مشاكل التوقيت وحلها بسرعة. تعرض الأجهزة التي تتبع معايير OMAC بيانات تشخيصية تفصيلية - - بما في ذلك قياسات التوقيت في كل موقع والسجلات التي تتغير بمرور الوقت. وهذا يسمح بالصيانة المبكرة وضبط العملية.
خاتمة
يستخدم صانع الأكياس الكبيرة نظام مؤازرًا -لتغذية المواد وقطعًا دقيقًا وطيًا، ووحدات ربط قابلة للبرمجة ووحدات ربط متعددة الطبقات والتحكم في التوقيت وجهاز استشعار وفحوصات الجودة لتحقيق إدخال المقبض تلقائيًا ومعالجة التصحيح. تنقل الآلة عدة شبكات من المواد-الأكياس وقضبان المقبض والرقع والغراء-في حلقة زمنية ضيقة تتكرر مئات المرات في الدقيقة. لقد أدى التحول من أنظمة محرك الكامات الميكانيكية إلى الإعدادات -المؤازرة والقابلة للبرمجة إلى تحويل هذه الآلات من أدوات تستخدم مرة واحدة-إلى منصات إنتاج مرنة يمكنها التعامل مع أنماط أكياس متعددة مع وقت تغيير قليل. الخطوة التالية ليست ميكانيكية. يتعلق الأمر بذكاء البرمجيات، الذي يعمل على تحسين الوقت والتنبؤ بموعد إجراء الصيانة وضبطه عند حدوث تغييرات كبيرة. ومع التقدم في أنظمة التحكم وتكنولوجيا الاستشعار، ستكون الخطوة التالية هي المضي قدمًا.
مراجع
- المنظمة الدولية للتوحيد القياسي.ISO 21848 - التغليف - كيس التغليف المرن-تصنيع الآلات - تفاوتات الأبعاد. جنيف: الآيزو، 2019.
- جمعية مهندسي التصنيع. "أنظمة تغذية المواد - المؤازرة في تحويل الآلات: دقة التسجيل والتحكم في التوتر."مجلة هندسة التصنيع، المجلد. 166، العدد. 4، 2021.
- ASTM الدولية.ASTM F88 - طريقة الاختبار القياسية لقوة الختم للمواد الحاجزة المرنة. غرب كونشوهوكن: ASTM، 2021.
- المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا. "تحسين معاملات اللحام بالموجات فوق الصوتية للمواد غير المنسوجة بالحرارة في تطبيقات التغليف."NIST المذكرة الفنية 2195, 2020.
- جمعية الإلكترونيات الصناعية IEEE. "تقنية عمود الخط الإلكتروني في تحويل الآلات: دقة التزامن والبنى المؤازرة الموزعة."معاملات IEEE على الإلكترونيات الصناعية، المجلد. 68، العدد. 7، 2021.
- معهد بحوث آلات التعبئة والتغليف، جامعة ولاية ميشيغان. ""كفاءة التحويل في-أكياس الوظائف المتعددة-آلات التصنيع: الأنظمة المؤازرة-في مقابل الأنظمة الميكانيكية."مجلة تكنولوجيا التعبئة والتغليف والعلوم، المجلد. 34، العدد. 2، 2022.
- مجموعة عمل التغليف OMAC، معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات.المبادئ التوجيهية لآلات التعبئة والتغليف OMAC: إدارة الحالة والتشخيص. بيسكاتواي: IEEE، 2020.
