ماشین‌آلات لیبل‌زن و برچسب‌زن از پروژه‌های انجام‌شده در حوزه طراحی ماشین‌آلات بسته‌بندی و تجهیزات انتهای خط بوده‌اند. در این پروژه‌ها، سیستم‌های مختلفی برای چسباندن لیبل روی بطری، لیوان، ظرف، کارتن و بسته‌های مختلف طراحی و اجرا شده‌اند.

در طراحی این دستگاه‌ها، فقط چسباندن برچسب مطرح نیست. نوع محصول، شکل ظرف، سطح نصب لیبل، سرعت خط، طول و عرض لیبل، محل دقیق قرارگیری، کشش رول، سرعت بازشدن لیبل، سنسور تشخیص محصول و هماهنگی کامل با کانوایر باید هم‌زمان بررسی شوند.

انواع ماشین‌آلات لیبل‌زن

بسته به نوع محصول و محل نصب لیبل، سیستم‌های مختلفی قابل طراحی هستند، از جمله:

• لیبل‌زن جانبی
• لیبل‌زن از بالا
• لیبل‌زن از پایین
• لیبل‌زن دوطرفه
• لیبل‌زن دور بطری
• Wrap Around Labeler
• لیبل‌زن ظروف تخت
• لیبل‌زن بطری گرد
• لیبل‌زن لیوان
• لیبل‌زن کارتن
• لیبل‌زن بسته‌های نهایی
• Print & Apply
• سیستم‌های برچسب‌زنی سفارشی

طراحی بر اساس نوع ظرف

نوع ظرف تأثیر زیادی روی طراحی مکانیزم لیبل‌زن دارد.

ظروف می‌توانند:

• گرد
• بیضی
• مستطیلی
• تخت
• مخروطی
• نامتقارن

باشند.

در طراحی، موارد زیر بررسی می‌شوند:

• شکل سطح
• قطر یا عرض ظرف
• ارتفاع
• جنس سطح
• میزان انحنا
• محل موردنظر لیبل
• پایداری ظرف روی کانوایر
• سرعت عبور محصول

تشخیص محصول

قبل از صدور فرمان لیبل، باید حضور محصول توسط سنسور تشخیص داده شود.

برای این منظور معمولاً از:

• Photoelectric Sensor
• Proximity Sensor
• Capacitive Sensor

استفاده می‌شود.

فرمان سنسور باعث شروع سیکل خروج لیبل می‌شود.

تشخیص فاصله بین لیبل‌ها

رول لیبل معمولاً دارای فاصله مشخص بین برچسب‌ها است.

برای تشخیص این فاصله می‌توان از:

• Label Gap Sensor
• Optical Sensor
• Ultrasonic Label Sensor

استفاده کرد.

نوع سنسور بر اساس جنس لیبل، رنگ، شفافیت و جنس Backing Paper انتخاب می‌شود.

لیبل‌های شفاف

در لیبل‌های شفاف، سنسور نوری معمولی ممکن است نتواند فاصله بین دو لیبل را به‌درستی تشخیص دهد.

در این شرایط می‌توان از سنسورهای:

• Ultrasonic
• Capacitive

استفاده کرد.

بازشدن رول لیبل

رول لیبل باید با کشش مناسب باز شود.

سیستم می‌تواند شامل:

• Roll Holder
• Brake
• Tensioner
• Dancer Arm
• Guide Roller

باشد.

کشش بیش از حد باعث پارگی یا کشیده‌شدن لیبل و کشش کم باعث شل‌شدن رول و خطای موقعیت می‌شود.

مسیر حرکت رول

یکی از قسمت‌های مهم طراحی، مسیر عبور رول داخل دستگاه است.

این مسیر باید به‌گونه‌ای باشد که:

• رول صاف حرکت کند
• چین نخورد
• کشش یکنواخت باشد
• امکان تعویض رول آسان باشد
• سنسور در موقعیت مناسب قرار گیرد
• Backing Paper به‌درستی جمع شود

Peel Plate

در لیبل‌زن‌های پشت‌چسب‌دار، رول از روی یک لبه تیز به نام Peel Plate عبور می‌کند.

در این نقطه، Backing Paper تغییر جهت می‌دهد و لیبل از آن جدا شده و روی محصول قرار می‌گیرد.

زاویه و شعاع Peel Plate تأثیر مستقیم روی جداسازی صحیح لیبل دارد.

جمع‌کردن Backing Paper

پس از جداشدن لیبل، کاغذ زیرین باید جمع شود.

برای این کار از یک محور Rewinder استفاده می‌شود.

این محور می‌تواند توسط:

• موتور
• تسمه
• کلاچ اصطکاکی
• سیستم مکانیکی

حرکت کند.

کشش Rewinder باید کنترل شود تا روی حرکت اصلی رول تأثیر منفی نگذارد.

موتور لیبل‌زن

برای کنترل حرکت رول می‌توان از:

• Stepper Motor
• Servo Motor
• موتور DC در سیستم‌های ساده‌تر

استفاده کرد.

در خطوط دقیق‌تر و سریع‌تر، سروو امکان کنترل بهتر طول خروج لیبل، شتاب و توقف را فراهم می‌کند.

استفاده از سروو موتور

استفاده از Servo در ماشین‌آلات لیبل‌زن مزایایی مانند:

• دقت بالاتر
• کنترل سرعت
• کنترل طول خروج لیبل
• هماهنگی با Encoder
• تغییر سریع تنظیمات
• Recipe
• عملکرد بهتر در سرعت بالا

دارد.

Encoder کانوایر

در برخی سیستم‌ها، سرعت لیبل‌زن باید دقیقاً با سرعت واقعی کانوایر هماهنگ باشد.

برای این منظور می‌توان Encoder را روی کانوایر نصب کرد.

با این روش، اگر سرعت خط تغییر کند، سرعت خروج لیبل نیز متناسب با آن تغییر می‌کند.

این موضوع باعث کاهش:

• چروک لیبل
• کشیدگی
• حباب
• جابه‌جایی موقعیت

می‌شود.

هماهنگی سرعت لیبل و محصول

سرعت سطح خروج لیبل باید تقریباً با سرعت سطح محصول برابر باشد.

اگر لیبل خیلی سریع‌تر خارج شود، ممکن است چروک شود و اگر کندتر باشد، محصول لیبل را بکشد.

به همین دلیل Sync بین کانوایر و سیستم Feed اهمیت زیادی دارد.

لیبل‌زن بطری گرد

برای بطری‌های گرد می‌توان از سیستم Wrap Around استفاده کرد.

در این سیستم، لیبل ابتدا روی بطری قرار گرفته و سپس بطری در تماس با:

• Belt
• Roller
• Pad

می‌چرخد تا لیبل به‌صورت کامل دور آن بچسبد.

Wrap Around Labeling

در این سیستم موارد زیر اهمیت دارند:

• قطر بطری
• طول لیبل
• سرعت دوران
• سرعت کانوایر
• محل شروع لیبل
• میزان Overlap
• فشار رولر

لیبل‌زن دوطرفه

در ظروف تخت یا مستطیلی ممکن است نیاز باشد روی دو سمت محصول لیبل نصب شود.

برای این منظور می‌توان دو هد لیبل‌زن در دو طرف کانوایر قرار داد.

هر هد باید:

• ارتفاع قابل تنظیم
• فاصله قابل تنظیم
• سرعت مستقل
• سنسور مناسب

داشته باشد.

لیبل‌زن از بالا

در این سیستم هد لیبل‌زن بالای کانوایر قرار می‌گیرد.

این روش برای:

• درب ظرف
• جعبه
• بسته‌های تخت
• سینی
• محصولات غذایی

قابل استفاده است.

بعد از قرارگیری لیبل می‌توان از Roller یا Brush برای چسباندن کامل آن استفاده کرد.

لیبل‌زن از پایین

در برخی بسته‌ها، برچسب باید زیر محصول قرار گیرد.

برای این کار طراحی کانوایر اهمیت زیادی دارد تا بخشی از سطح زیر محصول در محل لیبل‌گذاری آزاد باشد.

لیبل‌زن لیوان

برای لیوان‌ها، محل قرارگیری لیبل می‌تواند:

• بدنه جانبی
• درب
• زیر لیوان

باشد.

اگر سطح لیوان مخروطی باشد، شکل لیبل و نحوه چسباندن باید متناسب با مخروطی بودن ظرف طراحی شود.

لیبل‌زن ظروف مخروطی

ظروف مخروطی یکی از چالش‌های برچسب‌زنی هستند.

اگر لیبل معمولی روی سطح مخروطی قرار گیرد، ممکن است:

• چین بخورد
• بالا یا پایین برود
• حباب ایجاد شود

بنابراین شکل Die-Cut لیبل و مکانیزم اعمال آن باید متناسب با زاویه مخروط طراحی شود.

لیبل‌زن کارتن

در انتهای خطوط بسته‌بندی، لیبل می‌تواند روی کارتن نصب شود.

اطلاعات لیبل ممکن است شامل:

• مشخصات محصول
• بارکد
• Batch Number
• تاریخ
• اطلاعات ارسال

باشد.

Print & Apply

در سیستم Print & Apply، لیبل ابتدا چاپ شده و سپس روی محصول یا کارتن نصب می‌شود.

این سیستم می‌تواند شامل:

• Printer
• Label Applicator
• Vacuum Pad
• Pneumatic Cylinder
• Sensor

باشد.

Applicator پنوماتیک

در برخی کاربردها، لیبل ابتدا روی یک Pad نگه داشته شده و سپس توسط جک پنوماتیک روی محصول فشار داده می‌شود.

این روش برای سطوحی که دسترسی مستقیم از رول ممکن نیست کاربرد دارد.

Vacuum Pad

برای نگهداری لیبل روی Applicator می‌توان از وکیوم استفاده کرد.

سیستم شامل:

• Vacuum Generator
• Pad
• Vacuum Switch
• Blow-Off

است.

پس از رسیدن Pad به سطح محصول، وکیوم قطع و در صورت نیاز هوای دمشی برای رهاکردن لیبل استفاده می‌شود.

لیبل‌زن کنار خط

در برخی پروژه‌ها دستگاه لیبل‌زن به‌صورت یک یونیت مستقل در کنار خط موجود نصب می‌شود.

این سیستم باید بدون ایجاد تغییرات زیاد در ماشین اصلی با:

• کانوایر موجود
• سرعت تولید
• فضای آزاد
• PLC دستگاه

هماهنگ شود.

تنظیم ارتفاع هد

برای ظروف با ارتفاع مختلف، هد لیبل‌زن باید قابلیت تنظیم ارتفاع داشته باشد.

این تنظیم می‌تواند به روش‌های مختلف انجام شود:

• Hand Wheel
• Screw Mechanism
• Linear Guide
• Motorized Adjustment
• Servo Adjustment

تنظیم زاویه هد

گاهی سطح نصب لیبل کاملاً عمودی یا افقی نیست.

در این شرایط هد باید قابلیت تنظیم زاویه داشته باشد تا لیبل با سطح محصول موازی شود.

Side Guide

قبل از لیبل‌گذاری، محصول باید در موقعیت مناسبی قرار گیرد.

برای این منظور از Guide Rail استفاده می‌شود.

ریل‌ها باید:

• قابل تنظیم باشند
• محصول را بدون فشار زیاد هدایت کنند
• امکان Changeover سریع داشته باشند

فاصله‌گذاری محصولات

اگر محصولات با فاصله نامنظم وارد لیبل‌زن شوند، احتمال خطا بالا می‌رود.

برای ایجاد فاصله مناسب می‌توان از:

• Side Belt
• Timing Belt
• Screw
• Stopper
• Servo Conveyor

استفاده کرد.

Top Hold Belt

در بعضی ظروف سبک یا بلند، هنگام لیبل‌گذاری باید محصول از بالا نگه داشته شود.

برای این منظور می‌توان از Top Hold Belt استفاده کرد.

این سیستم مانع از:

• افتادن محصول
• چرخش ناخواسته
• تغییر موقعیت

می‌شود.

سنسور مارک و رجیستر

در سیستم‌هایی که موقعیت خاصی از محصول باید با لیبل هماهنگ شود، می‌توان از سنسور یا Encoder برای Registration استفاده کرد.

برای مثال در بطری دارای دسته یا لوگوی برجسته، لیبل باید نسبت به یک نقطه مشخص قرار بگیرد.

Orientation محصول

در چنین پروژه‌هایی ممکن است ابتدا ظرف توسط:

• سنسور
• دوربین
• مکانیزم چرخان

در جهت صحیح قرار گیرد و سپس لیبل زده شود.

Vision System

در خطوط پیشرفته‌تر می‌توان از دوربین برای بررسی کیفیت لیبل استفاده کرد.

موارد قابل بررسی شامل:

• وجود لیبل
• موقعیت
• زاویه
• چین‌خوردگی
• صحت چاپ
• بارکد

هستند.

بارکدخوان

بعد از لیبل‌گذاری می‌توان بارکد را اسکن کرد تا صحت چاپ و خوانایی آن بررسی شود.

محصول با بارکد نامعتبر می‌تواند Reject شود.

سیستم Reject

دلایل Reject می‌توانند شامل:

• نبود لیبل
• لیبل کج
• لیبل در موقعیت اشتباه
• بارکد نامعتبر
• چاپ ناقص

باشند.

سیستم Reject می‌تواند با:

• Pusher
• Air Jet
• Diverter
• Drop Gate

عمل کند.

تاریخ‌زن در کنار لیبل‌زن

در برخی خطوط می‌توان تجهیزات چاپ تاریخ را همراه دستگاه نصب کرد.

سیستم‌های چاپ می‌توانند شامل:

• Inkjet
• Thermal Transfer
• Laser
• Thermal Printer

باشند.

کنترل تنش رول

در ماشین‌های سرعت بالا، کنترل Tension اهمیت زیادی دارد.

سیستم می‌تواند از:

• Mechanical Brake
• Magnetic Brake
• Dancer
• Servo Control

استفاده کند.

هدف این است که رول در تمام طول کار با کشش یکنواخت حرکت کند.

تشخیص پایان رول

می‌توان سنسوری برای تشخیص کم‌شدن یا پایان رول در نظر گرفت.

سیستم می‌تواند قبل از اتمام کامل:

• آلارم بدهد
• دستگاه را متوقف کند
• اپراتور را برای تعویض رول مطلع کند

تعویض سریع رول

در خطوط با ظرفیت بالا، توقف برای تعویض رول باید کوتاه باشد.

برای کاهش زمان می‌توان از:

• Quick Release
• محورهای سریع
• مسیر رول مشخص
• راهنمای نصب
• رول دوم آماده

استفاده کرد.

Changeover

برای تغییر محصول ممکن است نیاز به تنظیم:

• ارتفاع هد
• زاویه
• عرض Guide
• سرعت
• محل سنسور
• فاصله لیبل
• Applicator

باشد.

Recipe

در ماشین‌های اتوماتیک می‌توان تنظیمات هر محصول را در Recipe ذخیره کرد.

این تنظیمات می‌توانند شامل:

• سرعت لیبل
• تأخیر سنسور
• طول Feed
• موقعیت سروو
• سرعت کانوایر
• زمان Blow-Off

باشند.

سیستم پنوماتیک

پنوماتیک در ماشین‌آلات لیبل‌زن می‌تواند برای موارد زیر استفاده شود:

• Applicator
• Stopper
• Reject
• Clamp
• تنظیم مکانیزم
• Blow-Off

فشار و Flow Control باید متناسب با سرعت دستگاه تنظیم شوند.

کنترل و اتوماسیون

PLC می‌تواند تمام مراحل را کنترل کند:

• Product Detection
• Label Feed
• Applicator
• Encoder Sync
• Reject
• Alarm
• Conveyor

در سیستم‌های مستقل، کنترلر اختصاصی لیبل‌زن نیز قابل استفاده است.

HMI

اپراتور می‌تواند از HMI مواردی مانند:

• سرعت
• طول لیبل
• Delay
• تعداد تولید
• Recipe
• شمارش لیبل
• آلارم‌ها

را کنترل کند.

شمارش محصولات

سیستم می‌تواند تعداد:

• محصولات ورودی
• لیبل‌های مصرف‌شده
• محصول سالم
• Reject
• تولید شیفت

را ثبت کند.

طراحی شاسی

شاسی دستگاه باید علاوه بر استحکام، امکان تنظیم دقیق هد را فراهم کند.

در طراحی موارد زیر اهمیت دارند:

• لرزش کم
• ریل‌های تنظیم
• محل رول
• دسترسی اپراتور
• تغییر رول
• تعمیرات
• مسیر کابل‌ها

طراحی بهداشتی

در خطوط صنایع غذایی، بدنه دستگاه باید قابلیت نظافت مناسبی داشته باشد.

در صورت نصب نزدیک محصول باز، استفاده از:

• Stainless Steel
• سطوح صاف
• کاور مناسب
• طراحی قابل شست‌وشو

اهمیت بیشتری دارد.

هماهنگی با خطوط موجود

ماشین‌آلات لیبل‌زن و برچسب‌زن می‌توانند به‌صورت بخشی از یک خط کامل یا به‌عنوان تجهیز جانبی به خط موجود اضافه شوند.

در این شرایط باید موارد زیر بررسی شوند:

• ارتفاع کانوایر
• سرعت
• جهت حرکت
• فضای نصب
• سیگنال Start/Stop
• شرایط Accumulation
• دستگاه‌های قبل و بعد

مدل‌سازی سه‌بعدی

پیش از ساخت، دستگاه به‌صورت سه‌بعدی طراحی می‌شود.

در مدل موارد زیر بررسی می‌شوند:

• مسیر محصول
• محل رول
• مسیر فیلم
• هد لیبل‌زن
• تنظیم ارتفاع
• Applicator
• سنسورها
• فضای تعویض رول
• کاورها
• دسترسی تعمیراتی

تست و راه‌اندازی

پس از ساخت، دستگاه با ظرف و لیبل واقعی تست می‌شود.

موارد مورد بررسی شامل:

• محل قرارگیری لیبل
• تکرارپذیری
• سرعت
• کیفیت چسبیدن
• عدم ایجاد حباب
• عدم ایجاد چین
• عملکرد سنسور
• هماهنگی Encoder
• عملکرد Reject
• پایداری در کار مداوم

چالش‌های پروژه

مهم‌ترین چالش‌های ماشین‌آلات لیبل‌زن و برچسب‌زن شامل موارد زیر بوده‌اند:

• کار در سرعت بالا
• تطبیق سرعت لیبل و کانوایر
• لیبل‌زنی ظروف گرد
• ظروف مخروطی
• کنترل کشش رول
• تشخیص لیبل شفاف
• قرارگیری دقیق
• تغییر سایز محصول
• جلوگیری از چین‌خوردگی
• کنترل حباب
• تعویض سریع رول
• هماهنگی با خط موجود

نتیجه پروژه

نتیجه این پروژه‌ها، طراحی و اجرای انواع ماشین‌آلات لیبل‌زن و برچسب‌زن برای بطری، لیوان، ظروف غذایی، بسته‌ها و کارتن‌ها بوده است.

در این ماشین‌آلات، سیستم بازکردن رول، کنترل کشش، تشخیص لیبل، Peel Plate، موتور و سروو، Encoder، Applicator، سنسورها و سیستم کنترل به‌صورت یک مجموعه هماهنگ طراحی شده‌اند تا لیبل در موقعیت صحیح و متناسب با سرعت واقعی خط روی محصول قرار گیرد.

همچنین امکان نصب این تجهیزات به‌صورت یک یونیت مستقل در کنار خطوط موجود، هماهنگ‌سازی با کانوایر و اضافه‌کردن سیستم‌های چاپ، بازرسی و Reject نیز در طراحی در نظر گرفته شده است.