Công nghệ phát hiện kim loại trong bao bì thực phẩm áp dụng cho một loạt các vật liệu đa dạng như nhựa dẻo, hộp bìa cứng, màng kim loại hóa và các loại bao bì cứng. Các kỹ sư bao bì phải điều chỉnh quy trình và công nghệ kiểm tra sao cho phù hợp với các đặc tính vật lý riêng biệt của từng loại bao bì cụ thể nhằm đảm bảo các tiêu chuẩn an toàn thực phẩm cao. Đối với việc kiểm tra các vật liệu không dẫn điện như túi nhựa tiêu chuẩn, cần thực hiện hiệu chuẩn điện từ đơn giản để thiết lập các yêu cầu cơ bản. Do đó, với sự gia tăng của các thành phần kim loại trong bao bì tuân thủ tiêu chuẩn, độ phức tạp của quy trình kiểm tra cũng tăng lên.

Tất nhiên, sự phức tạp của quy trình kiểm tra thể hiện rõ nhất đối với các thùng chứa kim loại cứng. Một phương pháp đóng hộp cơ bản nghịch lý Một vấn đề tồn tại trong lĩnh vực phát hiện kim loại trong bao bì thực phẩm: sự xung đột trực tiếp về mặt vận hành giữa các máy dò kim loại công nghiệp hoạt động theo nguyên lý điện từ và các hộp thiếc mà chúng được thiết kế để kiểm tra.

Hầu hết các công ty đóng gói thực phẩm đều lắp đặt hệ thống kiểm tra ở đoạn cuối cùng của dây chuyền sản xuất, nơi hệ thống quét các bao bì đã hoàn thiện và được niêm phong. Việc áp dụng logic này vào dây chuyền đóng hộp khiến chúng ta bỏ lỡ một số tiềm năng công nghệ. Bản thân lon đồ hộp tạo ra một tín hiệu hiệu ứng sản phẩm rất lớn, đó là tín hiệu được tạo ra khi khách hàng hoặc bất kỳ người bên ngoài nào tương tác với sản phẩm, và tín hiệu này hoàn toàn lấn át mức cơ bản về cảm giác của máy móc, đó là lý do tại sao thiết bị bỏ qua bất kỳ tạp chất vật lý bên trong nào đang che chắn trường điện từ bên ngoài. Không thể kiểm tra các lon kim loại đã niêm phong bằng cuộn dây điện từ, vì điều đó đi ngược lại các định luật vật lý. Vì lý do đó, toàn bộ bài viết này sẽ tập trung vào việc phân tích thách thức phức tạp nhất trong ngành thực phẩm, đó là thiết kế một nhà máy đóng hộp có hệ thống kiểm soát chất lượng vận hành hiệu quả, tuân thủ quy định và cân bằng về mặt kinh tế để ngăn chặn các đợt thu hồi sản phẩm tốn kém.

Các chất gây ô nhiễm và các loại thiết bị phát hiện

Các hệ thống phát hiện độ tin cậy có mối liên hệ trực tiếp với danh sách các tạp chất kim loại được xác định rõ ràng và phân loại theo loại, cũng như cấu hình của các cảm biến. Trong lĩnh vực chế biến thực phẩm, các tạp chất khác nhau tạo ra các cường độ tín hiệu khác nhau do thành phần kim loại của các loại kim loại đó khác nhau.

Thép không gỉ austenit là thách thức lớn nhất đối với các nhà chế biến thực phẩm. Do không có tính từ và có độ dẫn nhiệt thấp, loại thép này tạo ra biên độ tín hiệu thấp nhất trong vùng phát hiện. Để phát hiện thép không gỉ một cách hiệu quả, cần phải hiệu chuẩn thiết bị phát hiện ở mức tối đa, kết hợp với việc sử dụng khẩu độ nhỏ nhất để bắt được các hạt kim loại siêu nhỏ.

Các giai đoạn khác nhau trong quy trình sản xuất thực phẩm đòi hỏi các thiết bị có kích thước và hình dáng khác nhau, do đó cần tìm hiểu các loại máy dò kim loại khác nhau.

Các hệ thống băng tải tiêu chuẩn được thiết kế để vận chuyển bao bì nhựa hoặc giấy. Ví dụ, đối với các dây chuyền đóng hộp, cần có những cấu hình cụ thể để tránh hiện tượng che khuất do thùng chứa cuối cùng gây ra, từ đó đảm bảo an toàn cho sản phẩm.

Các giải pháp kiểm tra đã được chứng minh hiệu quả dành cho thực phẩm đóng hộp

Để khắc phục những trở ngại về mặt vật lý khi quét các thùng chứa bằng thép và ngăn ngừa các rủi ro về an toàn, các kỹ sư nhà máy phải lựa chọn các chiến lược kiểm tra khác nhau. Phương pháp phù hợp phụ thuộc vào tình trạng của sản phẩm, loại thực phẩm, các yêu cầu phát hiện và ngân sách hiện có. Đối với các dây chuyền đóng hộp, có hai hệ thống có thể áp dụng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng.

Sau khi đóng gói: Hệ thống kiểm tra bằng tia X

Nếu chỉ thị vận hành của quý vị yêu cầu phải tiến hành kiểm tra sau khi thùng chứa đã được niêm phong, cơ sở của quý vị sẽ cần sử dụng công nghệ kiểm tra bằng tia X để kiểm tra sản phẩm thành phẩm. Các hệ thống tia X không sử dụng trường điện từ. Thay vào đó, chúng sử dụng một chùm photon năng lượng cao, được chiếu qua thùng chứa đến một dãy đi-ốt tuyến tính, nhằm đo lường các photon khi chúng bị hấp thụ hoặc không bị hấp thụ.

Với độ dày đồng nhất của thành lon, phần mềm hệ thống sẽ thiết lập một hình ảnh đen trắng làm chuẩn. Sự hiện diện của vật thể lạ có mật độ cao, chẳng hạn như mảnh thép, đá, mảnh thủy tinh hoặc sỏi canxi hóa từ xương, sẽ hấp thụ tia X nhiều hơn so với thực phẩm xung quanh và chính chiếc lon. Do đó, vật thể này sẽ được nhận diện là vật thể lạ màu tối và kích hoạt cơ chế loại bỏ, tách riêng sản phẩm bị nhiễm bẩn. So với tất cả các kỹ thuật khác hiện có, hệ thống tia X là phương pháp an toàn và đáng tin cậy nhất để kiểm tra lon ở cuối dây chuyền. Đây là những hệ thống tia X đắt tiền, do đó, chúng yêu cầu tuân thủ các quy trình nghiêm ngặt về an toàn bức xạ và cần được làm mát cho các bộ phận của máy phát.

Đóng gói sẵn: Thiết bị phát hiện rơi do trọng lực

Giai đoạn kiểm tra đối với các dây chuyền đóng hộp sẽ đạt hiệu quả cao nhất, chính xác nhất và tiết kiệm chi phí nhất khi được thực hiện trước quá trình đóng gói. Phương pháp này chuyển các điểm kiểm soát quan trọng sang giai đoạn xử lý nguyên liệu thô. Các máy dò kim loại thực phẩm hoạt động theo nguyên lý rơi tự do được lắp đặt trong dòng chảy dọc của sản phẩm, ngay trước máy chiết rót, để quét nguyên liệu thô và các thành phần thô.

Việc kiểm tra sản phẩm dạng đổ ồ ạt, rơi tự do khiến hiệu ứng che chắn của hộp kim loại bị vô hiệu hóa hoàn toàn. Hơn nữa, các thiết bị phát hiện rơi tự do sử dụng khe phát hiện hình tròn hoặc hình chữ nhật hẹp; khe phát hiện càng nhỏ thì độ nhạy của thiết bị càng thấp. Do đó, khi sản phẩm dạng đổ ồ ạt rơi qua các khe hẹp thay vì các khe mở lớn của băng tải, người ta sẽ sử dụng khe phát hiện nhỏ hơn. Khe phát hiện nhỏ hơn này giúp phát hiện được các mảnh kim loại nhỏ hơn.

Lắp đặt các thiết bị phát hiện trước quá trình chiết rót

Để sử dụng bộ cảm biến rơi tự do nhằm đảm bảo độ chính xác trong quá trình phát hiện, cần phải hiểu rõ về cơ chế hoạt động của thiết bị. Máy dò kim loại không được đặt phía trên bộ nạp; thay vào đó, thiết bị này phải được tích hợp một cách chặt chẽ và hợp lý với thiết bị phân phối ở phía trước, thường là máy cân đa đầu hoặc máy nạp trục vít. Do đó, sự kết nối vật lý quyết định độ ổn định cơ bản của vùng phát hiện.

Các máng chuyển tiếp điều khiển cách thức sản phẩm di chuyển khi được thả ra khỏi thùng cân và bắt đầu hành trình đến khe hở của máy dò. Các máng này được làm từ vật liệu nhựa an toàn thực phẩm, không phải kim loại, và thường được chế tạo từ polyethylene trọng lượng phân tử siêu cao (UHMW) có khả năng tiêu tán tĩnh điện hoặc một số loại vật liệu composite nhất định. Khi vật liệu dạng bột khô di chuyển xuống máng, điện ma sát sẽ được tạo ra. Nếu sử dụng nhựa cách điện thông thường, tĩnh điện sẽ tích tụ và phóng điện vào khung kim loại nối đất. Tia lửa tĩnh điện này tạo ra tần số vô tuyến dải rộng. Máy dò sẽ cảm nhận được tần số vô tuyến này và khiến sản phẩm thực phẩm bị loại bỏ một cách vô cớ. Với hệ thống nối đất tốt cho các máng chuyển tiếp và việc sử dụng vật liệu tản tĩnh điện, sản phẩm có thể di chuyển êm ái và không bị gián đoạn trong suốt quá trình sản xuất.

Đối với các hệ thống phát hiện kim loại, việc đảm bảo cách ly cơ học là vô cùng quan trọng. Tất cả các thiết bị ở giai đoạn trước, như máy cân đa đầu, đều có bộ cấp liệu hướng tâm và động cơ bước, tạo ra các rung động liên tục với tần số cao. Nếu máy dò kim loại được lắp trực tiếp lên khung máy cân mà không có biện pháp cách ly, các rung động cơ học từ khung máy sẽ truyền sang đầu dò của máy dò. Rung động này gây ra những chuyển động rất nhỏ của các cuộn dây đồng được đúc trong nhựa bên trong đầu dò, dẫn đến việc tạo ra tín hiệu giả. Các kỹ sư phải sử dụng các giá đỡ cách ly rung động bằng chất đàn hồi đặc biệt để gắn máy dò kim loại. Ngoài ra, phải tuân thủ Khu vực Không Kim loại (MFZ) để ngăn ngừa nhiễm kim loại. Trong MFZ, không được có bất kỳ bộ phận kim loại nào di chuyển, chẳng hạn như cửa gầu cân, thanh xi lanh, v.v., đi qua khu vực này vì chuyển động của các bộ phận này sẽ làm xáo trộn từ trường.

Bộ phận cơ khí cuối cùng được gọi là cơ chế loại bỏ. Trong hệ thống rơi tự do, sản phẩm di chuyển với tốc độ cao do lực hấp dẫn, và van loại bỏ phải mở trong vòng vài mili giây. Cơ chế này được thiết kế với cấu hình an toàn tự động. Cơ chế này cần áp suất điện-khí nén liên tục để duy trì van ở vị trí ‘chấp nhận’. Nếu áp suất khí giảm, van sẽ chuyển sang vị trí ‘loại bỏ’, từ đó ngăn chặn bất kỳ sản phẩm nào chưa qua kiểm tra xâm nhập vào máy đóng gói và gây ảnh hưởng đến an toàn thực phẩm.

Điều chỉnh các thông số phần mềm để đạt độ chính xác tối ưu

Việc tích hợp phần cứng đánh dấu mức thấp nhất trong chuỗi chức năng, trong khi giao tiếp mạng quyết định hiệu quả vận hành thực sự của hệ thống. Mặc dù cảm biến rơi tự do và máy cân đa đầu hoạt động độc lập trên dây chuyền sản xuất, chúng phải phối hợp nhịp nhàng với độ đồng bộ chính xác. Nếu dòng sản phẩm – được điều khiển bởi các thông số phần mềm – không khớp với cảm biến dòng chảy, hệ thống sẽ hoặc loại bỏ nhiều hơn mức cần thiết, hoặc không thể loại bỏ các lô hàng chứa tạp chất kim loại.

Để đạt được điều này, các nhà khai thác cần điều chỉnh các thông số trong hệ thống phân phối và hệ thống kiểm tra.

Giao diện người-máy (HMI) là bộ điều khiển trung tâm đảm nhiệm việc đồng bộ hóa hệ thống. Người vận hành phải điều chỉnh các thông số khác nhau để đảm bảo đặc tính sản phẩm được duy trì đồng nhất trong suốt quá trình di chuyển qua khu vực phát hiện.

Cân nặng mục tiêu xác định tổng khối lượng sản phẩm được giải phóng trong một chu kỳ. Mặc dù điều này chủ yếu nhằm đảm bảo tuân thủ quy định về bao bì, nhưng nó cũng ảnh hưởng đến mật độ đóng gói của sản phẩm đi qua máy dò kim loại. Một sự thay đổi lớn đối với “Trọng lượng mục tiêu” cũng sẽ làm thay đổi “hiệu ứng sản phẩm”; máy dò kim loại sẽ nhận diện sản phẩm có tính dẫn điện hoặc từ tính cao hơn hoặc thấp hơn, tùy thuộc vào lượng sản phẩm có trong máy dò kim loại tại thời điểm sản phẩm đi qua. Máy dò kim loại có một bộ phận gọi là Bộ xử lý tín hiệu số (DSP), tạo ra một góc pha thích ứng để bỏ qua “hiệu ứng sản phẩm”. Nếu khối lượng sản phẩm thay đổi đột ngột, góc pha sẽ thay đổi và DSP sẽ nhầm lẫn sự gia tăng khối lượng này là tạp chất. Sự nhất quán trong việc tuân thủ Trọng lượng mục tiêu sẽ quyết định tín hiệu cơ sở cho chất lượng sản phẩm.

Tham số Biên độ của bộ rung tuyến tính điều chỉnh cường độ rung của các khay rung dùng để vận chuyển sản phẩm vào các xô cân. Cách thức rung của các khay này ảnh hưởng đến cả tốc độ lẫn độ đồng đều khi phân phối sản phẩm. Nếu mức cài đặt quá cao, các xô cân sẽ thu nhận sản phẩm một cách không đồng đều, tạo ra hình dạng rơi cao và rộng, diễn ra không đều đặn khi xô mở ra. Thay vì một cụm sản phẩm dày đặc rơi qua bộ phát hiện, các sản phẩm lại bị tách rời nhau. Phần mềm trong bộ phát hiện xác định thời điểm kích hoạt chức năng loại bỏ dựa trên tốc độ dự kiến của sản phẩm. Nếu nhóm sản phẩm bị tách rời, sản phẩm cuối cùng đi qua có thể sẽ vượt qua chức năng loại bỏ sau khi chức năng này đã đóng lại để chấp nhận. Điều chỉnh biên độ của bộ rung tuyến tính giúp sản phẩm rơi xuống một cách đồng đều và đúng như dự kiến, đảm bảo một phương pháp chủ động trong việc chặn sản phẩm.

Tốc độ xả quy định tốc độ và thứ tự mở của các cửa thùng cân. Đây chính là điểm kích hoạt để toàn bộ quy trình bắt đầu. Một bộ hẹn giờ cũng được kích hoạt khi thùng cân mở ra. Bộ điều khiển logic lập trình (PLC) theo dõi tín hiệu xả. Hệ thống xác định chính xác đến từng mili giây thời điểm tâm khối lượng sản phẩm sẽ đi qua tâm trường điện từ của máy dò kim loại. Sau đó, hệ thống xác định thời gian trễ cần thiết để mở van loại bỏ khí nén. Nếu Tốc độ xả thay đổi, các đặc tính của cơ chế sẽ thay đổi, và do đó, đường cong gia tốc của sản phẩm cũng thay đổi theo. Vì lý do này, người vận hành có trách nhiệm cài đặt các bộ hẹn giờ trễ trong phần mềm loại bỏ của máy dò kim loại để bù đắp cho bất kỳ thay đổi nào về Tốc độ xả. Sự kết hợp giữa việc tinh chỉnh ba yếu tố này giúp loại bỏ các kết quả dương tính giả và lãng phí nguyên liệu do sự mất đồng bộ trong quá trình dò kim loại trong đóng gói thực phẩm.

Những điểm cần lưu ý trong việc bố trí và lắp đặt dây chuyền đóng hộp

Thiết kế dây chuyền đóng hộp dựa trên tư duy hệ thống. Việc tích hợp các hệ thống kiểm tra tinh vi với máy móc công nghiệp hiện đại đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật ở cả cấp độ vi mô và vĩ mô. Các quyết định ban đầu về bố trí nhà máy sẽ quyết định hiệu suất của hệ thống phát hiện kim loại trong suốt vòng đời của hệ thống, đồng thời đóng vai trò là nền tảng cho việc phân tích rủi ro một cách nghiêm ngặt.

Phân bổ không gian vật lý cho thiết bị

Thiết kế theo phương thẳng đứng cho hệ thống rơi tự do đóng gói sẵn đòi hỏi phải có khoảng trống trên cao dồi dào. Các nhà thiết kế cơ sở cần tính đến tổng dung sai chồng xếp theo phương thẳng đứng, bao gồm chiều cao xả của thang máy cấp liệu, máy cân đa đầu, máng chuyển tiếp, đầu dò kim loại, cơ cấu van phân luồng, phễu tích lũy và phễu nạp của máy chiết rót lon.

Đối với việc tích hợp dọc, kiến trúc thường vượt quá chiều cao trần nhà tiêu chuẩn và truyền thống. Hơn nữa, các nhà quy hoạch phải bố trí các tầng lửng bằng thép kết cấu hoặc các bệ tiếp cận xung quanh cụm thiết bị này. Nhân viên bảo trì cần có lối đi đủ rộng và ổn định để tiếp cận chồng thiết bị này nhằm điều chỉnh máy dò kim loại, thực hiện các thử nghiệm tiêu chuẩn trong khe hở và thực hiện các quy trình vệ sinh. Khi có nỗ lực thu nhỏ chồng thiết bị theo chiều dọc để phù hợp với trần nhà thấp hơn, thường sẽ phát sinh các vấn đề về góc nghiêng của máng trượt, dẫn đến sản phẩm không chảy và tốc độ rơi không ổn định. Điều này, đến lượt nó, dẫn đến sự cố về thời gian hoạt động của cơ chế loại bỏ.

Ngăn chặn nhiễu điện từ

Các thiết bị xếp pallet tự động, máy hàn miệng lon và băng tải đều được sử dụng trong các nhà máy đóng hộp và phải chịu tải động cơ lớn. Điều này dẫn đến việc phát sinh nhiều nhiễu điện từ (EMI) và nhiễu tần số vô tuyến. Máy dò kim loại được thiết kế để phát hiện những thay đổi rất nhỏ trong từ trường, và dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ bên ngoài, điều này đe dọa đến việc tuân thủ các quy định.

Một lỗi thiết kế thường gặp là việc đi dây nguồn và dây truyền thông cho máy dò kim loại song song với các đường dây cao áp cấp nguồn cho bộ biến tần (VFD). Các bộ biến tần sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện (IGBT) để chuyển mạch điện áp điều khiển trong vòng vài mili giây, điều này tạo ra rất nhiều nhiễu điện. Nhiễu này sẽ khiến máy dò kim loại báo động sai. Kế hoạch đi dây khi các dây cáp giao nhau phải luôn đảm bảo có khoảng cách rõ ràng giữa các dây cáp tại mỗi điểm giao nhau, đồng thời các dây cáp phải được đi dọc theo cùng một trục song song theo yêu cầu.

Máy dò kim loại cũng yêu cầu một hệ thống nối đất “Clean Earth”. Nếu máy dò kim loại được kết nối với cùng một thanh nối đất chung với các thiết bị chế biến cỡ lớn khác, nhiễu điện sẽ truyền ngược lại qua dây nối đất và được các thiết bị này thu nhận. Để đảm bảo máy dò kim loại vẫn hoạt động bình thường mà không bị nhiễu, cần phải có một cọc nối đất riêng biệt, được cách ly dành riêng cho hệ thống kiểm tra cũng như cho máy dò kim loại.

Đảm bảo tỷ suất hoàn vốn (ROI) cho dây chuyền đóng gói của bạn

Việc phát hiện kim loại chính xác trên dây chuyền đóng hộp là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo tuân thủ quy trình vận hành và an toàn. Việc chuyển điểm kiểm tra sang giai đoạn trước khi đóng gói, nhờ cơ chế chuyển tải thẳng đứng chắc chắn, đã giải quyết được mâu thuẫn cố hữu trong quá trình quét các thùng chứa bằng kim loại. Hệ thống hoạt động tối ưu, bao gồm độ nhạy phát hiện tối đa và thời gian ngừng hoạt động tối thiểu, được đảm bảo nhờ sự kết hợp giữa cách ly cơ học thích hợp, máng chuyển tiếp được thiết kế chắc chắn và sự phối hợp chính xác của phần mềm giữa cơ chế xả và máy dò.

Phương pháp kiến trúc này đáp ứng được những yêu cầu khắt khe của HACCP, GFSI, và SQF các cuộc kiểm toán. Quan trọng hơn, việc tích hợp hệ thống một cách chính xác giúp loại bỏ tình trạng loại bỏ sai sản phẩm xảy ra thường xuyên, vốn gây lãng phí sản phẩm còn sử dụng được và làm suy giảm biên lợi nhuận. Một hệ thống được cấu hình đúng cách sẽ bảo vệ thiết bị chế biến của quý vị, bảo vệ danh tiếng thương hiệu khỏi các vụ thu hồi sản phẩm thảm khốc, đồng thời củng cố khoản đầu tư tổng thể vào cơ sở hạ tầng đóng gói của quý vị.

Việc thiết kế các hệ thống tích hợp loại này đòi hỏi kỹ thuật hệ thống chuyên sâu. Nếu bạn đang cân nhắc bố trí mới cho dây chuyền đóng hộp hoặc nâng cấp hệ thống kiểm soát chất lượng, hãy liên hệ với đội ngũ kỹ sư của chúng tôi để được tư vấn. Hãy liên hệ với các kỹ sư của Levapack để có được bố trí thiết bị và thiết kế tích hợp tối ưu cho mục tiêu sản xuất của bạn.