高精度貼窗機(jī)貼膜誤差分析與控制

車文春

引言

貼窗機(jī)是一種印刷包裝設(shè)備，主要應(yīng)用于包裝行業(yè)的紙盒制造領(lǐng)域，目的是為可透視窗口的禮品盒、化裝品盒、紙巾盒、瓦楞紙盒等包裝盒上的可透視窗口貼上薄膜。按照紙盒窗口的結(jié)構(gòu)不同，所貼薄膜分為平膜和異型膜兩種，平膜適應(yīng)于窗口位于紙盒的一個(gè)面上，貼窗精度很容易保證。而異型紙盒所貼的異型膜上有折線和缺口，紙盒成型時(shí)薄膜沿折線隨紙盒一起折疊，薄膜缺口與紙盒窗口邊緣位置對應(yīng)，紙盒兩個(gè)或多個(gè)面上具有透視窗口，這樣消費(fèi)者可以多角度直接觀察到包裝盒中的商品，了解內(nèi)部商品更多的信息，增加消費(fèi)的體驗(yàn)感；并且包裝盒的外型設(shè)計(jì)更加靈活多樣，美觀獨(dú)特，給消費(fèi)者以美感。

高檔異型包裝紙盒要求有較高的貼膜精度，如果貼膜精度低，紙盒成型后會(huì)出現(xiàn)爆盒（紙盒破裂）或扭曲變形等缺陷而造成廢品；如果包裝盒上窗口邊緣與薄膜缺口（圓弧底部）之間的縫隙超過0.5mm，成型后紙盒上的薄膜缺口顯得很尖銳，這個(gè)缺口很容易劃傷人的皮膚，造成人身傷害，特別在歐盟國家這種要求很嚴(yán)格，成為一條安全規(guī)則，例如小孩子的玩具盒，如果人的手指或身體其他部位被尖銳的薄膜缺口劃傷，商品供應(yīng)商會(huì)被索要人身傷害賠償。

高精度的包裝紙盒窗口貼膜需要高精度的貼窗設(shè)備。近些年，高精度貼窗機(jī)設(shè)備已經(jīng)有所發(fā)展，但速度、精度和合格率等關(guān)鍵技術(shù)還有待進(jìn)一步提高，還不能滿足市場需求，仍有一大部分高精度包裝紙盒依靠大量的人力手工貼窗，速度慢，精度低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，占用生產(chǎn)場地大。研究分析高檔異型紙盒貼膜誤差，有助于提高高精度貼窗機(jī)設(shè)備的技術(shù)水平，滿足高檔包裝盒生產(chǎn)市場的需求。

異型紙盒貼膜誤差方法及精度指標(biāo)

高檔包裝紙盒一般使用厚度大于0.2mm的薄膜貼窗，由于薄膜厚，首先需要將薄膜模切成單張異型膜，然后再貼到紙盒上。單張異型膜可以設(shè)計(jì)在紙盒的多個(gè)面、多個(gè)窗口位置。這種異型膜貼窗精度要求高，貼窗難度大，需要專門的貼窗設(shè)備完成。

異型包裝盒的貼膜誤差可以分為橫向誤差和縱向誤差。圖1所示為具有可透視窗口異型紙盒展開示意圖，圖中j表示異型薄膜折線與對應(yīng)紙盒折線的偏移量，稱作貼膜橫向誤差；m表示薄膜前沿缺口與對應(yīng)紙盒窗口前沿之間的間隙大小，k表示薄膜后沿缺口與對應(yīng)紙盒窗口后沿之間的間隙大小，m值與k值之差即（m-k）則表示貼膜的縱向誤差。如果橫向誤差值j與縱向誤差值（m-k）越大，貼膜精度越低。

在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T13213-2017《印刷機(jī)械 紙盒窗口貼膜機(jī)》中對異型紙盒的貼膜誤差要求為：橫向誤差±0 . 6 m m，縱向誤差±0.5mm，這是國內(nèi)對貼窗設(shè)備貼窗精度最基本的合格要求。對于高檔包裝紙盒，這個(gè)要求太低。在制盒行業(yè)，比如出口歐洲的玩具盒、化妝品盒等高檔包裝盒，模切紙盒與單張異型膜時(shí)，m值和k值分別設(shè)計(jì)為0.5mm，而完成貼膜后，縱向貼膜誤差（m-k）要求±0.3mm，橫向貼膜誤差j值要求±0.5mm。

制盒行業(yè)還有少量的高檔包裝盒，比如蘋果手機(jī)的部分包裝紙盒，制盒設(shè)計(jì)時(shí)，m值和k值分別設(shè)計(jì)等于0.3mm，完成貼膜后，縱向貼膜誤差（m-k）要求±0.15mm，橫向貼膜誤差j值要求±0.3mm，這樣的貼膜精度要求特別高，想要用設(shè)備快速穩(wěn)定地貼窗十分困難，一些企業(yè)做了研發(fā)，但穩(wěn)定性好的設(shè)備還是不多，目前仍然是行業(yè)發(fā)展的難題。

另外，設(shè)備貼窗后總會(huì)出現(xiàn)個(gè)別紙盒的精度超差，一般用合格率衡量。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T13213-2017《印刷機(jī)械 紙盒窗口貼膜機(jī)》中對異型膜貼窗的合格率規(guī)定為95%；其實(shí)在制盒廠對高檔包裝盒貼窗合格率的要求還要更高。

貼窗設(shè)備貼膜誤差原因分析

近幾年發(fā)展起來的高檔異型包裝紙盒的貼窗設(shè)備，與人工貼窗相比具有貼膜精度高，貼膜速度快，合格率高的特點(diǎn)。但是也經(jīng)常出現(xiàn)貼膜精度超差、出現(xiàn)廢品等問題。高精度貼窗機(jī)貼膜誤差大的原因較多，部分原因控制或消除難度比較大。因此，只有全面分析誤差原因并相應(yīng)采取有效的控制措施和消除方法，才能提高貼窗設(shè)備的性能，獲得高的貼膜精度。下列誤差原因?qū)N膜精度有較大的影響：

1.紙盒材質(zhì)與紙盒模切質(zhì)量影響

可用于設(shè)備貼膜的紙盒材質(zhì)主要有灰板紙、卡板紙、瓦楞紙板，其中灰板紙材質(zhì)軟，紙盒輸送定位過程中易變形，貼膜誤差會(huì)大些，紙盒設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免使用；卡板紙和瓦楞紙相對較好，紙盒輸送精度高，貼窗精度高。紙盒的模切過程有諸多因素影響貼窗精度，主要是模切精度、模切引起的毛邊以及模切折線質(zhì)量等；一般平壓平模切機(jī)模切紙盒時(shí)，每版會(huì)排多張紙盒，一個(gè)版模切下來的多個(gè)紙盒相互之間會(huì)有誤差，這對設(shè)備貼膜是不利的。

2.異型膜厚度及模切質(zhì)量影響

異型膜材質(zhì)大多是PVC和PET等，厚度0.2mm～0.5mm居多，厚度小于0.2mm的薄膜軟易變形，貼膜誤差較大，高檔包裝紙盒上使用較少；如果薄膜厚度超過0.5mm，薄膜太硬不利于吸盤吸取，取膜難度大，影響連續(xù)取膜而導(dǎo)致貼膜故障。選擇合適的薄膜厚度，有助于減小貼膜誤差，提高紙盒質(zhì)量。在模切異型膜時(shí)，與模切紙盒相似，也是每個(gè)模切版排多張薄膜，一個(gè)模切版模切下來的多張薄膜會(huì)有誤差，會(huì)使貼膜誤差較大。

3.紙盒窗口大小、窗口結(jié)構(gòu)的影響

紙盒窗口越大，帶來的貼膜誤差大，而窗口的結(jié)構(gòu)對貼膜精度也有影響，這種影響要具體情況具體分析，一般地，窗口位于3個(gè)或更多的紙盒面時(shí)，貼窗難度比較大，貼膜精度低，且窗口面積越大，窗口數(shù)量越多，貼膜精度會(huì)更低些。

4.紙盒與薄膜中產(chǎn)生的靜電影響

貼窗過程中，紙盒與薄膜都會(huì)產(chǎn)生靜電，紙盒產(chǎn)生的靜電雖然很小，也會(huì)影響紙盒的快速傳送精度和傳輸連續(xù)性；而薄膜中產(chǎn)生的靜電是十分棘手的問題，不但靜電容易產(chǎn)生，且產(chǎn)生的靜電量大，不容易消除，這嚴(yán)重影響著薄膜的吸取、分離和貼放，甚至導(dǎo)致薄膜之間相互劃傷，貼膜質(zhì)量得不到保證，造成不必要的浪費(fèi)。

5.紙盒輸送定位誤差

對于連續(xù)不停頓貼膜的貼窗機(jī)（動(dòng)態(tài)貼膜），貼膜速度高，但受運(yùn)動(dòng)慣性、位置檢測誤差、糾偏誤差等因素影響會(huì)導(dǎo)致定位誤差較大；而對于紙盒停頓下來再貼放薄膜的貼窗機(jī)（靜態(tài)貼膜），是利用定位規(guī)將紙盒在靜態(tài)準(zhǔn)確定位，吸盤貼放薄膜在紙盒上，其貼窗精度比較高，但貼窗速度低。

6.窗口邊緣涂膠質(zhì)量影響

紙盒與薄膜之間是一層膠黏劑連接，既要黏結(jié)密封又要黏結(jié)牢靠，紙盒窗口涂膠不均勻，或者漏涂膠會(huì)造成薄膜偏移，影響貼膜精度和紙盒成型質(zhì)量。

7.取薄膜與貼薄膜誤差

吸盤吸取薄膜時(shí)，每張薄膜應(yīng)該在相同的位置，且要有消除靜電措施，否則貼膜精度無法保證。貼薄膜時(shí)，如果紙盒是運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)態(tài)貼放在紙盒上則貼膜誤差較大，如果紙盒停下來靜態(tài)貼膜則誤差較小。

8.粘結(jié)壓合與堆疊

紙盒與薄膜貼在一起后還需要壓合，否則膠層微凸起，加之膠層需要一定時(shí)間固化，紙盒在堆疊過程中相互摩擦?xí)鸨∧づ芪?，帶來不必要的誤差。

提高貼薄膜精度的方法和措施

紙盒與薄膜的材質(zhì)雖然對貼膜精度有影響，但與貼窗設(shè)備沒有關(guān)系，制盒廠應(yīng)該在設(shè)計(jì)紙盒與薄膜時(shí)考慮這些問題，這里不去討論。如上所述貼膜誤差原因與貼窗機(jī)設(shè)備貼膜直接相關(guān)，應(yīng)該采取相應(yīng)的消除方法和控制措施降低誤差，才能提高紙盒的精度和質(zhì)量。

1.紙盒與薄膜的模切質(zhì)量控制

紙盒的質(zhì)量要重點(diǎn)解決模切尺寸精度，紙盒的窗口與薄膜的折線及缺口有對應(yīng)的精度要求，且設(shè)備貼膜時(shí)，傳感器（或視覺系統(tǒng)）要檢測紙盒的位置，一般以紙盒窗口邊緣作為檢測基準(zhǔn)線，所以窗口的模切尺寸精度要求高，同時(shí)，模切出的每個(gè)紙盒尺寸一致性很重要。紙盒一般在平壓平模切機(jī)上加工，一個(gè)模切版上要排多個(gè)紙盒樣，多個(gè)紙盒樣因模切后相互之間有誤差，直接影響到紙盒上貼膜的精度。為了消除這個(gè)誤差，理想的做法是對模切后的不同紙盒樣按模切版上位置順序編號，貼窗時(shí)同一編號的紙盒連續(xù)完成貼窗，再換另一編號的紙盒，如果貼窗出現(xiàn)誤差，重新對位調(diào)節(jié)貼窗機(jī)設(shè)備，可以消除模切紙盒的誤差對貼膜精度的影響。當(dāng)然，如果一個(gè)模切版只排一個(gè)紙盒樣模切，這樣雖然生產(chǎn)效率會(huì)低些，但模切下來的紙盒尺寸一致性好，貼窗時(shí)設(shè)備調(diào)好，可以連續(xù)工作不需要調(diào)整。另外，模切毛邊問題與紙盒材質(zhì)、模切刀等有關(guān)，也影響紙盒的貼窗精度，需要注意消除，這在模切工序中去解決。

薄膜的模切質(zhì)量同樣要重點(diǎn)解決模切尺寸精度，即每條模切折線兩端缺口的精度很重要，模切排版及順序編號方法與紙盒模切方法是一樣的，且要保持模切出來的每片薄膜的尺寸一致性。薄膜的邊緣也是傳感器（或視覺系統(tǒng)）檢測的基準(zhǔn)線，如果有毛邊，不僅檢測誤差大，還可能對連續(xù)吸膜和貼膜有影響，要用性能好的模切設(shè)備和模切刀加工，以消除毛邊。

2.薄膜中的靜電消除措施

紙盒與薄膜加工過程中都會(huì)有靜電產(chǎn)生，紙盒中產(chǎn)生的靜電相對很小，對紙盒分離與輸送影響不大，控制貼窗工作環(huán)境條件可以防止靜電產(chǎn)生。而薄膜中產(chǎn)生的靜電量大，減小或消除有難度。根據(jù)實(shí)際貼窗經(jīng)驗(yàn)總結(jié)以下幾種方法對消除靜電效果較好：一是保持合適的貼窗環(huán)境條件；二是生產(chǎn)薄膜時(shí)在薄膜原材料中加入抗靜電劑，薄膜中不易產(chǎn)生靜電；三是薄膜模切后道工序加裝除靜電棒消除靜電；四是盡量使用帶覆膜的薄膜，部分薄膜為了防止劃傷而有一層覆膜，覆膜后的薄膜不易產(chǎn)生靜電，薄膜相互不粘連；五是薄膜放置架上加裝靜棒和吹風(fēng)口，一定的吹風(fēng)量不僅可以消除靜電，還可使吸盤吸取薄膜時(shí)容易分離。為了達(dá)到理想的除靜電效果，必要時(shí)多種方法要同時(shí)使用。

3.貼薄膜方式與薄膜吸取

貼窗機(jī)貼膜時(shí)，薄膜一般是用吸盤吸取的，由于薄膜軟，如果吸盤數(shù)量少薄膜不易被控制而變形，貼膜不準(zhǔn)，所以吸盤數(shù)量越多薄膜定位越準(zhǔn)確，且多個(gè)吸盤面要調(diào)整保持在同一平面上。動(dòng)態(tài)貼薄膜方式（紙盒不停頓）一般采用同步式貼膜取放機(jī)構(gòu)，其貼窗速度高，一般用2～4個(gè)吸盤均吸在薄膜運(yùn)行方向的前端邊沿，薄膜跟隨吸盤的軌跡運(yùn)行，薄膜運(yùn)行的下方設(shè)置一個(gè)托膜板使薄膜逐漸與紙盒接觸貼合，貼薄膜時(shí)前端先接觸紙盒，后端最后與紙盒粘在一起，這樣的弊端是薄膜后端會(huì)有微量偏移而形成較大的橫向誤差，解決的方法是按照薄膜的運(yùn)行軌跡在兩側(cè)分別設(shè)置一個(gè)側(cè)規(guī)，將運(yùn)行中的薄膜導(dǎo)向直至薄膜落到紙盒上。

靜態(tài)貼膜方式（紙盒停頓下來）貼膜時(shí)，薄膜由吸盤抓取后垂直于紙盒平面貼下去，所以薄膜需要4個(gè)及以上均勻布置在薄膜平面內(nèi)的吸盤吸住再放下去，這樣精度比較高，但貼窗速度比較低。

薄膜吸取時(shí)吸盤真空吸力的大小對誤差的影響也不可忽視，吸力大容易使薄膜變形，當(dāng)吸力釋放后薄膜也要釋放變形而跑位不準(zhǔn)，如果吸力小容易形成薄膜吸不穩(wěn)，可能產(chǎn)生貼膜誤差。吸盤吸力大小可以通過調(diào)節(jié)真空壓力的大小來達(dá)到，需要注意的是在放膜時(shí)，吸盤中真空吸力釋放有個(gè)過程，吸力釋放慢會(huì)產(chǎn)生貼膜誤差，要選擇帶吹氣功能的真空發(fā)生器或設(shè)計(jì)增加吹氣功能，即釋放吸力一瞬間增加吹氣力會(huì)快速釋放薄膜，會(huì)提高貼膜精度。

4.薄膜與紙盒的位置檢測

要在紙盒上準(zhǔn)確地貼上薄膜就需要對紙盒和薄膜的位置在貼放前進(jìn)行檢測，檢測傳感器越靠近薄膜與紙盒貼放位置越好。高精度貼窗機(jī)貼膜所使用的檢測方式比較先進(jìn)的是視覺系統(tǒng)，特點(diǎn)是檢測位置準(zhǔn)確，與伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)配合可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)消除誤差，是理想的一種貼膜方式。但其成本較高，檢測紙盒沒有問題，而檢測軟的、透明的薄膜技術(shù)還不成熟，適合于靜態(tài)貼膜方式的貼窗機(jī)。

除了視覺系統(tǒng)，另一種檢測方式是色標(biāo)傳感器檢測紙盒位置，對射型光電傳感器檢測薄膜邊緣位置，這兩種檢測都是檢測紙盒或薄膜的一個(gè)或兩個(gè)邊緣。要獲得高精度貼膜，需要同步式貼薄膜裝置有較高的機(jī)械精度和機(jī)械剛性，使紙盒和薄膜走位準(zhǔn)確，這種方法對高速運(yùn)行的動(dòng)態(tài)貼膜比較適合。

5.環(huán)境條件影響

紙盒貼膜環(huán)境條件不適宜時(shí)對紙盒的質(zhì)量有較大影響。紙盒貼薄膜時(shí)，一般環(huán)境溫度保持在18℃～25℃，相對濕度保持在50%～60%比較適宜，并且環(huán)境中保持干凈無灰塵等。這樣的環(huán)境條件下紙盒與薄膜的變形小，產(chǎn)生靜電小，有助于提高紙盒貼膜精度。

6.其他提高貼膜精度的措施

薄膜與紙盒中間的涂膠層對貼薄膜的精度也有影響，涂膠層的厚度大小，涂膠層的均勻性都有一定影響，保證黏結(jié)強(qiáng)度的情況下涂膠層盡量薄，涂膠越均勻越好。另外，冷膠凝固所需時(shí)間較長，壓合、堆疊過程中也會(huì)引起薄膜與紙盒的相對錯(cuò)動(dòng)，可以使用熱熔膠迅速凝固的特性，用膠槍噴出很小的膠點(diǎn)將薄膜與紙盒先定位，冷膠再凝固完全黏結(jié)牢靠密封。

小結(jié)

異型紙盒貼膜誤差原因比較多，涉及紙盒與薄膜的原材料、模切成型、包裝運(yùn)輸及儲存、貼窗工廠的工作環(huán)境、貼窗設(shè)備性能等因素。要想獲得高的貼膜精度和合格率，需要對誤差原因逐一加以控制，忽視某一因素都會(huì)達(dá)不到理想效果。更重要的是正確處理貼窗設(shè)備的貼膜速度和貼膜精度之間關(guān)系，這兩者本是一對矛盾體，在研發(fā)貼窗設(shè)備時(shí)，要分清主次，同時(shí)兼顧，具體問題具體分析，繼續(xù)探索新的貼窗工藝方法，不斷提高設(shè)備性能。