高精度貼窗機貼膜誤差分析與控制

車文春

引言

貼窗機是一種印刷包裝設備，主要應用于包裝行業(yè)的紙盒制造領域，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。按照紙盒窗口的結構不同，所貼薄膜分為平膜和異型膜兩種，平膜適應于窗口位于紙盒的一個面上，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，紙盒兩個或多個面上具有透視窗口，這樣消費者可以多角度直接觀察到包裝盒中的商品，了解內部商品更多的信息，增加消費的體驗感；并且包裝盒的外型設計更加靈活多樣，美觀獨特，給消費者以美感。

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，紙盒成型后會出現爆盒（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，商品供應商會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備。近些年，高精度貼窗機設備已經有所發(fā)展，但速度、精度和合格率等關鍵技術還有待進一步提高，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，工人勞動強度大，占用生產場地大。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設備的技術水平，滿足高檔包裝盒生產市場的需求。

異型紙盒貼膜誤差方法及精度指標

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。單張異型膜可以設計在紙盒的多個面、多個窗口位置。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)標準JB/T13213-2017《印刷機械 紙盒窗口貼膜機》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，這是國內對貼窗設備貼窗精度最基本的合格要求。對于高檔包裝紙盒，這個要求太低。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，m值和k值分別設計為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，比如蘋果手機的部分包裝紙盒，制盒設計時，m值和k值分別設計等于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)定性好的設備還是不多，目前仍然是行業(yè)發(fā)展的難題。

另外，設備貼窗后總會出現個別紙盒的精度超差，一般用合格率衡量。在行業(yè)標準JB/T13213-2017《印刷機械 紙盒窗口貼膜機》中對異型膜貼窗的合格率規(guī)定為95%；其實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。但是也經常出現貼膜精度超差、出現廢品等問題。高精度貼窗機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采取有效的控制措施和消除方法，才能提高貼窗設備的性能，獲得高的貼膜精度。下列誤差原因對貼膜精度有較大的影響：

1.紙盒材質與紙盒模切質量影響

可用于設備貼膜的紙盒材質主要有灰板紙、卡板紙、瓦楞紙板，其中灰板紙材質軟，紙盒輸送定位過程中易變形，貼膜誤差會大些，紙盒設計時盡量避免使用；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量等；一般平壓平模切機模切紙盒時，每版會排多張紙盒，一個版模切下來的多個紙盒相互之間會有誤差，這對設備貼膜是不利的。

2.異型膜厚度及模切質量影響

異型膜材質大多是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，提高紙盒質量。在模切異型膜時，與模切紙盒相似，也是每個模切版排多張薄膜，一個模切版模切下來的多張薄膜會有誤差，會使貼膜誤差較大。

3.紙盒窗口大小、窗口結構的影響

紙盒窗口越大，帶來的貼膜誤差大，而窗口的結構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個或更多的紙盒面時，貼窗難度比較大，貼膜精度低，且窗口面積越大，窗口數量越多，貼膜精度會更低些。

4.紙盒與薄膜中產生的靜電影響

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

5.紙盒輸送定位誤差

對于連續(xù)不停頓貼膜的貼窗機（動態(tài)貼膜），貼膜速度高，但受運動慣性、位置檢測誤差、糾偏誤差等因素影響會導致定位誤差較大；而對于紙盒停頓下來再貼放薄膜的貼窗機（靜態(tài)貼膜），是利用定位規(guī)將紙盒在靜態(tài)準確定位，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.窗口邊緣涂膠質量影響

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

7.取薄膜與貼薄膜誤差

吸盤吸取薄膜時，每張薄膜應該在相同的位置，且要有消除靜電措施，否則貼膜精度無法保證。貼薄膜時，如果紙盒是運動過程中動態(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間固化，紙盒在堆疊過程中相互摩擦會引起薄膜跑位，帶來不必要的誤差。

提高貼薄膜精度的方法和措施

紙盒與薄膜的材質雖然對貼膜精度有影響，但與貼窗設備沒有關系，制盒廠應該在設計紙盒與薄膜時考慮這些問題，這里不去討論。如上所述貼膜誤差原因與貼窗機設備貼膜直接相關，應該采取相應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量。

1.紙盒與薄膜的模切質量控制

紙盒的質量要重點解決模切尺寸精度，紙盒的窗口與薄膜的折線及缺口有對應的精度要求，且設備貼膜時，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線，所以窗口的模切尺寸精度要求高，同時，模切出的每個紙盒尺寸一致性很重要。紙盒一般在平壓平模切機上加工，一個模切版上要排多個紙盒樣，多個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，如果貼窗出現誤差，重新對位調節(jié)貼窗機設備，可以消除模切紙盒的誤差對貼膜精度的影響。當然，如果一個模切版只排一個紙盒樣模切，這樣雖然生產效率會低些，但模切下來的紙盒尺寸一致性好，貼窗時設備調好，可以連續(xù)工作不需要調整。另外，模切毛邊問題與紙盒材質、模切刀等有關，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。

薄膜的模切質量同樣要重點解決模切尺寸精度，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有靜電產生，紙盒中產生的靜電相對很小，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生。而薄膜中產生的靜電量大，減小或消除有難度。根據實際貼窗經驗總結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；二是生產薄膜時在薄膜原材料中加入抗靜電劑，薄膜中不易產生靜電；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口，一定的吹風量不僅可以消除靜電，還可使吸盤吸取薄膜時容易分離。為了達到理想的除靜電效果，必要時多種方法要同時使用。

3.貼薄膜方式與薄膜吸取

貼窗機貼膜時，薄膜一般是用吸盤吸取的，由于薄膜軟，如果吸盤數量少薄膜不易被控制而變形，貼膜不準，所以吸盤數量越多薄膜定位越準確，且多個吸盤面要調整保持在同一平面上。動態(tài)貼薄膜方式（紙盒不停頓）一般采用同步式貼膜取放機構，其貼窗速度高，一般用2～4個吸盤均吸在薄膜運行方向的前端邊沿，薄膜跟隨吸盤的軌跡運行，薄膜運行的下方設置一個托膜板使薄膜逐漸與紙盒接觸貼合，貼薄膜時前端先接觸紙盒，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行軌跡在兩側分別設置一個側規(guī)，將運行中的薄膜導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，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個及以上均勻布置在薄膜平面內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，當吸力釋放后薄膜也要釋放變形而跑位不準，如果吸力小容易形成薄膜吸不穩(wěn)，可能產生貼膜誤差。吸盤吸力大小可以通過調節(jié)真空壓力的大小來達到，需要注意的是在放膜時，吸盤中真空吸力釋放有個過程，吸力釋放慢會產生貼膜誤差，要選擇帶吹氣功能的真空發(fā)生器或設計增加吹氣功能，即釋放吸力一瞬間增加吹氣力會快速釋放薄膜，會提高貼膜精度。

4.薄膜與紙盒的位置檢測

要在紙盒上準確地貼上薄膜就需要對紙盒和薄膜的位置在貼放前進行檢測，檢測傳感器越靠近薄膜與紙盒貼放位置越好。高精度貼窗機貼膜所使用的檢測方式比較先進的是視覺系統(tǒng)，特點是檢測位置準確，與伺服驅動機構配合可以實現動態(tài)調節(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、透明的薄膜技術還不成熟，適合于靜態(tài)貼膜方式的貼窗機。

除了視覺系統(tǒng)，另一種檢測方式是色標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或兩個邊緣。要獲得高精度貼膜，需要同步式貼薄膜裝置有較高的機械精度和機械剛性，使紙盒和薄膜走位準確，這種方法對高速運行的動態(tài)貼膜比較適合。

5.環(huán)境條件影響

紙盒貼膜環(huán)境條件不適宜時對紙盒的質量有較大影響。紙盒貼薄膜時，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，保證黏結強度的情況下涂膠層盡量薄，涂膠越均勻越好。另外，冷膠凝固所需時間較長，壓合、堆疊過程中也會引起薄膜與紙盒的相對錯動，可以使用熱熔膠迅速凝固的特性，用膠槍噴出很小的膠點將薄膜與紙盒先定位，冷膠再凝固完全黏結牢靠密封。

小結

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、包裝運輸及儲存、貼窗工廠的工作環(huán)境、貼窗設備性能等因素。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，忽視某一因素都會達不到理想效果。更重要的是正確處理貼窗設備的貼膜速度和貼膜精度之間關系，這兩者本是一對矛盾體，在研發(fā)貼窗設備時，要分清主次，同時兼顧，具體問題具體分析，繼續(xù)探索新的貼窗工藝方法，不斷提高設備性能。