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尚無熱熔壓敏膠涂膠技術在煙草行業(yè)自粘軟盒包裝設備中的應用報道。文獻［9-10］中采用噴涂技術設計了一種熱熔膠噴涂系統(tǒng)并應用于包裝機上，但在實際應用中無法獲得表面平整的膠條。為此，采用熱熔壓敏膠刮膠技術［11］，利用脈沖定位方法，設計了一套新型熱熔壓敏膠涂膠系統(tǒng)， 以準確控制膠條在商標紙上的相對位置，涂出外觀平整美觀的膠條，滿足自粘軟盒包裝機的使用要求。

1. 問題分析
   1. 涂膠方式及商標紙定位問題

自粘軟盒的上方有一個蓋片，蓋片內(nèi)側前端涂有一條可反復粘結的熱熔壓敏膠條，取煙時揭開蓋片，取煙后關閉蓋片時壓敏膠會重新將蓋片粘結在盒體上，見圖 1。熱熔膠的涂膠方式有非接觸點噴涂、非接觸式纖維噴涂和接觸式刮涂 3 種。其中，非接觸點噴涂和非接觸式纖維噴涂方式可以使噴槍與商標紙不接觸，但噴涂出的膠條不夠整齊，外觀品質不夠理想。接觸式刮涂方式可以使膠條外觀平整，但刮槍要與商標紙接觸。商標紙刮膠時在模盒的帶動下快速通過刮槍底部的槍嘴位置，刮槍與商標紙之間間距過小會增加接觸摩擦力，造成商標紙在刮膠過程中出現(xiàn)偏移現(xiàn)象， 導致膠條相對商標紙歪斜；刮槍與商標紙之間間距加大可減小接觸摩擦力，但容易造成運動中的商標紙無法將膠槍噴嘴流出的熱熔膠全部帶走， 膠槍留有殘膠，殘膠積累過多則會污染包裝設備。

包裝過程中通常在商標紙水平轉塔第二工位處進行壓敏膠涂膠［11］，此時商標紙轉塔模盒內(nèi)只有半折疊的商標紙，沒有鋁箔煙包支撐商標紙，商標紙與膠槍刮膠口之間的摩擦力會使模盒內(nèi)的空

1. 1. 涂膠要求

自粘軟盒所用商標紙形狀、壓敏膠膠條形狀和位置如圖2 所示。壓敏膠體整體呈圓弧狀，膠條內(nèi)側邊半徑R 為295 mm，膠條寬5 mm，長45 mm。膠條噴涂位置為商標紙蓋片內(nèi)側，居中位于蓋片上，蓋片寬54.7 mm。膠條在長度方向的位置誤差為±1.5 mm， 在寬度方向的位置誤差為±0.5 mm；膠條長度誤差為±1.5 mm，寬度誤差為±0.5 mm。

膠條厚度 0.1 mm，厚度誤差±0.05 mm，當設備速度發(fā)生變化時膠條厚度要求在誤差范圍內(nèi)。包裝機從開始啟動逐漸加速到正常生產(chǎn)速度，模盒內(nèi)商標紙運動的線速度也逐漸增加。當涂膠長度一定，且膠缸內(nèi)壓力保持不變時，包裝機運行速度的高低會影響商標紙上的涂膠量，即包裝機低速運行時膠量多，高速運行時膠量少，從而造成膠條厚度變化較大。

1.3 膠條位置和長度控制問題

當設備的運行速度為定值時，若要在商標紙上獲得圖 3 所示膠條，膠槍必須在 A 點或 B 點開始刮膠，假設從 A 點開始經(jīng)過一段時間 T 后在 B 點結束。實際上，膠槍雖然在 A 點開始刮膠，但膠槍針閥打開的時間并不是商標紙上 A 點運動到膠槍槍嘴的時間，而是要提前 T1 時間打開，即膠槍在獲得

信號到打開針閥并流出膠液時存在有滯后響應時間 T1 。若不考慮 T1 ，假設商標紙運動速度為 V，則膠條的開始位置有 V×T1 的長度偏差。同樣，膠槍在關閉時也要提前 T1 時間關閉。事實上，設備在生產(chǎn)過程中不可能以恒定速度運行。以YB29 自粘軟盒包裝機為例，開機時其運行速度從 0 增加到 300 包/min。由于膠槍的滯

后響應時間 T1 是恒定值，當設備速度改變時，商標紙的運行速度 V 會同步改變，此時膠條的起始和結束位置的偏差 V×T1 隨之發(fā)生變化，且設備運行速度越快，偏差越大。另外，如果刮膠時間 T 不變，則膠條長度 V×T 會隨設備速度增加而變長。

1. 設計方法
   1. 系統(tǒng)組成

熱熔壓敏膠涂膠系統(tǒng)主要由膠缸、膠管、膠槍、觸摸屏、控制器、編碼器以及電眼（檢測傳感器）等部件組成。在生產(chǎn)過程中，包裝機與膠缸之間有輸入與輸出信號，包裝機只有在膠缸溫度和壓力滿足要求時才能順利啟動，且膠缸的壓力與包裝機的運行速度相匹配，包裝機停機時膠缸的壓力同步迅速釋放。包裝機與操控屏及控制器之間也有輸入與輸出信號，相互通訊就緒信號。如圖4 所示，包裝機運行時，電眼檢測到商標紙，并將信號傳遞給控制器，并根據(jù)編碼器傳遞過來的包裝機運行速度信號控制膠槍涂膠與關閉。同時，膠缸根據(jù)包裝機的運行速度控制膠壓大小，并將膠通過膠管輸送給膠槍，實現(xiàn)商標紙的涂膠。如圖 5 所示，膠槍安裝在一個直線氣缸滑動平臺上，當設備停機時， 直線氣缸滑動平臺將膠槍提起并遠離刮膠位置，重新啟動設備前，再將膠槍復位。

1. 2. 定位導軌

為了獲得外觀平整美觀的膠條，經(jīng)過多次涂膠試驗，最終選用了刮膠方式的涂膠技術。為解決在刮膠過程中模盒內(nèi)的空商標紙發(fā)生歪斜問題，設計了一個商標紙定位導軌。該導軌與商標紙兩內(nèi)側長邊的頂部接觸，確保沒有鋁箔煙包支撐的商標紙在隨模盒轉動時被穩(wěn)定地固定

在模盒內(nèi)。該導軌的軌跡是一條三維空間曲線，其曲率沿相互垂直的兩個方向變化，在設計時無法直接做出該軌跡，因此需要將其分解成兩條二維平面曲線，即曲線 C 和曲線 D，見圖 7。曲線 C 由 C1 和 C2 兩部分組成，曲線 D 由 D1 和 D2 兩部分組成，曲線 C 所在平面與曲線 D 所在平面呈 90° 夾角。直線段 D1 與圓弧段 C1 合成時獲得的曲線段，仍為曲率變化為一個方向的圓弧段。而圓弧段 C2 與圓弧段 D2 合成時，由于兩個圓弧所在曲面相互垂直，且都有曲率變化，因此獲得的曲線是一條三維空間曲線。最終合成得到的整條曲線是一條三維空間曲線。為了獲得良好的定位效果，C1 的圓心與模盒的轉動中心重合，且其曲率半徑與模盒最外端轉動軌跡的半徑相同。圓弧段 C2 的作用是使商標紙順利進入導軌，而圓弧段 D2 的作用是使轉動的模盒順利進入導軌。

1. 1. I/P 轉換原理

為解決膠條厚度隨包裝機速度變化問題，采用I/P 轉換器自動調節(jié)膠缸的膠壓。先將包裝機的運行速度轉變成電信號，然后通過 I/P 轉換器再把電信號轉換成壓力控制信號，使得膠缸內(nèi)的壓力能夠跟隨包裝機運行速度進行同步調節(jié)。

1. 2. 脈沖定位方法

針對包裝機實際運行中膠條相對商標紙位置出現(xiàn)偏差問題，沒有采用傳統(tǒng)的相位方法確定刮膠起點和終點位置，而是采用了脈沖定位方法。由于膠條半徑為 295 mm，即膠槍的刮膠直徑為 295×2=590 mm，所以水平轉塔對應膠槍噴嘴位置轉動一周的周長為 590×π=1 853.54 mm，脈沖編碼器讀取商標紙轉塔轉動主軸的脈沖點數(shù)據(jù)，假設脈沖編碼器轉動一圈的脈沖點數(shù)為 3 500，則編碼器每個脈沖對應的弧長為1 853.54/3 500=0.539 6 mm，即編碼器的分辨率為0.539 6。

在確定刮膠起點和終點位置時，只要選擇相應脈沖點數(shù)即可獲得膠槍刮膠口相對于商標紙的實際刮膠起點和終點位置，擺脫設備速度和時間對膠條位置的影響。同樣，膠條長度也可采用脈沖點數(shù)確定，例如從刮膠開始到結束共經(jīng)歷100 個脈沖，則膠條理論長度為0.539 6×100=53.96 mm。實際情況中，帶動商標紙轉動的水平轉塔在轉動時是一個變加速運動狀態(tài)，其運動速度曲線見圖 8。從曲線可以看出，兩端位置速度較低，但變化較快；中間位置速度較高，但變化較慢。脈沖編碼器在激發(fā)脈沖時，時間間隔是一定的，且整個運動周期內(nèi)速度是不斷變化的，因此編碼器激發(fā)的每個脈沖點對應的實際長度并不是 0.539 6 mm， 每個脈沖點在速度曲線的兩端位置對應的弧長變化最大，在中間位置變化最小。因此，在商標紙運行速度曲線的中間位置選擇刮膠起點和終點，就可以獲得位置和形狀準確的膠條，起點與終點相對于曲線的中心軸是對稱的。

由表 1 可見，膠條長度及在長度方向的位置誤差相對較大，而膠條寬度及在寬度方向的位置誤差相對較小，這是因為膠條長度及長度方向的位置控制主要依靠脈沖點控制，當編碼器的精度較低或商標紙轉塔轉動產(chǎn)生振動時，都會影響脈沖點的采集，尤其是瞬時轉速較高時，脈沖點的采集誤差會更大，這也是圖 8 中速度曲線不夠光滑的原因。而膠條寬度主要由膠槍的出膠口尺寸決定，且商標紙相對膠槍的位置較固定，因此誤差較小。

4.結語

熱熔壓敏膠涂膠系統(tǒng)在自粘軟盒包裝機上的實際應用情況以及測試結果表明：①刮出的膠條在長度方向的位置誤差為±1.100 mm，寬度方向的位置誤差為±0.375 mm，均在設計范圍內(nèi)，符合卷煙產(chǎn)品包裝品質要求，能夠滿足自粘軟盒包裝機的使用需求。②在商標紙運行速度曲線的中間位置選擇刮膠起點和終點位置，可以獲得位置準確、外觀平整美觀的膠條。③該涂膠技術可推廣應用于其他有涂膠需求的卷煙設備。

但該涂膠系統(tǒng)在實際應用中發(fā)現(xiàn)，當自粘軟盒包裝機的速度超過260 包/min 時，隨著包裝機振動幅度的增大，通過脈沖編碼器獲得的商標紙運動速度曲線變得更加不光滑，在選取刮膠的起點與終點時誤差變大，由此導致涂出的膠條在長度

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