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尚無(wú)熱熔壓敏膠涂膠技術(shù)在煙草行業(yè)自粘軟盒包裝設(shè)備中的應(yīng)用報(bào)道。文獻(xiàn)［9-10］中采用噴涂技術(shù)設(shè)計(jì)了一種熱熔膠噴涂系統(tǒng)并應(yīng)用于包裝機(jī)上，但在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法獲得表面平整的膠條。為此，采用熱熔壓敏膠刮膠技術(shù)［11］，利用脈沖定位方法，設(shè)計(jì)了一套新型熱熔壓敏膠涂膠系統(tǒng)， 以準(zhǔn)確控制膠條在商標(biāo)紙上的相對(duì)位置，涂出外觀平整美觀的膠條，滿(mǎn)足自粘軟盒包裝機(jī)的使用要求。

1. 問(wèn)題分析
   1. 涂膠方式及商標(biāo)紙定位問(wèn)題

自粘軟盒的上方有一個(gè)蓋片，蓋片內(nèi)側(cè)前端涂有一條可反復(fù)粘結(jié)的熱熔壓敏膠條，取煙時(shí)揭開(kāi)蓋片，取煙后關(guān)閉蓋片時(shí)壓敏膠會(huì)重新將蓋片粘結(jié)在盒體上，見(jiàn)圖 1。熱熔膠的涂膠方式有非接觸點(diǎn)噴涂、非接觸式纖維噴涂和接觸式刮涂 3 種。其中，非接觸點(diǎn)噴涂和非接觸式纖維噴涂方式可以使噴槍與商標(biāo)紙不接觸，但噴涂出的膠條不夠整齊，外觀品質(zhì)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(biāo)紙接觸。商標(biāo)紙刮膠時(shí)在模盒的帶動(dòng)下快速通過(guò)刮槍底部的槍嘴位置，刮槍與商標(biāo)紙之間間距過(guò)小會(huì)增加接觸摩擦力，造成商標(biāo)紙?jiān)诠文z過(guò)程中出現(xiàn)偏移現(xiàn)象， 導(dǎo)致膠條相對(duì)商標(biāo)紙歪斜；刮槍與商標(biāo)紙之間間距加大可減小接觸摩擦力，但容易造成運(yùn)動(dòng)中的商標(biāo)紙無(wú)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(guò)多則會(huì)污染包裝設(shè)備。

包裝過(guò)程中通常在商標(biāo)紙水平轉(zhuǎn)塔第二工位處進(jìn)行壓敏膠涂膠［11］，此時(shí)商標(biāo)紙轉(zhuǎn)塔模盒內(nèi)只有半折疊的商標(biāo)紙，沒(méi)有鋁箔煙包支撐商標(biāo)紙，商標(biāo)紙與膠槍刮膠口之間的摩擦力會(huì)使模盒內(nèi)的空

1. 1. 涂膠要求

自粘軟盒所用商標(biāo)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(cè)邊半徑R 為295 mm，膠條寬5 mm，長(zhǎng)45 mm。膠條噴涂位置為商標(biāo)紙蓋片內(nèi)側(cè)，居中位于蓋片上，蓋片寬54.7 mm。膠條在長(zhǎng)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(zhǎng)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(dāng)設(shè)備速度發(fā)生變化時(shí)膠條厚度要求在誤差范圍內(nèi)。包裝機(jī)從開(kāi)始啟動(dòng)逐漸加速到正常生產(chǎn)速度，模盒內(nèi)商標(biāo)紙運(yùn)動(dòng)的線(xiàn)速度也逐漸增加。當(dāng)涂膠長(zhǎng)度一定，且膠缸內(nèi)壓力保持不變時(shí)，包裝機(jī)運(yùn)行速度的高低會(huì)影響商標(biāo)紙上的涂膠量，即包裝機(jī)低速運(yùn)行時(shí)膠量多，高速運(yùn)行時(shí)膠量少，從而造成膠條厚度變化較大。

1.3 膠條位置和長(zhǎng)度控制問(wèn)題

當(dāng)設(shè)備的運(yùn)行速度為定值時(shí)，若要在商標(biāo)紙上獲得圖 3 所示膠條，膠槍必須在 A 點(diǎn)或 B 點(diǎn)開(kāi)始刮膠，假設(shè)從 A 點(diǎn)開(kāi)始經(jīng)過(guò)一段時(shí)間 T 后在 B 點(diǎn)結(jié)束。實(shí)際上，膠槍雖然在 A 點(diǎn)開(kāi)始刮膠，但膠槍針閥打開(kāi)的時(shí)間并不是商標(biāo)紙上 A 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到膠槍槍嘴的時(shí)間，而是要提前 T1 時(shí)間打開(kāi)，即膠槍在獲得

信號(hào)到打開(kāi)針閥并流出膠液時(shí)存在有滯后響應(yīng)時(shí)間 T1 。若不考慮 T1 ，假設(shè)商標(biāo)紙運(yùn)動(dòng)速度為 V，則膠條的開(kāi)始位置有 V×T1 的長(zhǎng)度偏差。同樣，膠槍在關(guān)閉時(shí)也要提前 T1 時(shí)間關(guān)閉。事實(shí)上，設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中不可能以恒定速度運(yùn)行。以YB29 自粘軟盒包裝機(jī)為例，開(kāi)機(jī)時(shí)其運(yùn)行速度從 0 增加到 300 包/min。由于膠槍的滯

后響應(yīng)時(shí)間 T1 是恒定值，當(dāng)設(shè)備速度改變時(shí)，商標(biāo)紙的運(yùn)行速度 V 會(huì)同步改變，此時(shí)膠條的起始和結(jié)束位置的偏差 V×T1 隨之發(fā)生變化，且設(shè)備運(yùn)行速度越快，偏差越大。另外，如果刮膠時(shí)間 T 不變，則膠條長(zhǎng)度 V×T 會(huì)隨設(shè)備速度增加而變長(zhǎng)。

1. 設(shè)計(jì)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(cè)傳感器）等部件組成。在生產(chǎn)過(guò)程中，包裝機(jī)與膠缸之間有輸入與輸出信號(hào)，包裝機(jī)只有在膠缸溫度和壓力滿(mǎn)足要求時(shí)才能順利啟動(dòng)，且膠缸的壓力與包裝機(jī)的運(yùn)行速度相匹配，包裝機(jī)停機(jī)時(shí)膠缸的壓力同步迅速釋放。包裝機(jī)與操控屏及控制器之間也有輸入與輸出信號(hào)，相互通訊就緒信號(hào)。如圖4 所示，包裝機(jī)運(yùn)行時(shí)，電眼檢測(cè)到商標(biāo)紙，并將信號(hào)傳遞給控制器，并根據(jù)編碼器傳遞過(guò)來(lái)的包裝機(jī)運(yùn)行速度信號(hào)控制膠槍涂膠與關(guān)閉。同時(shí)，膠缸根據(jù)包裝機(jī)的運(yùn)行速度控制膠壓大小，并將膠通過(guò)膠管輸送給膠槍?zhuān)瑢?shí)現(xiàn)商標(biāo)紙的涂膠。如圖 5 所示，膠槍安裝在一個(gè)直線(xiàn)氣缸滑動(dòng)平臺(tái)上，當(dāng)設(shè)備停機(jī)時(shí)， 直線(xiàn)氣缸滑動(dòng)平臺(tái)將膠槍提起并遠(yuǎn)離刮膠位置，重新啟動(dòng)設(shè)備前，再將膠槍復(fù)位。

1. 2. 定位導(dǎo)軌

為了獲得外觀平整美觀的膠條，經(jīng)過(guò)多次涂膠試驗(yàn)，最終選用了刮膠方式的涂膠技術(shù)。為解決在刮膠過(guò)程中模盒內(nèi)的空商標(biāo)紙發(fā)生歪斜問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一個(gè)商標(biāo)紙定位導(dǎo)軌。該導(dǎo)軌與商標(biāo)紙兩內(nèi)側(cè)長(zhǎng)邊的頂部接觸，確保沒(méi)有鋁箔煙包支撐的商標(biāo)紙?jiān)陔S模盒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)被穩(wěn)定地固定

在模盒內(nèi)。該導(dǎo)軌的軌跡是一條三維空間曲線(xiàn)，其曲率沿相互垂直的兩個(gè)方向變化，在設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)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(xiàn)，即曲線(xiàn) C 和曲線(xiàn) D，見(jiàn)圖 7。曲線(xiàn) C 由 C1 和 C2 兩部分組成，曲線(xiàn) D 由 D1 和 D2 兩部分組成，曲線(xiàn) C 所在平面與曲線(xiàn) D 所在平面呈 90° 夾角。直線(xiàn)段 D1 與圓弧段 C1 合成時(shí)獲得的曲線(xiàn)段，仍為曲率變化為一個(gè)方向的圓弧段。而圓弧段 C2 與圓弧段 D2 合成時(shí)，由于兩個(gè)圓弧所在曲面相互垂直，且都有曲率變化，因此獲得的曲線(xiàn)是一條三維空間曲線(xiàn)。最終合成得到的整條曲線(xiàn)是一條三維空間曲線(xiàn)。為了獲得良好的定位效果，C1 的圓心與模盒的轉(zhuǎn)動(dòng)中心重合，且其曲率半徑與模盒最外端轉(zhuǎn)動(dòng)軌跡的半徑相同。圓弧段 C2 的作用是使商標(biāo)紙順利進(jìn)入導(dǎo)軌，而圓弧段 D2 的作用是使轉(zhuǎn)動(dòng)的模盒順利進(jìn)入導(dǎo)軌。

1. 1. I/P 轉(zhuǎn)換原理

為解決膠條厚度隨包裝機(jī)速度變化問(wèn)題，采用I/P 轉(zhuǎn)換器自動(dòng)調(diào)節(jié)膠缸的膠壓。先將包裝機(jī)的運(yùn)行速度轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，然后通過(guò) I/P 轉(zhuǎn)換器再把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成壓力控制信號(hào)，使得膠缸內(nèi)的壓力能夠跟隨包裝機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行同步調(diào)節(jié)。

1. 2. 脈沖定位方法

針對(duì)包裝機(jī)實(shí)際運(yùn)行中膠條相對(duì)商標(biāo)紙位置出現(xiàn)偏差問(wèn)題，沒(méi)有采用傳統(tǒng)的相位方法確定刮膠起點(diǎn)和終點(diǎn)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(zhuǎn)塔對(duì)應(yīng)膠槍噴嘴位置轉(zhuǎn)動(dòng)一周的周長(zhǎng)為 590×π=1 853.54 mm，脈沖編碼器讀取商標(biāo)紙轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動(dòng)主軸的脈沖點(diǎn)數(shù)據(jù)，假設(shè)脈沖編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的脈沖點(diǎn)數(shù)為 3 500，則編碼器每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)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(diǎn)和終點(diǎn)位置時(shí)，只要選擇相應(yīng)脈沖點(diǎn)數(shù)即可獲得膠槍刮膠口相對(duì)于商標(biāo)紙的實(shí)際刮膠起點(diǎn)和終點(diǎn)位置，擺脫設(shè)備速度和時(shí)間對(duì)膠條位置的影響。同樣，膠條長(zhǎng)度也可采用脈沖點(diǎn)數(shù)確定，例如從刮膠開(kāi)始到結(jié)束共經(jīng)歷100 個(gè)脈沖，則膠條理論長(zhǎng)度為0.539 6×100=53.96 mm。實(shí)際情況中，帶動(dòng)商標(biāo)紙轉(zhuǎn)動(dòng)的水平轉(zhuǎn)塔在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是一個(gè)變加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其運(yùn)動(dòng)速度曲線(xiàn)見(jiàn)圖 8。從曲線(xiàn)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(shí)，時(shí)間間隔是一定的，且整個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)速度是不斷變化的，因此編碼器激發(fā)的每個(gè)脈沖點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)際長(zhǎng)度并不是 0.539 6 mm， 每個(gè)脈沖點(diǎn)在速度曲線(xiàn)的兩端位置對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)變化最大，在中間位置變化最小。因此，在商標(biāo)紙運(yùn)行速度曲線(xiàn)的中間位置選擇刮膠起點(diǎn)和終點(diǎn)，就可以獲得位置和形狀準(zhǔn)確的膠條，起點(diǎn)與終點(diǎn)相對(duì)于曲線(xiàn)的中心軸是對(duì)稱(chēng)的。

由表 1 可見(jiàn)，膠條長(zhǎng)度及在長(zhǎng)度方向的位置誤差相對(duì)較大，而膠條寬度及在寬度方向的位置誤差相對(duì)較小，這是因?yàn)槟z條長(zhǎng)度及長(zhǎng)度方向的位置控制主要依靠脈沖點(diǎn)控制，當(dāng)編碼器的精度較低或商標(biāo)紙轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，都會(huì)影響脈沖點(diǎn)的采集，尤其是瞬時(shí)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，脈沖點(diǎn)的采集誤差會(huì)更大，這也是圖 8 中速度曲線(xiàn)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(biāo)紙相對(duì)膠槍的位置較固定，因此誤差較小。

4.結(jié)語(yǔ)

熱熔壓敏膠涂膠系統(tǒng)在自粘軟盒包裝機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用情況以及測(cè)試結(jié)果表明：①刮出的膠條在長(zhǎng)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(shè)計(jì)范圍內(nèi)，符合卷煙產(chǎn)品包裝品質(zhì)要求，能夠滿(mǎn)足自粘軟盒包裝機(jī)的使用需求。②在商標(biāo)紙運(yùn)行速度曲線(xiàn)的中間位置選擇刮膠起點(diǎn)和終點(diǎn)位置，可以獲得位置準(zhǔn)確、外觀平整美觀的膠條。③該涂膠技術(shù)可推廣應(yīng)用于其他有涂膠需求的卷煙設(shè)備。

但該涂膠系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)自粘軟盒包裝機(jī)的速度超過(guò)260 包/min 時(shí)，隨著包裝機(jī)振動(dòng)幅度的增大，通過(guò)脈沖編碼器獲得的商標(biāo)紙運(yùn)動(dòng)速度曲線(xiàn)變得更加不光滑，在選取刮膠的起點(diǎn)與終點(diǎn)時(shí)誤差變大，由此導(dǎo)致涂出的膠條在長(zhǎng)度

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