尚無熱熔壓敏膠塗膠技術在煙草行業自粘軟盒包裝設備中的應用報道。文獻［9-10］中采用噴塗技術設計了一種熱熔膠噴塗係統並應用於包裝機上，但在實際應用中無法獲得表麵平整的膠條。為此，采用熱熔壓敏膠刮膠技術［11］，利用脈衝定位方法，設計了一套新型熱熔壓敏膠塗膠係統， 以準確控製膠條在商標紙上的相對位置，塗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. 塗膠方式及商標紙定位問題

自粘軟盒的上方有一個蓋片，蓋片內側前端塗有一條可反複粘結的熱熔壓敏膠條，取煙時揭開蓋片，取煙後關閉蓋片時壓敏膠會重新將蓋片粘結在盒體上，見圖 1。熱熔膠的塗膠方式有非接觸點噴塗、非接觸式纖維噴塗和接觸式刮塗 3 種。其中，非接觸點噴塗和非接觸式纖維噴塗方式可以使噴槍與商標紙不接觸，但噴塗出的膠條不夠整齊，外觀品質不夠理想。接觸式刮塗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偏移現象， 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，殘膠積累過多則會汙染包裝設備。

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塗膠［11］，此時商標紙轉塔模盒內隻有半折疊的商標紙，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的空

1. 1. 塗膠要求

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，膠條內側邊半徑R 為295 mm，膠條寬5 mm，長45 mm。膠條噴塗位置為商標紙蓋片內側，居中位於蓋片上，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，當設備速度發生變化時膠條厚度要求在誤差範圍內。包裝機從開始啟動逐漸加速到正常生產速度，模盒內商標紙運動的線速度也逐漸增加。當塗膠長度一定，且膠缸內壓力保持不變時，包裝機運行速度的高低會影響商標紙上的塗膠量，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 膠條位置和長度控製問題

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 點開始經過一段時間 T 後在 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並不是商標紙上 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

信號到打開針閥並流出膠液時存在有滯後響應時間 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。由於膠槍的滯

後響應時間 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. 係統組成

熱熔壓敏膠塗膠係統主要由膠缸、膠管、膠槍、觸摸屏、控製器、編碼器以及電眼（檢測傳感器）等部件組成。在生產過程中，包裝機與膠缸之間有輸入與輸出信號，包裝機隻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製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，並將信號傳遞給控製器，並根據編碼器傳遞過來的包裝機運行速度信號控製膠槍塗膠與關閉。同時，膠缸根據包裝機的運行速度控製膠壓大小，並將膠通過膠管輸送給膠槍，實現商標紙的塗膠。如圖 5 所示，膠槍安裝在一個直線氣缸滑動平台上，當設備停機時， 直線氣缸滑動平台將膠槍提起並遠離刮膠位置，重新啟動設備前，再將膠槍複位。

1. 2. 定位導軌

為了獲得外觀平整美觀的膠條，經過多次塗膠試驗，最終選用了刮膠方式的塗膠技術。為解決在刮膠過程中模盒內的空商標紙發生歪斜問題，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定地固定

在模盒內。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麵曲線，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 所在平麵與曲線 D 所在平麵呈 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，由於兩個圓弧所在曲麵相互垂直，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 轉換器自動調節膠缸的膠壓。先將包裝機的運行速度轉變成電信號，然後通過 I/P 轉換器再把電信號轉換成壓力控製信號，使得膠缸內的壓力能夠跟隨包裝機運行速度進行同步調節。

1. 2. 脈衝定位方法

針對包裝機實際運行中膠條相對商標紙位置出現偏差問題，沒有采用傳統的相位方法確定刮膠起點和終點位置，而是采用了脈衝定位方法。由於膠條半徑為 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，脈衝編碼器讀取商標紙轉塔轉動主軸的脈衝點數據，假設脈衝編碼器轉動一圈的脈衝點數為 3 500，則編碼器每個脈衝對應的弧長為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，隻要選擇相應脈衝點數即可獲得膠槍刮膠口相對於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衝點數確定，例如從刮膠開始到結束共經曆100 個脈衝，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，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。脈衝編碼器在激發脈衝時，時間間隔是一定的，且整個運動周期內速度是不斷變化的，因此編碼器激發的每個脈衝點對應的實際長度並不是 0.539 6 mm， 每個脈衝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，起點與終點相對於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製主要依靠脈衝點控製，當編碼器的精度較低或商標紙轉塔轉動產生振動時，都會影響脈衝點的采集，尤其是瞬時轉速較高時，脈衝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

熱熔壓敏膠塗膠係統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，均在設計範圍內，符合卷煙產品包裝品質要求，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該塗膠技術可推廣應用於其他有塗膠需求的卷煙設備。

但該塗膠係統在實際應用中發現，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，通過脈衝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，由此導致塗出的膠條在長度

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