Arbeitseffizienz um über 300 % gesteigert! So effizient ist das neue Zigarettenschachtel-Inspektionsgerät!
Derzeit erfolgt die Prüfung der Klebeleistung fertiger Zigarettenverpackungen vollständig manuell. Der Testprozess umfasst drei Hauptschritte: Materialvorbereitung, Papierverklebung und Abziehbewertung. Er umfasst mehr als zehn Verfahren wie Probenschneiden, Leimauftrag, Pressen, Ruhen, Abziehen und Beurteilung, die alle vollständig auf manueller Arbeit beruhen. Bei dieser herkömmlichen Testmethode gibt es Probleme wie ungenaue Leimmengen, ungleichmäßiges Auftragen, falsch ausgerichtetes Papier und unzureichendes Andrücken, was zu langen Testzeiten, häufigen Wiederholungstests, hoher Arbeitsintensität, geringer Effizienz und Sicherheitsrisiken bei einigen Heizgeräten führt. Um diese Probleme anzugehen, verfolgte Changde Jinpeng Printing Co., Ltd. (im Folgenden als „Changde Jinpeng“ bezeichnet) einen Ansatz des „gemeinsamen Durchbruchs vor- und nachgelagerter Unternehmen der Industriekette“. Durch Lernen vor Ort und gemeinsame Innovationen entwickelten sie erfolgreich ein Gerät zum Testen der Klebeleistung von Verpackungspapier. Dieser Artikel erläutert systematisch den Entwicklungshintergrund, technische Lösungen, Implementierungseffekte und potenzielle Anwendungen dieses Geräts und zielt darauf ab, eine Referenz für technologische Innovationen bei Qualitätsprüfungen in der Branche zu bieten.
Technischer Hintergrund und Problemanalyse
01/ Technische Konnotation der Klebeleistung
Unter Klebeleistung versteht man, basierend auf dem Mechanismus des Versagens der Verbindung, die Simulation des Verbindungsschritts bei der Herstellung von Zigarettenverpackungen, bei dem zwei Proben verklebt und dann zerstörerisch voneinander abgezogen werden. Werden die Papierfasern durch den Kleber auseinandergezogen, gilt die Klebeleistung als bedingt. Dieser Leistungsindikator spiegelt direkt die Verträglichkeit zwischen Klebstoff und Papiersubstrat wider und ist ein wichtiger Parameter zur Gewährleistung der Stabilität der Verpackungsstruktur.
02/ Traditionelle Testmethoden und bestehende Probleme
Derzeit müssen alle Verpackungsprodukte für Zigarettenschachteln vor Verlassen des Werks einer Prüfung der Klebeleistung unterzogen werden. Der Testprozess kann in drei Hauptphasen unterteilt werden: „Materialvorbereitung“, „Papierverklebung“ und „Abziehbewertung“. Das spezifische Verfahren umfasst: Nehmen Sie die zu testende Probe aus dem Probenbeutel → Schneiden Sie den Klebebereich der Probe auf eine Größe von 20 mm × 50 mm zu → Ziehen Sie Kleber mit einer Spritze auf (wie in Abbildung 1 gezeigt) → Tropfen Sie Kleber auf den vorgesehenen Bereich → Verteilen Sie den Kleber gleichmäßig mit einer sauberen Pipette → Richten Sie die Rückseite des Papiers am Klebebereich aus und befestigen Sie sie → Drücken Sie mit einem Heißsiegelgerät (wie in Abbildung 2 gezeigt) → Legen Sie es flach hin und lassen Sie es 30 Minuten lang ruhen → Ziehen Sie die beiden verklebten Oberflächen manuell vollständig ab → visuell beurteilen, ob die Papierfasern beschädigt sind.
Abbildung 1 Manuelles Absaugen von Gel
Abbildung 2 Heißsiegelpresse
Nach der Analyse weist der obige vollständig manuelle Betriebsprozess die folgenden Probleme auf:
(1) Geringe Effizienz: Einzelne Tests im Labor dauern zu lange, der gesamte Prozess dauert etwa 35 Minuten. Nach einer Inspektionsanfrage muss lange auf Feedback gewartet werden, was den Anforderungen einer Echtzeit-Produktionsüberwachung nicht gerecht wird.
(2) Sicherheitsrisiken: Bei einigen Testschritten sind Heizgeräte erforderlich, und bei der manuellen Bedienung besteht die Gefahr von Verbrennungen und elektrischen Gefahren.
(3) Unzureichende Genauigkeit: Aktuelle Testmethoden sind relativ grob. Die Kontrolle der Leimmenge hängt von der Erfahrung des Bedieners ab und die Gleichmäßigkeit der Beschichtung kann nicht garantiert werden, was zu einer geringen Präzision der Testdaten führt und es schwierig macht, eine verfeinerte Qualitätskontrolle zu unterstützen.
(4) Hohe Nachprüfungsrate: Der gesamte Prozess wird manuell durchgeführt und wichtige Schritte (wie Leimabkratzen, Ausrichten und Pressen) sind fehleranfällig und führen zum Scheitern des Experiments. Die Nachprüfungsrate beträgt bis zu 50 %, was nicht nur die Arbeitsbelastung erhöht, sondern auch Testressourcen verschwendet.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass herkömmliche manuelle Prüfmethoden den Anforderungen der modernen Zigarettenpackungsindustrie an eine präzise und effiziente Qualitätskontrolle nicht mehr gerecht werden. Es besteht ein dringender Bedarf, ein standardisiertes, automatisiertes Prüfgerät zu entwickeln, um menschliche Eingriffe grundsätzlich zu eliminieren.
Lösung und technische Prinzipien
01/ Forschungsziele und Gesamtansatz
Um die oben genannten Probleme anzugehen, hat sich unser Projektteam das folgende Entwicklungsziel gesetzt: die Entwicklung eines Geräts zum Testen der Klebeleistung von Verpackungspapier, das den Testprozess standardisiert und automatisiert, die Menge und Gleichmäßigkeit des aufgetragenen Klebers effektiv kontrolliert, ein sicheres und festes Heißpressen gewährleistet und die Testeffizienz und Datenzuverlässigkeit erheblich verbessert. Der technische Gesamtansatz besteht darin, Funktionen wie Leimabstreifen, Übertragen, Erhitzen und Pressen in einem einzigen Gerät zu integrieren und so vereinzelte manuelle Vorgänge in einen kontinuierlichen automatisierten Prozess umzuwandeln; eine präzise Steuerung wichtiger Prozessparameter durch eine präzise mechanische Struktur erreichen; und menschliche Faktoren durch standardisierte Betriebsabläufe eliminieren.
02/ Gerätestrukturdesign
Das entwickelte Gerät zum Testen der Klebeleistung von Verpackungspapier gehört zum Bereich der Verpackungsklebetechnik und umfasst hauptsächlich drei Funktionsmodule, wie in Abbildung 3 dargestellt.
Abbildung 3 Gerät zum Testen der Klebstoffleistung von Verpackungspapier (links: schematisches Diagramm, rechts: reales Gerät)
(1) Basis: Dient als tragende Plattform für das gesamte Gerät und integriert die Installation des Schabemechanismus, des Rollmechanismus und des Laminiermechanismus. Es sorgt dafür, dass die räumliche Positionierung jedes Funktionsmoduls genau aufeinander abgestimmt ist und ermöglicht so kontinuierliche Testprozesse.
(2) Schabemechanismus: Wird verwendet, um überschüssigen Leim aus der Leimbürstenrinne in die Überlaufrinne zu kratzen und den Leim zu nivellieren. Dieser Mechanismus verfügt über eine präzise Einstellvorrichtung für den Schaberspalt, um die Dicke der Leimschicht innerhalb eines voreingestellten Bereichs zu steuern und so eine gleichmäßige und gleichmäßige Dicke sicherzustellen.
(3) Rollmechanismus: Wird verwendet, um das Verpackungspapier nach dem Schaben auf die Leimschicht zu drücken und so den Leim auf das Papier zu übertragen. Der Mechanismus wird von einer Antriebseinheit gesteuert, die dafür sorgt, dass die Walze eine konstante Geschwindigkeit und einen konstanten Druck ausübt, wodurch Geschwindigkeitsschwankungen und ungleichmäßiger Druck durch manuelles Rollen vermieden werden.
(4) Laminiermechanismus: Wird in Klebetests verwendet, um einen kontrollierten Laminierdruck und eine kontrollierte Laminierzeit auf das Papier auszuüben, das geklebt und in die Laminierwanne übertragen wurde, und so den Laminierprozess in der tatsächlichen Druck- und Verpackungsproduktion zu simulieren. Dieser Mechanismus umfasst ein elektrisches Heizmodul zur präzisen Steuerung von Presstemperatur und -zeit.
03/ Standardisierter Testprozess
Basierend auf dem entwickelten Gerät wurde folgender standardisierter Prüfprozess etabliert:
(1) Probenahme: Pro Charge sollten mindestens 5 Blätter beprobt werden. Die Proben sollten flach, unbeschädigt und frei von Anhaftungen sein und die Größenanforderung von mindestens 300 mm × 300 mm erfüllen. Jede Probe sollte die Papierlaufrichtung und Vorder-/Rückseite aufweisen und in einem Beutel versiegelt sein.
(2) Temperatur- und Feuchtigkeitskonditionierung: Proben sollten unter den in GB/T 10739 angegebenen Bedingungen konditioniert werden, um Umwelteinflüsse auf die Ergebnisse auszuschließen.
(3) Probenschneiden: Schneiden Sie die Proben in Probe 1 (98 mm × 42 mm) und Probe 2 (98 mm × 50 mm) und stellen Sie sicher, dass die lange Seite (98 mm) parallel zur Faserrichtung verläuft, um eine Übereinstimmung mit der Kraftrichtung während der tatsächlichen Produktion zu gewährleisten.
(4) Leiminjektion: Mit einem Leimspender eine abgemessene Menge Testkleber aufziehen und in den Punktleimbehälter des Leimauftragsmoduls einspritzen.
(5) Leimabstreifer: Der Schaber schabt überschüssigen Leim rund um den Punktbehälter automatisch in die Überlaufrinne und glättet ihn, sodass eine gleichmäßige Leimschicht entsteht.
(6) Kleberauftrag: Legen Sie Probe 1 (98 mm × 42 mm) mit der Papiervorderseite nach oben in das Kleberauftragsmodul. Starten Sie den Rollmechanismus, um die Probe mit konstanter Geschwindigkeit und konstantem Druck auf die ebene Leimschicht zu drücken und so eine gleichmäßige Leimübertragung sicherzustellen.
(7) Haftung: Entfernen Sie die geklebte Probe 1 und legen Sie sie in die Nut des elektrischen Heizmoduls des Klebemoduls, mit der Klebeseite nach oben und ausgerichtet an der Vorderseite von Probe 2. Stellen Sie die Temperatur des elektrischen Heizmoduls ein und starten Sie die Heißpressvorrichtung, um Probe 1 und Probe 2 zusammenzupressen.
(8) Mustermontage: Die verklebte Probe aus dem Leimauftragsgerät entnehmen. Führen Sie ein Ende von Probe 2 in den festen Schlitz des Schältestgeräts ein und klemmen Sie das andere Ende von Probe 1 mit der Zugvorrichtung fest.
(9) Schältest: Wie in Abbildung 4 gezeigt, verwenden Sie einen Schälwinkel von 150 Grad und eine Prüfgeschwindigkeit von 600 mm/s mit der Zugvorrichtung. Zeichnen Sie die Schälkraftkurve auf und bestimmen Sie den Fehlermodus (Papierfaserfehler oder Fehler an der Klebeschichtschnittstelle).
Abbildung 4: Zigarettenschachtel-Abschältest
04/ Wichtige technologische Durchbrüche
Dieses Gerät hat in den folgenden drei Bereichen technologische Durchbrüche erzielt:
(1) Integriertes Design: Durch die Integration der drei Hauptfunktionsmodule -Kleberabziehen, Rollen und Laminieren- in einer einzigen Basis wird der gesamte Prozess bei Klebstoffleistungsexperimenten standardisiert, einschließlich Auftragen von Klebstoff, Nivellieren der Klebstoffschicht, Übertragen von Klebstoff und Laminieren, wodurch Fehler zwischen den Schritten vermieden werden.
(2) Präzise Parametersteuerung: Der Schabemechanismus gewährleistet eine gleichmäßige Dicke der Klebeschicht (Fehler kleiner oder gleich 0,01 mm); Der von einem Servosystem angetriebene Rollmechanismus steuert die Rollen, um den Klebstoff mit konstanter Geschwindigkeit und konstantem Druck zu übertragen, mit einer Geschwindigkeitsgenauigkeit von ±0,1 mm/s und einer Druckgenauigkeit von ±0,5 N; Der Laminiermechanismus kann den Laminierdruck (±1 N), die Temperatur (±1 Grad) und die Zeit (±0,1 s) präzise einstellen und so die tatsächlichen Produktionsbedingungen genau simulieren.
(3) Standardisierter Betrieb: Alle Vorgänge werden über eine Mensch-{1}}Maschinenschnittstelle festgelegt und nach einem-Klickstart wird der gesamte Prozess automatisch abgeschlossen. Dadurch werden Fehler, die durch manuelle Bedienung verursacht werden, wie z. B. ungenaue Leimmenge, ungleichmäßiger Auftrag, falsch ausgerichtetes Papier oder unzureichendes Andrücken, vollständig eliminiert und die Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit der Testergebnisse gewährleistet. Der Vergleich des Vorher-und-Nachher-Testprozesses ist in Abbildung 5 dargestellt.
Abbildung 5 Vergleich der Inspektionsprozesse vor und nach der Verbesserung
Technische Wirksamkeit und Datenanalyse
01/ Analyse der Effizienzsteigerung
Nach mehreren praktischen Validierungen und praktischen Tests hat das Gerät erhebliche Verbesserungen bei der Inspektionseffizienz erzielt. Die gesamte Inspektionszeit pro Durchgang wurde von 2057 Sekunden bei herkömmlichen manuellen Methoden auf 442 Sekunden reduziert, was die Arbeitseffizienz um 365,38 % steigert. Die Erfolgsquote für den gesamten Inspektionsprozess hat 100 % erreicht und die Rate der erneuten Inspektionen ist von 50 % auf 0 gesunken, was die Arbeitsintensität des Testpersonals erheblich reduziert.
02/ Erkennungsgenauigkeit und Zuverlässigkeit
Kundenbewertung: „Dieses Gerät ist wissenschaftlich und vernünftig konzipiert, einfach zu bedienen, hochpräzise und äußerst stabil. Es überwindet effektiv Probleme wie Erkennungsverzögerung und Datenverzerrung, die bei früheren manuellen Inspektionsmethoden auftraten, und bietet eine starke technische Unterstützung für unsere Bemühungen, die Qualitätskontrolle von Verpackungspapierklebstoffen zu stärken.“
03/ Sicherheitsverbesserungen
Bei herkömmlichen manuellen Tests kommen Heißsiegelgeräte und andere Heizgeräte zum Einsatz, bei denen es zu Verbrennungen und elektrischen Sicherheitsrisiken kommt. Dieses Gerät integriert das Heizmodul in einen geschlossenen Verbundmechanismus mit Wärmeisolationsschutz und automatischer Temperaturregelung, sodass der Bediener Hochtemperaturkomponenten nicht berühren muss, wodurch die Gefahr von Verbrennungen vollständig ausgeschlossen wird.
Sozialer Nutzen und Anwendungswert
01/ Direkte wirtschaftliche Vorteile
Dieses Gerät kann die Ausschussrate und Nacharbeitsverluste in der Verpackungsproduktion effektiv reduzieren, indem es die Auswirkungen der Papierbindung im Voraus vorhersagt. Wenn dieses Gerät in der gesamten Branche gefördert wird, kann Schätzungen zufolge die Ausschussquote bei Fertigprodukten, die durch Klebstoffprobleme in Verpackungsunternehmen verursacht wird, von durchschnittlich 5,7 % auf unter 2 % gesenkt werden. Gleichzeitig kann eine verbesserte Inspektionseffizienz erhebliche Arbeitskosten einsparen und die Arbeitskosten pro Inspektion um etwa 80 % senken.
02/ Technologische Führungsrolle
Der standardisierte Betrieb dieses Geräts kann die Klebeleistung verschiedener Leimarten messen, Leimformulierungen für spezielles Zigarettenpackungspapier, Tinte und Laminierungsprozesse effizient auswählen und anpassen, den F&E-Zyklus für die Leimauswahl und Formulierungsverbesserung verkürzen, praktische Probleme wie Ablösen, Verziehen, Leimüberlauf und Adhäsion bei der Produktion von Zigarettenschachteln präzise lösen und ein Bewertungssystem für die Kompatibilität von Leim und Zigarettenschachtelpapier etablieren.
03/ Synergien in der Industriekette
Das Projekt wendet ein gemeinsames Forschungsmodell in der gesamten Industriekette an und integriert vorgelagerte Leimforschung und -entwicklung, mittelfristigen Druck und Produktion von Zigarettenpackungen sowie nachgelagerte Hersteller von Zigarettenverpackungen mit technischen, talentierten und ausrüstungsbezogenen Ressourcen. Es beseitigt Informations- und technische Barrieren in jeder Phase und bildet ein vollständiges technisches Optimierungssystem-von den Rohstoffen bis zum fertigen Produkt, das die gesamte Zigarettenpackungsindustrie zu größerer Effizienz, Präzision und Intelligenz vorantreibt und die zentrale Wettbewerbsfähigkeit der Branche stärkt.
04/ Beitrag zur Industriestandardisierung
Im Rahmen dieses Projekts wurde erfolgreich das erste Gerät zum Testen der Klebeleistung von Verpackungspapier im Land entwickelt und damit ein Novum in der Branche geschaffen. Um die einheitlichen technischen Spezifikationen zu erfüllen, die von verschiedenen Unternehmen und Prüfinstitutionen innerhalb der Branche gefordert werden, standardisierte das Projektteam die Forschungsergebnisse, förderte technische Durchbrüche und Qualitätsverbesserungen bei Faltschachteln sowie Roh- und Hilfsmaterialien (Papier) in der Verpackungs- und Druckindustrie und verbesserte die koordinierte Allokations- und Innovationsfähigkeit vor- und nachgelagerter Unternehmen.
Zukünftig wird das Forschungsteam den Intelligenzgrad des Geräts weiter optimieren, ein automatisches Beurteilungssystem auf Basis von maschinellem Sehen entwickeln, einen vollständig unbemannten Betrieb von Klebeleistungstests erreichen und die Ausweitung der Anwendung des Geräts auf andere Verpackungsmaterialien (wie Kunststoffe und Metallfolien) für Klebeleistungstests untersuchen, um einen größeren Beitrag zur technologischen Innovation bei der Qualitätsprüfung in der Verpackungsindustrie zu leisten.