高精度贴窗机贴膜误差分析与控制

车文春

引言

贴窗机是一种印刷包装设备，主要应用于包装行业的纸盒制造领域，目的是为可透视窗口的礼品盒、化装品盒、纸巾盒、瓦楞纸盒等包装盒上的可透视窗口贴上薄膜。按照纸盒窗口的结构不同，所贴薄膜分为平膜和异型膜两种，平膜适应于窗口位于纸盒的一个面上，贴窗精度很容易保证。而异型纸盒所贴的异型膜上有折线和缺口，纸盒成型时薄膜沿折线随纸盒一起折叠，薄膜缺口与纸盒窗口边缘位置对应，纸盒两个或多个面上具有透视窗口，这样消费者可以多角度直接观察到包装盒中的商品，了解内部商品更多的信息，增加消費的体验感；并且包装盒的外型设计更加灵活多样，美观独特，给消费者以美感。

高档异型包装纸盒要求有较高的贴膜精度，如果贴膜精度低，纸盒成型后会出现爆盒（纸盒破裂）或扭曲变形等缺陷而造成废品；如果包装盒上窗口边缘与薄膜缺口（圆弧底部）之间的缝隙超过0.5mm，成型后纸盒上的薄膜缺口显得很尖锐，这个缺口很容易划伤人的皮肤，造成人身伤害，特别在欧盟国家这种要求很严格，成为一条安全规则，例如小孩子的玩具盒，如果人的手指或身体其他部位被尖锐的薄膜缺口划伤，商品供应商会被索要人身伤害赔偿。

高精度的包装纸盒窗口贴膜需要高精度的贴窗设备。近些年，高精度贴窗机设备已经有所发展，但速度、精度和合格率等关键技术还有待进一步提高，还不能满足市场需求，仍有一大部分高精度包装纸盒依靠大量的人力手工贴窗，速度慢，精度低，工人劳动强度大，占用生产场地大。研究分析高档异型纸盒贴膜误差，有助于提高高精度贴窗机设备的技术水平，满足高档包装盒生产市场的需求。

异型纸盒贴膜误差方法及精度指标

高档包装纸盒一般使用厚度大于0.2mm的薄膜贴窗，由于薄膜厚，首先需要将薄膜模切成单张异型膜，然后再贴到纸盒上。单张异型膜可以设计在纸盒的多个面、多个窗口位置。这种异型膜贴窗精度要求高，贴窗难度大，需要专门的贴窗设备完成。

异型包装盒的贴膜误差可以分为横向误差和纵向误差。图1所示为具有可透视窗口异型纸盒展开示意图，图中j表示异型薄膜折线与对应纸盒折线的偏移量，称作贴膜横向误差；m表示薄膜前沿缺口与对应纸盒窗口前沿之间的间隙大小，k表示薄膜后沿缺口与对应纸盒窗口后沿之间的间隙大小，m值与k值之差即（m-k）则表示贴膜的纵向误差。如果横向误差值j与纵向误差值（m-k）越大，贴膜精度越低。

在行业标准JB/T13213-2017《印刷机械 纸盒窗口贴膜机》中对异型纸盒的贴膜误差要求为：横向误差±0 . 6 m m，纵向误差±0.5mm，这是国内对贴窗设备贴窗精度最基本的合格要求。对于高档包装纸盒，这个要求太低。在制盒行业，比如出口欧洲的玩具盒、化妆品盒等高档包装盒，模切纸盒与单张异型膜时，m值和k值分别设计为0.5mm，而完成贴膜后，纵向贴膜误差（m-k）要求±0.3mm，横向贴膜误差j值要求±0.5mm。

制盒行业还有少量的高档包装盒，比如苹果手机的部分包装纸盒，制盒设计时，m值和k值分别设计等于0.3mm，完成贴膜后，纵向贴膜误差（m-k）要求±0.15mm，横向贴膜误差j值要求±0.3mm，这样的贴膜精度要求特别高，想要用设备快速稳定地贴窗十分困难，一些企业做了研发，但稳定性好的设备还是不多，目前仍然是行业发展的难题。

另外，设备贴窗后总会出现个别纸盒的精度超差，一般用合格率衡量。在行业标准JB/T13213-2017《印刷机械 纸盒窗口贴膜机》中对异型膜贴窗的合格率规定为95%；其实在制盒厂对高档包装盒贴窗合格率的要求还要更高。

贴窗设备贴膜误差原因分析

近几年发展起来的高档异型包装纸盒的贴窗设备，与人工贴窗相比具有贴膜精度高，贴膜速度快，合格率高的特点。但是也经常出现贴膜精度超差、出现废品等问题。高精度贴窗机贴膜误差大的原因较多，部分原因控制或消除难度比较大。因此，只有全面分析误差原因并相应采取有效的控制措施和消除方法，才能提高贴窗设备的性能，获得高的贴膜精度。下列误差原因对贴膜精度有较大的影响：

1.纸盒材质与纸盒模切质量影响

可用于设备贴膜的纸盒材质主要有灰板纸、卡板纸、瓦楞纸板，其中灰板纸材质软，纸盒输送定位过程中易变形，贴膜误差会大些，纸盒设计时尽量避免使用；卡板纸和瓦楞纸相对较好，纸盒输送精度高，贴窗精度高。纸盒的模切过程有诸多因素影响贴窗精度，主要是模切精度、模切引起的毛边以及模切折线质量等；一般平压平模切机模切纸盒时，每版会排多张纸盒，一个版模切下来的多个纸盒相互之间会有误差，这对设备贴膜是不利的。

2.异型膜厚度及模切质量影响

异型膜材质大多是PVC和PET等，厚度0.2mm～0.5mm居多，厚度小于0.2mm的薄膜软易变形，贴膜误差较大，高档包装纸盒上使用较少；如果薄膜厚度超过0.5mm，薄膜太硬不利于吸盘吸取，取膜难度大，影响连续取膜而导致贴膜故障。选择合适的薄膜厚度，有助于减小贴膜误差，提高纸盒质量。在模切异型膜时，与模切纸盒相似，也是每个模切版排多张薄膜，一个模切版模切下来的多张薄膜会有误差，会使贴膜误差较大。

3.纸盒窗口大小、窗口结构的影响

纸盒窗口越大，带来的贴膜误差大，而窗口的结构对贴膜精度也有影响，这种影响要具体情况具体分析，一般地，窗口位于3个或更多的纸盒面时，贴窗难度比较大，贴膜精度低，且窗口面积越大，窗口数量越多，贴膜精度会更低些。

4.纸盒与薄膜中产生的静电影响

贴窗过程中，纸盒与薄膜都会产生静电，纸盒产生的静电虽然很小，也会影响纸盒的快速传送精度和传输连续性；而薄膜中产生的静电是十分棘手的问题，不但静电容易产生，且产生的静电量大，不容易消除，这严重影响着薄膜的吸取、分离和贴放，甚至导致薄膜之间相互划伤，贴膜质量得不到保证，造成不必要的浪费。

5.纸盒输送定位误差

对于连续不停顿贴膜的贴窗机（动态贴膜），贴膜速度高，但受运动惯性、位置检测误差、纠偏误差等因素影响会导致定位误差较大；而对于纸盒停顿下来再贴放薄膜的贴窗机（静态贴膜），是利用定位规将纸盒在静态准确定位，吸盘贴放薄膜在纸盒上，其贴窗精度比较高，但贴窗速度低。

6.窗口边缘涂胶质量影响

纸盒与薄膜之间是一层胶黏剂连接，既要黏结密封又要黏结牢靠，纸盒窗口涂胶不均匀，或者漏涂胶会造成薄膜偏移，影响贴膜精度和纸盒成型质量。

7.取薄膜与贴薄膜误差

吸盘吸取薄膜时，每张薄膜應该在相同的位置，且要有消除静电措施，否则贴膜精度无法保证。贴薄膜时，如果纸盒是运动过程中动态贴放在纸盒上则贴膜误差较大，如果纸盒停下来静态贴膜则误差较小。

8.粘结压合与堆叠

纸盒与薄膜贴在一起后还需要压合，否则胶层微凸起，加之胶层需要一定时间固化，纸盒在堆叠过程中相互摩擦会引起薄膜跑位，带来不必要的误差。

提高贴薄膜精度的方法和措施

纸盒与薄膜的材质虽然对贴膜精度有影响，但与贴窗设备没有关系，制盒厂应该在设计纸盒与薄膜时考虑这些问题，这里不去讨论。如上所述贴膜误差原因与贴窗机设备贴膜直接相关，应该采取相应的消除方法和控制措施降低误差，才能提高纸盒的精度和质量。

1.纸盒与薄膜的模切质量控制

纸盒的质量要重点解决模切尺寸精度，纸盒的窗口与薄膜的折线及缺口有对应的精度要求，且设备贴膜时，传感器（或视觉系统）要检测纸盒的位置，一般以纸盒窗口边缘作为检测基准线，所以窗口的模切尺寸精度要求高，同时，模切出的每个纸盒尺寸一致性很重要。纸盒一般在平压平模切机上加工，一个模切版上要排多个纸盒样，多个纸盒样因模切后相互之间有误差，直接影响到纸盒上贴膜的精度。为了消除这个误差，理想的做法是对模切后的不同纸盒样按模切版上位置顺序编号，贴窗时同一编号的纸盒连续完成贴窗，再换另一编号的纸盒，如果贴窗出现误差，重新对位调节贴窗机设备，可以消除模切纸盒的误差对贴膜精度的影响。当然，如果一个模切版只排一个纸盒样模切，这样虽然生产效率会低些，但模切下来的纸盒尺寸一致性好，贴窗时设备调好，可以连续工作不需要调整。另外，模切毛边问题与纸盒材质、模切刀等有关，也影响纸盒的贴窗精度，需要注意消除，这在模切工序中去解决。

薄膜的模切质量同样要重点解决模切尺寸精度，即每条模切折线两端缺口的精度很重要，模切排版及顺序编号方法与纸盒模切方法是一样的，且要保持模切出来的每片薄膜的尺寸一致性。薄膜的边缘也是传感器（或视觉系统）检测的基准线，如果有毛边，不仅检测误差大，还可能对连续吸膜和贴膜有影响，要用性能好的模切设备和模切刀加工，以消除毛边。

2.薄膜中的静电消除措施

纸盒与薄膜加工过程中都会有静电产生，纸盒中产生的静电相对很小，对纸盒分离与输送影响不大，控制贴窗工作环境条件可以防止静电产生。而薄膜中产生的静电量大，减小或消除有难度。根据实际贴窗经验总结以下几种方法对消除静电效果较好：一是保持合适的贴窗环境条件；二是生产薄膜时在薄膜原材料中加入抗静电剂，薄膜中不易产生静电；三是薄膜模切后道工序加装除静电棒消除静电；四是尽量使用带覆膜的薄膜，部分薄膜为了防止划伤而有一层覆膜，覆膜后的薄膜不易产生静电，薄膜相互不粘连；五是薄膜放置架上加装静棒和吹风口，一定的吹风量不仅可以消除静电，还可使吸盘吸取薄膜时容易分离。为了达到理想的除静电效果，必要时多种方法要同时使用。

3.贴薄膜方式与薄膜吸取

贴窗机贴膜时，薄膜一般是用吸盘吸取的，由于薄膜软，如果吸盘数量少薄膜不易被控制而变形，贴膜不准，所以吸盘数量越多薄膜定位越准确，且多个吸盘面要调整保持在同一平面上。动态贴薄膜方式（纸盒不停顿）一般采用同步式贴膜取放机构，其贴窗速度高，一般用2～4个吸盘均吸在薄膜运行方向的前端边沿，薄膜跟随吸盘的轨迹运行，薄膜运行的下方设置一个托膜板使薄膜逐渐与纸盒接触贴合，贴薄膜时前端先接触纸盒，后端最后与纸盒粘在一起，这样的弊端是薄膜后端会有微量偏移而形成较大的横向误差，解决的方法是按照薄膜的运行轨迹在两侧分别设置一个侧规，将运行中的薄膜导向直至薄膜落到纸盒上。

静态贴膜方式（纸盒停顿下来）贴膜时，薄膜由吸盘抓取后垂直于纸盒平面贴下去，所以薄膜需要4个及以上均匀布置在薄膜平面内的吸盘吸住再放下去，这样精度比较高，但贴窗速度比较低。

薄膜吸取时吸盘真空吸力的大小对误差的影响也不可忽视，吸力大容易使薄膜变形，当吸力释放后薄膜也要释放变形而跑位不准，如果吸力小容易形成薄膜吸不稳，可能产生贴膜误差。吸盘吸力大小可以通过调节真空压力的大小来达到，需要注意的是在放膜时，吸盘中真空吸力释放有个过程，吸力释放慢会产生贴膜误差，要选择带吹气功能的真空发生器或设计增加吹气功能，即释放吸力一瞬间增加吹气力会快速释放薄膜，会提高贴膜精度。

4.薄膜与纸盒的位置检测

要在纸盒上准确地贴上薄膜就需要对纸盒和薄膜的位置在贴放前进行检测，检测传感器越靠近薄膜与纸盒贴放位置越好。高精度贴窗机贴膜所使用的检测方式比较先进的是视觉系统，特点是检测位置准确，与伺服驱动机构配合可以实现动态调节消除误差，是理想的一种贴膜方式。但其成本较高，检测纸盒没有问题，而检测软的、透明的薄膜技术还不成熟，适合于静态贴膜方式的贴窗机。

除了视觉系统，另一种检测方式是色标传感器检测纸盒位置，对射型光电传感器检测薄膜边缘位置，这两种检测都是检测纸盒或薄膜的一个或两个边缘。要获得高精度贴膜，需要同步式贴薄膜装置有较高的机械精度和机械刚性，使纸盒和薄膜走位准确，这种方法对高速运行的动态贴膜比较适合。

5.环境条件影响

纸盒贴膜环境条件不适宜时对纸盒的质量有较大影响。纸盒贴薄膜时，一般环境温度保持在18℃～25℃，相对湿度保持在50%～60%比较适宜，并且环境中保持干净无灰尘等。这样的环境条件下纸盒与薄膜的变形小，产生静电小，有助于提高纸盒贴膜精度。

6.其他提高贴膜精度的措施

薄膜与纸盒中间的涂胶层对贴薄膜的精度也有影响，涂胶层的厚度大小，涂胶层的均匀性都有一定影响，保证黏结强度的情况下涂胶层尽量薄，涂胶越均匀越好。另外，冷胶凝固所需时间较长，压合、堆叠过程中也会引起薄膜与纸盒的相对错动，可以使用热熔胶迅速凝固的特性，用胶枪喷出很小的胶点将薄膜与纸盒先定位，冷胶再凝固完全黏结牢靠密封。

小结

异型纸盒贴膜误差原因比较多，涉及纸盒与薄膜的原材料、模切成型、包装运输及储存、贴窗工厂的工作环境、贴窗设备性能等因素。要想获得高的贴膜精度和合格率，需要对误差原因逐一加以控制，忽视某一因素都会达不到理想效果。更重要的是正确处理贴窗设备的贴膜速度和贴膜精度之间关系，这两者本是一对矛盾体，在研发贴窗设备时，要分清主次，同时兼顾，具体问题具体分析，继续探索新的贴窗工艺方法，不断提高设备性能。