جهاز جديد لكشف علب السجائر

في الوقت الحالي، يتم اختبار أداء المادة اللاصقة لتغليف السجائر النهائية يدويًا بالكامل. تشتمل عملية الاختبار على ثلاث خطوات رئيسية: إعداد المواد، وربط الورق، وتقييم التقشير-، بما في ذلك أكثر من عشرة إجراءات مثل قطع العينات، وتطبيق الغراء، والضغط، والاستراحة، والتقشير، والتقييم، وكلها تعتمد بالكامل على العمل اليدوي. تشتمل طريقة الاختبار التقليدية هذه على مشكلات مثل كميات الغراء غير الدقيقة، والتطبيق غير المتساوي، والورق المنحرف، والضغط غير الكافي، مما يؤدي إلى أوقات اختبار طويلة، وإعادة اختبارات متكررة، وكثافة عمالة عالية، وكفاءة منخفضة، ومخاطر السلامة مع بعض معدات التدفئة. ولمعالجة هذه المشكلات، اعتمدت شركة Changde Jinpeng Printing Co., Ltd. (المشار إليها فيما يلي باسم "Changde Jinpeng") نهج "الاختراق المشترك من خلال مؤسسات سلسلة الصناعة الأولية والنهائية". ومن خلال التعلم في الموقع- والابتكار معًا، نجحوا في تطوير جهاز لاختبار الأداء اللاصق لورق التغليف. تشرح هذه المقالة بشكل منهجي خلفية التطوير والحلول التقنية وتأثيرات التنفيذ والتطبيقات المحتملة لهذا الجهاز، بهدف توفير مرجع للابتكار التكنولوجي في اختبار الجودة في الصناعة.

الخلفية التقنية وتحليل المشكلات

01/ الدلالة الفنية لأداء المواد اللاصقة

يشير أداء اللاصق، استنادًا إلى آلية فشل الارتباط، إلى محاكاة خطوة الترابط في تكوين عبوة السجائر، حيث يتم ربط عينتين ثم يتم تقشيرهما بشكل مدمر. إذا تم تفكيك ألياف الورق بواسطة الغراء، فإن أداء اللصق يعتبر مؤهلاً. يعكس مؤشر الأداء هذا بشكل مباشر التوافق بين المادة اللاصقة وركيزة الورق وهو معلمة أساسية لضمان استقرار هيكل العبوة.

02/ طرق الاختبار التقليدية والمشاكل الموجودة

في الوقت الحالي، يجب أن تخضع جميع منتجات تعبئة علب السجائر لاختبار أداء المادة اللاصقة قبل مغادرة المصنع. يمكن تقسيم عملية الاختبار إلى ثلاث مراحل رئيسية: "تحضير المواد"، و"ربط الورق"، و"تقييم -التقشير". يتضمن الإجراء المحدد ما يلي: أخذ العينة المراد اختبارها من كيس العينة ← قص المنطقة اللاصقة للعينة إلى حجم 20 مم × 50 مم ← رسم الغراء باستخدام حقنة (كما هو موضح في الشكل 1) ← إسقاط الغراء على المنطقة المحددة ← نشر الغراء بالتساوي باستخدام قطارة نظيفة ← محاذاة الجزء الخلفي من الورقة مع المنطقة الملصقة وإرفاقها ← الضغط باستخدام جهاز ختم حراري (كما هو موضح في الشكل 2) ← وضع مسطح واتركه لمدة 30 دقيقة ← قشر الاثنين يدويًا الأسطح المستعبدة تمامًا ← قم بتقييم ما إذا كانت ألياف الورق تالفة أم لا.

الشكل 1: الشفط اليدوي للهلام

الشكل 2: مكبس الختم الساخن

بعد التحليل، تواجه عملية التشغيل اليدوية المذكورة أعلاه المشكلات التالية:

(1) كفاءة منخفضة: تستغرق الاختبارات الفردية في المختبر وقتًا طويلاً، وتستغرق العملية الكاملة حوالي 35 دقيقة. بعد طلب الفحص، يتم الانتظار لفترة طويلة للحصول على التعليقات، وهو ما لا يلبي احتياجات مراقبة الإنتاج في الوقت الفعلي-.

(2) مخاطر السلامة: تتضمن بعض خطوات الاختبار معدات تسخين، ويحمل التشغيل اليدوي مخاطر الحروق والمخاطر الكهربائية.

(3) الدقة غير كافية: طرق الاختبار الحالية قاسية نسبيًا. يعتمد التحكم في كمية الغراء على خبرة المشغل، ولا يمكن ضمان تجانس الطلاء، مما يؤدي إلى انخفاض الدقة في بيانات الاختبار، مما يجعل من الصعب دعم مراقبة الجودة المكررة.

(4) معدل إعادة فحص مرتفع: يتم تنفيذ العملية بأكملها يدويًا، وتكون الخطوات الرئيسية (مثل كشط الغراء، والمحاذاة، والضغط) عرضة للأخطاء، مما يتسبب في فشل التجربة. يصل معدل إعادة الفحص إلى 50%، الأمر الذي لا يزيد من عبء العمل فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى إهدار موارد الاختبار.

باختصار، لم تعد طرق الاختبار اليدوية التقليدية مناسبة لمتطلبات صناعة عبوات السجائر الحديثة لمراقبة الجودة بدقة وكفاءة. هناك حاجة ملحة لتطوير جهاز اختبار آلي موحد للقضاء بشكل أساسي على التدخل البشري.

الحل والمبادئ التقنية

01/ أهداف البحث والمنهج العام

لمعالجة المشكلات المذكورة أعلاه، حدد فريق المشروع لدينا هدف التطوير التالي: تطوير جهاز اختبار أداء لاصق ورق التغليف الذي يعمل على توحيد عملية الاختبار وأتمتتها، والتحكم بشكل فعال في كمية وتوحيد الغراء المطبق، وضمان الضغط الساخن الآمن والثابت، وتحسين كفاءة الاختبار وموثوقية البيانات بشكل كبير. يتمثل النهج الفني العام في دمج وظائف مثل كشط الغراء، والنقل، والتسخين، والضغط في جهاز واحد، وتحويل العمليات اليدوية المتفرقة إلى عملية آلية مستمرة؛ تحقيق التحكم الدقيق في معلمات العملية الرئيسية من خلال هيكل ميكانيكي دقيق؛ والقضاء على العوامل البشرية من خلال إجراءات التشغيل الموحدة.

02/ التصميم الهيكلي للجهاز

ينتمي جهاز اختبار أداء لاصق ورق التغليف المطور إلى مجال تكنولوجيا ربط التغليف ويتضمن بشكل أساسي ثلاث وحدات وظيفية، كما هو موضح في الشكل 3.

الشكل 3: جهاز اختبار أداء لاصق ورق التغليف (يسار: رسم تخطيطي، يمين: جهاز حقيقي)

(1) القاعدة: تعمل كمنصة داعمة للجهاز بأكمله، وتدمج تركيب آلية الكشط، وآلية اللف، وآلية التصفيح. فهو يضمن تنسيق الموقع المكاني لكل وحدة وظيفية بدقة، مما يتيح عمليات الاختبار المستمرة.

(2) آلية الكشط: تستخدم لكشط الغراء الزائد من حوض فرشاة الغراء إلى حوض الفائض وتسوية الغراء. تتميز هذه الآلية بجهاز ضبط فجوة الكاشطة الدقيق للتحكم في سمك طبقة الغراء ضمن نطاق محدد مسبقًا، مما يضمن سمكًا موحدًا ومتسقًا.

(3) آلية اللف: تستخدم للضغط على ورق التغليف على طبقة الغراء بعد الكشط، ونقل الغراء إلى الورقة. يتم التحكم في الآلية عن طريق وحدة القيادة التي تضمن تطبيق الأسطوانة لسرعة وضغط ثابتين، مما يزيل تقلبات السرعة والضغط غير المتساوي الناتج عن التدحرج اليدوي.

(4) آلية التصفيح: تستخدم في اختبارات المواد اللاصقة لتطبيق ضغط ووقت التصفيح المتحكم فيهما على الورق الذي تم لصقه ونقله إلى حوض التصفيح، ومحاكاة عملية التصفيح في إنتاج الطباعة والتغليف الفعلي. تشتمل هذه الآلية على وحدة تسخين كهربائية للتحكم بدقة في درجة حرارة الضغط ووقته.

03/ عملية الاختبار الموحدة

بناءً على الجهاز المطور، تم إنشاء عملية الاختبار الموحدة التالية:

(1) أخذ العينات: يجب أخذ عينات من 5 أوراق على الأقل لكل دفعة. يجب أن تكون العينات مسطحة وغير تالفة وخالية من الالتصاق وتلبي متطلبات الحجم التي لا تقل عن 300 مم × 300 مم. يجب أن تشير كل عينة إلى اتجاه حبيبات الورق والجوانب الأمامية/الخلفية، ويجب أن تكون مختومة في كيس.

(2) تكييف درجة الحرارة والرطوبة: يجب تكييف العينات وفقًا للشروط المحددة في GB/T 10739 لإزالة التأثيرات البيئية على النتائج.

(3) قطع العينة: قطع العينات إلى العينة 1 (98 مم × 42 مم) والعينة 2 (98 مم × 50 مم)، مما يضمن أن الجانب الطويل (98 مم) موازٍ لاتجاه الحبوب من أجل الاتساق مع اتجاه القوة أثناء الإنتاج الفعلي.

(4) حقن الغراء: استخدم موزع الغراء لرسم كمية مقاسة من غراء الاختبار وحقنه في خزان الغراء النقطي لوحدة تطبيق الغراء.

(5) كشط الغراء: تقوم الكاشطة تلقائيًا بكشط الغراء الزائد حول خزان النقاط في حوض الفائض وتسويته، مما يشكل طبقة غراء موحدة.

(6) تطبيق الغراء: ضع العينة 1 (98 مم × 42 مم) في وحدة تطبيق الغراء مع توجيه مقدمة الورق لأعلى. ابدأ تشغيل آلية التدحرج للضغط على العينة على طبقة الغراء المستوية بسرعة وضغط ثابتين، مما يضمن نقل الغراء بشكل متساوٍ.

(7) الالتصاق: قم بإزالة العينة 1 الملصقة ووضعها في أخدود وحدة التسخين الكهربائي لوحدة الترابط، بحيث يكون جانب الغراء لأعلى، ومحاذيًا للجانب الأمامي للعينة 2. اضبط درجة حرارة وحدة التسخين الكهربائي وابدأ تشغيل جهاز الضغط الساخن - للضغط على العينة 1 والعينة 2 معًا.

(8) تركيب العينة: خذ العينة المجمعة من جهاز تطبيق الغراء. أدخل أحد طرفي العينة 2 في الفتحة الثابتة لجهاز اختبار التقشير وقم بتثبيت الطرف الآخر من العينة 1 باستخدام أداة الجر.

(9) اختبار التقشير: كما هو موضح في الشكل 4، استخدم زاوية تقشير تبلغ 150 درجة وسرعة اختبار تبلغ 600 مم/ثانية مع أداة الجر. سجل منحنى قوة التقشير وحدد وضع الفشل (فشل ألياف الورق أو فشل واجهة طبقة الغراء).

الشكل 4: اختبار تقشير علبة السجائر

04/ اختراقات التكنولوجيا الرئيسية

حقق هذا الجهاز اختراقات تكنولوجية في المجالات الثلاثة التالية:

(1) التصميم المتكامل: من خلال دمج الوحدات الوظيفية الثلاث الرئيسية-كشط الغراء ولفه وتصفيحه-في قاعدة واحدة، فإنه يعمل على توحيد العملية بأكملها في تجارب أداء المواد اللاصقة، بما في ذلك وضع الغراء وتسوية الطبقة اللاصقة ونقل الغراء والتصفيح وإزالة الأخطاء بين الخطوات.

(2) التحكم الدقيق في المعلمات: تضمن آلية الكشط أن تكون الطبقة اللاصقة موحدة في السمك (خطأ أقل من أو يساوي 0.01 مم)؛ آلية التدحرج، مدفوعة بنظام مؤازر، تتحكم في الأسطوانات لنقل المادة اللاصقة بسرعة وضغط ثابتين، مع دقة سرعة تبلغ ±0.1 مم/ثانية ودقة ضغط تبلغ ±0.5 نيوتن؛ يمكن لآلية التصفيح أن تضبط بدقة ضغط التصفيح (±1N)، ودرجة الحرارة (±1 درجة)، والوقت (±0.1 ثانية)، مما يحاكي بدقة ظروف الإنتاج الفعلية.

(3) عملية موحدة: يتم ضبط جميع العمليات من خلال واجهة الآلة-البشرية، وبعد نقرة واحدة-ابدأ، تكتمل العملية بأكملها تلقائيًا. يؤدي هذا إلى إزالة العيوب الناتجة عن التشغيل اليدوي تمامًا، مثل كمية الغراء غير الدقيقة، أو التطبيق غير المتساوي، أو محاذاة الورق بشكل غير صحيح، أو الضغط غير الكافي، مما يضمن التكرار وقابلية المقارنة لنتائج الاختبار. تظهر المقارنة بين عملية الاختبار قبل-و-بعدها في الشكل 5.

الشكل 5: مقارنة عمليات التفتيش قبل وبعد التحسين



الفعالية التقنية وتحليل البيانات



01/ تحليل تحسين الكفاءة



وبعد عدة عمليات-من عمليات التحقق والاختبارات العملية، حقق الجهاز تحسينات كبيرة في كفاءة الفحص. تم تقليل إجمالي وقت الفحص لكل تمريرة من 2057 ثانية بالطرق اليدوية التقليدية إلى 442 ثانية، مما أدى إلى زيادة كفاءة العمل بنسبة 365.38%. لقد وصل معدل نجاح عملية الفحص بأكملها إلى 100%، وانخفض معدل إعادة الفحص-من 50% إلى 0، مما أدى إلى تقليل كثافة اليد العاملة لموظفي الاختبار بشكل كبير.



02/ دقة الكشف والموثوقية



تقييم العملاء: "تم تصميم هذا الجهاز بشكل علمي ومعقول، وسهل التشغيل، ودقيق للغاية، ومستقر للغاية. إنه يتغلب بشكل فعال على مشكلات مثل تأخر الكشف وتحيز البيانات الموجودة في طرق الفحص اليدوي السابقة، مما يوفر دعمًا فنيًا قويًا لجهودنا لتعزيز مراقبة جودة لاصق ورق التغليف."



03/ تحسينات أمنية



يستخدم الاختبار اليدوي التقليدي المواد العازلة للحرارة ومعدات التدفئة الأخرى التي تسبب الحروق ومخاطر السلامة الكهربائية. يدمج هذا الجهاز وحدة التسخين في آلية مركبة مغلقة، وتتميز بحماية العزل الحراري والتحكم التلقائي في درجة الحرارة، لذلك لا يحتاج المشغلون إلى لمس المكونات ذات درجة الحرارة المرتفعة-، مما يزيل تمامًا خطر الحروق.



الفوائد الاجتماعية وقيمة التطبيق



01/ فوائد اقتصادية مباشرة



يمكن لهذا الجهاز أن يقلل بشكل فعال من معدل الخردة وخسائر إعادة العمل في إنتاج التغليف من خلال التنبؤ بتأثيرات ربط الورق مسبقًا. وفقًا للتقديرات، إذا تم الترويج لهذا الجهاز في جميع أنحاء الصناعة، فيمكن تقليل معدل خردة المنتج النهائي الناتج عن مشكلات المواد اللاصقة في شركات التعبئة والتغليف من متوسط ​​5.7% إلى أقل من 2%. وفي الوقت نفسه، يمكن أن يؤدي تحسين كفاءة الفحص إلى توفير قدر كبير من تكاليف العمالة، مما يقلل من تكاليف العمالة لكل عملية فحص بحوالي 80%.



02/ دور القيادة التكنولوجية



يمكن للتشغيل الموحد لهذا الجهاز قياس أداء الترابط لأنواع مختلفة من الغراء، واختيار تركيبات الغراء وتكييفها بكفاءة لورق علب السجائر والحبر وعمليات التصفيح المتخصصة، وتقصير دورة البحث والتطوير لاختيار الغراء وتحسين الصياغة، وحل المشكلات العملية بدقة مثل إزالة الالتصاق، والتزييف، وتدفق الغراء، والالتصاق في إنتاج علب السجائر، وإنشاء نظام تقييم لتوافق الغراء وورق علب السجائر.



03/ تآزر سلسلة الصناعة



يعتمد المشروع نموذجًا بحثيًا مشتركًا عبر سلسلة الصناعة، حيث يدمج البحث والتطوير في مجال الغراء في المراحل الأولية، وطباعة وإنتاج علب السجائر في المرحلة المتوسطة، ومصنعي عبوات السجائر في المراحل النهائية مع الموارد التقنية والمواهب والمعدات. فهو يزيل الحواجز المعلوماتية والتقنية في كل مرحلة، ويشكل نظام-كامل للتحسين الفني بدءًا من المواد الخام وحتى المنتجات النهائية، مما يدفع صناعة علب السجائر بشكل عام نحو مزيد من الكفاءة والدقة والذكاء، ويعزز القدرة التنافسية الأساسية لهذه الصناعة.



04/ المساهمة في توحيد الصناعة



نجح هذا المشروع في تطوير أول جهاز لاختبار أداء لاصق ورق التغليف في البلاد، وهو ما يعد الأول من نوعه في الصناعة. لتلبية المواصفات الفنية الموحدة التي تتطلبها المؤسسات المختلفة ومؤسسات الاختبار داخل الصناعة، قام فريق المشروع بتوحيد نتائج البحث، وتعزيز الاختراقات التقنية وتحسينات الجودة في الكرتون القابل للطي والمواد الخام والمساعدة (الورق) في صناعة التعبئة والتغليف والطباعة، وتعزيز التخصيص المنسق وقدرات الابتكار للمؤسسات الأولية والنهائية.



في المستقبل، سيواصل فريق البحث تحسين مستوى ذكاء الجهاز، وتطوير نظام حكم تلقائي يعتمد على رؤية الآلة، وتحقيق تشغيل بدون طيار بالكامل لاختبار أداء المواد اللاصقة، واستكشاف توسيع تطبيق الجهاز ليشمل مواد التعبئة والتغليف الأخرى (مثل البلاستيك والرقائق المعدنية) لاختبار أداء الالتصاق، مما يقدم مساهمات أكبر في الابتكار التكنولوجي في فحص الجودة في صناعة التعبئة والتغليف.