Thiết bị phát hiện gói thuốc lá mới

Hiện nay, việc kiểm tra tính năng kết dính của bao bì thuốc lá thành phẩm hoàn toàn thủ công. Quy trình thử nghiệm bao gồm ba bước chính: chuẩn bị vật liệu, dán giấy và đánh giá-bóc, bao gồm hơn mười quy trình như cắt mẫu, bôi keo, ép, nghỉ, bóc và đánh giá, tất cả đều dựa hoàn toàn vào công việc thủ công. Phương pháp thử nghiệm truyền thống này có các vấn đề như lượng keo không chính xác, ứng dụng không đồng đều, giấy lệch và lực ép không đủ, dẫn đến thời gian thử nghiệm kéo dài, thử nghiệm lại thường xuyên, cường độ lao động cao, hiệu quả thấp và rủi ro an toàn với một số thiết bị sưởi ấm. Để giải quyết những vấn đề này, Công ty TNHH In ấn Changde Jinpeng (sau đây gọi là "Changde Jinpeng") đã áp dụng cách tiếp cận "bước đột phá chung của các doanh nghiệp chuỗi công nghiệp thượng nguồn và hạ nguồn". Bằng cách học hỏi-tại chỗ và cùng nhau đổi mới, họ đã phát triển thành công một thiết bị để kiểm tra hiệu suất kết dính của giấy đóng gói. Bài viết này giải thích một cách hệ thống bối cảnh phát triển, giải pháp kỹ thuật, hiệu quả triển khai và tiềm năng ứng dụng của thiết bị này nhằm cung cấp tài liệu tham khảo cho đổi mới công nghệ trong kiểm tra chất lượng trong ngành.

Bối cảnh kỹ thuật và phân tích vấn đề

01/ Ý nghĩa kỹ thuật của hiệu suất kết dính

Hiệu suất kết dính đề cập đến, dựa trên cơ chế phá hủy liên kết, mô phỏng bước liên kết trong quá trình hình thành bao bì thuốc lá, trong đó hai mẫu được liên kết và sau đó bóc tách một cách triệt để. Nếu các sợi giấy bị keo kéo ra ngoài thì hiệu suất kết dính được coi là đủ tiêu chuẩn. Chỉ số hiệu suất này phản ánh trực tiếp khả năng tương thích giữa chất kết dính và nền giấy và là thông số chính để đảm bảo độ ổn định của cấu trúc bao bì.

02/ Phương pháp kiểm tra truyền thống và các vấn đề tồn tại

Hiện nay, tất cả các sản phẩm bao bì hộp thuốc lá đều phải trải qua quá trình kiểm tra hiệu suất kết dính trước khi xuất xưởng. Quá trình thử nghiệm có thể được chia thành ba giai đoạn chính: "chuẩn bị vật liệu", "liên kết giấy" và "đánh giá bóc{1}}". Quy trình cụ thể bao gồm: lấy mẫu cần kiểm tra từ túi mẫu → cắt vùng dính của mẫu có kích thước 20mm×50mm → rút keo bằng ống tiêm (như hình 1) → nhỏ keo lên vùng được chỉ định → trải đều keo bằng ống nhỏ giọt sạch → căn chỉnh và gắn mặt sau của tờ giấy với vùng được dán → ấn bằng thiết bị hàn nhiệt (như hình 2) → nằm phẳng và để yên trong 30 phút → bóc hoàn toàn hai bề mặt được dán bằng tay → bằng mắt đánh giá xem các sợi giấy có bị hư hỏng hay không.

Hình 1 Hút gel bằng tay

Hình 2 Máy ép niêm phong nóng

Sau khi phân tích, quy trình vận hành hoàn toàn thủ công ở trên có các vấn đề sau:

(1) Hiệu quả thấp: Các thử nghiệm đơn lẻ trong phòng thí nghiệm mất quá nhiều thời gian, toàn bộ quá trình mất khoảng 35 phút. Sau khi yêu cầu kiểm tra, phải chờ đợi phản hồi rất lâu, không thể đáp ứng-nhu cầu giám sát sản xuất theo thời gian thực.

(2) Các mối nguy hiểm về an toàn: Một số bước thử nghiệm liên quan đến thiết bị sưởi ấm và việc vận hành thủ công có nguy cơ bị bỏng và các mối nguy hiểm về điện.

(3) Độ chính xác không đủ: Các phương pháp thử nghiệm hiện tại còn tương đối thô. Việc kiểm soát lượng keo phụ thuộc vào kinh nghiệm của người vận hành và không thể đảm bảo tính đồng nhất của lớp phủ, dẫn đến dữ liệu thử nghiệm có độ chính xác thấp, gây khó khăn cho việc hỗ trợ kiểm soát chất lượng tinh tế.

(4) Tỷ lệ kiểm tra lại cao: Toàn bộ quá trình được thực hiện thủ công và các bước chính (như cạo keo, căn chỉnh và nhấn) dễ xảy ra lỗi, gây ra lỗi thử nghiệm. Tỷ lệ tái kiểm tra lên tới 50%, điều này không chỉ làm tăng khối lượng công việc mà còn gây lãng phí tài nguyên kiểm tra.

Tóm lại, các phương pháp kiểm tra thủ công truyền thống không còn phù hợp với yêu cầu kiểm soát chất lượng chính xác và hiệu quả của ngành công nghiệp bao bì thuốc lá hiện đại. Cần phải phát triển một thiết bị kiểm tra tự động, tiêu chuẩn hóa để loại bỏ căn bản sự can thiệp của con người.

Giải pháp và nguyên tắc kỹ thuật

01/ Mục tiêu nghiên cứu và cách tiếp cận tổng thể

Để giải quyết các vấn đề trên, nhóm dự án của chúng tôi đặt ra mục tiêu phát triển sau: phát triển một thiết bị kiểm tra hiệu suất của chất kết dính giấy bao bì nhằm tiêu chuẩn hóa và tự động hóa quy trình kiểm tra, kiểm soát hiệu quả lượng và tính đồng nhất của keo được áp dụng, đảm bảo ép nóng an toàn và chắc chắn, đồng thời cải thiện đáng kể hiệu quả kiểm tra và độ tin cậy của dữ liệu. Phương pháp kỹ thuật tổng thể là tích hợp các chức năng như cạo keo, chuyển, gia nhiệt và ép keo vào một thiết bị duy nhất, chuyển đổi các hoạt động thủ công rải rác thành một quy trình tự động liên tục; đạt được sự kiểm soát chính xác các thông số quy trình quan trọng thông qua cấu trúc cơ khí chính xác; loại bỏ yếu tố con người thông qua các quy trình vận hành được tiêu chuẩn hóa.

02/ Thiết kế kết cấu thiết bị

Thiết bị kiểm tra hiệu suất kết dính giấy bao bì được phát triển thuộc lĩnh vực công nghệ liên kết bao bì và chủ yếu bao gồm ba mô-đun chức năng, như trong Hình 3.

Hình 3 Thiết bị kiểm tra hiệu suất kết dính giấy bao bì (trái: sơ đồ, phải: thiết bị thật)

(1) Đế: Đóng vai trò là nền tảng hỗ trợ cho toàn bộ thiết bị, tích hợp lắp đặt cơ cấu cạo, cơ cấu lăn và cơ cấu cán màng. Nó đảm bảo việc định vị không gian của từng mô-đun chức năng được phối hợp chính xác, cho phép các quá trình thử nghiệm diễn ra liên tục.

(2) Cơ cấu cạo: Dùng để cạo phần keo thừa từ máng chổi quét keo sang máng tràn và san phẳng keo. Cơ chế này có thiết bị điều chỉnh khoảng cách cạp chính xác để kiểm soát độ dày lớp keo trong phạm vi đặt trước, đảm bảo độ dày đồng đều và nhất quán.

(3) Cơ cấu cuộn: Dùng để ép giấy bao bì lên lớp keo sau khi cạo, chuyển keo vào giấy. Cơ chế này được điều khiển bởi một bộ truyền động để đảm bảo con lăn áp dụng tốc độ và áp suất không đổi, loại bỏ sự dao động tốc độ và áp suất không đồng đều do lăn thủ công.

(4) Cơ chế cán màng: Được sử dụng trong các thử nghiệm về chất kết dính nhằm áp dụng áp suất và thời gian cán màng có kiểm soát lên giấy đã được dán và chuyển sang máng cán màng, mô phỏng quá trình cán màng trong sản xuất in ấn và đóng gói thực tế. Cơ chế này bao gồm một mô-đun gia nhiệt bằng điện để kiểm soát chính xác nhiệt độ và thời gian ép.

03/ Quy trình kiểm tra chuẩn hóa

Dựa trên thiết bị được phát triển, quy trình thử nghiệm tiêu chuẩn hóa sau đây đã được thiết lập:

(1) Lấy mẫu: Mỗi đợt phải lấy mẫu ít nhất 5 tờ. Mẫu phải phẳng, không bị hư hại, không bị dính và đạt yêu cầu về kích thước tối thiểu là 300mm × 300mm. Mỗi mẫu phải ghi rõ hướng thớ giấy và mặt trước/sau và được đóng kín trong túi.

(2) Điều hòa nhiệt độ và độ ẩm: Các mẫu phải được điều hòa trong các điều kiện quy định trong GB/T 10739 để loại bỏ ảnh hưởng của môi trường đến kết quả.

(3) Cắt mẫu: Cắt mẫu thành Mẫu 1 (98mm × 42mm) và Mẫu 2 (98mm × 50mm), đảm bảo cạnh dài (98mm) song song với hướng thớ để thống nhất với hướng lực trong quá trình sản xuất thực tế.

(4) Phun keo: Sử dụng dụng cụ phân phối keo để rút một lượng keo thử nghiệm đã đo được và bơm vào ngăn chứa keo chấm của mô-đun ứng dụng keo.

(5) Cạo keo: Máy cạo tự động cạo phần keo thừa xung quanh chỗ chứa dấu chấm vào máng tràn và san phẳng, tạo thành lớp keo đồng nhất.

(6) Ứng dụng keo: Đặt Mẫu 1 (98mm × 42mm) vào mô-đun ứng dụng keo với mặt trước của giấy hướng lên trên. Khởi động cơ chế lăn để ấn mẫu lên lớp keo đã được san phẳng với tốc độ và áp suất không đổi, đảm bảo truyền keo đều.

(7) Độ bám dính: Tháo Mẫu 1 đã dán và đặt nó vào rãnh của mô-đun sưởi điện của mô-đun liên kết, mặt keo hướng lên trên, thẳng hàng với mặt trước của Mẫu 2. Đặt nhiệt độ mô-đun sưởi điện và khởi động thiết bị-ép nóng để ép Mẫu 1 và Mẫu 2 lại với nhau.

(8) Lắp đặt mẫu: Lấy mẫu ngoại quan từ thiết bị bôi keo. Chèn một đầu của Mẫu 2 vào khe cố định của máy kiểm tra độ vỏ và kẹp đầu còn lại của Mẫu 1 bằng thiết bị cố định lực kéo.

(9) Thử nghiệm bong tróc: Như trong Hình 4, sử dụng góc bong tróc 150 độ và tốc độ thử nghiệm là 600mm/s với thiết bị cố định lực kéo. Ghi lại đường cong lực bóc và xác định dạng hư hỏng (lỗi sợi giấy hoặc lỗi giao diện lớp keo).

Hình 4 Thử nghiệm bóc vỏ bao thuốc lá

04/ Những đột phá công nghệ then chốt

Thiết bị này đã đạt được những đột phá về công nghệ trong 3 lĩnh vực sau:

(1) Thiết kế tích hợp: Bằng cách tích hợp ba mô-đun chức năng chính-cạo keo, lăn và cán màng-vào một đế duy nhất, nó chuẩn hóa toàn bộ quy trình trong các thử nghiệm hiệu suất kết dính, bao gồm bôi keo, san bằng lớp keo, chuyển keo và cán màng, loại bỏ lỗi giữa các bước.

(2) Kiểm soát thông số chính xác: Cơ chế cạo đảm bảo lớp keo có độ dày đồng đều (sai số Nhỏ hơn hoặc bằng 0,01mm); cơ cấu lăn được điều khiển bởi hệ thống servo, điều khiển các con lăn để truyền chất kết dính ở tốc độ và áp suất không đổi, với độ chính xác về tốc độ là ±0,1mm/s và độ chính xác áp suất là ±0,5N; cơ chế cán có thể điều chỉnh chính xác áp suất cán (± 1N), nhiệt độ (± 1 độ) và thời gian (± 0,1 giây), mô phỏng chính xác các điều kiện sản xuất thực tế.

(3) Hoạt động được tiêu chuẩn hóa: Tất cả các hoạt động được thiết lập thông qua giao diện-con người và sau khi bắt đầu-nhấp chuột, toàn bộ quá trình sẽ tự động hoàn tất. Điều này giúp loại bỏ hoàn toàn các khuyết tật do thao tác thủ công như lượng keo không chính xác, ứng dụng không đều, giấy lệch hoặc ép không đủ, đảm bảo độ lặp lại và khả năng so sánh của kết quả kiểm tra. Việc so sánh trước-và-quá trình thử nghiệm được hiển thị trong Hình 5.

Hình 5 So sánh quy trình kiểm tra trước và sau cải tiến



Hiệu quả kỹ thuật và phân tích dữ liệu



01/ Phân tích cải tiến hiệu quả



Sau nhiều lần-thực hành xác thực và thử nghiệm thực tế, thiết bị đã đạt được những cải tiến đáng kể về hiệu quả kiểm tra. Tổng thời gian kiểm tra trên mỗi lượt đã giảm từ 2057 giây ở phương pháp thủ công truyền thống xuống còn 442 giây, tăng hiệu quả công việc lên 365,38%. Tỷ lệ thành công của toàn bộ quá trình kiểm tra đã đạt 100% và tỷ lệ-kiểm tra lại đã giảm từ 50% xuống 0, giúp giảm đáng kể cường độ lao động của nhân viên kiểm tra.



02/ Độ chính xác và độ tin cậy phát hiện



Đánh giá của khách hàng: "Thiết bị này được thiết kế khoa học và hợp lý, dễ vận hành, độ chính xác cao và độ ổn định cao. Nó khắc phục hiệu quả các vấn đề như độ trễ phát hiện và sai lệch dữ liệu thường thấy trong các phương pháp kiểm tra thủ công trước đây, cung cấp hỗ trợ kỹ thuật mạnh mẽ cho nỗ lực của chúng tôi nhằm tăng cường kiểm soát chất lượng keo dán giấy bao bì."



03/ Cải thiện bảo mật



Thử nghiệm thủ công truyền thống sử dụng chất bịt kín nhiệt và các thiết bị sưởi ấm khác có nguy cơ gây bỏng và an toàn điện. Thiết bị này tích hợp mô-đun sưởi ấm vào một cơ chế tổng hợp khép kín, có tính năng bảo vệ cách nhiệt và kiểm soát nhiệt độ tự động, do đó người vận hành không cần chạm vào-các bộ phận có nhiệt độ cao, loại bỏ hoàn toàn nguy cơ bỏng.



Lợi ích xã hội và giá trị ứng dụng



01/ Lợi ích kinh tế trực tiếp



Thiết bị này có thể giảm tỷ lệ thất thoát phế liệu và làm lại trong quá trình sản xuất bao bì một cách hiệu quả bằng cách dự đoán trước hiệu ứng liên kết giấy. Theo ước tính, nếu thiết bị này được quảng bá trên toàn ngành, tỷ lệ phế liệu thành phẩm do vấn đề dính ở các công ty đóng gói bao bì có thể giảm từ mức trung bình 5,7% xuống dưới 2%. Đồng thời, nâng cao hiệu quả kiểm tra có thể tiết kiệm một lượng đáng kể chi phí nhân công, giảm chi phí nhân công cho mỗi lần kiểm tra khoảng 80%.



02/ Vai trò lãnh đạo công nghệ



Hoạt động được tiêu chuẩn hóa của thiết bị này có thể đo lường hiệu suất liên kết của các loại keo khác nhau, lựa chọn và điều chỉnh hiệu quả các công thức keo cho các quy trình giấy, mực và cán màng chuyên dụng cho bao thuốc lá, rút ​​ngắn chu trình R&D để lựa chọn keo và cải tiến công thức, giải quyết chính xác các vấn đề thực tế như tẩy dính, cong vênh, tràn keo và độ bám dính trong sản xuất bao thuốc lá, đồng thời thiết lập một hệ thống đánh giá về tính tương thích của keo và giấy bao thuốc lá.



03/ Sức mạnh tổng hợp của chuỗi ngành



Dự án áp dụng mô hình nghiên cứu chung trong toàn chuỗi ngành, tích hợp R&D keo thượng nguồn, in và sản xuất bao bì thuốc lá trung nguồn và các nhà sản xuất bao bì thuốc lá hạ nguồn với các nguồn lực kỹ thuật, nhân tài và thiết bị. Nó phá vỡ các rào cản thông tin và kỹ thuật ở từng giai đoạn, hình thành một hệ thống tối ưu hóa kỹ thuật-chuỗi đầy đủ từ nguyên liệu thô đến thành phẩm, thúc đẩy ngành bao bì thuốc lá tổng thể hướng tới hiệu quả, độ chính xác và trí tuệ cao hơn, đồng thời nâng cao khả năng cạnh tranh cốt lõi của ngành.



04/ Góp phần tiêu chuẩn hóa ngành



Dự án này đã phát triển thành công thiết bị kiểm tra hiệu suất chất kết dính giấy bao bì đầu tiên của đất nước, đạt được thành tựu đầu tiên trong ngành. Để đáp ứng các thông số kỹ thuật thống nhất theo yêu cầu của các doanh nghiệp và tổ chức thử nghiệm khác nhau trong ngành, nhóm dự án đã tiêu chuẩn hóa kết quả nghiên cứu, thúc đẩy các đột phá kỹ thuật và cải tiến chất lượng trong thùng giấy gấp và nguyên liệu thô và phụ liệu (giấy) trong ngành đóng gói và in ấn, đồng thời nâng cao khả năng phân bổ và đổi mới phối hợp của các doanh nghiệp thượng nguồn và hạ nguồn.



Trong tương lai, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục tối ưu hóa mức độ thông minh của thiết bị, phát triển hệ thống phán đoán tự động dựa trên thị giác máy, thực hiện hoạt động kiểm tra hiệu suất kết dính hoàn toàn không có người lái và khám phá việc mở rộng ứng dụng của thiết bị sang các vật liệu đóng gói khác (như nhựa và lá kim loại) để kiểm tra hiệu suất bám dính, đóng góp lớn hơn cho đổi mới công nghệ trong kiểm tra chất lượng trong ngành đóng gói.