如何應對熱熔膠施膠不穩定？

劉余飛 諾信（中國）有限公司

一次性衛生用品生產商在使用傳統生產線時，長期受到熱熔膠施膠不穩定的困擾，例如，生產線開機提速膠量不足、正式生產膠量不穩定、停機降速膠量過多、產品局部涂膠不均勻，以及熱熔膠設備磨損老化無法監測等因素而產生的廢品、次品、故障停機，嚴重阻礙了生產線的高效率運行。諾信根據多年的行業經驗總結了傳統熱熔膠設備存在的嚴重問題，通常表現為以下幾點：

◆ 生產線提速無膠或少膠（開機剔廢）；

◆ 熱熔膠輸送無法做到實時監測；

◆ 熱熔膠消耗數據無實時記錄（精益生產的需求）；

◆ 熱熔膠輸送發生異常時無報警提示；

◆ 產品橫向施膠不均勻（提高產品品質的需求）；

◆ 設備磨損如噴頭閥針系統磨損無監測（穩定生產的需求）。

諾信一直以來致力于熱熔膠精確施膠且消耗量可控的研究，但是無論是傳統的膠機膠槍系統，還是精密計量的熱熔膠系統，它們在熱熔膠消耗量上都是開環的，也即對熱熔膠的消耗并沒有做實時反饋與補償。2011年，諾信成功推出了成套的TruFlow流量控制系統，很多客戶因此受益。為了讓更多的行業客戶認識并進一步了解這套系統，本文對此進行比較全面的解析。

熱熔膠系統閉環控制包括兩大類，一類是對輸送膠量的精確閉環控制，一類是對設備本身工況的閉環控制，例如實時監測與調整膠槍高速運行的機構磨損。

通俗而言，TruFlow流量控制系統就像家里安裝的水表，可以隨時查看實時的水消耗量，以及統計一段時間的消耗總量。但是，僅知道實時的水消耗量，意義并不大，我們要通過這套實時計量系統來做精確的數據反饋與補償，膠量多了需要即刻降下來，少了則需要馬上補充，這就是行業里通稱的“閉環控制”技術。

圖1所示為閉環控制系統的工作原理。整套流量閉環系統由流量計、信號反饋系統、數據處理與運算系統構成。流量計用來測量實時的熱熔膠流量，它的功能和“水表”差不多，信號反饋系統是由計數編碼器與信號轉換器及信號電纜構成，數據處理與運算系統完全集成在熱熔膠機系統內?？拷z槍端安裝的流量計會實時讀取熱熔膠膠量輸送的情況，并通過信號電纜反饋至熱熔膠機的數據處理系統，該系統會自動對比與目標膠量值的差異，根據軟件算法會產生0～10V不同的電壓來驅動膠機的馬達，帶動齒輪泵做快慢輸出，從而實現對熱熔膠膠量輸出的變量可調控制，也就是閉環控制。

圖1 熱熔膠閉環控制系統

由流量計采集到的數據反饋至數據處理系統后，該系統可以每隔125ms存儲一組流量值數據，最大支持1,440min的數據記錄周期。用戶可以將這些存儲的數據通過SD卡導入到電腦中，使用常見的Office辦公軟件或者專業的MiniTab軟件進行數據追溯和偏差分析，查找某一時刻膠量異常的數據。

諾信最新研發的StarterKit聯網控制技術，支持iOT物聯網的組建，用戶也可以通過生產線的PLC終端，實時讀取流量計的膠量數據，這些數據不光可以用來記錄和分析，甚至可以與產品剔廢系統聯動，當PLC終端檢測到實時膠量異常時，即刻剔廢。用戶不必在生產幾十萬片的次品之后才發現某粘接工位的局部噴嘴堵塞，真正做到熱熔膠輸送可控，出現異?？蓪崟r監測。當然，熱熔膠機內部集成的數據處理系統也可以允許用戶設定膠量輸出偏差的范圍，超過這一偏差設定值后自動觸發警報，甚至故障停機信號。

下面一組用戶數據顯示了傳統設備和流量計設備的工作結果差異，該數據是由熱熔膠機內部的數據處理系統實時存儲，再經過Excel表格軟件分析得來。

圖2 生產線膠量輸送情況

圖2為生產線運行時記錄的數據，圖中的黑色折線代表了目標膠量值，藍色曲線和紅色曲線分別代表了未安裝和安裝了閉環控制流量計系統時的膠量輸送情況。這組數據正好反映出當前行業內的熱熔膠輸送工況，傳統設備開機提速的時間段，膠槍基本上處于無膠的狀態，圖中顯示差不多足足等待了5min，膠量輸出才達到了目標值。相反，一旦有流量計的介入，開機提速的瞬間膠量輸送基本也就正常了（紅線和黑線貼合代表輸出與目標一致）。因此，流量計可以幫助生產線實現快速的膠量跟蹤，這得益于數據處理系統的精確算法。在生產以及停機階段，該系統同樣可以做閉環控制，實現膠量的無差別輸出。

在TruFlow流量控制產品構成中，除了流量計，還包括TruFlow分流器和TruFlow膠槍。分流器在流量計的基礎上，增加了兩路熱熔膠系統等量輸出的功能。而TruFlow膠槍除了可以實現流量計的功能外，還可以大幅度改善產品在材料橫向上的施膠精度，同等條件下用戶可以選擇更薄的材料，更低的施膠定量，改善產品質量。下面是TruFlow膠槍可以帶給用戶的好處。

圖3 TruFlow計量膠槍

為了提高材料橫向施膠精度，在TruFlow膠槍的槍體上安放了一組規格相同的精密齒輪片，如圖4所示，多組齒輪片在膠槍內部做精確的分流，保證供給噴頭的每一路膠量一致，而膠槍內部的高精度編碼器可以更加精準地傳遞膠量信號并反饋給數據處理系統。

圖4 精密齒輪片

實驗室測試數據表明，在200mm的噴膠寬度上，傳統膠槍的橫向施膠精度偏差大約在10%～20%之間。同時，采用單喉管供膠的傳統膠槍往往存在材料中間區域膠量過大，而兩側區域膠量過小的偏差問題。因此也就限制了用戶使用更薄的材料和更低的施膠定量，膠量低了兩側粘接失效，膠量高了中間區域則出現熱熔膠反滲。而TruFlow膠槍則可輕松解決這一頑癥，無論是噴涂還是刮涂的應用，同等條件下相比傳統膠槍它可以將橫向施膠精度誤差控制在5%以內，因此帶來的是用戶成本節省和產品質量提升，做到精益生產。

以上流量控制系統已經可以解決開篇提到的傳統設備存在的膠量閉環控制的問題，針對設備本身工況監測的閉環控制，諾信也有相應的解決方案，即Optistroke閥針行程監測與控制系統。

圖5 Optistroke閥針行程監測與控制系統

這套系統的工作原理是采用光電傳感器監測噴頭內部的閥針運行工況，專用的監測軟件可以實時獲取閥針的運行軌跡是否發生偏離。在經過數月的生產后，閥針往往已經因局部磨損而發生了位移，此時Optistroke系統便可感知到異常，并聯動膠型控制器做相應的開、關槍補償，保證熱熔膠在產品上不會發生前后移位，這一過程也稱之為閥針設備的閉環控制。當閥針徹底磨損失效，Optistroke系統便即刻發出報警信號給生產線。因此，在高速運行的設備上，這套系統可以減少因設備磨損而帶來的生產率下降，以及降低無法監測的次品發生率，充分確保用戶做到精益生產。