包裝線(xiàn)常見(jiàn)噴碼機(jī)和激光打碼機(jī)的應(yīng)用對(duì)比

李 軒 王俊杰 薛永強(qiáng)

（蘭州生物制品研究所有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730046）

0 引言

市面上出售的帶包裝的商品，均需在產(chǎn)品檢測(cè)合格后在其包裝上留下相應(yīng)的三期標(biāo)志，食品、藥品等相關(guān)產(chǎn)品要求尤其嚴(yán)格。大多數(shù)企業(yè)采用油墨噴碼或激光打碼兩種方式，兩種方式均存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

藥品企業(yè)自動(dòng)化包裝線(xiàn)上通常使用壓電式噴碼機(jī)、激光打碼機(jī)及熱發(fā)泡噴碼機(jī)，它們通過(guò)不同的工作原理將預(yù)設(shè)的三期碼賦在包材上。包材分為小盒、中盒和大箱，根據(jù)表面材質(zhì)和生產(chǎn)需求的不同需要匹配相應(yīng)的賦碼形式。

1 外部形態(tài)及占用空間大小

1.1 壓電式噴碼機(jī)

壓電式噴碼機(jī)整體尺寸約700mm×600mm×150mm，結(jié)構(gòu)完整，一般只需要一個(gè)主體；占用輸送網(wǎng)帶約100 mm×80 mm的缺口。

壓電式噴碼機(jī)的核心部件主要包括油墨盒、冷凝器、光電、粘度計(jì)、晶振管、充電槽機(jī)及回收槽等。

1.2 激光打碼機(jī)

激光打碼機(jī)整體尺寸約1000mm×800mm×170mm，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般由兩部分構(gòu)成；占用輸送網(wǎng)帶約3個(gè)缺口，分別為100 mm×80 mm（激光頭）、100 mm×100 mm（同步器）及80 mm×80 mm（吸塵口）。

激光打碼機(jī)的核心部件主要包括激光管、吸煙器、同步器、光電等。

1.3 熱發(fā)泡噴碼機(jī)

熱發(fā)泡噴碼機(jī)整體機(jī)身尺寸約400 mm×50 mm×600 mm，結(jié)構(gòu)完整，一般只需要一個(gè)主體；占用輸送網(wǎng)帶約200 mm×150 mm的缺口。

熱發(fā)泡噴碼機(jī)的核心部件主要包括墨盒、光電等。

2 工作原理

2.1 壓電式噴碼機(jī)工作原理

壓電式噴碼機(jī)工作原理如圖1所示，其機(jī)箱中有油墨盒、稀釋劑盒、廢液盒，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，首先位于油墨盒中的導(dǎo)管開(kāi)始吸取油墨通向噴頭方向，另一根檢測(cè)導(dǎo)管同時(shí)進(jìn)行工作，將少許油墨吸取至粘度計(jì)中，當(dāng)油墨充滿(mǎn)粘度計(jì)后，其中的小球受油墨沖擊位于最高點(diǎn)，此時(shí)設(shè)備開(kāi)始計(jì)算時(shí)間，小球受重力作用開(kāi)始豎直向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小球落在最低點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)電信號(hào)并停止計(jì)時(shí)。小球運(yùn)動(dòng)的這段位移記為Δx，在Δx不變的情況下，所用時(shí)間Δt越長(zhǎng)意味著油墨越黏稠，S值越大，反之S值越小。當(dāng)粘度數(shù)值S過(guò)大時(shí)，稀釋劑盒中的稀釋劑將會(huì)被抽入墨盒降低油墨濃度，保證噴碼效果。

圖1 壓電式噴碼機(jī)主要工作原理圖

接下來(lái)，粘度適合的油墨通過(guò)導(dǎo)管和充電槽，在充電槽中會(huì)為每一滴油墨施加負(fù)電荷，繼續(xù)向前通過(guò)狹長(zhǎng)的兩極板，極板中有著可變的電場(chǎng)，帶電油墨經(jīng)過(guò)兩極板后受電場(chǎng)力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，然后在包材上形成字符[1]。

2.2 激光打碼機(jī)工作原理

激光打碼機(jī)工作原理如圖2所示，運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，當(dāng)電源電壓給到激光發(fā)射裝置后，由激光發(fā)射器產(chǎn)生9～11 μm波長(zhǎng)的隱形光束，通過(guò)振蕩器振蕩，使得原本均勻不變的光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，形成字符[2]。

圖2 激光打碼機(jī)主要工作原理圖

激光在打碼前需要經(jīng)過(guò)一個(gè)容器空腔，由于光束始終是發(fā)散的，因此在這個(gè)空腔內(nèi)激光光束是散射狀態(tài)，為了保證激光只在需要的范圍內(nèi)發(fā)射并成功打碼，剩余多的輻射量就需要防護(hù)裝置去吸收。但激光輻射的量在空腔中難以被完全吸收，而反復(fù)反射會(huì)將空腔內(nèi)壁燒毀，因此，還需要在基片外加裝光束阻擋裝置，用于在短時(shí)間內(nèi)完全吸收輻射，并且所有的防護(hù)材料必須能夠阻擋9～11 μm波長(zhǎng)的光束。

2.3 熱發(fā)泡噴碼機(jī)工作原理

熱發(fā)泡噴碼機(jī)工作原理如圖3所示，需要將墨盒安裝在墨盒底座上，通過(guò)加熱電阻來(lái)瞬間加熱噴頭，使得噴頭處的墨滴產(chǎn)生無(wú)數(shù)小氣泡，高溫下迫使小氣泡從噴頭處噴濺出，然后形成需要的文字、符號(hào)等，完成一次噴碼后繼續(xù)補(bǔ)充新的墨滴，等待下一次信號(hào)的觸發(fā)[3]。

圖3 熱發(fā)泡噴碼機(jī)主要工作原理圖

熱發(fā)泡噴碼機(jī)一個(gè)噴頭只能完成一行文字的噴碼，在噴印三期碼時(shí)就需要配備三組噴頭，共用一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，同時(shí)噴印三行字符。

3 影響字符效果的主要因素

3.1 電壓對(duì)壓電式噴碼機(jī)的影響

在墨點(diǎn)分裂時(shí)間調(diào)節(jié)好的情況下，設(shè)定電壓的大小會(huì)影響偏轉(zhuǎn)板對(duì)帶點(diǎn)墨滴的偏轉(zhuǎn)效果，如圖4所示。

當(dāng)前，大數(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，不斷改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)生活方式。在新媒體融合過(guò)程中，大數(shù)據(jù)作為寶貴的信息資源，不斷為新媒體融合提供路徑和思路。要轉(zhuǎn)變大數(shù)據(jù)思維，迎合時(shí)代發(fā)展的潮流，抓住機(jī)遇，創(chuàng)造新媒體發(fā)展的新氣象。

圖4 不同電壓下噴碼效果

根據(jù)圖示噴碼效果所示，當(dāng)設(shè)定電壓偏小時(shí)（150 V），墨滴偏轉(zhuǎn)量不足，有多個(gè)墨滴連在一起，形成堆積狀態(tài)；當(dāng)設(shè)定電壓偏大時(shí)（220 V），墨滴偏轉(zhuǎn)量過(guò)度，有多個(gè)墨滴偏離預(yù)設(shè)位置，形成發(fā)散狀態(tài)。設(shè)備正常噴碼的電壓應(yīng)控制在190 V左右。

3.2 角度對(duì)激光打碼機(jī)的影響

在標(biāo)刻速度大小調(diào)節(jié)好的情況下，最能影響激光機(jī)字符形狀的就是激光頭與打印表面之間的角度。假定打印表面絕對(duì)水平，由于鏡頭與打印表面相距約11 cm，因此二者只要存在一點(diǎn)角度，就會(huì)影響打碼效果。

如圖5所示，當(dāng)α＜90°時(shí)，字符會(huì)出現(xiàn)前寬后緊的情況；當(dāng)α＞90°時(shí)，字符會(huì)出現(xiàn)前緊后寬的情況。由于設(shè)備是獨(dú)立的，沒(méi)有與上下游設(shè)備連接，因此要根據(jù)字符情況及時(shí)做出調(diào)整。

圖5 不同角度下標(biāo)刻效果

3.3 速度對(duì)熱發(fā)泡噴碼機(jī)的影響

在油墨充足且溫濕度適宜的情況下，熱發(fā)泡噴碼機(jī)想要噴印出完整的字符，就需要注意上游自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)速度。

如圖6所示，熱發(fā)泡噴碼機(jī)上游出料速度低于12箱/h時(shí)，字符會(huì)出現(xiàn)缺墨或者斷墨的情況，因?yàn)闊岚l(fā)泡噴碼機(jī)在噴碼時(shí)噴頭會(huì)處于加熱狀態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間不工作會(huì)導(dǎo)致噴頭處原本待噴碼的油墨風(fēng)干從而堵塞噴頭，影響噴碼效果。

圖6 不同速度下噴碼效果

4 維護(hù)保養(yǎng)要求

4.1 油墨噴碼機(jī)

（1）清洗回收槽：一般來(lái)說(shuō)，油墨噴碼機(jī)采用的油墨容易風(fēng)干，因此設(shè)備在每次使用結(jié)束后都會(huì)先關(guān)閉墨線(xiàn)，內(nèi)部會(huì)將剩余管道中的油墨排干凈，全部回到回收槽中進(jìn)入廢液盒。但是實(shí)際生產(chǎn)中仍然會(huì)有少量油墨飛濺至噴頭內(nèi)部，長(zhǎng)期堆積影響墨線(xiàn)軌跡，建議每天開(kāi)機(jī)前使用清洗劑將回收槽及噴頭處清洗干凈。

（2）更換主過(guò)濾器：為避免油墨中含有的殘?jiān)敖Y(jié)塊影響噴碼效果，在油墨傳輸至墨滴發(fā)生器之前需要配備主過(guò)濾器，原則上設(shè)備在運(yùn)行600 h后需要更換新的過(guò)濾器，具體視實(shí)際生產(chǎn)情況決定。

4.2 激光打碼機(jī)

（1）鏡頭：激光打碼機(jī)在進(jìn)行標(biāo)刻時(shí)會(huì)灼燒包材表面并產(chǎn)生煙霧，雖然每臺(tái)激光機(jī)都配備了吸煙機(jī)，能保證第一時(shí)間吸收絕大部分煙霧，但仍然有少量煙霧散落在標(biāo)刻頭附近，甚至吸附在鏡頭上，從而影響標(biāo)刻效果。因此，需要根據(jù)生產(chǎn)情況安排鏡頭的清潔，定期使用擦鏡紙或棉簽對(duì)鏡頭進(jìn)行擦拭并檢查鏡頭有無(wú)劃痕。如果存在劃痕并且影響標(biāo)刻效果，則需要對(duì)鏡頭進(jìn)行更換。

（2）更換吸煙機(jī)過(guò)濾器：經(jīng)過(guò)標(biāo)刻后產(chǎn)生的煙霧通過(guò)吸煙機(jī)吸收進(jìn)過(guò)濾器系統(tǒng)中，吸煙機(jī)會(huì)在灰塵堆積滿(mǎn)后提示更換或清理多余灰塵（還可以按照提示時(shí)間制定定期維護(hù)計(jì)劃）。更換過(guò)濾器系統(tǒng)時(shí)要注意保護(hù)自身，佩戴一定的防護(hù)裝置，更換后的過(guò)濾器需要妥善處理。

4.3 熱發(fā)泡噴碼機(jī)

熱發(fā)泡噴碼機(jī)在日常使用時(shí)主要需要注意的就是噴頭，在使用前用棉布擦拭噴頭表面，將堆積的油墨和風(fēng)干的部分清理干凈再安裝使用。

實(shí)際生產(chǎn)中，往往會(huì)出現(xiàn)噴碼效果缺失、字符不全的問(wèn)題，可以考慮噴頭風(fēng)干的情況，在生產(chǎn)速度低于12箱/h時(shí)需要開(kāi)啟循環(huán)微凈化功能。循環(huán)微凈化是指設(shè)備在設(shè)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有完成一次噴碼時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)噴出少許油墨保持噴頭的濕潤(rùn)狀態(tài)。例如：設(shè)定循環(huán)微凈化時(shí)間45 s，微凈化強(qiáng)度20，指的就是在45 s內(nèi)沒(méi)有噴碼信號(hào)時(shí)，噴頭會(huì)完成一次噴墨，噴墨的量為20個(gè)單位。

5 適用條件

5.1 油墨噴碼機(jī)適用條件

經(jīng)生產(chǎn)實(shí)際情況測(cè)定，當(dāng)噴頭與包材間距1～3 cm，噴碼區(qū)域約1 cm×25 cm時(shí)，油墨噴碼機(jī)的穩(wěn)定適用速度不超過(guò)180次/min，一般用于中速自動(dòng)化包裝線(xiàn)及多支裝疫苗類(lèi)的包材。要求噴印區(qū)域最好為白色或淺色。對(duì)環(huán)境溫度要求較高，設(shè)備內(nèi)部自帶墨水加熱，穩(wěn)定噴印的溫度為25℃，若超出該溫度，噴印效果會(huì)受一定影響。

5.2 激光打碼機(jī)適用條件

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件測(cè)定，當(dāng)鏡頭與包材間距11～12cm，噴碼區(qū)域約1 cm×1.5 cm時(shí)，激光打碼機(jī)運(yùn)行速度不超過(guò)400次/min，一般適用于西林瓶單支裝及“一水一苗”（一支西林瓶一支安瓿瓶）的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)。要求噴印區(qū)域最好有底色，在藍(lán)色或綠色背景下，激光打碼機(jī)會(huì)留下白色的打碼字符，便于識(shí)別。若為白色或淺色背景，打印出的字符在視覺(jué)檢測(cè)時(shí)容易出現(xiàn)誤剔。對(duì)環(huán)境溫度要求較低，一般不超過(guò)30℃，便于機(jī)身散熱即可。

5.3 熱發(fā)泡噴碼機(jī)適用條件

當(dāng)噴頭與包材間距0.5～1 cm，噴印區(qū)域?yàn)?0 cm×15 cm，并且運(yùn)行速度不超過(guò)10次/min時(shí)建議選用熱發(fā)泡噴碼機(jī)。因?yàn)闊岚l(fā)泡噴碼機(jī)噴出的油墨量大，不容易風(fēng)干，包材一般選擇吸水性較強(qiáng)的，表面光滑或有塑料薄膜的包材其噴印字符容易在運(yùn)輸中被破壞。對(duì)環(huán)境溫度要求較低，但對(duì)環(huán)境濕度要求高，過(guò)于干燥的環(huán)境會(huì)加速?lài)婎^堵塞，減少墨盒的使用次數(shù)。

6 結(jié)語(yǔ)

三期碼在食品藥品生產(chǎn)企業(yè)中至關(guān)重要，能夠反映出產(chǎn)品批號(hào)、生產(chǎn)日期、有效期等。無(wú)論是油墨噴碼、激光打碼還是鋼印等方式，都要保證三期碼清晰可辨，并支持長(zhǎng)期保存，依據(jù)生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)能及包材的不同，可以選擇不同的賦碼形式。本文比較了三種生產(chǎn)線(xiàn)常見(jiàn)的三期賦碼方式，可以幫助生產(chǎn)人員根據(jù)所在生產(chǎn)線(xiàn)的實(shí)際情況選擇合適的設(shè)備，并提供了每種賦碼形式的設(shè)備在維修及維護(hù)保養(yǎng)時(shí)需要注意的問(wèn)題，有利于降低設(shè)備故障率，提升生產(chǎn)效率。