工業物理應用方案 | 金屬包裝罐卷封質量檢測

?進入超市或小商店，可以看到各式各樣包裝的產品，包裝品既是產品的載體，又是產品給消費者的第①印象。相信大部分人都有這樣的體驗。

金屬包裝罐，因其可加工性強，外觀印刷的藝術性，*的阻隔性能，廣泛應用于食品包裝、飲料包裝，醫藥品包裝、日用品包裝、儀器儀表包裝，工業品包裝、軍火包裝等方面。其中用于食品和飲料包裝的數量大。

金屬包裝材料密閉性都很好，金屬罐的密封性能關鍵，在于罐子與蓋子的接縫處的密封性。

一、金屬包裝的卷封質量控制方案

卷封結構是由罐子翻邊，和蓋子卷緣壓合成形，形成一個罐身和蓋子相互鉤疊，縫隙處由密封膠密封的結構。

首先我們來了說說卷封成形：

如圖分為2步驟完成，首先是預成型，然后是成形壓緊，目的是形成一個結構牢固，且密封的結構。如何判斷卷封結構質量呢？

1、二重卷封的評定指標：

A、卷封內部結構尺寸：卷封高度，身鉤長度，蓋鉤長度，搭接長度，卷封定隙，搭接率，身鉤率，蓋鉤率，埋頭深度，卷封厚度。由圖可直觀分析，搭接長度和卷封厚度是關鍵，但實際控制卻不僅于此，因為在卷封成形過程中，這些各個指標相互影響，必須綜合性的進行控制。

B、緊密度，即蓋鉤和身鉤重疊部分的貼合程度。卷封的蓋鉤在成型過程中，可能會形成縱向褶皺，褶皺的深度與卷封結構的密封性能成反比。當褶皺深度貫穿卷封的搭接區域，將會導致泄漏。

2、卷封檢測的解決方案

卷封檢測有手動拆解，剖面投影，和X光無損掃描3種方式。手動拆解受限于人的經驗，已經很少使用。我們這里推薦后面兩種。

（1）剖面投影檢測

破剖面投影檢測是一種采用技術性電腦技術的檢測方式，通過相機截取卷封剖面圖像，然后由軟件對圖像上相關的點進行測量，由此可知，破面圖像和測量點的選擇，對檢測的精度非常關鍵。測量精度由以下幾部分控制：1、卷封切割鋸制樣卷封剖面，必須控制變形和毛刺；2、投影圖像的清晰度；3、測量點的選擇。

CMC-KUHNKE是一家成立于1971年的金屬包裝檢測方案提供商，是投影檢測電腦化方案的發明者。對卷封檢測擁有非常豐富的經驗。我們投影檢測方案的組成：卷封切割鋸（AGS），卷封投影儀（VSI），埋頭深度儀（CDG），卷封厚度儀（STG），卷封剝離機（STR）。

評估緊密度需要取獨立的樣品進行分析，即需要把卷封中的蓋鉤部分從卷封里面剝離出來，肉眼進行評估，這項檢測依賴于執行人員的經驗，由于人的主觀性評估，不同經驗的人會存在人為偏差。

（2）無損卷封檢測

投影卷封檢測雖然在檢測精度和效率上比手工形式獲得了很大的提高，隨著規模化生產，檢測的量也成倍的增加。對檢測效率和對環境的友好要求應景而生。CMC-KUHNKE根據行業的需求，研發出無損卷封檢測系統。

CMC-KUHNKE作為金屬包裝的*品牌，于2011年成功研發無損的卷封檢測XTS系列產品。XTS系列產品采用X光傳射金屬時，其衰減與材料的密度和厚度成比例。卷封*的結構形成了各個位置材料不同厚度的疊加，非常使用X光檢測技術的應用。

2011年首先成功投入市場的是實驗室版的Seamscan-XTS。這套系統采用X光卷封掃描站，負責卷封結構尺寸：卷封高度，蓋鉤長度，身鉤長度，搭接長度，搭接率，蓋鉤率，身鉤率。配上埋頭深度和卷封厚度綜合測試儀CSG-3000。

更加令人興奮的是，CMC-KUHNKE在兩年后的2013年實現了XTS對卷封緊密度的檢測。當卷封結構里的蓋鉤存在褶皺時，如圖：

蓋鉤褶皺的存在會改變卷封結構中材料單位密度的變化，從而造成X光穿透時衰減的變化。

完整的卷封指標檢測，滿足了普遍的檢測需求。然而，大規模的飲料啤酒廠商，因檢測樣品的量大，批量質量異常的風險更高，對CMC-KUHNKE提出了自動化的要求。2017年，CMC-KUHNKE推出全自動版本，系統獨立完成卷封的無損檢測。2019年，再次實現突破全自動在線版落地，使得卷封檢測實現脫離于人工的全動的新時代。

二、決定卷封質量的因素

1、卷封機的設置

我們都清楚一個事實，產品質量是生產出來的。易拉罐產品的二重卷封是通過卷封機執行完成的。二重卷封成形由卷封機執行件，及罐子和蓋子的尺寸共同打造的。

首先我們談談卷封機執行件的設置：

由以上兩副圖中我們可知，壓頭和卷封輪的形狀是固定的，壓頭和卷封輪的位置關系，是二重卷封成形的關鍵。傳統的方法是技術員通過手工，憑經驗來完成壓頭和卷封輪位置的設定。這種方法很實用，同時對技術員的經驗要求非常的高。隨著生產線速度的不斷提升，要求在數小時的操作中保持手感高度一至。在實際操作中很難做到，這就在客觀上決定了不同卷封頭之間的設定存在差異，引起質量也會有差異。

隨著時間的增加，這種差異會放大，就會導致產品質量的波動。從而產生批量質量波動。

有何辦法能消除這種情況呢？——CMC-KUNKE的卷封輪間隙分析儀就是為解決這個問題而生。

間隙分析儀能夠準確的測定卷封輪與壓頭在軸向何徑向的間隙。技術員就能夠安統一的標準對卷封機進行設置。罐子及蓋子的尺寸和耐壓性能，則由制罐及制蓋的工廠進行控制，灌裝廠通常是對關鍵指標進行抽檢。

2、來料測試

制罐廠和制蓋廠都會對產品全生產工序的尺寸和性能進行監控。概括為：

罐子：壁厚，高度，縮頸直徑，翻邊寬度，內涂層的完整性（電導率），印刷質量，承壓性能，內外壁的視覺異常檢測。

蓋子：尺寸（9個尺寸），拉環鉚合，耐壓性能，刻線開啟性能，內涂層完整性（電導率），外觀視覺異，耐壓強度等測試。

灌裝廠對其中的卷封的配合關鍵尺寸和整個包裝的承壓性能必須掌控。

（1）2片罐軸向耐壓強度測試

軸向耐壓強度測試，是對產品承壓極限的一種測式方式。在生產，存儲，運輸過程需要承壓的包裝品，如果罐子承壓性能不能達到預期的承壓強度，就會出現變形，導致損失生產效率，增加廢品率，甚至是產品貨架期及消費者印象的不良。金屬包裝，尤其是2片罐（下稱易拉罐），這種測試更為重要。

易拉罐在空罐存儲和運輸過程都是堆垛的，在底部的罐子承受較大的軸向壓力；在封口時，卷封機會通過上下壓頭向罐子軸向施加約1000N的載荷。

罐軸向承壓測試，是一個非常精細的過程，模擬卷封機在封口的過程種載荷逐步遞增的過程。需要漸進式加壓，準確讀取實時載荷。目前，油氣缸組合的載荷加壓方式是穩定的測試方式。

（2）罐底拱耐壓強度測試

易拉罐飲品在灌裝過程中需要加入二氧化碳或氮氣保持產品的風味，同時也是在罐子密封后增加罐內壓力（約3.5kg壓力），增加包裝的強度。 在后續殺菌、存儲、運輸過程，因溫度或環境溫度、壓力的變化，罐內壓力會進一步加大。這就要求罐體能承受罐內壓力極限值。否則罐子在壓力的作用下會產生變形，升值是底拱直接反轉往外拱。

這個變形涉及到兩個指標的測定：一是底拱反拱的極限壓力；二是底拱在某個壓力下，出現的變形量。大部分易拉罐的廠家都會對底拱長高變形量（即在某個壓力下底拱變形量）進行檢測產品。行業內基本是采用類似卡尺的單點接觸式測量底拱的長高值。這個方案的確定是當變形大的點不是在測量點時，其測量值就存在較大的偏差。CMC-KUHNKE的產品采用平面式測量，其測量的是底拱大變形量的實際點，確保了測量的準確性。

啤酒巴氏殺菌過程，啤酒因溫度的快速升高，會使關內壓力升也較快升高到一個較高的值，保持到完成殺菌。在這巴氏殺菌過程中，相當于罐內一直保持了一個較高的壓力，但罐子變形量不能超標。CMC-KUHNKE的DRT-3000-DG 配置了此項模擬巴氏殺菌的保壓某個時間后，測定底拱的變形量。

產品耐壓性能測試，也能滿足研發類的數據采集測試：

• 底拱耐壓測試模式

• 固定壓力長高點測試模式

• 可自定義壓力點的長高測試模式

• 可定義壓力點的長高及永/久變形測試模式

• 模擬巴氏殺菌測試模式

（3） 易拉蓋測試

易拉蓋開啟是消費者消費飲品必須的一個動作，易拉蓋開啟性能直接影響消費者的印象。也是易拉蓋刻線質量的間接反映。刻線太深，可能導致泄漏，淺了可能導致開啟困難。

易拉蓋的開啟分兩個步驟：一、刻線的啟破，這是易拉蓋全開的前提；二、是把飲口打開，打開后才方便喝飲品。

CMC-KUHNKE的PAT系列產品是行業功能配置齊全的易拉蓋啟破力全開力測試解決方案。測試功能包括：

• 留片式蓋開啟力和全開力模式

• 全開式蓋開啟力和全開力模式

• 拉環強度測試模式

• 食品易撕蓋測試模式

（4）電導率檢測

所有用于飲料的罐子都會在罐子內壁上噴涂層。涂層的作用是防止灌裝物對罐子的腐蝕。涂層那么重要，它的質量如何控制呢？

電導率儀是專用于測定涂層完整性的解決方案。方案采用往罐子內注入導電液，儀器在罐子內外兩側施加6.3V的電壓，電流的導通情況，反映出涂層完整性能。國標GBT9106.2-2019中對批量平均值有明確的要求，啤酒罐< 0.3mA, 飲料罐<0.1mA 。

當鋁罐經過碰撞引起涂層起泡或其它類型的損傷時,罐的金屬就會暴露出來,在涂層破裂處, 可形成微小的濃縮電池并可能很快使下面的金屬出現傷疤, 并逐漸腐蝕穿孔。

2片罐采用濃度2%的硫酸鈉溶液，頁面高度離罐口3mm，在罐內外6.3V測試電壓，測試4秒，讀數不大于國標要求。

德國CMC-KUHNKE作為金屬包裝業界歷史悠久，一直行業檢測方案齊全的品牌。相關設備：

卷封檢測：

• Seamview檢測系統

• XTS系列無損卷封檢測（在線，離線方案）

來料檢測：

• AXL系列 軸向承壓儀

• DRT系列 底拱耐壓儀

• PAT系列 開啟力全開力測試儀

• ENR系列 電導率測定儀

CMC-KUHNKE 隸屬工業物理飲料罐裝檢測事業部

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