工业物理应用方案 | 金属包装罐卷封质量检测
进入超市或小商店，可以看到各式各样包装的产品，包装品既是产品的载体，又是产品给消费者的第①印象。相信大部分人都有这样的体验。
金属包装罐，因其可加工性强，外观印刷的艺术性，优越的阻隔性能，广泛应用于食品包装、饮料包装，医药品包装、日用品包装、仪器仪表包装，工业品包装、军火包装等方面。其中用于食品和饮料包装的数量大。
金属包装材料密闭性都很好，金属罐的密封性能关键，在于罐子与盖子的接缝处的密封性。
一、金属包装的卷封质量控制方案
卷封结构是由罐子翻边，和盖子卷缘压合成形，形成一个罐身和盖子相互钩叠，缝隙处由密封胶密封的结构。
首先我们来了说说卷封成形：
如图分为2步骤完成，首先是预成型，然后是成形压紧，目的是形成一个结构牢固，且密封的结构。如何判断卷封结构质量呢？
1、二重卷封的评定指标：
a、卷封内部结构尺寸：卷封高度，身钩长度，盖钩长度，搭接长度，卷封定隙，搭接率，身钩率，盖钩率，埋头深度，卷封厚度。由图可直观分析，搭接长度和卷封厚度是关键，但实际控制却不仅于此，因为在卷封成形过程中，这些各个指标相互影响，必须综合性的进行控制。
b、紧密度，即盖钩和身钩重叠部分的贴合程度。卷封的盖钩在成型过程中，可能会形成纵向褶皱，褶皱的深度与卷封结构的密封性能成反比。当褶皱深度贯穿卷封的搭接区域，将会导致泄漏。
2、卷封检测的解决方案
卷封检测有手动拆解，剖面投影，和x光无损扫描3种方式。手动拆解受限于人的经验，已经很少使用。我们这里*后面两种。
（1）剖面投影检测
破剖面投影检测是一种采用技术性电脑技术的检测方式，通过相机截取卷封剖面图像，然后由软件对图像上相关的点进行测量，由此可知，破面图像和测量点的选择，对检测的精度非常关键。测量精度由以下几部分控制：1、卷封切割锯制样卷封剖面，必须控制变形和毛刺；2、投影图像的清晰度；3、测量点的选择。
cmc-kuhnke是一家成立于1971年的金属包装检测方案提供商，是投影检测电脑化方案的*。对卷封检测拥有非常丰富的经验。我们投影检测方案的组成：卷封切割锯（ags），卷封投影仪（vsi），埋头深度仪（cdg），卷封厚度仪（stg），卷封剥离机（str）。
评估紧密度需要取独立的样品进行分析，即需要把卷封中的盖钩部分从卷封里面剥离出来，肉眼进行评估，这项检测依赖于执行人员的经验，由于人的主观性评估，不同经验的人会存在人为偏差。
（2）无损卷封检测
投影卷封检测虽然在检测精度和效率上比手工形式获得了很大的提高，随着规模化生产，检测的量也成倍的增加。对检测效率和对环境的友好要求应景而生。cmc-kuhnke根据行业的需求，研发出无损卷封检测系统。
cmc-kuhnke作为金属包装的*品牌，于2011年成功研发无损的卷封检测xts系列产品。xts系列产品采用x光传射金属时，其衰减与材料的密度和厚度成比例。卷封*的结构形成了各个位置材料不同厚度的叠加，非常使用x光检测技术的应用。
2011年首先成功投入市场的是实验室版的seamscan-xts。这套系统采用x光卷封扫描站，负责卷封结构尺寸：卷封高度，盖钩长度，身钩长度，搭接长度，搭接率，盖钩率，身钩率。配上埋头深度和卷封厚度综合测试仪csg-3000。
更加令人兴奋的是，cmc-kuhnke在两年后的2013年实现了xts对卷封紧密度的检测。当卷封结构里的盖钩存在褶皱时，如图：
盖钩褶皱的存在会改变卷封结构中材料单位密度的变化，从而造成x光穿透时衰减的变化。
完整的卷封指标检测，满足了普遍的检测需求。然而，大规模的饮料啤酒厂商，因检测样品的量大，批量质量异常的风险更高，对cmc-kuhnke提出了自动化的要求。2017年，cmc-kuhnke推出全自动版本，系统独立完成卷封的无损检测。2019年，再次实现突破全自动在线版落地，使得卷封检测实现脱离于人工的全动的新时代。
二、决定卷封质量的因素
1、卷封机的设置
我们都清楚一个事实，产品质量是生产出来的。易拉罐产品的二重卷封是通过卷封机执行完成的。二重卷封成形由卷封机执行件，及罐子和盖子的尺寸共同打造的。
首先我们谈谈卷封机执行件的设置：
由以上两副图中我们可知，压头和卷封轮的形状是固定的，压头和卷封轮的位置关系，是二重卷封成形的关键。传统的方法是技术员通过手工，凭经验来完成压头和卷封轮位置的设定。这种方法很实用，同时对技术员的经验要求非常的高。随着生产线速度的不断提升，要求在数小时的操作中保持手感高度一至。在实际操作中很难做到，这就在客观上决定了不同卷封头之间的设定存在差异，引起质量也会有差异。
随着时间的增加，这种差异会放大，就会导致产品质量的波动。从而产生批量质量波动。
有何办法能消除这种情况呢？——cmc-kunke的卷封轮间隙分析仪就是为解决这个问题而生。
间隙分析仪能够准确的测定卷封轮与压头在轴向何径向的间隙。技术员就能够安统一的标准对卷封机进行设置。罐子及盖子的尺寸和耐压性能，则由制罐及制盖的工厂进行控制，灌装厂通常是对关键指标进行抽检。
2、来料测试
制罐厂和制盖厂都会对产品全生产工序的尺寸和性能进行监控。概括为：
罐子：壁厚，高度，缩颈直径，翻边宽度，内涂层的完整性（电导率），印刷质量，承压性能，内外壁的视觉异常检测。
盖子：尺寸（9个尺寸），拉环铆合，耐压性能，刻线开启性能，内涂层完整性（电导率），外观视觉异，耐压强度等测试。
灌装厂对其中的卷封的配合关键尺寸和整个包装的承压性能必须掌控。
（1）2片罐轴向耐压强度测试
轴向耐压强度测试，是对产品承压极限的一种测式方式。在生产，存储，运输过程需要承压的包装品，如果罐子承压性能不能达到预期的承压强度，就会出现变形，导致损失生产效率，增加废品率，甚至是产品货架期及消费者印象的不良。金属包装，尤其是2片罐（下称易拉罐），这种测试更为重要。
易拉罐在空罐存储和运输过程都是堆垛的，在底部的罐子承受较大的轴向压力；在封口时，卷封机会通过上下压头向罐子轴向施加约1000n的载荷。
罐轴向承压测试，是一个非常精细的过程，模拟卷封机在封口的过程种载荷逐步递增的过程。需要渐进式加压，准确读取实时载荷。目前，油气缸组合的载荷加压方式是稳定的测试方式。
（2）罐底拱耐压强度测试
易拉罐饮品在灌装过程中需要加入二氧化碳或氮气保持产品的风味，同时也是在罐子密封后增加罐内压力（约3.5kg压力），增加包装的强度。在后续杀菌、存储、运输过程，因温度或环境温度、压力的变化，罐内压力会进一步加大。这就要求罐体能承受罐内压力极限值。否则罐子在压力的作用下会产生变形，升值是底拱直接反转往外拱。
这个变形涉及到两个指标的测定：一是底拱反拱的极限压力；二是底拱在某个压力下，出现的变形量。大部分易拉罐的厂家都会对底拱长高变形量（即在某个压力下底拱变形量）进行检测产品。行业内基本是采用类似卡尺的单点接触式测量底拱的长高值。这个方案的确定是当变形大的点不是在测量点时，其测量值就存在较大的偏差。cmc-kuhnke的产品采用平面式测量，其测量的是底拱大变形量的实际点，确保了测量的准确性。
啤酒巴氏杀菌过程，啤酒因温度的快速升高，会使关内压力升也较快升高到一个较高的值，保持到完成杀菌。在这巴氏杀菌过程中，相当于罐内一直保持了一个较高的压力，但罐子变形量不能超标。cmc-kuhnke的drt-3000-dg配置了此项模拟巴氏杀菌的保压某个时间后，测定底拱的变形量。
产品耐压性能测试，也能满足研发类的数据采集测试：
•底拱耐压测试模式
•固定压力长高点测试模式
•可自定义压力点的长高测试模式
•可定义压力点的长高及永/久变形测试模式
•模拟巴氏杀菌测试模式
（3）易拉盖测试
易拉盖开启是消费者消费饮品必须的一个动作，易拉盖开启性能直接影响消费者的印象。也是易拉盖刻线质量的间接反映。刻线太深，可能导致泄漏，浅了可能导致开启困难。
易拉盖的开启分两个步骤：一、刻线的启破，这是易拉盖全开的前提；二、是把饮口打开，打开后才方便喝饮品。
cmc-kuhnke的pat系列产品是行业功能配置齐全的易拉盖启破力全开力测试解决方案。测试功能包括：
•留片式盖开启力和全开力模式
•全开式盖开启力和全开力模式
•拉环强度测试模式
•食品易撕盖测试模式
（4）电导率检测
所有用于饮料的罐子都会在罐子内壁上喷涂层。涂层的作用是防止灌装物对罐子的腐蚀。涂层那么重要，它的质量如何控制呢？
电导率仪是于测定涂层完整性的解决方案。方案采用往罐子内注入导电液，仪器在罐子内外两侧施加6.3v的电压，电流的导通情况，反映出涂层完整性能。国标gbt9106.2-2019中对批量平均值有明确的要求，啤酒罐< 0.3ma,饮料罐<0.1ma。
当铝罐经过碰撞引起涂层起泡或其它类型的损伤时,罐的金属就会暴露出来,在涂层破裂处,可形成微小的浓缩电池并可能很快使下面的金属出现伤疤,并逐渐腐蚀穿孔。
2片罐采用浓度2%的硫酸钠溶液，页面高度离罐口3mm，在罐内外6.3v测试电压，测试4秒，读数不大于国标要求。
德国cmc-kuhnke作为金属包装业界历史悠久，一直行业检测方案齐全的品牌。相关设备：
卷封检测：
•seamview检测系统
•xts系列无损卷封检测（在线，离线方案）
来料检测：
•axl系列轴向承压仪
•drt系列 底拱耐压仪
•pat系列 开启力全开力测试仪
•enr系列电导率测定仪
cmc-kuhnke 隶属工业物理饮料罐装检测事业部
industrial physics 工业物理
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一、金属包装的卷封质量控制方案
卷封结构是由罐子翻边，和盖子卷缘压合成形，形成一个罐身和盖子相互钩叠，缝隙处由密封胶密封的结构。
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如图分为2步骤完成，首先是预成型，然后是成形压紧，目的是形成一个结构牢固，且密封的结构。如何判断卷封结构质量呢？
1、二重卷封的评定指标：
a、卷封内部结构尺寸：卷封高度，身钩长度，盖钩长度，搭接长度，卷封定隙，搭接率，身钩率，盖钩率，埋头深度，卷封厚度。由图可直观分析，搭接长度和卷封厚度是关键，但实际控制却不仅于此，因为在卷封成形过程中，这些各个指标相互影响，必须综合性的进行控制。
b、紧密度，即盖钩和身钩重叠部分的贴合程度。卷封的盖钩在成型过程中，可能会形成纵向褶皱，褶皱的深度与卷封结构的密封性能成反比。当褶皱深度贯穿卷封的搭接区域，将会导致泄漏。
2、卷封检测的解决方案
卷封检测有手动拆解，剖面投影，和x光无损扫描3种方式。手动拆解受限于人的经验，已经很少使用。我们这里*后面两种。
（1）剖面投影检测
破剖面投影检测是一种采用技术性电脑技术的检测方式，通过相机截取卷封剖面图像，然后由软件对图像上相关的点进行测量，由此可知，破面图像和测量点的选择，对检测的精度非常关键。测量精度由以下几部分控制：1、卷封切割锯制样卷封剖面，必须控制变形和毛刺；2、投影图像的清晰度；3、测量点的选择。
cmc-kuhnke是一家成立于1971年的金属包装检测方案提供商，是投影检测电脑化方案的*。对卷封检测拥有非常丰富的经验。我们投影检测方案的组成：卷封切割锯（ags），卷封投影仪（vsi），埋头深度仪（cdg），卷封厚度仪（stg），卷封剥离机（str）。
评估紧密度需要取独立的样品进行分析，即需要把卷封中的盖钩部分从卷封里面剥离出来，肉眼进行评估，这项检测依赖于执行人员的经验，由于人的主观性评估，不同经验的人会存在人为偏差。
（2）无损卷封检测
投影卷封检测虽然在检测精度和效率上比手工形式获得了很大的提高，随着规模化生产，检测的量也成倍的增加。对检测效率和对环境的友好要求应景而生。cmc-kuhnke根据行业的需求，研发出无损卷封检测系统。
cmc-kuhnke作为金属包装的*品牌，于2011年成功研发无损的卷封检测xts系列产品。xts系列产品采用x光传射金属时，其衰减与材料的密度和厚度成比例。卷封*的结构形成了各个位置材料不同厚度的叠加，非常使用x光检测技术的应用。
2011年首先成功投入市场的是实验室版的seamscan-xts。这套系统采用x光卷封扫描站，负责卷封结构尺寸：卷封高度，盖钩长度，身钩长度，搭接长度，搭接率，盖钩率，身钩率。配上埋头深度和卷封厚度综合测试仪csg-3000。
更加令人兴奋的是，cmc-kuhnke在两年后的2013年实现了xts对卷封紧密度的检测。当卷封结构里的盖钩存在褶皱时，如图：
盖钩褶皱的存在会改变卷封结构中材料单位密度的变化，从而造成x光穿透时衰减的变化。
完整的卷封指标检测，满足了普遍的检测需求。然而，大规模的饮料啤酒厂商，因检测样品的量大，批量质量异常的风险更高，对cmc-kuhnke提出了自动化的要求。2017年，cmc-kuhnke推出全自动版本，系统独立完成卷封的无损检测。2019年，再次实现突破全自动在线版落地，使得卷封检测实现脱离于人工的全动的新时代。
二、决定卷封质量的因素
1、卷封机的设置
我们都清楚一个事实，产品质量是生产出来的。易拉罐产品的二重卷封是通过卷封机执行完成的。二重卷封成形由卷封机执行件，及罐子和盖子的尺寸共同打造的。
首先我们谈谈卷封机执行件的设置：
由以上两副图中我们可知，压头和卷封轮的形状是固定的，压头和卷封轮的位置关系，是二重卷封成形的关键。传统的方法是技术员通过手工，凭经验来完成压头和卷封轮位置的设定。这种方法很实用，同时对技术员的经验要求非常的高。随着生产线速度的不断提升，要求在数小时的操作中保持手感高度一至。在实际操作中很难做到，这就在客观上决定了不同卷封头之间的设定存在差异，引起质量也会有差异。
随着时间的增加，这种差异会放大，就会导致产品质量的波动。从而产生批量质量波动。
有何办法能消除这种情况呢？——cmc-kunke的卷封轮间隙分析仪就是为解决这个问题而生。
间隙分析仪能够准确的测定卷封轮与压头在轴向何径向的间隙。技术员就能够安统一的标准对卷封机进行设置。罐子及盖子的尺寸和耐压性能，则由制罐及制盖的工厂进行控制，灌装厂通常是对关键指标进行抽检。
2、来料测试
制罐厂和制盖厂都会对产品全生产工序的尺寸和性能进行监控。概括为：
罐子：壁厚，高度，缩颈直径，翻边宽度，内涂层的完整性（电导率），印刷质量，承压性能，内外壁的视觉异常检测。
盖子：尺寸（9个尺寸），拉环铆合，耐压性能，刻线开启性能，内涂层完整性（电导率），外观视觉异，耐压强度等测试。
灌装厂对其中的卷封的配合关键尺寸和整个包装的承压性能必须掌控。
（1）2片罐轴向耐压强度测试
轴向耐压强度测试，是对产品承压极限的一种测式方式。在生产，存储，运输过程需要承压的包装品，如果罐子承压性能不能达到预期的承压强度，就会出现变形，导致损失生产效率，增加废品率，甚至是产品货架期及消费者印象的不良。金属包装，尤其是2片罐（下称易拉罐），这种测试更为重要。
易拉罐在空罐存储和运输过程都是堆垛的，在底部的罐子承受较大的轴向压力；在封口时，卷封机会通过上下压头向罐子轴向施加约1000n的载荷。
罐轴向承压测试，是一个非常精细的过程，模拟卷封机在封口的过程种载荷逐步递增的过程。需要渐进式加压，准确读取实时载荷。目前，油气缸组合的载荷加压方式是稳定的测试方式。
（2）罐底拱耐压强度测试
易拉罐饮品在灌装过程中需要加入二氧化碳或氮气保持产品的风味，同时也是在罐子密封后增加罐内压力（约3.5kg压力），增加包装的强度。在后续杀菌、存储、运输过程，因温度或环境温度、压力的变化，罐内压力会进一步加大。这就要求罐体能承受罐内压力极限值。否则罐子在压力的作用下会产生变形，升值是底拱直接反转往外拱。
这个变形涉及到两个指标的测定：一是底拱反拱的极限压力；二是底拱在某个压力下，出现的变形量。大部分易拉罐的厂家都会对底拱长高变形量（即在某个压力下底拱变形量）进行检测产品。行业内基本是采用类似卡尺的单点接触式测量底拱的长高值。这个方案的确定是当变形大的点不是在测量点时，其测量值就存在较大的偏差。cmc-kuhnke的产品采用平面式测量，其测量的是底拱大变形量的实际点，确保了测量的准确性。
啤酒巴氏杀菌过程，啤酒因温度的快速升高，会使关内压力升也较快升高到一个较高的值，保持到完成杀菌。在这巴氏杀菌过程中，相当于罐内一直保持了一个较高的压力，但罐子变形量不能超标。cmc-kuhnke的drt-3000-dg配置了此项模拟巴氏杀菌的保压某个时间后，测定底拱的变形量。
产品耐压性能测试，也能满足研发类的数据采集测试：
•底拱耐压测试模式
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（3）易拉盖测试
易拉盖开启是消费者消费饮品必须的一个动作，易拉盖开启性能直接影响消费者的印象。也是易拉盖刻线质量的间接反映。刻线太深，可能导致泄漏，浅了可能导致开启困难。
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•留片式盖开启力和全开力模式
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•拉环强度测试模式
•食品易撕盖测试模式
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所有用于饮料的罐子都会在罐子内壁上喷涂层。涂层的作用是防止灌装物对罐子的腐蚀。涂层那么重要，它的质量如何控制呢？
电导率仪是于测定涂层完整性的解决方案。方案采用往罐子内注入导电液，仪器在罐子内外两侧施加6.3v的电压，电流的导通情况，反映出涂层完整性能。国标gbt9106.2-2019中对批量平均值有明确的要求，啤酒罐< 0.3ma,饮料罐<0.1ma。
当铝罐经过碰撞引起涂层起泡或其它类型的损伤时,罐的金属就会暴露出来,在涂层破裂处,可形成微小的浓缩电池并可能很快使下面的金属出现伤疤,并逐渐腐蚀穿孔。
2片罐采用浓度2%的硫酸钠溶液，页面高度离罐口3mm，在罐内外6.3v测试电压，测试4秒，读数不大于国标要求。
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•xts系列无损卷封检测（在线，离线方案）
来料检测：
•axl系列轴向承压仪
•drt系列 底拱耐压仪
•pat系列 开启力全开力测试仪
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三相电能质量分析仪测试方法
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