开孔折叠纸盒:从现场到测试外文翻译资料

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开孔折叠纸盒:从现场到测试

作者：王迪、葛长峰

摘要

本研究演示了如何将一个穿孔折叠纸盒的人手打开过程映射到一个测试路径中。通过观察组对视觉记录的开放模式进行了实地观察。最具代表性的开放模式随后被实验室的另一个观察组重复，由此产生的开放模式和运动经由Matlab捕获并进行数学映射。打开速度的计算是基于被用来比较试验机的开路。研制了一种用拉伸试验机对穿孔折叠式纸盒进行测试的夹具。研究表明，该过程涉及到识别开模、引导测试和夹具测试等，可用于对人-包装交互的复制。

关键词:穿孔折叠纸盒;开放模式;拉力测试;撕掉标签

第一章 介绍

穿孔是在纸材料上的一系列切割，使材料容易沿穿孔线撕裂，并且为客户打开包装提供方便。在设计包装时，包装的完整性被认为是最重要的因素之一，因为它保证了产品的保护功能，并且在打包、处理和分配过程中由于包装的完整性也能够承受损伤，同时又不影响打开的方便性。J. De La Fuente等人指出，打开折叠纸盒包装需要抓住包裹，寻找打开和撕下皮瓣的空间^[1]。本研究的重点是最后一步:撕掉盖片或标签。图1显示了用户在撕下标签之前的视图。

图1 在打开穿孔折叠纸盒之前，用户的视图

酷柏公司是世界领先的软性隐形眼镜制造商之一。隐形眼镜的主要包装是充满了溶液的吸塑托盘。随后将吸塑托盘捆绑在一起，放入折叠纸盒中，作为二次包装。就像许多消费者的二次包装一样，为了方便消费者使用，大多数包装都配备了开启功能:穿孔。酷柏采用人工的方法，对当前穿孔质量进行检验。检验人员将用手撕掉包装上的穿孔，并对其进行目视检查。这个过程用以模拟使用者打开包装的场景，这样我们就能更好地理解穿孔是否容易让使用者打开。在进行测试时，存在着各种各样的变量，如:开启力、速度和方向。即使是由同一技术人员进行测试，技术人员仍然很难在同一个人身上重复每一次测试。此外，隐形眼镜佩戴者在尝试打开包装穿孔时，会产生大量的变数。这些变量可以是不同的开启力和速度，使用左手/右手和其他各种撕裂方向等。有一个测试机器来测试穿孔纸箱可提高测试的重复性。在一个有系统、定量和一致的方法中，对穿孔折叠纸箱进行质量认证是许多公司都处在寻求该答案的过程中。

虽然没有发现很多包装穿孔的研究，但一些研究已经调查了另一个类似的包装设计——包装瓶的打开。谢菲尔德大学开发了一种扭矩测量装置，用于了解老年消费者解决包装开放性问题的能力^[2]。结果表明，应用于包装的力主要取决于人的年龄和身体状况，以及包装本身。作者认为，为了设计包含的内容，重要的是要充分了解目标用户的能力和打开包装所需的力量;必须进行特定的测试，以确保尽可能高的百分比的消费者能够打开一个产品。然而，扭矩测量装置只是用来记录输入的设备，而不是一个能够测试一个包装瓶，看看瓶子是否容易打开的设备。

另一项研究是由国立城市大学(National Cheng Kung University)进行的，目的是分析瓶子的开启运动^[3]。在这项研究中，有42人参加了这项研究，并使用了一种有三种开口姿势的自定义仪器来进行瓶子的打开运动。结果表明，从垂直方向到off-table的姿态，其合力和总扭矩显著增加。本研究表明，不同的开口姿势，左/右手，将会影响开孔动作。这些因素应该加以考虑。

最相关的研究是密歇根州立大学的博士论文^[4]和瑞典隆德大学的硕士论文^[5]。密歇根州立大学的J. De La Fuente使用了一个可变角度的测试夹具，对半刚性热密封包装进行了剥离试验，并得出了开启力与剥离角相关的结论。在剥离角为45°和50°之间产生最小力值。他还分别录下了受约束及不受约束的半刚性托盘的开启时间和开启角度。发现受约束组的开启时间短于无约束组的开启时间。从拉角方面分析，约束和无约束之间没有明显的区别。隆德大学的研究通过对终端用户的测试调查了包装穿孔，并试图通过可用性测试找出瑞典市场上最好的穿孔。10人被邀请参与一个用不同的纸箱和穿孔打开产品的终端用户研究。结果表明，大多数参与者都赞同最简单的纸箱穿孔设计。在本研究中，用一个人造拇指和一个有两个钩子的工具在纸箱穿孔上进行强度测试，以测量打开每一个包孔所需要的力量。由于作者的标准偏差非常高所以最后两个测试组不能进行分析。

美国测试和材料学会D4987-99(2008)是一种标准的测试方法，用于测量一份连续格式纸上穿孔的抗拉强度^[6]。将6个试样夹在张力测试仪的下夹钳和上夹钳中，并施加负载。这个测试方法在2010年8月被撤回，因为在过去的十多年里，人们对基于属性的纸张规格没有兴趣。

本研究旨在开发一种持续评价穿孔折叠式纸箱开口的工艺。这个过程包括对打开过程的观察和映射以及测试方法的开发。测试方法便是使用普通的拉伸测试设备，允许制造商以相同的方式评估开放特性，就像用户在现场使用一样。

第二章 材料和方法

测试样本是打印出来的，折叠的纸箱里有30个被包装的叫做“30包”的隐形眼镜，是由酷柏公司提供的成品。穿孔纸盒是用GC-1纸板做的。表1总结了验证过程。

2.1实地观察

现场观察是为了检查终端用户是如何将穿孔的折叠纸箱撕开的。观察组随机选择，并要求通过他们的方法打开一个装满30包的穿孔折叠纸盒。在打开过程中，使用数码相机记录每一个打开的过程;每个参与者的年龄和性别信息也被记录在案。在每个参与者进行了打开过程后，使用左手/右手，打开模式，使用标签和缺陷轮廓进行评估和分析。

表1 人手的开启测试过程

图2 设置引导测试

2.2引导测试

引导测试的目的是将打开模式进行量化，这样就可以用机器进行模拟拉力测试。5名参与者被要求打开25个穿孔的折叠箱，使用在现场观察中发现的典型的打开模式(每个人5个样本)。将穿孔面朝上的样品放在一个平板上进行引导试验(图2)。纸盒底部用双面胶带粘在桌子上，纸盒放置在一个带框的槽中，纸箱的两侧也用双面胶带固定在桌子上。通过用一只手握持住盒子并用另一只手打开穿孔来进行测试。在测试之前，提升标签。用一个每秒钟60帧高速摄像机记录所有25个打开过程。摄像机的高度和焦点被适当地设置好，这样每一个测试都可以在相同的条件下进行记录，以便在样本中进行比较。

在视频的每一帧中，标签点的位置在开始的过程中移动，用来计算曲线的开口路径(图6)，标签点实际上是前面板和标签之间的一条折痕线。当从侧面观察时，这条折痕就变成了一个点。因此，从起始位置到结束位置，在每个帧图像中捕捉标签点位置的移动路径是可行的，并在Matlab中计算曲线路径。为了在Matlab中实现图像处理，开发了一种编程代码。

2.3使用拉力试验机进行拉伸试验

当拉力试验机只能提供垂直方向的运动时，一个夹具被开发出来与拉力试验机一起提供水平运动。这允许拉力试验机模拟具有弯曲路径的人工开启过程(图3)。夹具允许在拉伸测试过程中旋转所抓的纸箱以补偿水平移动(图4)。该装置具有与为半刚性包装进行剥离测试而开发的推车夹具相似的功能^[4]。但是，在大水平运动的剥落过程中，没有一辆车沿着轨道移动，这是由于夹具因为相对较小的水平运动而旋转。

图3 用于拉伸试验的夹具

图4 拉伸试验方法A(左)和方法B(右)

使用夹具进行拉力测试有两种不同的测试方法:方法A和方法B(图4)。在方法A中，夹具是静止的，所有运动都是锁定的;纸盒是完全受限制的。在方法B中，夹具在拉伸测试中旋转，以模仿人类的撕裂过程。5个样品在3个牵引速度下进行测试:8.5、4.25和2.13mm/s。测试方法A和测试方法B的结果对比将用来表明，当与典型的打开模式作比较时，夹具是否真的改善了整体的测试方法。所有的测试过程都被高速摄像机记录下来并作为图像文件导出。Adobe Premiere Pro是用来编辑视频的。每一段视频都是从起始位置到最终位置的打开过程。每个视频的帧图片也被导出。

表2 观察组的开放模式

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