劉寶明 張廣文

（1、河北聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北 唐山 063000 2、河北聯(lián)合大學(xué)輕工分院，河北 唐山 063000）

食品安全認(rèn)證要求食品生產(chǎn)企業(yè)在食品生產(chǎn)以及包裝過(guò)程中積極應(yīng)用自動(dòng)化設(shè)備來(lái)保障食品生產(chǎn)過(guò)程對(duì)于質(zhì)量的控制，減少生產(chǎn)過(guò)程的污染，提高食品質(zhì)量安全。包裝作為食品生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，其有效的質(zhì)量控制對(duì)于企業(yè)的生存與發(fā)展有著重要的意義。自動(dòng)封口包裝機(jī)是食品生產(chǎn)中的重要設(shè)備，其主要依靠光感傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)包裝過(guò)程的自動(dòng)化。自動(dòng)封口包裝的應(yīng)用一方面提高了企業(yè)生產(chǎn)能力，另一方面也對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制起到了極大的促進(jìn)作用。

1 自動(dòng)封口包裝機(jī)基礎(chǔ)分析

食品企業(yè)廣泛應(yīng)用的自動(dòng)封口包裝主要是進(jìn)行粉劑分裝、顆粒分裝、塊狀食品分裝等。其一般由物料儲(chǔ)存部分、計(jì)量組件、光感傳感器、裁刀、熱封組件等部分組成。其中光感傳感器作為整個(gè)系統(tǒng)是否同步的關(guān)鍵，其安裝、調(diào)試、使用與維護(hù)對(duì)于食品包裝的效率以及質(zhì)量都有重要的影響。食品企業(yè)常用的自動(dòng)封口光感系統(tǒng)主要是光電控制結(jié)合的系統(tǒng)，在一個(gè)包裝袋內(nèi)自動(dòng)定位，對(duì)準(zhǔn)光標(biāo)，減少人工調(diào)節(jié)，提高包裝材料使用率，同時(shí)具有測(cè)速功能，數(shù)碼顯示包裝速度，并可以在設(shè)定數(shù)量包裝后自動(dòng)停機(jī)。食品用光感包裝系統(tǒng)要求光感傳感器與制袋系統(tǒng)同步，制袋精度高，誤差小。

2 自動(dòng)封口光電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

自動(dòng)封口包裝設(shè)備是通過(guò)光感傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)光標(biāo)定位，然后通過(guò)光控系統(tǒng)對(duì)包裝系統(tǒng)進(jìn)行同步控制，以此完成自動(dòng)封口包裝。用來(lái)實(shí)現(xiàn)定位控制的光電技術(shù)可提供一種用固定標(biāo)志點(diǎn)結(jié)合線性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單可重復(fù)運(yùn)動(dòng)的方法。它利用了與一對(duì)光電管并聯(lián)工作的一個(gè)功率運(yùn)放的快速響應(yīng)時(shí)間。由此實(shí)現(xiàn)的一種元件數(shù)量很少的系統(tǒng)，能在明確規(guī)定的工作環(huán)境下，具有很高的可靠性、準(zhǔn)確性以及可重復(fù)性。

2.1 自動(dòng)封口光感傳感器應(yīng)用的基本原理

在自動(dòng)包裝過(guò)程中，由于商標(biāo)印刷誤差，薄膜變形不一，牽引輥打滑，送紙，拉紙，中封，橫封各部分速度的差異，橫封切斷位置可能偏離規(guī)定部位，甚至因誤差積累而切到商標(biāo)圖案上。為此，先進(jìn)的包裝機(jī)都配有光電跟蹤自動(dòng)控制系統(tǒng)，以控制封切位置使之保持正確，保證每次都在定位標(biāo)記確定的位置處封接切斷，不致于封切到圖案上。這就是光感傳感器在自動(dòng)封口控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用。隨著食品企業(yè)對(duì)于包裝設(shè)備的要求越來(lái)越高，光電控制技術(shù)也必須跟上機(jī)械發(fā)展的要求進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)與開發(fā)。其基本原理是利用光電系統(tǒng)測(cè)定目標(biāo)的位置，然后根據(jù)光電傳感器所測(cè)位置進(jìn)行包裝袋的步進(jìn)、封口、切割。該系統(tǒng)主要由發(fā)射部分、光電探測(cè)器，信號(hào)處理電路，A／D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器組成，然后通過(guò)熱封、切割、包裝袋步進(jìn)系統(tǒng)等共同完成自動(dòng)包裝。

2.2 自動(dòng)封口包裝設(shè)備光感傳感器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

自動(dòng)封口包裝設(shè)備的光發(fā)射電路主要由光源驅(qū)動(dòng)器、光源(主要是半導(dǎo)體光源，包括LED(發(fā)光二極管)，LD(激光二極管)等)、光功率自動(dòng)控制電路等部分組成。用脈沖發(fā)射電路來(lái)驅(qū)動(dòng)激光器，為了使半導(dǎo)體激光器克服供電電源波動(dòng)、器件老化等因素的影響，確保激光器輸出功率穩(wěn)定，還必須有自動(dòng)功率控制電路。接收部分主要由四象限光電探測(cè)器組成，四象限光電探測(cè)器是把4個(gè)性能完全相同的光電二極管按照直角坐標(biāo)要求排列而成的光電探測(cè)器件，目標(biāo)光信號(hào)經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后在四象限光電探測(cè)器上成像，然后通過(guò)信號(hào)放大，傳送至單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單品機(jī)的分析后，將同步信號(hào)傳送至包裝控制的各個(gè)組件，完成自動(dòng)封口包裝的全過(guò)程。

3 關(guān)于光感傳感器自動(dòng)包裝機(jī)械發(fā)展前景展望

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，各食品生產(chǎn)企業(yè)以及自動(dòng)包裝使用企業(yè)對(duì)于機(jī)械的要求也越來(lái)越高。要求新機(jī)械在自動(dòng)包裝時(shí)可以提高生產(chǎn)效率，以滿足交貨期和降低工藝流通成本的需要，對(duì)一些產(chǎn)品，還要求包裝機(jī)械和生產(chǎn)機(jī)械相銜接。要求設(shè)備生產(chǎn)廠家可以在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷服務(wù)。另外還要求噪聲要小、包裝過(guò)程精度高、廢棄物要少。針對(duì)這樣的情況，自動(dòng)化包裝設(shè)計(jì)廠家正在根據(jù)客戶的需求，不斷進(jìn)行創(chuàng)新與設(shè)計(jì)，通過(guò)將更加先進(jìn)的光感傳感器、光電控制技術(shù)等的應(yīng)用來(lái)提高自動(dòng)包裝的效率與精準(zhǔn)度。

未來(lái)食品包裝過(guò)程中工藝流程自動(dòng)化程度將會(huì)越來(lái)越高，幾年前，自動(dòng)化技術(shù)還只占包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的30%，現(xiàn)在已占50%以上，大量使用了微電腦設(shè)計(jì)和機(jī)電一體化控制。包裝機(jī)械自動(dòng)化程度不斷提高，一是為了提高生產(chǎn)率；二是為了提高設(shè)備的柔性和靈活性；三是因?yàn)榘b機(jī)械需要完成的動(dòng)作復(fù)雜，多采用機(jī)械手來(lái)完成。光感傳感器的發(fā)展也為自動(dòng)包裝機(jī)的發(fā)展提供的更加廣闊的空間。新的光感控制系統(tǒng)在完成傳統(tǒng)定位的工作職能外，還加強(qiáng)了對(duì)材質(zhì)及厚度的高分辨能力以及對(duì)包裝上印刷質(zhì)量缺陷的甄別，在包裝過(guò)程中，包裝材料的厚度、材質(zhì)變化以及印刷質(zhì)量問(wèn)題不易為人眼所辨別，所以在包裝機(jī)械上常采用由電腦控制的攝像機(jī)和探測(cè)器來(lái)分辨。攝像機(jī)現(xiàn)已發(fā)展到能自行檢查和辨別攝像的圖片，并在顯示屏上顯示。當(dāng)前機(jī)器在加工的轉(zhuǎn)速是不能變的，今后應(yīng)根據(jù)分辨后材料的變化改變轉(zhuǎn)速，控制在最優(yōu)化狀態(tài)下工作，并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清理，自動(dòng)消毒和自動(dòng)清潔，自動(dòng)剔除印刷不合格包材，減少因包材不合格出現(xiàn)的殘次品。

光感傳感器的應(yīng)用為自動(dòng)包裝設(shè)備開辟了一個(gè)全新的發(fā)展空間。加上計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷應(yīng)用，未來(lái)自動(dòng)包裝設(shè)備將是集成了更多計(jì)算機(jī)技術(shù)以及光電控制技術(shù)的現(xiàn)代化包裝機(jī)械。而計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，為自動(dòng)化機(jī)械的設(shè)計(jì)與發(fā)展提供了便利的條件，將各種機(jī)器元素以數(shù)據(jù)庫(kù)存入計(jì)算機(jī)，把圖紙數(shù)字化后輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)即可自動(dòng)合成為三維模型，并根據(jù)生產(chǎn)要求將實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)錄入，進(jìn)行模擬運(yùn)行。科技的發(fā)展在自動(dòng)包裝機(jī)械行業(yè)得到了充分的體現(xiàn)，也為光電控制提供了良好的發(fā)揮平臺(tái)。由光感傳感器作為核心的計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)化包裝機(jī)械將成為包裝機(jī)械發(fā)展的主要方向。

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