摘 要：文章研制一種濾棒中線膠檢測(cè)裝置。在卷煙生產(chǎn)過(guò)程中，由于濾棒中線膠缺失，致使生產(chǎn)出來(lái)的煙支出現(xiàn)掉嘴和漏氣現(xiàn)象，影響了卷煙生產(chǎn)質(zhì)量。目前成型機(jī)沒(méi)有中線膠檢測(cè)裝置，國(guó)外也沒(méi)有類似的產(chǎn)品。為此，我們研發(fā)了先進(jìn)的濾棒中線膠在線監(jiān)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：在線監(jiān)控；中線膠；電容傳感器

引言

成型機(jī)在線中線膠自動(dòng)檢測(cè)與控制目前還是空白，操作工對(duì)濾棒中線膠只能采取離線的方式自檢，檢測(cè)結(jié)果與過(guò)程控制相對(duì)脫節(jié)。無(wú)中線膠的濾棒進(jìn)行卷接時(shí)就會(huì)出現(xiàn)掉嘴或漏氣的現(xiàn)象，將直接影響卷煙的生產(chǎn)質(zhì)量和效率。伴隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的靠人工自檢的控制方式已經(jīng)和日益提高的工藝要求嚴(yán)重脫節(jié)，所以，研究和開(kāi)發(fā)濾棒中線膠在線測(cè)量控制裝置有著很大的必要性和重要性。

1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀

目前所有濾棒成型機(jī)均沒(méi)有中線膠檢測(cè)裝置，國(guó)外也沒(méi)有類似的產(chǎn)品。據(jù)調(diào)研，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有對(duì)中線膠檢測(cè)的理論研究，采用的是視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)，采用視覺(jué)檢測(cè)方式在試用過(guò)程中，經(jīng)常受灰塵污染，及視覺(jué)分辨率原因造成誤檢誤報(bào)率較高，沒(méi)被實(shí)際應(yīng)用。還有采用光學(xué)器件對(duì)中線膠的有無(wú)進(jìn)行檢測(cè)，也因光學(xué)對(duì)環(huán)境要求很高，不容易實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的準(zhǔn)確性而沒(méi)被實(shí)際應(yīng)用。

近年來(lái)，電容用于密度檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，并得到了廣泛的應(yīng)用。我們利用電容傳感器技術(shù)檢測(cè)中線膠的有無(wú)。采取測(cè)量成型紙密度的方法，當(dāng)被測(cè)量的盤紙帶上沒(méi)有膠或者有膠時(shí)電容傳感器的介質(zhì)ε發(fā)生變化，電容量也隨之而變，從而完成了由被測(cè)膠量到電容量的轉(zhuǎn)換。電容傳感器電容發(fā)生變化從導(dǎo)致高頻振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化。經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)電路，將頻率的變化轉(zhuǎn)換為電壓振幅的變化，經(jīng)過(guò)放大器處理。就可以測(cè)量出紙帶上的含膠量。經(jīng)過(guò)ARM的智能判斷出紙帶上有膠和無(wú)膠。進(jìn)而可以發(fā)出不同的控制信號(hào)，滿足檢測(cè)要求。

2 檢測(cè)探頭的研制

2.1 中線膠檢測(cè)方案要求

中線膠有無(wú)檢測(cè)穩(wěn)定可靠；檢測(cè)迅速靈敏；適應(yīng)機(jī)組環(huán)境，不受灰塵油污等工作環(huán)境因素影響檢測(cè)；安裝體積小，安裝尺寸不破壞原機(jī)結(jié)構(gòu)。

2.2 確定檢測(cè)方案

根據(jù)中線膠的物理特性，結(jié)合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，選擇一種適合于在線實(shí)時(shí)檢測(cè)中線膠的檢測(cè)方法，分析對(duì)比各種檢測(cè)手段，選定一種最佳的檢測(cè)方式。我們對(duì)理論上可行的技術(shù)方案進(jìn)行了篩選比較。

2.2.1 CCD視覺(jué)傳感器檢測(cè)方案。近年來(lái)，機(jī)器視覺(jué)作為一種有效的測(cè)量手段也已經(jīng)運(yùn)用到實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。通過(guò)成像技術(shù)，判定在成型紙上有無(wú)中線膠，理論上是可行的，然而由于中線膠和紙張的白度極為接近，采用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)，必然要選定一種高分辨率的工業(yè)相機(jī)。通過(guò)查閱工業(yè)相機(jī)資料，高分辨率工業(yè)相機(jī)一般鏡頭體積較大，不適合于在狹小空間安裝。且分辨率越高，對(duì)外界輔助光源的要求也越高，抗灰塵污染能力越弱。

2.2.2 光電傳感器檢測(cè)方案。選定一種線光源傳感器，用于中線膠的檢測(cè)可以應(yīng)用于檢測(cè)目標(biāo)和背景之間的灰度差別。

該傳感器體積較小，而且都是運(yùn)用在目標(biāo)與背景有明顯區(qū)別的應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)于膠線和紙張這種灰度不明顯的邊沿，通過(guò)查閱資料及廠家咨詢，這種細(xì)微的差別只能在光線良好并且在靜態(tài)的情況下傳感器才能識(shí)別。檢測(cè)精度低，對(duì)膠線有無(wú)判定不明顯。

2.2.3 電容傳感器檢測(cè)方案。近年來(lái)，電容用于密度檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，并得到了廣泛的應(yīng)用。比如PROTOS卷煙機(jī)測(cè)量煙絲水分用的就是電容傳感器，煙支空頭檢測(cè)器也用的是電容傳感器技術(shù)。電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，靈敏度高，零磁滯，真空兼容，過(guò)載能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好，對(duì)高溫、輻射、強(qiáng)振等惡劣條件的適應(yīng)性強(qiáng)等。優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)精度高，價(jià)格低，抗污染，體積小。缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)復(fù)雜，信號(hào)易受干擾。

2.2.4 檢測(cè)方案的確定。通過(guò)上述幾種檢測(cè)方式的比較分析，我們決定采取測(cè)量成型紙密度的方法，利用電容傳感器技術(shù)檢測(cè)中線膠的有無(wú)，并形成最佳技術(shù)方案。

3 檢測(cè)探頭設(shè)計(jì)與制作

3.1 檢測(cè)探頭的工作原理

3.2 設(shè)計(jì)思路及參數(shù)

由于成型紙從上膠到成型，中間有加熱板，留給探頭安裝的空間非常狹小。檢測(cè)探頭選用平板式電容傳感器。

參數(shù)指標(biāo)：

輸入電壓：DC24v

檢測(cè)速度：≤2ms/次。

檢測(cè)精度：≥5mm。

輸出方式：模擬量輸出

工作溫度：-20℃～70℃

3.3 電路板、機(jī)械支架機(jī)殼制作

4 主控制器的研制

4.1 控制器設(shè)計(jì)

采用PHILPS公司高速32位ARM微處理器，內(nèi)核采用馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，具有高性能和低功耗的特性。檢測(cè)器探頭傳輸過(guò)來(lái)的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，換算出成型紙上膠量值。經(jīng)過(guò)處理器的智能判斷，并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。

4.2 控制模式、電路圖設(shè)計(jì)

控制器電路采用模塊化設(shè)計(jì)，電源、數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)處理、相互隔離，互不干擾。性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長(zhǎng)。

4.3 電路板、機(jī)械支架機(jī)殼制作

5 樣機(jī)上機(jī)調(diào)試

2014年5月22日安裝在3#成型機(jī)組上試運(yùn)行。驗(yàn)證時(shí)，人為堵住膠槍，制造無(wú)膠現(xiàn)象，無(wú)膠濾棒立即被剔除。查看剔除之前之后進(jìn)入裝盤機(jī)的濾棒，均為合格濾棒。剔除準(zhǔn)確率100%，達(dá)到設(shè)置剔除支數(shù)（300支）停機(jī)。

6 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

設(shè)計(jì)出采用電容式傳感器測(cè)量介質(zhì)密度的方法應(yīng)用于濾棒中線膠在線檢測(cè)，該應(yīng)用目前在國(guó)內(nèi)屬于首創(chuàng)。傳感器內(nèi)部電路采用相關(guān)雙采樣，消除了傳感器因環(huán)境污染所造成的影響，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)探頭的免維護(hù)。

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著單片機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機(jī)價(jià)格不斷降低，而功能越來(lái)越強(qiáng)。其靈活方便，可控性好的特點(diǎn)非常適合對(duì)一些小型設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，在一些大型設(shè)備上可以作為PLC應(yīng)用的補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)一些局部的智能化應(yīng)用。電容用于檢測(cè)密度技術(shù)目前比較成熟，并在卷煙行業(yè)有著眾多成功的案例。

參考文獻(xiàn)

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