朱子玉,郭麗霞

（1.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃金葉生產(chǎn)制造中心，450016;2.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心,450016）

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光電煙支檢測器常見故障分析及解決方法

朱子玉1,郭麗霞2

（1.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃金葉生產(chǎn)制造中心，450016;2.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心,450016）

摘要：光電煙支檢測器是一種在線煙支質(zhì)量檢測設(shè)備，具有高速，高效及穩(wěn)定的特點(diǎn)，在煙草行業(yè)煙支質(zhì)量控制方面發(fā)揮了及其重要的作用。本文重點(diǎn)介紹了關(guān)于光電煙支檢測器在使用過程中出現(xiàn)的常見故障的原因分析及解決方法。

關(guān)鍵詞：故障；分析；解決方法

1　光電煙支檢測器概述

AV89705光電煙支檢測器通過煙絲側(cè)和濾嘴側(cè)的光電傳感器獲取模盒內(nèi)煙支的反射波形，再由內(nèi)部處理器對所獲得的模盒內(nèi)煙支反射波形進(jìn)行信號處理。從而對模盒內(nèi)的煙支進(jìn)行空頭，缺支，反支，缺嘴檢測。并對模盒內(nèi)存在的有缺陷的煙支發(fā)出剔除信號由控制系統(tǒng)剔除不合格的煙支。光電煙支檢測器是一種無損式的，高速的，檢測精度高的在線煙支質(zhì)量檢測設(shè)備。在現(xiàn)代煙草行業(yè)的質(zhì)量控制體系中扮演了重要的角色。

2　AV89705常見故障分析及處理方法

2.1光電傳感器故障

圖2.1.1：A：煙支排列方式

（767） B：光電管排列方式

AV89705光電煙支傳感器有兩組光電傳感器，分別為3個(gè)濾嘴側(cè)光電傳感器和3個(gè)煙絲測光電傳感器。每個(gè)光電傳感器負(fù)責(zé)獲取煙絲側(cè)和濾嘴側(cè)每行煙支的波形，如圖2.1.1所示。光電傳感器屬于易損部件，其工作狀態(tài)是否正常將直接影響光電煙支檢測器能否正常工作及檢測精度。光電傳感器故障主要分為光電傳感器斷路，短路及光電傳感器老化三種情況。

2.1.1光電傳感器斷路故障及處理方法

光電傳感器斷路故障通?？煞譃殡娫磾嚅_和光電傳感器斷開兩種情況。以上兩種情況可以通過測量煙絲側(cè)或?yàn)V嘴側(cè)光電傳感器的恒流源電壓（電源接線端子4和3或者7和6之間的電壓）進(jìn)行判斷。如果所測電壓接近0V則表示電源沒有向恒流源供電也就是電源電路斷路。如果測得電壓接近24V則表示光電傳感器內(nèi)部斷開。煙絲端和濾嘴端的3個(gè)光電傳感器是串聯(lián)在一起的。如果光電傳感器內(nèi)部斷開則在電路上形成了開路，所以所測得電壓應(yīng)該接近恒流源的供電電壓也就是24V。在出現(xiàn)上述兩種故障時(shí)，如果判斷為電源斷路則應(yīng)檢查相對應(yīng)的電源供電電路是否出現(xiàn)故障。如果判斷為光電傳感器內(nèi)部斷路則應(yīng)檢查光電管內(nèi)部電路是否出現(xiàn)斷路。

2.1.2光電傳感器短路故障及處理方法

光電傳感器短路故障可以通過光電管電壓監(jiān)控界面來觀察所對應(yīng)的光電傳感器在完全遮擋和沒有遮擋時(shí)的電壓變化，如果某一個(gè)光電傳感器在連續(xù)3個(gè)煙包的電壓變化小于300mV，則可以判斷為該光電傳感器短路。在出現(xiàn)光電傳感器短路故障時(shí)則需要檢查所對應(yīng)光電管的電纜接頭，如果接頭檢測正常則說明光電傳感器內(nèi)部故障，需要更換發(fā)生故障的光電傳感器。

用戶在診斷管理界面選擇開啟煙絲光電管故障和濾嘴光電管故障時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)上述錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)將提示用戶對應(yīng)的光電管故障。

圖 2.1.2　光電管校準(zhǔn)頁面

圖2.1.3　光電管工作頁面

2.1.3光電傳感器因電氣性能老化引發(fā)的故障及處理方法光電傳感器老化引發(fā)的故障會(huì)引起老化的光電傳感器所對應(yīng)的一排煙支的剔除率相比其它正常工作的光電傳感器過高或者過低。用戶可以在統(tǒng)計(jì)頁面上獲取每個(gè)光電傳感器所剔除煙支的具體數(shù)量及百分比，當(dāng)有光電傳感器的剔除數(shù)量或百分比明顯高于或低于正常工作的光電傳感器是則可以判斷此現(xiàn)象是該光電管的電氣性能老化所引起的。

圖 2.2.1　煙支剔除絕對值統(tǒng)計(jì)表

圖2.2.2　光電傳感器圖形頁面

圖2.3.1　光電編碼器結(jié)構(gòu)及輸出信號

AV89705光電煙支檢測器所使用的光電傳感器由發(fā)射紅外光的二極管及光敏三極管所組成。在長時(shí)間的使用過程中，紅外線二極管和光敏三極管的電氣性能都會(huì)老化。而引起紅外發(fā)光二極管老化主要由兩方面因素，一是工作環(huán)境溫度，二是通過二極管的電流的強(qiáng)度。因?yàn)锳V89705光電煙支檢測器是應(yīng)用的室內(nèi)的卷包車間，而卷包車間的溫度和濕度幾乎是恒定的，所以外部環(huán)境溫度的變化對紅外線發(fā)光二極管老化的影響可以忽略不計(jì)。而內(nèi)部由于長時(shí)間使用而導(dǎo)致的灰塵或者煙屑進(jìn)入到光電傳感器內(nèi)部導(dǎo)致光電傳感器的內(nèi)部因散熱不暢導(dǎo)致工作溫度增加而引起紅外線二極管封裝材料環(huán)氧樹脂的透明度下降從而導(dǎo)致紅外線二極管的光輸出強(qiáng)度減弱，影響紅外線二極管的壽命。而通過紅外發(fā)光二極管的電流強(qiáng)度是引起紅外線光電管電氣性能老化的另一個(gè)原因。研究表明在發(fā)光二極管老化過程中，在大電流下P型歐姆接觸的金屬會(huì)沿著缺陷通道電遷移到達(dá)結(jié)區(qū)造成短路，引起器件老化失效。目前大部分發(fā)光二極管采用P型和N型電極制作在芯片同一外延層的側(cè)面結(jié)構(gòu)，靠近N型電極的電流密度非常大，導(dǎo)致在正常工作的小電流強(qiáng)度下也會(huì)發(fā)生接觸金屬電遷移。這就導(dǎo)致在正常使用光電傳感器一段時(shí)間后，器件的等效串聯(lián)電阻增加導(dǎo)致通過發(fā)光區(qū)的電流密度減小，光通量降低。這就導(dǎo)致了光電傳感器在煙支遮擋條件相同的情況下，反射光線強(qiáng)度降低導(dǎo)致光敏三極管集電極電壓高于光電傳感器正常工作時(shí)的電壓，最終導(dǎo)致老化的光電傳感器所對應(yīng)的一行煙支剔除率高于其他正常的光電傳感器。如果出現(xiàn)上述情況，應(yīng)該先做一次光電管校準(zhǔn)，然后在光電管電壓監(jiān)控頁面觀察所對應(yīng)光電管的動(dòng)態(tài)范圍（也就是所對應(yīng)光電管的粗線與細(xì)線的數(shù)值，如圖2.1.2），如果粗線與細(xì)線的數(shù)值差小于1V則表明該光電傳感器性能已不能適應(yīng)檢測精度要求，必須更換新的光電管。如果粗線與細(xì)線的數(shù)值差大于1V則應(yīng)讓包裝機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間，然后在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)頁面觀察所對應(yīng)的光電傳感器的剔除數(shù)量或者剔除百分比。如果此光電傳感器的剔除數(shù)量或剔除百分比明顯低于其它光電傳感器，則應(yīng)在光電管工作點(diǎn)頁面適當(dāng)調(diào)整（如圖2.1.3）剔除基準(zhǔn)使之其光電傳感器的剔除數(shù)量或剔除百分比與其它正常工作的光電傳感器剔除數(shù)量或者剔除百分比基本相等。

光敏三極管的老化則是影響光電傳感器使用精度的另一因素。而三極管的老化或者損壞主要是指PN結(jié)的老化或者損壞。當(dāng)三極管工作于正向偏置時(shí)其損壞原因主要為正向偏置電流過大導(dǎo)致PN結(jié)過流損壞。而當(dāng)三極管工作于反向偏置時(shí)其損壞的主要原因?yàn)榉聪螂妷哼^高導(dǎo)致PN結(jié)被擊穿。而AV89705光電煙支檢測器所使用的光電傳感器工作于正向偏置，所以其損壞的主要原因?yàn)檎蚱秒娏鬟^大導(dǎo)致的PN結(jié)過流損壞。而由于在正向偏置工作模式下PN結(jié)兩端的電壓都比較低所以正向偏置電流過大并不會(huì)擊穿PN結(jié)，造成三極管的永久損壞。但是在正向偏置工作模式下電流過大會(huì)導(dǎo)致放大系數(shù)減小。而放大系數(shù)的減小則會(huì)使在相同遮擋條件下光敏三極管的信號輸出電壓減小，而在使用過程中的反應(yīng)則是光敏三極管老化或損壞的光電傳感器所對應(yīng)的一行煙支的剔除數(shù)量或者剔除百分比明顯低于其它正常工作的光電傳感器。在這種情況下，用戶可以采取與紅外二極管老化所導(dǎo)致的檢測精度下降相同的處理步驟去重新校準(zhǔn)光電傳感器，設(shè)置合適的剔除基準(zhǔn)使之工作在正常的剔除數(shù)量或者剔除百分比。

AV89705光電煙支檢測器所使用的光電傳感器是整套設(shè)備中最容易損壞的組建之一。而光電傳感器電氣性能的好壞有直接影響光電煙支檢測器的檢測精度，所以在日常生產(chǎn)檢測當(dāng)中應(yīng)該更多的觀察光電傳感器的工作狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整光電傳感的各項(xiàng)參數(shù)或者更換損壞的光電傳感器使之符合檢測精度要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2模盒兩端所對應(yīng)相位剔除量過大的原因分析及處理方法

在AV89705光電煙支檢測器使用一段時(shí)間后，通過觀察統(tǒng)計(jì)表中的各個(gè)光電傳感器及各個(gè)相位的剔除數(shù)量（如圖2.2.1）。如果某個(gè)相位的剔除數(shù)量高于其他相位兩倍左右則表明該相位的數(shù)值已經(jīng)偏移了實(shí)際相位。而在實(shí)際檢測過程中，第一相位與第七相位最容易發(fā)生上述問題。其原因一是因?yàn)樵谧詣?dòng)對中過程中，包裝機(jī)是在低速模式下進(jìn)行（小于30盒每分鐘），這時(shí)無論是模盒內(nèi)煙支向前運(yùn)動(dòng)的慣性還是包裝機(jī)振動(dòng)相對于包裝機(jī)高速運(yùn)動(dòng)（400盒每分鐘左右）小很多，當(dāng)自動(dòng)對中完成后光電煙支檢測器所獲得的相位與包裝機(jī)高速運(yùn)行時(shí)煙支的實(shí)際相位有一定的誤差，尤其是第一及第七相位的誤差為最大。所以在實(shí)際檢測中導(dǎo)致第一及第七相位的煙支剔除數(shù)量相對于其它相位要高。二是因?yàn)槟：虚L時(shí)間使用使得模盒的兩側(cè)內(nèi)壁磨損，增加了第一與第七相位煙支與模盒內(nèi)壁的縫隙，在包裝器高速運(yùn)動(dòng)過程中由于慣性及機(jī)器振動(dòng)導(dǎo)致第一及第七相位在自動(dòng)對中時(shí)所獲得的相位與實(shí)際相位偏移過大導(dǎo)致在第一及第七相位的煙支剔除數(shù)量偏高。

當(dāng)在AV89705光電煙支檢測器在檢測過程中出現(xiàn)上述情況時(shí)，操作員可以在光電傳感器圖形頁面觀察光電傳感器采集的實(shí)時(shí)圖形與自動(dòng)對中時(shí)所得相位的偏差（如圖2.2.2）。根據(jù)所觀察到的偏差手動(dòng)調(diào)整第一與第七相位的數(shù)值。修改完相位后讓包裝機(jī)全速運(yùn)行。觀察統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示的第一與第七相位的剔除數(shù)量，如果剔除數(shù)量仍然過高則重復(fù)上述步驟直至第一與第七相位的剔除數(shù)量或百分比基本等于其它相位的剔除數(shù)量及剔除百分比。此調(diào)整相位方法可以有效的解決上述故障，有效的提高AV89705光電煙支檢測器的檢測效率及檢測精度。

2.3光電編碼器故障及處理方法

AV89705光電煙支檢測器所使用的光電編碼器是一種三相位輸出的光電編碼器，分別為A相，B相，Z相。其中A相，B相為編碼器每轉(zhuǎn)360度產(chǎn)生1800個(gè)脈沖，而B相產(chǎn)生的脈沖信號相對于A相延遲四分之一個(gè)周期。系統(tǒng)可以通過編碼器產(chǎn)生的A相，B相產(chǎn)生的脈沖信號判斷實(shí)時(shí)位置及編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)方向（順時(shí)針或者是逆時(shí)針）。而Z相為編碼器每轉(zhuǎn)360度產(chǎn)生1個(gè)脈沖，通常Z相位用于標(biāo)記該編碼器的起始相位，也就是零相位（如圖2.3.1）。

AV89705光電煙支檢測器關(guān)于光電編碼器的故障最經(jīng)常出現(xiàn)的就是零相位缺失，也就是當(dāng)編碼器旋轉(zhuǎn)一個(gè)完整的周期后，檢測系統(tǒng)沒有檢測到Z相位的脈沖信號。當(dāng)系統(tǒng)在第一個(gè)或者連續(xù)兩個(gè)編碼器旋轉(zhuǎn)周期結(jié)束時(shí)沒有檢測到Z相位的脈沖信號，檢測系統(tǒng)將在顯示屏上顯示input fail:step_up encoder編碼器錯(cuò)誤。而當(dāng)檢測系統(tǒng)連續(xù)三個(gè)編碼器旋轉(zhuǎn)周期結(jié)束時(shí)沒有檢測到Z相位脈沖信號，檢測系統(tǒng)顯示屏上顯示input fail:zero encoder編碼器錯(cuò)誤。并向包裝機(jī)輸出停機(jī)信號，使包裝機(jī)停機(jī)。而出現(xiàn)零相位脈沖信號丟失的原因一是在包裝機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中（大約400轉(zhuǎn)每分鐘），Z相位輸出的脈沖信號寬度很短，檢測系統(tǒng)很可能偶爾檢測不到Z相脈沖信號，當(dāng)系統(tǒng)在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期檢測到Z相位脈沖信號時(shí)，該錯(cuò)誤就會(huì)消失而不影響光電煙支檢測器的檢測。而造成連續(xù)3個(gè)編碼器旋轉(zhuǎn)周期都沒有檢測到Z相位信號的主要原因是在編碼器安裝過程中，光電編碼器的信號輸出引線的長度及在長時(shí)間使用過程中造成光電編碼器輸出信號衰減率過大再加上輸出引線的屏蔽功能減弱造成工業(yè)現(xiàn)

The Analysis and Solutions of Common Faults for Opto-electronic Cigarette Detector

Zhu Ziyu1,Guo Lixia2
(1.Henan tobacco industry limited liability company gold leaf manufacturing center,450016 2.Henan tobacco industry limited liability company technology center,450016)

Abstract：The Opto-electronic Cigarette Detector is an online cigarette quality control equipment,it has high speed,high efficiency and reliable feature.It plays an important role in cigarette quality control in modern cigarette industry.The purpose of this paper is to demonstrate the analysis and solutions of common faults for the AV89705 Opto-electronic Cigarette Detector.

Keywords：Faults;Analysis;Solutions