周雪軍

（河南中煙有限責(zé)任公司黃金葉生產(chǎn)制造中心，河南 鄭州 450052）

1 存在問題

在卷煙生產(chǎn)過程中，對于小包條包煙的拉線檢測通常采用光電式或光纖式檢測器，此類檢測器當(dāng)前不能滿足超高速包裝機(jī)的要求。超高速包裝機(jī)機(jī)組為包裝速度每分鐘600包以上的包裝機(jī)，目前國內(nèi)先進(jìn)的機(jī)型速度已經(jīng)到達(dá)每分鐘800 包以上，此類包裝機(jī)為降低機(jī)械磨損通常采用內(nèi)、外雙通道工作方式。CCD 是一種全新的精密檢測技術(shù)，它有兩個突出的特點(diǎn)：第一，它能夠準(zhǔn)確地把明暗光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為峰值不同的信號；第二，它的分辨率高，可以進(jìn)行高精度的測量，將測量的結(jié)果轉(zhuǎn)換成連續(xù)的數(shù)字信號并以連續(xù)數(shù)字信號為依據(jù)，讓機(jī)械進(jìn)行更加精密的加工或運(yùn)動。此設(shè)計把CCD 技術(shù)應(yīng)用于超高速包裝機(jī)雙通道小包條包拉線檢測裝置，便可提高機(jī)械包裝加工的速度與效率。

2 設(shè)計思路

2.1 基本設(shè)計原理

CCD 技術(shù)是20 世紀(jì)70年代初發(fā)展起來的一種新型半導(dǎo)體器件，它是由電荷耦合器件組合而成的圖像傳感器，這種技術(shù)主要應(yīng)用于數(shù)碼攝影、天文學(xué)，尤其是光學(xué)遙測技術(shù)等高速攝像領(lǐng)域中，能夠?qū)崿F(xiàn)攝影設(shè)備高效、優(yōu)質(zhì)的成像。在攝影領(lǐng)域里，CCD 的成像技術(shù)原理為使用點(diǎn)陣CCD，即應(yīng)用讀取x、y 兩個方向的二維數(shù)據(jù)用于攝取平面圖像；在掃描述儀中，采用的是線性CCD，即它x 一個方向的數(shù)據(jù)讀取已被設(shè)定，而y 方向掃描由掃描儀的機(jī)械裝置來完成。應(yīng)用了CCD 技術(shù)的掃描儀，具有自掃描、感受波譜范圍寬、畸變小、體積小、重量輕、系統(tǒng)噪聲低、功耗小、壽命長、可靠性高等—系列優(yōu)點(diǎn)。此新型小包拉線檢測器基于基恩士CV-5001數(shù)字圖像控制器、兩臺KEYENCE 11x 高速CCD 相機(jī)及基恩士KV-N40DTP 型PLC，能夠滿足每分鐘900 包的超高速包裝機(jī)雙通道小包條包拉線檢測需求。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

在機(jī)械加工領(lǐng)域中，應(yīng)用CCD 技術(shù)的目的，是為了能夠應(yīng)用光敏單元陣列讀取被測工件圖像的光信號，然后把讀取的光信號轉(zhuǎn)換成光生電荷，然后輸出機(jī)械能理解的電信號。這種技術(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵為如何能夠把讀取的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成光信號。此關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用的方法：第一，電荷的產(chǎn)生，現(xiàn)應(yīng)用金屬——氧化物——半導(dǎo)體組合成MOS 器件，這一器件能夠把光學(xué)圖像信號轉(zhuǎn)換成電荷信號。第二，CCD 技術(shù)應(yīng)用MOS電容器下面的電極存儲光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電電荷。第三，在MOS 電容器存儲了光電電荷以后，CCD 技術(shù)應(yīng)用移動電荷，把光電電荷轉(zhuǎn)換成電信號的方法完成光電電荷與電信號之間的轉(zhuǎn)譯。第四，為了能讓機(jī)械設(shè)備能夠檢測到電信號，需要應(yīng)用檢測技術(shù)把電信號放大，此時就需要設(shè)計專用輸出電路來呈現(xiàn)電信號的結(jié)果。從CCD 技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計可以看到，CCD 技術(shù)的光電信號轉(zhuǎn)換，與傳統(tǒng)的光電信號轉(zhuǎn)換不同，它應(yīng)用了光電電荷轉(zhuǎn)移的技術(shù)，能夠精確地把光信號轉(zhuǎn)譯成電信號，這種轉(zhuǎn)譯精確、無誤差。應(yīng)用了CCD 技術(shù)，可以提高機(jī)械設(shè)備中掃描儀的掃描精度與掃描效率。

圖1

3 裝置結(jié)構(gòu)

3.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

新型雙通道超高速包裝機(jī)小包拉線檢測裝置由兩臺KEYENCE 11x 高速CCD 相機(jī)、基恩士CV-5001 數(shù)字圖像控制器、基恩士KV-N40DTP 型PLC、小型顯示器、視覺控制器手柄等組成。KEYENCE 11x 高速CCD 相機(jī)只需61.2ms 即可傳輸2432×2050 像素，可通過單個CCD 相機(jī)檢測到標(biāo)準(zhǔn)大小的零件上的細(xì)小缺陷，或拍攝并檢測更大的零件，同時此CCD 相機(jī)體積小巧，可輕松安裝在幾乎所有位置。超高速包裝機(jī)一般采用內(nèi)、外雙通道包裝方式，兩臺CCD 相機(jī)對應(yīng)內(nèi)、外雙通道完成小包拉線的圖像采集，圖像由基恩士CV-5001 數(shù)字圖像控制器進(jìn)行處理，處理結(jié)果信號由基恩士KVN40DTP 型PLC 通過采集包裝機(jī)運(yùn)行時鐘、移位、運(yùn)行狀態(tài)等信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理后輸出到包裝機(jī)進(jìn)行自動缺陷煙包剔除。PLC 與包裝機(jī)間的所有信號聯(lián)接采用光電耦合器進(jìn)行光電隔離（如圖1）。

3.2 硬件設(shè)施設(shè)計

（1）控制器。該設(shè)計共應(yīng)用四個傳感器來為控制器輸入數(shù)據(jù)，其中包括拉線傳感器、移位傳感器、設(shè)備運(yùn)行傳感器、人工復(fù)位傳感器。該次設(shè)計了警報信號和停機(jī)信號這兩個輸出信號。

（2）拉線傳感器。應(yīng)用基恩士CV-5001 數(shù)字圖像控制器來設(shè)計拉線傳感器。該傳感器的工作原理為應(yīng)用KEYENCE 11x 高速CCD 相機(jī)作為圖像采集的設(shè)備，CCD 相機(jī)的圖像送到CV-5001 數(shù)字圖像控制器，圖像控制器采用一系列專用算法及正常圖像的采集值來判定拉線的非正常狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)非正常狀態(tài)拉線時，輸出信號給KV-N40DTP 型PLC，PLC 根據(jù)包裝機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及信號移位狀態(tài)進(jìn)行缺陷小包煙或條包煙的剔除。

（3）移位傳感器。應(yīng)用LABAO公司的SBL-R18C-=8DPR-E 型接近開關(guān)來接收傳感器的信息。設(shè)置物體有效感應(yīng)距離為8mm。當(dāng)推桿完成往復(fù)動作以后，便向前推動工件，移動一個工位，此時推桿移位傳感器開始掃描工件，判斷工位上有工件后，便產(chǎn)生一個移位脈沖信號，拉線非正常的缺陷小包煙或條包煙由此信號進(jìn)行移位，確保在包裝機(jī)原機(jī)的剔除站進(jìn)行精確剔除。

3.3 工藝流程設(shè)計

該次的工藝流程設(shè)計如下：

步驟1——開始

步驟2——將計數(shù)器、寄存器清零

步驟3——讀取拉線傳感器信號

步驟4——判拉線缺失或偏移，如是進(jìn)入步驟5；如不是進(jìn)入步驟3

步驟5——跟蹤缺陷煙包移動位置

步驟6——判斷煙包否到出口，如是進(jìn)入步驟7；如不是進(jìn)入步驟5

步驟7——輸出報警信號

步驟8——判斷缺陷煙包到是否出口末端，如是進(jìn)入步驟9，如不是進(jìn)入步驟10

步驟9——輸出停機(jī)信號

步驟10——判斷是否剔除缺陷煙包，如是進(jìn)入步驟11；如不是進(jìn)入步驟8

步驟11——停止輸出報警信號

步驟12——判斷是否停止，如是進(jìn)入步驟13；如不是進(jìn)入步驟2

步驟13——結(jié)束

4 使用效果

經(jīng)過測試，發(fā)現(xiàn)該新型超高速包裝機(jī)雙通道小包條包拉線檢測裝置掃描速度快、運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)行質(zhì)量高。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，該新型超高速包裝機(jī)雙通道小包條包拉線檢測裝置的包裝速度可達(dá)到每分鐘500 包以上，缺陷產(chǎn)品率為0.4%，該次設(shè)計提高了包裝機(jī)雙通道小包條包拉線檢測的速度，提高了生產(chǎn)效率及質(zhì)量。

5 結(jié)語

新型超高速包裝機(jī)雙通道小包條包拉線檢測裝置的思路為將CCD 技術(shù)應(yīng)用到包裝機(jī)雙通道小包條包拉線檢測裝置的設(shè)計中，提高掃描儀掃描的速度及精確度，提高包裝機(jī)雙通道小包條包拉線檢測裝置機(jī)械設(shè)備運(yùn)作的速度與穩(wěn)定性。該次分析了新型超高速包裝機(jī)雙通道小包條包拉線檢測裝置的應(yīng)用的原理，通過整體設(shè)計、硬件設(shè)計及軟件設(shè)計，完成了設(shè)備機(jī)械設(shè)計，通過機(jī)械設(shè)計的運(yùn)作效果可知，該設(shè)計可顯著提高包裝機(jī)雙通道小包條包拉線檢測裝置的掃描的速度，提高掃描的質(zhì)量，從而能提高包裝機(jī)的生產(chǎn)效率。將這項(xiàng)技術(shù)推廣及應(yīng)用后，能產(chǎn)生較大的社會效益。