陳天麗，汪魁，林云飛，桂圓

湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司武漢卷煙廠，武漢市東西湖區(qū)金銀湖辦事處環(huán)湖路51號(hào) 430040

在當(dāng)前卷煙行業(yè)的包裝機(jī)生產(chǎn)中，C600 型機(jī)組是將煙包包裹上透明紙的主流設(shè)備，廣泛用于國(guó)內(nèi)外各卷煙企業(yè)。產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性至關(guān)重要，在生產(chǎn)過程中，拉線與盒外透明紙合成切成定長(zhǎng)后，送至包裝工位的工序中[1-2]，由于換料以及設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行出現(xiàn)老化、失效、功能不全等問題，容易產(chǎn)生拉線偏移、斷頭和缺失等現(xiàn)象[3-5]。目前小透明包裝機(jī)原機(jī)自帶拉線檢測(cè)不穩(wěn)定易失效，即使將檢測(cè)器調(diào)整到最靈敏位置，也無法滿足生產(chǎn)檢驗(yàn)需求，出現(xiàn)漏檢現(xiàn)象。煙包拉線是煙包透明順利撕開的保障，拉線偏移、缺失等缺陷將直接導(dǎo)致煙包透明難以撕開，從而導(dǎo)致消費(fèi)者滿意度下降，體驗(yàn)感不足。

為此設(shè)計(jì)一種高度自動(dòng)化、檢測(cè)精度高的C600型機(jī)組拉線檢測(cè)裝置尤為重要。其中TA30 透射檢測(cè)法對(duì)這些新型透明拉線的靈敏度明顯不足，甚至無法檢測(cè)，導(dǎo)致誤檢、漏檢的情況出現(xiàn)，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量[6]。潘安岳[7]采用激光傳感器作為檢測(cè)原件，通過激光發(fā)射器發(fā)出的激光在透明紙、小盒拉線上反射的激光強(qiáng)弱不同識(shí)別有無拉線。李風(fēng)波等[8]提出一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的拉線檢測(cè)系統(tǒng)，采用圖像采集組件通過工業(yè)相機(jī)采集待檢拉線的圖像，通過圖像處理技術(shù)對(duì)采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并判斷拉線是否存在缺失、偏移等缺陷。此外周雪軍等[9]采用CCD 技術(shù)，提高掃描儀掃描的速度及精確度，提高小包拉線檢測(cè)裝置的檢測(cè)速度與穩(wěn)定性，除羅海權(quán)等[10]采用高精度位移傳感器設(shè)計(jì)條盒拉線檢測(cè)裝置外，其余對(duì)于在線位移式數(shù)字化拉線缺陷檢測(cè)則鮮見報(bào)道。為提高拉線檢測(cè)精度，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過分析小包拉線與小包透明紙合成工序，設(shè)計(jì)了一種基于位移式傳感器為技術(shù)方案的C600 小透明包裝機(jī)位移式拉線檢測(cè)裝置。

1 系統(tǒng)組成

1.1 硬件單元

小盒透明紙位移式拉線檢測(cè)裝置安裝在小包機(jī)C600 入口轉(zhuǎn)塔小盒透明紙輸送位置，主要由檢測(cè)平臺(tái)、校準(zhǔn)底板、位移檢測(cè)探頭、陶瓷背板和控制器組成，見圖1。其中前后檢測(cè)臺(tái)之間有一定距離，用于輸送小盒透明紙和拉線等材料運(yùn)行。使用過程中，通過第一調(diào)節(jié)螺絲調(diào)節(jié)高精度位移檢測(cè)探頭的位置，通過第二調(diào)節(jié)螺絲調(diào)節(jié)陶瓷背板的位置，從而使透明紙一側(cè)抵靠在陶瓷背板上，另一側(cè)與高精度位移檢測(cè)探頭接觸，使高精度位移檢測(cè)探頭精確檢測(cè)到透明紙的厚度，由于帶有拉帶的透明紙比不帶有拉帶的透明紙厚，因此可以根據(jù)高精度位移檢測(cè)探頭檢測(cè)到的電壓數(shù)據(jù)判斷透明紙上是否有拉帶缺失。

圖1 位移式拉線檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1 Schematic diagram of displacement type tear-tape detection device

陶瓷背板（即測(cè)量擋板）為L(zhǎng) 形見圖2，包括陶瓷底板和陶瓷側(cè)板。陶瓷背板的安裝位置和引紙輥絕對(duì)垂直，可通過調(diào)節(jié)螺釘微調(diào)后固定?？紤]到其耐磨性，由于檢測(cè)裝置靈敏度是微米級(jí)，背板輕微的磨損對(duì)其靈敏度都有很大的影響，為此采用了洛氏硬度高達(dá)80-90HRA 的陶瓷材料制成底板，解決了測(cè)量擋板磨損影響測(cè)量靈敏度問題。

圖2 陶瓷背板的結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2 Schematic diagram of ceramic back plate

1.2 控制單元

控制單元包括人機(jī)界面、上位機(jī)軟件、電源系統(tǒng)和通訊模塊等部分?？刂破鳛镾OLARTRON METROLOGY 小型工控機(jī)SI3100，高精度位移檢測(cè)探頭為SOLARTRON METROLOGY 高精度位移傳感器AX/0.5/S。此傳感器采用電磁感應(yīng)原理見圖3，其內(nèi)置線圈分為初級(jí)激勵(lì)線圈和2 個(gè)次級(jí)線圈，其移動(dòng)芯處于不同的位置，可以檢測(cè)其輸出電壓見圖4。圖4 的檢測(cè)可以看到，其變化位移和輸出電壓成線性關(guān)系。此LVDT 傳感器的分辨率可以高達(dá)0.1μm，傳感器的測(cè)量重復(fù)性＜0.15 μm，傳感器的精度為讀數(shù)的0.5%。

圖3 位移傳感器電磁感應(yīng)原理圖Fig. 3 Schematic diagram of electromagnetic induction of displacement sensor

圖4 位移傳感器原理圖Fig. 4 Schematic diagram of displacement sensor

SOLORTRON METROLOGY 小型工控機(jī)SI3100有雙通訊口，通訊口1 與SOLARTRON METROLOGY高精度位移傳感器連接通訊，控制組件通過位移式傳感器檢測(cè)技術(shù)對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化成數(shù)字，數(shù)字與設(shè)定上下限閥值對(duì)比并判斷拉線是否存在缺失、偏移、折疊等缺陷，根據(jù)判斷結(jié)果通過通訊口2 向包裝機(jī)組原機(jī)預(yù)留拉線檢測(cè)控制系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)電平信號(hào)。包裝機(jī)組控制系統(tǒng)在接收到檢測(cè)器發(fā)送的剔除信號(hào)后，在剔除口把缺陷拉線對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品剔除，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)拉線缺陷的報(bào)警停機(jī)功能。

1.3 人機(jī)界面的參數(shù)設(shè)置

人機(jī)界面的功能是下發(fā)設(shè)置參數(shù)和控制相應(yīng)單元運(yùn)動(dòng)，同時(shí)接收檢測(cè)數(shù)據(jù)，并顯示在人機(jī)界面上見圖5。在設(shè)置檢測(cè)裝置檢測(cè)參數(shù)前，首先進(jìn)行零位校準(zhǔn)，即在沒有透明紙和拉線的前提下，合上壓紙棍并鎖緊，使得測(cè)量的位移數(shù)字顯示“+0.000 mm”。完成零位校準(zhǔn)后設(shè)置剔除上下限，一般以正常透明紙合成拉線厚度的中心值為基準(zhǔn)，如一張透明紙的厚度測(cè)量值一般在0.022 mm 左右，一張拉線的厚度測(cè)量值一般在0.033 mm 左右，則一張透明紙合成拉線的厚度測(cè)量中心值為0.055 mm 左右。下限值設(shè)定為：中心值-0.020 mm，上限值設(shè)定為：中心值+0.015 mm，因此剔除上下限設(shè)置為（0.035～0.070）mm。下限值決定了拉線缺失、偏移的檢測(cè)靈敏度，上值決定了透明紙接頭檢測(cè)的靈敏度，由于透明紙比拉線薄，因此上下限設(shè)置不是對(duì)稱區(qū)間。

圖5 人機(jī)界面設(shè)置的結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 5 Schematic diagram of HMI parameter settings

2 應(yīng)用效果

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料：卷煙小包透明紙：117*21 高亮度收縮BOPP 膜，拉線：2.0*5000 普通拉線，拉線寬度為2 mm。（由卷煙廠提供）。

測(cè)試環(huán)境：在車速滿速運(yùn)行380 包/分鐘穩(wěn)定運(yùn)行30 分鐘情況下，再進(jìn)行試驗(yàn)，機(jī)電維修工調(diào)試設(shè)備使得盒拉線匯合透明紙位置在產(chǎn)品設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，固定拉線和透明紙引紙輥和引拉線支架不動(dòng)。

（1）試驗(yàn)1

試驗(yàn)設(shè)備：C600 型機(jī)組安裝成像式拉線檢測(cè)裝置（上海煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）。

測(cè)試方法：人為每隔2 分鐘制造透明紙拉線斷殘（拉線斷開距離為1 cm～2 cm）4 次，人為每隔2分鐘制造小包透明紙拉線偏移（用直尺量拉線分別向左、右偏離固定位置2 mm、4 mm 各4 次）共16次，人為每隔2 分鐘制造小包透明紙拉線折疊（長(zhǎng)度1 cm～2 cm、厚度0.033 mm 的1 根拉線粘在另一正在運(yùn)行的拉線上面）共4 次，設(shè)備正常運(yùn)行后，檢查CH 出口接煙盒缺陷煙包數(shù)量。

（2）試驗(yàn)2

試驗(yàn)設(shè)備：C600 型機(jī)組安裝位移式拉線檢測(cè)裝置（上海煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）。

測(cè)試方法與試驗(yàn)1 方法相同。

2.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)試驗(yàn)1、2 測(cè)試方法對(duì)卷煙小包拉線缺陷測(cè)試并進(jìn)行對(duì)比得到表1。由表1 可知，原成像式拉線檢測(cè)裝置能夠?qū)π“€斷殘、偏移缺陷進(jìn)行部分檢測(cè)識(shí)別。在CH 剔除口缺陷收集盒中，有4 包透明紙拉線斷殘（拉線斷開距離為1 cm～2 cm）煙包，11 包透明紙拉線偏移煙包，0 包透明紙拉線折疊煙包，拉線偏移（2 mm）缺陷檢測(cè)準(zhǔn)確率為37.5%，拉線折疊缺陷檢測(cè)準(zhǔn)確率為0%。

表1 兩種檢測(cè)裝置小包拉線缺陷識(shí)別結(jié)果對(duì)比Tab. 1 Comparison of the recognition results of the small package tear-tape defects of the two detection devices

該位移式檢測(cè)裝置能夠準(zhǔn)確地對(duì)所有小包拉線斷殘、偏移和折疊缺陷進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別。在CH 剔除口缺陷收集盒中，有4 包透明紙拉線斷殘（拉線斷開距離為1 cm～2 cm）煙包，16 包透明紙拉線偏移煙包，4包透明紙拉線折疊煙包，檢測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到100%。

綜上所述：原成像式拉線檢測(cè)裝置僅對(duì)小包拉線缺陷進(jìn)行局部辨識(shí)，且檢測(cè)精度無法用數(shù)據(jù)精細(xì)化，存在調(diào)校憑手感和經(jīng)驗(yàn)。使用該位移式拉線檢測(cè)裝置后，檢測(cè)準(zhǔn)確率均達(dá)到100%，整體檢測(cè)準(zhǔn)確度上升，缺陷識(shí)別率提高。

3 結(jié)論

（1）本文采用位移式傳感器設(shè)計(jì)了一種C600 型機(jī)組位移式拉線檢測(cè)裝置。通過位移式傳感器識(shí)別卷煙小包拉線和透明紙匯合后的厚度變化檢測(cè)煙包生產(chǎn)過程中的常見拉線偏移、缺失、接頭等多種缺陷，可有效實(shí)現(xiàn)拉線缺陷檢測(cè)技術(shù)由手感化到具體數(shù)值化的轉(zhuǎn)變，提高產(chǎn)品包裝質(zhì)量。

（2）檢測(cè)器采用數(shù)字處理技術(shù)，使整個(gè)系統(tǒng)可以在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)位移變化判定拉線檢測(cè)結(jié)果，拉線顏色的變化對(duì)檢測(cè)效果無影響，故可用于多種顏色拉線的檢測(cè)。

（3）以卷煙廠模擬拉線缺陷進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明位移式拉線檢測(cè)裝置檢測(cè)精度在透明紙拉線偏移（左右偏移2 mm）及透明紙拉線折疊明顯高于成像式拉線檢測(cè)，可達(dá)到100%。該裝置有效提高了包裝設(shè)備的數(shù)字化生產(chǎn)水平，可在所有C600 型機(jī)組設(shè)備上推廣應(yīng)用。