王國(guó)峰，周耀東，任衍宇

（1.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司滕州卷煙廠設(shè)備管理處，山東滕州 277599；2.沈陽(yáng)航空六二六科技有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng) 110034）

0 引言

在我國(guó)的煙草行業(yè)中，當(dāng)前大部分煙廠在用的包裝設(shè)備為GDX1/X2 機(jī)型，生產(chǎn)速度為400 包/min。煙包的內(nèi)襯紙為圓形整盤(pán)鋁箔紙，一盤(pán)鋁箔紙的長(zhǎng)度為2000～3000 m，供給速度為90～100 m/min，存在內(nèi)部接頭，標(biāo)準(zhǔn)工藝要求每盤(pán)接頭≤2 個(gè)。本文主要研究如何采用超聲波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)盤(pán)紙中的內(nèi)部接頭并自動(dòng)剔除，保證成品煙包質(zhì)量，進(jìn)一步完善中煙公司要求的“保質(zhì)、降耗”的工作目標(biāo)。

1 設(shè)備使用現(xiàn)狀

目前在用的煙包鋁箔紙為第三方提供的原材料，圓形整盤(pán)包裝，長(zhǎng)度為2000～3000 m，在原料生產(chǎn)中如果出現(xiàn)斷紙，原料廠家通常會(huì)用膠帶粘接后繼續(xù)卷制成規(guī)定長(zhǎng)度，從而出現(xiàn)內(nèi)部接頭，標(biāo)準(zhǔn)工藝要求每盤(pán)接頭≤2 個(gè)。而GDX 包裝機(jī)設(shè)備中沒(méi)有鋁箔紙內(nèi)部接頭檢測(cè)器，在生產(chǎn)過(guò)程中如果出現(xiàn)接頭，帶膠帶接頭的鋁紙就會(huì)被包裝到成品煙包中，不僅造成成品質(zhì)量問(wèn)題，而且還會(huì)因?yàn)檫@個(gè)問(wèn)題前后拆開(kāi)多個(gè)煙包查找，造成浪費(fèi)。如果帶接頭的煙包流入市場(chǎng)，引起市場(chǎng)的質(zhì)量反饋，就會(huì)造成質(zhì)量事故。

2 檢測(cè)方法研究

目前對(duì)于盤(pán)紙內(nèi)部接頭檢測(cè)，部分設(shè)備安裝了色標(biāo)傳感器檢測(cè)或光電傳感器檢測(cè)，但效果并不理想。采用色標(biāo)傳感器只能檢測(cè)帶顏色的接頭，但有的原料盤(pán)紙采用透明膠帶粘接，并無(wú)顏色，色標(biāo)傳感器無(wú)法檢測(cè)出來(lái)；采用光電傳感器檢測(cè)，問(wèn)題更多，由于鋁箔紙反光、印花而且不同品牌盤(pán)紙用的膠帶并不一樣，光電傳感器檢測(cè)會(huì)出現(xiàn)漏檢，需要不斷調(diào)整，檢測(cè)效果更差。

通過(guò)不斷的探索研究，對(duì)比色標(biāo)傳感器與光電傳感器檢測(cè)的弱點(diǎn)，應(yīng)用先進(jìn)的超聲波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)盤(pán)紙內(nèi)部接頭，取得很好的檢測(cè)效果。

3 超聲波檢測(cè)方法原理

超聲波是指振動(dòng)頻率大于20 kHz，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)傳播，是一種能量的傳播形式，常用的超聲波檢測(cè)方法有共振法、穿透法、脈沖反射法等。超聲波傳感器能檢測(cè)各種形態(tài)的物體，可以準(zhǔn)確識(shí)別各種材料和顏色，也可以識(shí)別透明材料和薄膜，甚至是細(xì)線(xiàn)。

對(duì)于整盤(pán)鋁箔紙，其接頭為膠帶粘接，接頭處為雙層紙，厚度比正常盤(pán)紙要厚，如圖1 所示。本文結(jié)合盤(pán)紙接頭的特征，選用超聲波穿透檢測(cè)技術(shù)原理，在鋁紙的兩側(cè)放置超聲波探頭，一個(gè)探頭發(fā)射超聲波到鋁紙表面，另一個(gè)探頭接收穿透濾紙的超聲信號(hào)，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度與幅度的變化情況判斷是單層紙還是雙層紙，從而檢測(cè)出盤(pán)紙接頭。

圖1 超聲波檢測(cè)單層紙與雙層紙的方式

4 超聲波傳感器的設(shè)計(jì)應(yīng)用

應(yīng)用超聲波穿透法檢測(cè)技術(shù)，需要針對(duì)被檢測(cè)物質(zhì)的特征采用合適的傳感器，煙包鋁箔紙，其寬度為114 mm，厚度不到1 mm，整盤(pán)連續(xù)運(yùn)行，因此本設(shè)計(jì)采用德國(guó)威聲（Microsonic）esf-1 槽型超聲波檢測(cè)器，U 形槽設(shè)計(jì)，發(fā)射器與接收器上下固定，在槽型前端，避免了傳統(tǒng)超聲波傳感器發(fā)射器與接收器準(zhǔn)確對(duì)射難等問(wèn)題，使得檢測(cè)更加穩(wěn)定準(zhǔn)確，槽型寬度6 mm，槽深64 mm。盤(pán)紙采用非接觸式穿過(guò)槽通道。超聲波檢測(cè)器參數(shù)見(jiàn)表1，傳感器外部接線(xiàn)方式見(jiàn)圖2。圖2 中：1號(hào)腳對(duì)應(yīng)棕色（電源+）；2號(hào)腳對(duì)應(yīng)白色（斷紙）；3號(hào)腳對(duì)應(yīng)藍(lán)色（電源-）；4號(hào)腳對(duì)應(yīng)黑色（接頭）；5號(hào)腳對(duì)應(yīng)灰色（外接按鈕代替T 鍵）。

圖2 傳感器外部接線(xiàn)方式

表1 超聲波檢測(cè)器參數(shù)

5 檢測(cè)與控制流程

當(dāng)待檢測(cè)的盤(pán)紙紙帶從傳感器的U 形槽位置穿過(guò)時(shí)，U 形槽下方的超聲波發(fā)射器會(huì)發(fā)出高頻聲波脈沖，穿透紙帶，聲波脈沖造成紙帶的振動(dòng)，由此產(chǎn)生了一個(gè)超聲波射向?qū)γ?，這樣U 形槽上方的接收器便可以接收到這個(gè)聲波信號(hào)。由于透過(guò)單層紙帶發(fā)射給接收器的信號(hào)電平與透過(guò)雙層紙帶（貼上膠帶的紙帶）發(fā)射的信號(hào)電平是有差別的，這種信號(hào)差異將被傳感器內(nèi)部電路接收并解析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)紙帶有無(wú)接頭的檢測(cè)。

5.1 檢測(cè)流程

首先對(duì)傳感器的輸出方式進(jìn)行初始化設(shè)置，將4 腳輸出設(shè)為高電平（NPN 狀態(tài)）用于檢測(cè)出接頭，其次進(jìn)行參數(shù)自學(xué)習(xí)設(shè)定，設(shè)定無(wú)接頭紙帶與有接頭紙帶兩種參數(shù)，準(zhǔn)備一條帶接頭的盤(pán)紙紙帶，先將紙帶無(wú)接頭部分放置在檢測(cè)槽內(nèi)，按動(dòng)設(shè)置按鍵完成無(wú)接頭紙帶參數(shù)設(shè)置，然后將有接頭紙帶放置在檢測(cè)槽內(nèi)，按動(dòng)設(shè)置按鍵完成有接頭紙帶參數(shù)設(shè)置。當(dāng)兩個(gè)參數(shù)設(shè)定完成后，傳感器檢測(cè)參數(shù)設(shè)置成功。

5.2 控制流程

盤(pán)紙接頭檢測(cè)采用同步自動(dòng)剔除控制，超聲波傳感器檢測(cè)出的盤(pán)紙接頭，經(jīng)過(guò)PLC 程序記錄與同步移位，在GD 包裝機(jī)的8號(hào)剔除輪上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)同步剔除，不影響設(shè)備運(yùn)行。

同步剔除的信號(hào)直接取自主機(jī)編碼器，在GD 包裝機(jī)主控柜線(xiàn)路板上取信號(hào)，本文設(shè)計(jì)專(zhuān)用的主機(jī)同步編碼板HKGBM，編碼信號(hào)取自主機(jī)2A596 編碼器，編碼周期為360°/周，由編碼板讀取主機(jī)工位角度，記錄兩個(gè)角度，一個(gè)是同步移位角度，一個(gè)是同步剔除角度，移位角度為295°，剔除角度為235°，如圖3 所示。采用MicroⅡ控制系統(tǒng)工位角度移位、剔除方法，實(shí)現(xiàn)與包裝機(jī)MicroⅡ控制無(wú)縫對(duì)接，不僅保證移位角度精準(zhǔn)，而且剔除準(zhǔn)確，不合格產(chǎn)品只剔一包。檢測(cè)與控制流程如圖4 所示。

圖3 移位與剔除角度

圖4 檢測(cè)與控制流程

6 超聲波檢測(cè)器的實(shí)際應(yīng)用

在本文的設(shè)計(jì)應(yīng)用中，根據(jù)GD 包裝機(jī)的設(shè)備情況與生產(chǎn)工藝，GD 包裝機(jī)的鋁箔紙分為左右兩個(gè)盤(pán)紙，需要左右安裝兩個(gè)超聲波接頭檢測(cè)傳感器，不僅實(shí)現(xiàn)兩個(gè)鋁箔盤(pán)紙內(nèi)部接頭的自動(dòng)在線(xiàn)檢測(cè)，而且增加了斷紙檢測(cè)功能。電路圖如5 所示。

圖5 電氣原理

7 結(jié)論

本文應(yīng)用超聲波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)盤(pán)紙內(nèi)部接頭，已經(jīng)成功安裝到設(shè)備上，通過(guò)機(jī)臺(tái)的三班連續(xù)一周的實(shí)際運(yùn)行記錄平均一班的剔除數(shù)量，結(jié)果顯示檢測(cè)效果良好（表2），有效檢測(cè)出鋁箔紙盤(pán)紙的內(nèi)部接頭并自動(dòng)剔除，避免帶接頭的煙包流入市場(chǎng)，引起市場(chǎng)的質(zhì)量反饋，降低了質(zhì)量事故。同時(shí)更換品牌時(shí)無(wú)需重新調(diào)試設(shè)定，應(yīng)用簡(jiǎn)單。

表2 連續(xù)一周平均一班的剔除數(shù)量