李 乾， 歐陽哲， 程 亮， 王仕宏， 錢躍東， 孔 迪

（紅云紅河（煙草）集團會澤卷煙廠， 云南 曲靖 655000）

0 引言

FOCKE408 型條盒透明紙包裝機條盒包裝機部分由煙包供給系統(tǒng)、條盒供給系統(tǒng)、條盒裹包成型系統(tǒng)組成。其中煙包供給：FOCKE401 輸出的煙包為兩包一組，由傳送帶送入FOCKE408 型條盒透明紙包裝機的入機單元，當輸入的煙包滿足推送要求時， 以2×5 包煙的形式輸入推送器傳送機構(gòu)將煙包與條盒推入轉(zhuǎn)塔I，在轉(zhuǎn)塔I 上設(shè)有三個相互間隔120°的模盒，并在等待位置分別完成條盒的折疊成型， 轉(zhuǎn)塔I 在三工位將折疊好的煙條輸送到轉(zhuǎn)塔II 的模盒內(nèi)，當煙條被推入到轉(zhuǎn)塔II 內(nèi)時候，煙條透明紙已完成了大多數(shù)的折疊動作， 并由長頁折疊器及烙鐵完成長折頁的折疊與封口，當煙條由轉(zhuǎn)塔II 推入輸出軌道時， 輸出軌道的折疊犁完成端面包封及端面的外折頁折疊，折疊好的煙條在輸出軌道中，由兩端的熱封烙鐵將兩端面進行預(yù)封口，當煙條向上移動至輸出機構(gòu)時，橫向輸出機構(gòu)將包裝好的煙條一條一條地往下煙條提升器輸送[1]。

FOCKE408 煙條內(nèi)變形煙包主要來源兩個方面，首先是在FOCKE408 實際運行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)單包、煙包輸送不到、上下層煙包錯位、橫包、煙包透明紙粘連等情況，造成條內(nèi)煙包排序錯亂， 產(chǎn)生 “推桿阻塞”、“頂部折疊”“輸入皮帶堵塞”等停機故障，基本上是靠近入機單元的右側(cè)煙包在推送器推送過程中碰撞到右側(cè)導(dǎo)軌塊， 造成設(shè)備停機報警， 此時入機單元最右側(cè)的兩包煙會出現(xiàn)局部變形， 這需要操作人員對每一次設(shè)備故障進行嚴格質(zhì)量檢測。 其次是上游包裝設(shè)備成像檢測漏檢，現(xiàn)有成像檢測對煙包的局部變形識別率不高， 會有少量缺陷煙包被成像外觀檢測設(shè)備漏檢， 或者人工在入機單元前的輸送通道內(nèi)，誤加入的局部變形的煙包，因為FOCKE408 條盒透明紙包裝機包裝折疊部位結(jié)構(gòu)緊湊、空間狹小，無額外添加任何質(zhì)量檢測裝置空間，這種偶發(fā)性、突發(fā)性變形煙包，單純依靠自檢、巡檢無法精準的發(fā)現(xiàn)，條包機不會停機報警。 而裝箱前煙條外觀質(zhì)量檢測對條內(nèi)的煙包無法進行識別，只能對條包外觀與透明紙外觀進行檢測，導(dǎo)致可能外觀變形的煙包夾雜在外觀符合工藝指標的條盒內(nèi)，混入透明紙包裝部分，進而流入裝箱機，一旦進入卷煙消費市場，市場投訴反饋概率特別高。

1 條內(nèi)變形煙包檢測方案設(shè)計

1.1 文獻綜述

楊強等提出利用X 光以煙包三種運動形態(tài)構(gòu)建正面、側(cè)面、底面三維度圖像，準確的研判小包內(nèi)部形態(tài)，能識別出煙包內(nèi)部的爛鋁箔紙、掛爛煙支、煙包擠壓變形等，相對于利用外觀成像檢測技術(shù)，煙包內(nèi)部缺陷檢測的準確度與效率較高，但是X 射線束的散射范圍、X 射線泄露、檢測精密度無法得到保證[2]，無法在卷煙工業(yè)大規(guī)模推廣應(yīng)用。陳海需等人提出利用歐姆龍接近開關(guān)與可編程控制器配合對煙包內(nèi)的鋁箔紙進行檢測，利用接近開關(guān)輸出低電平持續(xù)長短判斷煙包是否變形、鋁箔紙破損、鋁箔紙缺失等缺陷煙包，雖然準確率達100%，但是需要8 個接近開關(guān)，其對煙條內(nèi)部的煙包檢測需要安裝更多的傳感器[3]。龐艷紅提出在小盒成型倉上下檢測板分布安裝20 個光電管，對缺包的煙條檢測準確率極高， 但是需要利用比較閥值與光電管與被檢測物的距離L 進行兩因子四水平的DOE實驗，需要最佳的參數(shù)組合，對于不同的品牌鋁箔紙表面質(zhì)量有所差異，可能誤檢率較大，調(diào)節(jié)耗時較大[4]。

1.2 剔除裝置設(shè)計

當變形檢測裝置識別出缺陷的煙條， 如何將其從輸送通道剔除， 減少調(diào)用包裝機設(shè)備停機程序提示操作工干預(yù)的頻次， 便于包裝機組操作人員及時對設(shè)備進行結(jié)構(gòu)調(diào)整、參數(shù)優(yōu)化、設(shè)備操作防差錯等。

1.2.1 外設(shè)剔除裝置

在輸出軌道入口有與轉(zhuǎn)塔II 推煙通道上方空隙處安裝漫反射光纖傳感器A， 同樣在輸出軌道的煙條輸出到煙條提升器的輸送通道， 偏離煙條輸出系統(tǒng)的帶有兩個輸出爪的滑動架運動最前端， 加一條煙的寬度10mm 處裝漫反射光纖傳感器B， 從檢測裝置到外設(shè)剔除口的煙條數(shù)是固定的， 當光纖傳感器A 檢測下方有煙條從轉(zhuǎn)塔II 被推煙桿推入到輸出軌道內(nèi)， 相應(yīng)的光纖傳感器B 也能檢測到煙條在輸出通道內(nèi)在其下面的輸送皮帶摩擦力下運動， 除非該煙條被人為從提升通道保持架內(nèi)取出或者被原機器剔除系統(tǒng)在輸出軌道末端被剔除到容納箱內(nèi)。 目前外設(shè)的剔除裝置主要有三種裝置在卷煙工業(yè)上普遍使用。①氣缸剔除裝置，根據(jù)橫向輸送通道皮帶運動速度，剔除口與距離光纖傳感器B 的距離，可以計算延時剔除時間t，剔除口設(shè)在橫向輸送通道一側(cè)擋板開設(shè)1.2×煙條寬度的開口槽， 另一側(cè)雙桿伸縮氣缸的推桿粘貼有緩沖層， 與橫向輸送通道擋板內(nèi)側(cè)保持平齊， 通過二位三通電磁閥控制氣缸推桿的往復(fù)運動， 氣缸的運動速度可以調(diào)節(jié)節(jié)流閥；②壓縮空氣剔除裝置，該剔除裝置與氣缸剔除裝置類似，只是將氣缸更換為噴氣嘴，利用空氣壓力作用在煙條端面，將其推出輸送通道；③氣動取樣剔除裝置，利用兩個氣缸驅(qū)動，其中一個氣缸垂直運動，另一個氣缸水平移動。垂直氣缸活塞桿底部安裝兩個吸盤，距離煙條最高處約60mm， 當需要將被標識的煙條剔除時候，活塞桿伸出，負壓管路電磁閥通電，吸盤蘑菇頭與煙條相距0.5mm，煙條被吸盤吸附，垂直氣缸活塞桿收縮，帶著煙條脫離橫向輸送通道，并與其他正常煙條不發(fā)生干涉， 水平氣缸活塞桿底部帶著垂直氣缸移動到容納箱上方，電磁閥切斷負壓空氣，空氣流入到吸盤內(nèi)部，在煙條自身重量作用下落入到容納箱內(nèi)，水平氣缸活塞桿收縮，恢復(fù)原始狀態(tài)， 等待下一次取樣剔除動作。 這種剔除裝置，相對于氣缸剔除或者壓縮空氣剔除，無需對輸送通道擋板進行開口設(shè)計，噪音相對比較小，但是安裝設(shè)備占用一定的空間，需要額外的控制程序編制與結(jié)構(gòu)連接設(shè)計。

1.2.2 原機剔除信號

FOCKE408 型條盒透明紙包裝機只有一個不合格煙條剔除口，在輸出軌道上設(shè)有煙條限位擋板，在按壓排除按鈕或者剔除信號后，限位擋板便由氣缸向下拖動，提升器被脫開， 轉(zhuǎn)塔II 排出的煙條將需要剔除的煙直接產(chǎn)品能從排出口排出，完成煙條的剔除。其中剔除信號主要有透明紙左右跑偏檢測、 透明紙接頭檢測、 拉線有無檢測等，如果借助現(xiàn)有的剔除裝置，只需要確定缺陷的煙條在折疊包裝的運動規(guī)律即可調(diào)用剔除程序， 在包裝機不用停機前提下， 并利用報警器提示操作人員有缺陷的煙條被剔除，避免與透明紙跑偏的煙條產(chǎn)生混淆。

外設(shè)剔除裝置控制系統(tǒng)與現(xiàn)有的FOCKE408 條外透明紙包裝機控制系統(tǒng)無關(guān)聯(lián)，需要對橫向通道擋板進行改造或者占用一定的安裝空間，影響現(xiàn)有設(shè)備外觀性。而借用原機剔除信號，不用借用兩個檢測信號邏輯關(guān)系判斷煙條的位置，可以高效連續(xù)的將其剔除，不用擔心容納箱空間是否足夠問題，除一個檢測與報警器外，無需其他零部件，因此從施行難度與控制精度上，選擇借用原機剔除信號。

1.3 檢測裝置設(shè)計

1.3.1 渦電流位移計與放大器檢測裝置

由于條盒中的煙包內(nèi)襯紙是鋁箔紙， 使煙包具有金屬特性，在FOCKE408 輸出軌道的上蓋板、輸出軌底部分布安裝10 個基恩士渦電流位移計EX-110V 并用放大器EX-VO2 配合，分別對應(yīng)著煙包的左側(cè)與右側(cè)，設(shè)定下止點模式，在煙條被轉(zhuǎn)塔II 輸出推桿推送一個位移過程中，利用煙條之間的間隔無鋁箔紙空缺設(shè)定觸發(fā)周期， 能實時采集輸出軌道下部的煙條間歇運動條內(nèi)煙包鋁箔紙高度變化，并在放大器實時顯示出具體的數(shù)字，同時也能對外輸出±5V 的模擬電壓，如果利用PLC 對20 個模擬輸入數(shù)據(jù)設(shè)定標準值， 外聯(lián)FOCKE408 條外透明紙包裝機剔除程序，并引發(fā)報警程序，操作人員能及時在對該條煙進行質(zhì)量檢驗，這種控制檢測方式準確率極高，可以測出煙包輕微的變形，能最大限度保證條內(nèi)煙包的外觀尺寸，但是一個基恩士渦電流位移計需要一個放大器進行配合使用，相應(yīng)的該套檢測裝置成本較高，適合應(yīng)用在高端卷煙產(chǎn)品生產(chǎn)線或者若干包裝機組經(jīng)過煙條提升器匯合某個裝箱機段進行最后煙條內(nèi)部煙包外觀質(zhì)量檢測， 并借助壓縮空氣噴頭進行剔除。

1.3.2 彩色激光同軸位移探頭與PLC 檢測裝置

由于彩色激光同軸位移探頭對物體表面高度變化十分敏感，檢測精度可以達到0.01mm，需要安裝在2×5 煙包與條盒紙進入轉(zhuǎn)塔I 前，否者由于條盒紙阻擋無法對煙包表面進行檢測，進而判斷煙包是否變形。 由于FOCKE408入機單元結(jié)構(gòu)為上下皮帶驅(qū)動并且安裝10 個光電檢測，條盒折疊系統(tǒng)的預(yù)折疊套口與活動折疊套口結(jié)構(gòu)也十分緊湊，無安裝空間，只能安裝在煙包美容器出口。

該套檢測剔除裝置由彩色激光同軸位移探頭、 中繼單元、增設(shè)單元、彩色激光同軸位移探頭控制器、漫反射光纖傳感器、蜂鳴器、緊固螺母、控制器、安裝座組成。 其中安裝座為U 型結(jié)構(gòu)， 兩端分別焊接在煙包美容器出口末端倒數(shù)第三工位中間的上部與下部， 上部距離煙包表面距離為10mm，安裝座上部開設(shè)兩個M8 螺紋孔，螺紋孔中心距離煙包底部或頂部的距離為5mm， 彩色激光同軸位移探頭與安裝座螺紋孔進行螺紋配合， 并用緊固螺母進行固定探頭相對煙包頂部的位置為5.5mm， 美容器上部兩個彩色激光同軸位移探頭A、B 輸出端接入中繼單元A， 美容器下部彩色激光同軸位移探頭C、D 輸出端接入中繼單元B，中繼單元A、B 輸出端接入增設(shè)單元，增設(shè)單元輸出接入彩色激光同軸位移控制器， 將彩色激光同軸位移探頭檢測范圍內(nèi)的光強相位差轉(zhuǎn)為具體數(shù)字，并將相關(guān)數(shù)據(jù)與控制器進行連接， 四個探頭信號檢測的數(shù)據(jù)如果偏差2mm，則煙包出現(xiàn)變形，由于無法根據(jù)通道的煙包數(shù)量計算缺陷煙包在那條煙條內(nèi)， 因此只能調(diào)用FOCKE401 小盒透明紙包裝機輸出軌道堵塞停機信號，提示操作人員進行檢驗，這種檢測識別裝置，能更好的檢測由上游設(shè)備產(chǎn)生的變形煙包流入到FOCKE408 條盒透明紙包裝機，但是無法對下游設(shè)備進行最后的檢測，需要FOCKE401 小盒透明紙包裝機停機進行變形煙包的檢測，無疑增加設(shè)備停機率與待機時間，同時整套相關(guān)設(shè)備價格比較高。

1.3.3 接近開關(guān)與PLC 檢測裝置

利用電感式傳感器檢測煙包的金屬特性， 若條盒內(nèi)缺少煙包或者爛鋁箔紙， 接近開關(guān)檢測不到金屬特性曲線或者曲線突然降低，因此在輸出軌道的上蓋板、輸出軌底部分布安裝10 個電感是接近開關(guān)，為避免傳感器之間的相互干擾， 分別錯位對應(yīng)著煙包的左側(cè)上部與右側(cè)下部，保持檢測探頭對煙包端面內(nèi)鋁箔紙0.8mm 的變化量，當左側(cè)10 個檢測信息經(jīng)過PLC 內(nèi)部程序的程序處理，當某個高電平信號突然轉(zhuǎn)為低電平信號， 不能與其他組內(nèi)信號保持同步， 利用在輸出軌道入口偏離第一工位煙條的對射光光纖傳感器，其安裝高度大于推桿的運行范圍，進行煙條移動位置檢測， 當有煙條被轉(zhuǎn)塔II 輸出推桿推出，PLC 內(nèi)部計數(shù)器加1，無煙條被推出時，計數(shù)器保持不變，直到左側(cè)被剔除的煙條能真正移動3 個工位，右側(cè)10個檢測信息標識的剔除的煙條移動2 個工位， 在有新的煙條進入輸出軌道時， 而缺陷的煙條即將進入煙條輸出系統(tǒng)提升堆積保持架上時候，調(diào)用原機剔除系統(tǒng)，將缺陷的煙條進行剔除落在容納箱內(nèi)， 并進行蜂鳴器報警20s，提示操作人員進行該煙條的自檢。 可以提前按FOCKE408復(fù)位按鈕進行消除報警信號。

電感式接近接近開關(guān)與PLC 檢測裝置相對渦電流位移計與放大器檢測裝置、 彩色激光同軸位移探頭與PLC檢測裝置，檢測識別率略低，但是整套成本低廉，無需采購特定檢測原件， 整個設(shè)備安裝調(diào)試可有車間技術(shù)人員完成，無法廠家的技術(shù)指導(dǎo)。

圖1 傳感器安裝結(jié)構(gòu)示意圖

2 結(jié)束語

在硬包9 進行模擬實驗時，對煙包變形識別率為98.5%， 對缺包識別剔除率為100%， 在設(shè)備實際運行過程中， 共剔除缺包煙條56次，煙包側(cè)面變形3 次（儲煙柜煙包被推出時候被擠到、FOCKE401 入口推包桿錯位、FOCKE408 入口堵塞） 誤剔1 次。 由于整套檢測成本較低，能及時提示操作人員對設(shè)備進行調(diào)整與維修，避免偶發(fā)性變形煙包流出包裝機組，流入成品庫，如果再想提高檢測識別率，可以采用渦電流位移計與放大器檢測裝置。