潘江逸

（廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司梅州卷煙廠，廣東 梅州 514011）

0 引言

YP18D柔性裝封箱機(jī)是YP18型裝封箱機(jī)的升級(jí)換代產(chǎn)品，其裝封箱技術(shù)可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)封裝多個(gè)品規(guī)條煙，該裝封箱機(jī)更有利于箱坯的循環(huán)利用，占地面積小，性價(jià)比高，可對(duì)接上8道、下8道共16道輸送線，分組可選，可同時(shí)封裝常規(guī)煙、細(xì)支煙及中支煙，可同時(shí)運(yùn)行3個(gè)規(guī)格品牌，可實(shí)時(shí)粘貼3種品牌膠帶。

1 防差錯(cuò)工序概述

傳統(tǒng)的單牌號(hào)裝封箱機(jī)的防差錯(cuò)工序主要是通過(guò)掃描煙箱上的條形碼來(lái)判斷煙箱真?zhèn)?，在條煙裝入紙箱之前對(duì)紙箱真?zhèn)芜M(jìn)行判斷及在人機(jī)界面上輸入條碼數(shù)據(jù)，掃描回來(lái)的條碼數(shù)據(jù)與人機(jī)界面的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如果不一致，則停機(jī)報(bào)警，并在人機(jī)界面顯示故障所在[1]。

柔性裝封箱機(jī)因其可實(shí)現(xiàn)多品規(guī)裝封箱的特殊性，其防差錯(cuò)工序較單牌號(hào)裝封箱機(jī)更加復(fù)雜。條煙輸送系統(tǒng)將6道條煙輸送至YP18D裝封箱機(jī)的6道橫向輸入部分后，在輸入通道設(shè)置條煙視覺(jué)外觀檢測(cè)，條煙經(jīng)視覺(jué)外觀檢測(cè)后所識(shí)別的條煙牌號(hào)與設(shè)定卷煙牌號(hào)進(jìn)行比對(duì)，牌號(hào)有誤的條煙將在剔除工位自動(dòng)剔除。合格條煙經(jīng)輸入通道進(jìn)入柔性裝封箱機(jī)獨(dú)立堆垛，由推手將煙垛送入煙垛移載機(jī)器人內(nèi)，再由煙垛移載機(jī)器人將50條垛煙分別送至裝箱工位，此工位需設(shè)置成像式箱煙缺條檢測(cè)裝置，不滿50條的煙垛將在此工位被檢測(cè)出來(lái)并拍照存儲(chǔ)缺陷圖片，不合格煙垛將在后續(xù)剔除工位剔除。

在使用通用循環(huán)紙箱的情況下，循環(huán)紙箱上無(wú)任何卷煙牌號(hào)信息，需通過(guò)品牌碼貼碼機(jī)將預(yù)印刷好的品牌碼貼在紙箱規(guī)定位置。為保證后續(xù)工序品牌識(shí)別準(zhǔn)確及實(shí)現(xiàn)防差錯(cuò)功能，品牌碼貼碼機(jī)應(yīng)優(yōu)先考慮安裝于紙箱料倉(cāng)至機(jī)器人抓取工位之間的工位，在機(jī)器人抓取紙箱前先將品牌碼貼在紙箱規(guī)定位置。

裝封箱后的件煙通過(guò)出口皮帶機(jī)輸送至一號(hào)工程打貼碼裝置或質(zhì)量追溯打貼碼裝置工位進(jìn)行打貼碼，在出口皮帶機(jī)上，應(yīng)設(shè)置防差錯(cuò)比對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行品牌碼及一號(hào)工程碼（質(zhì)量追溯碼）比對(duì)校驗(yàn)，經(jīng)校驗(yàn)無(wú)誤后的件煙方可進(jìn)入件煙匯流主線，如校驗(yàn)不通過(guò)，則將該件煙由剔除工位剔除。

2 條煙視覺(jué)外觀檢測(cè)裝置應(yīng)具備的相關(guān)指標(biāo)及功能

近年來(lái)，隨著煙草設(shè)備的不斷升級(jí)換代和技術(shù)改造，設(shè)備的自動(dòng)化水平得到了極大的提高，但對(duì)產(chǎn)品外觀品質(zhì)的把關(guān)依然采用落后的人工抽查的取樣方法。隨著視覺(jué)理論和光機(jī)電技術(shù)的發(fā)展，可以采用機(jī)器視覺(jué)的方法來(lái)檢測(cè)煙條的外觀品質(zhì)[2]。為匹配柔性裝封箱機(jī)額定速率及多品規(guī)的特點(diǎn)，所配置的條煙視覺(jué)外觀檢測(cè)裝置技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)具備的功能如下。

2.1 技術(shù)指標(biāo)

1）為保證條煙整體缺陷均能被檢測(cè)，條煙檢測(cè)面需配置對(duì)條煙6面進(jìn)行檢測(cè)的相機(jī)。

2）條煙檢測(cè)面均應(yīng)采用正視檢測(cè)方式，即成像的畫(huà)面是每個(gè)面的正面圖像。相機(jī)最高幀率不低于64 fps，分辨率不低于800×600，相機(jī)數(shù)據(jù)輸出方式采用千兆網(wǎng)線端口，相機(jī)鏡頭光圈調(diào)節(jié)范圍滿足F1.4C～F16C。

3）應(yīng)配置電機(jī)（翻轉(zhuǎn)）分離或加減速分離等分離裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送通道中條煙的有效分隔，滿足相鄰條煙分離的需求。

4）光源選型時(shí)應(yīng)選擇LED高亮度光源，可控制頻閃、分組曝光，使用壽命達(dá)2.5萬(wàn)h。

5）主機(jī)系統(tǒng)應(yīng)配置一體式工業(yè)計(jì)算機(jī)作為圖像處理平臺(tái)。

6）配置雙硬盤(pán)系統(tǒng)，其中固態(tài)硬盤(pán)與機(jī)械硬盤(pán)（固態(tài)硬盤(pán)）兩者的容量需結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求選定。

7）配置條煙剔除裝置，可對(duì)缺陷條煙實(shí)施自動(dòng)剔除。

8）每相機(jī)設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)/檢測(cè)窗口數(shù)量盡可能≥200個(gè)，以滿足多種缺陷檢測(cè)需求。

2.2 應(yīng)具備的功能

1）圖像采集：可以根據(jù)生產(chǎn)速度實(shí)時(shí)采集圖像，把剔除的煙包圖像存儲(chǔ)于硬盤(pán)內(nèi)。

2）圖像數(shù)據(jù)顯示：可以實(shí)時(shí)顯示采集的圖像和檢測(cè)數(shù)據(jù)。

3）缺陷條煙剔除：可以實(shí)時(shí)剔除存在包裝缺陷的條煙。

4）控制狀態(tài)監(jiān)視：可以顯示生產(chǎn)線檢測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和控制器運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)軟件靈活控制檢測(cè)及剔煙狀態(tài)。具有產(chǎn)量、剔除量的統(tǒng)計(jì)功能及不合格條煙檢測(cè)畫(huà)面的存儲(chǔ)查詢功能，能實(shí)時(shí)顯示采集的圖像和檢測(cè)數(shù)據(jù)。

3 成像式箱煙缺條檢測(cè)裝置的組成及要求

裝封箱機(jī)自動(dòng)裝箱是卷煙生產(chǎn)過(guò)程中一道重要的工序，在此過(guò)程中可能產(chǎn)生缺條故障，造成卷煙制品較為嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷。為此，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)采用不同的檢測(cè)原理，設(shè)計(jì)了多種缺條檢測(cè)裝置，用于保障煙箱產(chǎn)品質(zhì)量[3]。成像式箱煙缺條檢測(cè)是降低箱煙缺條率的重要保障手段，其主要組成及要求如下：

1）檢測(cè)裝置由控制器、檢測(cè)盒和數(shù)據(jù)模塊組成。

2）控制器主要包括時(shí)序控制板、工控機(jī)、光源控制板、工業(yè)觸摸顯示屏。檢測(cè)工位包括箱皮檢測(cè)工位、箱缺條檢測(cè)工位。

3）工控機(jī)內(nèi)存不應(yīng)低于16G，硬盤(pán)配置不低于128G SSD+2T SSD，內(nèi)置雙千兆網(wǎng)卡，以確保檢測(cè)裝置通信速率高、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，支持MES數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集集成。

4）配置的相機(jī)分辨率不應(yīng)低于130萬(wàn)像素，光學(xué)鏡頭分辨率不應(yīng)低于500萬(wàn)像素。

5）應(yīng)采用高亮LED光源+高精度恒流驅(qū)動(dòng)器，可變亮度的LED光源調(diào)節(jié)技術(shù)，可根據(jù)煙垛不同牌號(hào)配置最佳的照明亮度，且可通過(guò)上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)亮度的調(diào)節(jié)，對(duì)各種牌號(hào)的煙垛都具有良好的適應(yīng)性，具有PWM軟常亮方式，不爆閃。

6）每個(gè)牌號(hào)可設(shè)置檢測(cè)窗口不少于25個(gè)，存儲(chǔ)器可存儲(chǔ)不少于10個(gè)牌號(hào)的信息，可隨時(shí)根據(jù)需要選擇相應(yīng)牌號(hào)。

7）配置自診斷報(bào)警功能，可診斷軟件脫機(jī)未運(yùn)行、軟件打開(kāi)失敗、系統(tǒng)死機(jī)等故障并報(bào)警提示。

8）要實(shí)現(xiàn)完善的數(shù)據(jù)庫(kù)功能，可存儲(chǔ)并追溯歷史圖片，且每張圖片包含時(shí)間、停車(chē)原因等相關(guān)信息，并具備分班次統(tǒng)計(jì)功能。

4 品牌貼碼機(jī)工位設(shè)置的研究

因標(biāo)準(zhǔn)柔性裝封箱機(jī)未配置循環(huán)通用紙箱品牌碼在線貼標(biāo)設(shè)備以及貼標(biāo)工位，如需人工進(jìn)行貼碼將極大增加工人勞動(dòng)強(qiáng)度且效率低下。為實(shí)現(xiàn)循環(huán)通用紙箱品牌碼在線貼碼及解決不同牌號(hào)卷煙循環(huán)通用紙箱在柔性裝封箱機(jī)上使用在線貼碼技術(shù)的難題，同時(shí)為避免不同牌號(hào)卷煙紙箱、一號(hào)工程碼混用、錯(cuò)用等問(wèn)題，需對(duì)柔性裝封箱機(jī)的工藝流程及原有紙箱輸送部件進(jìn)行革新，以實(shí)現(xiàn)在柔性裝封箱機(jī)完成循環(huán)通用紙箱在線貼標(biāo)的目標(biāo)。

4.1 方案分析比較

方案1：在線貼標(biāo)工位選擇在煙箱出口支線。此方案是在煙箱出口支線增加循環(huán)通用紙箱品牌碼在線貼標(biāo)工位，以實(shí)現(xiàn)品牌碼在線貼標(biāo)的需求（圖1）。

圖1 煙箱出口支線工位

此方案優(yōu)劣論證如下：

1）在煙箱出口支線增加品牌碼在線貼標(biāo)工位，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)YP18D柔性裝封箱機(jī)主要機(jī)構(gòu)改動(dòng)小。

2）YP18D柔性裝封箱機(jī)為多品規(guī)柔性設(shè)備，可同時(shí)對(duì)三種牌號(hào)條煙裝封箱，相應(yīng)地，當(dāng)使用循環(huán)通用紙箱時(shí)，其品牌碼也為三個(gè)，而目前使用的品牌碼信息是預(yù)印刷方式而非在線打碼方式，為實(shí)現(xiàn)在線貼標(biāo)功能，需配置三臺(tái)貼標(biāo)設(shè)備。按照600 mm/臺(tái)的安裝尺寸計(jì)算，三臺(tái)貼標(biāo)設(shè)備安裝尺寸為1 800 mm，同時(shí)考慮一號(hào)工程打碼、防差錯(cuò)比對(duì)系統(tǒng)等設(shè)備的安裝位置，在3 000 mm的煙箱出口支線上安裝上述設(shè)備無(wú)法保證設(shè)備正常運(yùn)行。

3）存在牌號(hào)混用、錯(cuò)用的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前序工段出現(xiàn)異常時(shí)，無(wú)法直觀通過(guò)循環(huán)通用紙箱判別卷煙牌號(hào)信息以及確保品牌碼與一號(hào)工程碼正確匹配。

方案2：在線貼標(biāo)工位選擇在紙箱進(jìn)料位置。此方案是在紙箱從料倉(cāng)到待抓取工位的進(jìn)料過(guò)程中，設(shè)置一個(gè)品牌碼在線貼標(biāo)工位，以實(shí)現(xiàn)品牌碼在線貼標(biāo)的需求（圖2）。

圖2 紙箱進(jìn)料位置工位

此方案優(yōu)劣論證如下：

1）YP18D柔性裝封箱機(jī)配置的紙箱料倉(cāng)至紙箱待抓取工位無(wú)預(yù)留品牌碼在線貼標(biāo)工位，如要在紙箱進(jìn)料過(guò)程實(shí)現(xiàn)在線貼標(biāo)，需對(duì)進(jìn)料裝置進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)及改造。

2）此方案下三臺(tái)在線貼標(biāo)設(shè)備與三種品規(guī)紙箱一一對(duì)應(yīng)，無(wú)須通過(guò)復(fù)雜的邏輯判斷確定使用哪一牌號(hào)標(biāo)簽，標(biāo)簽錯(cuò)貼風(fēng)險(xiǎn)小。

3）循環(huán)通用紙箱在前序工段具備了明顯的“身份信息”，在機(jī)械手抓取紙箱時(shí)，可通過(guò)機(jī)械手上配置的視覺(jué)檢測(cè)裝置校驗(yàn)品牌信息；當(dāng)后序工段出現(xiàn)異常時(shí)，可直觀通過(guò)品牌碼識(shí)別卷煙牌號(hào)信息；同時(shí)，在煙箱出口支線可通過(guò)防差錯(cuò)比對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)品牌碼與一號(hào)工程碼的防差錯(cuò)校驗(yàn)。

通過(guò)對(duì)上述兩種方案的深入分析，從裝封箱工序合理性、產(chǎn)品防差錯(cuò)方面等綜合評(píng)估，方案二———將循環(huán)通用紙箱品牌碼在線貼標(biāo)工位選擇在紙箱進(jìn)料位置，在紙箱進(jìn)入機(jī)械手抓取紙箱工位前布置貼標(biāo)工位并完成貼標(biāo)工藝是較為理想的選擇。

4.2 具體實(shí)施方案

1）根據(jù)柔性裝封箱機(jī)料倉(cāng)配置情況布局兩到三組鏈條式自動(dòng)進(jìn)料裝置，配合中置機(jī)械手，對(duì)不同牌號(hào)紙箱進(jìn)行抓取。如配置三組自動(dòng)進(jìn)料裝置，則單工位及雙工位自動(dòng)進(jìn)料裝置分別布局于YP18D柔性裝封箱機(jī)兩側(cè)，整體尺寸需滿足機(jī)械手旋轉(zhuǎn)半徑范圍內(nèi)在紙箱抓取工位抓取紙箱。

2）在線貼標(biāo)機(jī)布局在每組鏈條式自動(dòng)進(jìn)料裝置的安裝工位上，負(fù)責(zé)為每組鏈條式自動(dòng)進(jìn)料裝置上輸送的循環(huán)通用紙箱提供貼標(biāo)功能。

3）當(dāng)循環(huán)通用紙箱由柔性裝封箱機(jī)煙箱料倉(cāng)輸送至在線貼碼工位時(shí)，觸發(fā)光電傳感器，由貼碼機(jī)給出信號(hào)指示煙箱輸送裝置停止輸送，此時(shí)貼碼機(jī)將預(yù)印刷好的品牌碼自動(dòng)粘貼到煙箱表面指定位置，貼碼完成后，貼碼機(jī)給出貼碼完成信號(hào)，指示紙箱輸送裝置將紙箱輸送至下一工位。

5 一號(hào)工程打貼碼防差錯(cuò)措施的研究

應(yīng)用一號(hào)工程碼技術(shù)，不僅能有效調(diào)控卷煙生產(chǎn)進(jìn)度，而且打通了工商企業(yè)之間的信息通道，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和工商信息的共享[4]。在柔性裝封箱機(jī)使用過(guò)程中，一號(hào)工程碼防差錯(cuò)是不容忽視的問(wèn)題，主要的防差錯(cuò)措施如下：

1）在柔性封箱機(jī)PLC操作界面先設(shè)置好品牌打一號(hào)工程碼或者是質(zhì)量追溯碼。煙箱從柔性封箱機(jī)出來(lái)，經(jīng)過(guò)推臂到輸送線上后，將煙箱推正靠邊，進(jìn)入一號(hào)工程貼標(biāo)工位，此時(shí)分兩種情況：

（1）需要一號(hào)工程打碼：觸發(fā)發(fā)碼光電，PLC發(fā)送對(duì)應(yīng)品牌信息給一號(hào)工程工控機(jī)，煙箱前行，依次觸發(fā)打印光電、貼標(biāo)光電、后掃描光電，至整個(gè)流程結(jié)束。

（2）不要一號(hào)工程打碼：觸發(fā)發(fā)碼光電，不發(fā)碼給一號(hào)工程工控機(jī)，只發(fā)給柔性小碼工控機(jī)，此時(shí)PLC控制兩個(gè)貼標(biāo)、后掃描光電電源關(guān)閉，打印光電獨(dú)立不由PLC控制，煙箱直接通過(guò)一號(hào)工程打碼工位。

重點(diǎn)在于煙箱分為兩種規(guī)格：標(biāo)準(zhǔn)煙箱和中支煙箱，尺寸高度不同導(dǎo)致氣缸貼標(biāo)行程有區(qū)別，所以選擇兩個(gè)光電來(lái)對(duì)應(yīng)不同規(guī)格煙箱。兩個(gè)貼標(biāo)光電分別對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)煙箱貼標(biāo)觸發(fā)和中支煙箱觸發(fā)。此處注意，兩個(gè)貼標(biāo)光電不能并到一起，來(lái)的是標(biāo)準(zhǔn)煙時(shí)只能關(guān)閉非常規(guī)煙貼標(biāo)觸發(fā)，相對(duì)應(yīng)地，來(lái)的是非常規(guī)煙時(shí)關(guān)閉標(biāo)準(zhǔn)煙觸發(fā)。

2）質(zhì)量追溯碼是柔性打碼，通過(guò)PLC發(fā)送數(shù)據(jù)和設(shè)定的品牌信息進(jìn)行比對(duì)。煙箱進(jìn)入質(zhì)量追溯碼工位，分兩種情況：

（1）PLC發(fā)送的數(shù)據(jù)A品牌與設(shè)定品牌A一致，則正常打碼后放行。

（2）PLC發(fā)送的數(shù)據(jù)不在設(shè)定品牌范圍內(nèi)，則不打碼放行。

重點(diǎn)在于煙箱分為兩種規(guī)格，標(biāo)準(zhǔn)煙箱和非標(biāo)準(zhǔn)煙箱，長(zhǎng)度不同，使用下降沿觸發(fā)。使用的標(biāo)簽為窄邊先出。小碼標(biāo)簽尺寸較小，允許的貼標(biāo)誤差較大，由一個(gè)貼標(biāo)光電來(lái)觸發(fā)。

3）進(jìn)入防差錯(cuò)比對(duì)系統(tǒng)：

（1）品牌碼與一號(hào)工程碼比對(duì)一致，則放行。

（2）品牌碼與一號(hào)工程碼比對(duì)不一致，則聲光報(bào)警，輸出異常信號(hào)給PLC，進(jìn)入剔除口。

4）設(shè)置剔除工位，兩碼比對(duì)系統(tǒng)異常的煙箱進(jìn)入剔除工位。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)識(shí)別柔性裝封箱機(jī)工藝流程潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)并提出對(duì)應(yīng)的解決措施，極大地降低了柔性裝封箱機(jī)潛在的產(chǎn)品錯(cuò)裝、混裝的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，為同類設(shè)備的用戶提供了可實(shí)施性高的防差錯(cuò)舉措，極具推廣使用價(jià)值。