摘 要：封箱機(jī)作為產(chǎn)品包裝的重要設(shè)備之一，其性能的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)包裝生產(chǎn)線的運(yùn)行效果。該文設(shè)計(jì)一種封箱機(jī)條缺包在線檢測(cè)裝置，并對(duì)其性能進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)的研究分析，提出基于多點(diǎn)位傳感器融合的檢測(cè)方案。詳細(xì)闡述檢測(cè)裝置的硬件組成、程序設(shè)計(jì)以及工作流程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置能夠準(zhǔn)確、快速地檢測(cè)出封箱機(jī)中的條缺包問(wèn)題，顯著提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率。

關(guān)鍵詞：FK465型;封箱機(jī);條缺包;在線檢測(cè);傳感器

中圖分類號(hào)：TS43 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）34-0115-04

Abstract： As one of the important equipment for product packaging， the performance of the box sealing machine directly affects the operation effect of the entire packaging production line. In this paper， an online detection device for strip missing in box sealing machines is designed and its performance is verified. Through the research and analysis of existing detection technologies， a detection scheme based on multi-point sensor fusion is proposed. The hardware composition， program design and work flow of the testing device are described in detail. Experimental results show that the device can accurately and quickly detect the problem of missing strips in the box sealing machine， significantly improving the production quality and efficiency.

Keywords： FK465; box sealing machine; strip missing package; online detection; sensor

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，封箱機(jī)的應(yīng)用日益廣泛。然而，在封箱過(guò)程中，由于各種原因可能會(huì)出現(xiàn)條缺包的情況，即包裝箱內(nèi)缺少規(guī)定數(shù)量的產(chǎn)品條或包裝不完整。條缺包不僅會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品數(shù)量不符，影響企業(yè)的銷售和信譽(yù)，還可能引發(fā)客戶投訴，增加售后成本。同時(shí)，未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)的條缺包產(chǎn)品流入市場(chǎng)，可能違反相關(guān)質(zhì)量法規(guī)，使企業(yè)面臨法律風(fēng)險(xiǎn)。因此，解決封箱機(jī)條缺包問(wèn)題至關(guān)重要。

1 存在的問(wèn)題

在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，煙包在包裝機(jī)條盒包裝前，由煙包整理機(jī)構(gòu)將10包煙包整理成2排疊加的狀態(tài)，再由推桿從煙包側(cè)面推送到條盒商標(biāo)紙的折疊機(jī)構(gòu)中，在推桿從煙包側(cè)面推送過(guò)程中，若下層煙包缺包，上層煙包會(huì)掉落到下層煙包缺包的位置，而上層煙包缺包，后續(xù)無(wú)法補(bǔ)充缺失的煙包，缺包的煙條一旦流入市場(chǎng)，既損害了消費(fèi)者利益，又給卷煙企業(yè)形象造成不利影響。傳統(tǒng)卷煙企業(yè)很少在產(chǎn)品出廠前的最后一道關(guān)卡封箱機(jī)區(qū)域設(shè)置煙條缺包檢測(cè)裝置，卷煙產(chǎn)品的質(zhì)量得不到保障，還會(huì)對(duì)企業(yè)形象造成極大影響，存在質(zhì)量安全隱患。

在現(xiàn)有的煙條缺包識(shí)別裝置中，如申請(qǐng)?zhí)枮镃N201921991745.3的中國(guó)實(shí)用新型專利公開(kāi)了一種復(fù)合式缺包檢測(cè)裝置，包括上蓋板、下蓋板、真空發(fā)生器、左側(cè)板和右側(cè)板，其中，上蓋板、下蓋板上分別對(duì)應(yīng)固定安裝有數(shù)個(gè)光電傳感器A、數(shù)個(gè)光電傳感器B。光電傳感器A、光電傳感器B對(duì)煙包的存在進(jìn)行一對(duì)一線性檢測(cè)，若出現(xiàn)缺包的情況，無(wú)論缺包位置在任何一處，且缺包位置旁的煙包怎樣放置，都將被光電傳感器A、光電傳感器B檢測(cè)，而后在真空發(fā)生器的作用下，進(jìn)行二次檢測(cè)。但該裝置針對(duì)包裝完成的煙條還存在以下缺陷：①該裝置是使用在條盒商標(biāo)紙折疊之前，煙包未裝入條盒，而下蓋板為固定板，煙包進(jìn)入需要推桿推送，該裝置不適用于包裝機(jī)與封箱機(jī)之間的快速輸送通道;②光電傳感器一對(duì)一檢測(cè)存在如圖1所示的缺陷，當(dāng)煙條缺包時(shí)，若缺包位旁的煙包在輸送途中轉(zhuǎn)動(dòng)了方向，煙包橫向擋住了2個(gè)光電傳感器，則該光電傳感器可能會(huì)將該缺包煙條檢測(cè)為合格煙條，從而使缺包煙條流入市場(chǎng)，損害消費(fèi)者利益，又給卷煙企業(yè)形象造成不利影響。

2 原因分析

目前，針對(duì)封箱機(jī)條缺包的檢測(cè)方法主要有人工檢測(cè)、稱重檢測(cè)和機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)等。

人工檢測(cè)是最傳統(tǒng)的方法，但其檢測(cè)效率低、準(zhǔn)確性差，且容易受到人為因素的影響。

稱重檢測(cè)通過(guò)比較包裝箱的實(shí)際重量與預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)重量來(lái)判斷是否存在條缺包問(wèn)題。然而，這種方法對(duì)于重量差異較小的條缺包情況難以準(zhǔn)確檢測(cè)，并且容易受到包裝材料重量變化的干擾。

機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)是一種基于圖像處理技術(shù)的非接觸式檢測(cè)方法，具有檢測(cè)速度快、準(zhǔn)確性高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但單一的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)在復(fù)雜環(huán)境下可能會(huì)出現(xiàn)誤檢和漏檢的情況。

3 改進(jìn)措施

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)的不足和存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種FK465型封箱機(jī)煙條缺包識(shí)別剔除裝置，如圖2所示，包括安裝于封箱機(jī)的條煙輸出通道上方的支架，支架上設(shè)置有2排光電傳感器，每排5個(gè)，2排光電傳感器排列方向與條煙輸出通道輸送方向相垂直，且2排光電傳感器錯(cuò)位設(shè)置，檢測(cè)方向豎直向下;支架下游的條煙輸出通道上安裝有用于剔除缺包煙條的剔除裝置，條煙輸出通道一側(cè)設(shè)置有控制器，控制器與10個(gè)光電傳感器和剔除裝置電性連接。每2個(gè)光電傳感器檢測(cè)一個(gè)煙包的對(duì)角位置，當(dāng)煙條缺包時(shí)，即使缺包位置旁的煙包轉(zhuǎn)動(dòng)方向、晃動(dòng)，煙包不管是處于什么角度也無(wú)法覆蓋全部光電傳感器的檢測(cè)范圍，第一光電傳感器和第二光電傳感器能準(zhǔn)確檢測(cè)出煙條是否缺包，檢測(cè)精度高。傳感器結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

3.2 電路設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)的基于傳感器的封箱機(jī)條缺包在線檢測(cè)裝置。該裝置主要由傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和報(bào)警輸出模塊組成。

光電傳感器模塊通過(guò)發(fā)射光束到物體表面，然后接收反彈回來(lái)的光信號(hào)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，形成輸出，通過(guò)檢測(cè)金屬鋁紙檢測(cè)缺包信息。數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，通過(guò)融合傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)條缺包的準(zhǔn)確檢測(cè)。報(bào)警輸出模塊在檢測(cè)到條缺包問(wèn)題時(shí)，及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并將相關(guān)信息反饋給封箱機(jī)控制系統(tǒng)，以便剔除不合格產(chǎn)品。

4 條缺包檢測(cè)剔除裝置工作流程

通過(guò)條煙輸出通道6兩側(cè)的煙條導(dǎo)向桿61定位煙條5的位置，通過(guò)安裝在條煙輸出通道6上方的上支架1和安裝在條煙輸出通道6下方的下支架7支撐固定第一光電傳感器2和第二光電傳感器8，上支架1和下支架7結(jié)構(gòu)相同，均通過(guò)支撐板111上的第一腰型槽調(diào)節(jié)檢測(cè)高度，通過(guò)安裝板112上的第二腰形槽調(diào)節(jié)橫向檢測(cè)位置;本裝置通過(guò)10個(gè)第一光電傳感器2檢測(cè)煙條5內(nèi)的上層煙包51，通過(guò)10個(gè)第二光電傳感器8檢測(cè)煙條5內(nèi)的下層煙包51，每2個(gè)第一光電傳感器2檢測(cè)一個(gè)上層煙包51的對(duì)角位置，每2個(gè)第二光電傳感器8檢測(cè)一個(gè)下層煙包51對(duì)角位置。

第一光電傳感器2和第二光電傳感器8為發(fā)射器和接收器同體的傳感器，發(fā)射器發(fā)射紅外光束信號(hào)，紅外光依次穿透非金屬材料的煙條5塑封塑料、煙條5條盒商標(biāo)紙和煙包51商標(biāo)紙后，經(jīng)包裝煙支的金屬材料鋁箔紙反射，由第一光電傳感器2和第二光電傳感器8的接收器接收鋁箔紙反射的紅外光束信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳輸?shù)娇刂破??？刂破?根據(jù)第一光電傳感器2和第二光電傳感器8反饋的信號(hào)判斷煙條5是否缺包。

煙條5在條煙輸出通道6輸送過(guò)程中，當(dāng)其中的1個(gè)第一光電傳感器2被煙包51觸發(fā)后，在第一光電傳感器2被煙包51觸發(fā)的時(shí)間內(nèi)，其他9個(gè)第一光電傳感器2需同時(shí)感應(yīng)到煙包51，即10個(gè)第一光電傳感器2需同時(shí)被煙包51觸發(fā)，控制器4判定煙條5無(wú)缺包，否則判定為煙條5缺包;下支架7上10個(gè)第二光電傳感器8的檢測(cè)方式同理，當(dāng)其中的1個(gè)第二光電傳感器8被煙包51觸發(fā)后，在第二光電傳感器8被煙包51觸發(fā)的時(shí)間內(nèi)，其他9個(gè)第二光電傳感器8需同時(shí)感應(yīng)到煙包51，即10個(gè)第二光電傳感器8需同時(shí)被煙包51觸發(fā)，控制器4判定煙條5無(wú)缺包，否則判定為煙條5缺包;當(dāng)控制器4判定煙條5缺包時(shí)，控制器4控制剔除裝置3上的推出器推出，將缺包煙條5從條煙輸出通道6側(cè)面快速推出，剔除缺包煙條5。結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

5 效果驗(yàn)證

為了驗(yàn)證封箱機(jī)條缺包在線檢測(cè)裝置的性能，進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。

5.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

選取不同規(guī)格、不同封箱機(jī)機(jī)型產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中進(jìn)行，確保檢測(cè)裝置能夠適應(yīng)真實(shí)的工作條件。

5.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

改進(jìn)后車間選取2臺(tái)（1#、3#機(jī)臺(tái)）封箱機(jī)設(shè)備進(jìn)行條煙缺包統(tǒng)計(jì)，連續(xù)統(tǒng)計(jì)3個(gè)月，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該檢測(cè)裝置具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，能夠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，在不同工作條件下均能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出封箱機(jī)中的條缺包問(wèn)題，實(shí)用性強(qiáng)，3個(gè)月在1#和3# 2臺(tái)封箱機(jī)上共產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益2.4萬(wàn)元，推廣價(jià)值高，已在卷包車間6臺(tái)封箱機(jī)上進(jìn)行推廣應(yīng)用。在不改變?cè)瓩C(jī)運(yùn)行方式的前提下，有效避免條煙進(jìn)入煙箱時(shí)由于位置偏移造成的條缺包現(xiàn)象，提高了設(shè)備生產(chǎn)效率，降低了產(chǎn)品的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的封箱機(jī)條缺包在線檢測(cè)裝置，結(jié)合了傳感器融合技術(shù)，能夠有效地解決封箱過(guò)程中條缺包的檢測(cè)問(wèn)題。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該裝置具有檢測(cè)準(zhǔn)確率高、速度快、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠顯著提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。在未來(lái)的研究中，可以進(jìn)一步優(yōu)化檢測(cè)程序，提高裝置的適應(yīng)性和智能化水平，以滿足更加復(fù)雜的生產(chǎn)需求。

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第一作者簡(jiǎn)介：陳可可（1994-），男，助理工程師。研究方向?yàn)楦咚俜庀錂C(jī)械。