濾棒中線膠檢測裝置的研制

摘 要：文章研制一種濾棒中線膠檢測裝置。在卷煙生產(chǎn)過程中，由于濾棒中線膠缺失，致使生產(chǎn)出來的煙支出現(xiàn)掉嘴和漏氣現(xiàn)象，影響了卷煙生產(chǎn)質(zhì)量。目前成型機沒有中線膠檢測裝置，國外也沒有類似的產(chǎn)品。為此，我們研發(fā)了先進的濾棒中線膠在線監(jiān)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：在線監(jiān)控；中線膠；電容傳感器

引言

成型機在線中線膠自動檢測與控制目前還是空白，操作工對濾棒中線膠只能采取離線的方式自檢，檢測結(jié)果與過程控制相對脫節(jié)。無中線膠的濾棒進行卷接時就會出現(xiàn)掉嘴或漏氣的現(xiàn)象，將直接影響卷煙的生產(chǎn)質(zhì)量和效率。伴隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的靠人工自檢的控制方式已經(jīng)和日益提高的工藝要求嚴(yán)重脫節(jié)，所以，研究和開發(fā)濾棒中線膠在線測量控制裝置有著很大的必要性和重要性。

1 國內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀

目前所有濾棒成型機均沒有中線膠檢測裝置，國外也沒有類似的產(chǎn)品。據(jù)調(diào)研，現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)有對中線膠檢測的理論研究，采用的是視覺檢測技術(shù)，采用視覺檢測方式在試用過程中，經(jīng)常受灰塵污染，及視覺分辨率原因造成誤檢誤報率較高，沒被實際應(yīng)用。還有采用光學(xué)器件對中線膠的有無進行檢測，也因光學(xué)對環(huán)境要求很高，不容易實現(xiàn)檢測的準(zhǔn)確性而沒被實際應(yīng)用。

近年來，電容用于密度檢測技術(shù)已經(jīng)比較成熟，并得到了廣泛的應(yīng)用。我們利用電容傳感器技術(shù)檢測中線膠的有無。采取測量成型紙密度的方法，當(dāng)被測量的盤紙帶上沒有膠或者有膠時電容傳感器的介質(zhì)ε發(fā)生變化，電容量也隨之而變，從而完成了由被測膠量到電容量的轉(zhuǎn)換。電容傳感器電容發(fā)生變化從導(dǎo)致高頻振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化。經(jīng)過鎖相環(huán)電路，將頻率的變化轉(zhuǎn)換為電壓振幅的變化，經(jīng)過放大器處理。就可以測量出紙帶上的含膠量。經(jīng)過ARM的智能判斷出紙帶上有膠和無膠。進而可以發(fā)出不同的控制信號，滿足檢測要求。

2 檢測探頭的研制

2.1 中線膠檢測方案要求

中線膠有無檢測穩(wěn)定可靠；檢測迅速靈敏；適應(yīng)機組環(huán)境，不受灰塵油污等工作環(huán)境因素影響檢測；安裝體積小，安裝尺寸不破壞原機結(jié)構(gòu)。

2.2 確定檢測方案

根據(jù)中線膠的物理特性，結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)狀，選擇一種適合于在線實時檢測中線膠的檢測方法，分析對比各種檢測手段，選定一種最佳的檢測方式。我們對理論上可行的技術(shù)方案進行了篩選比較。

2.2.1 CCD視覺傳感器檢測方案。近年來，機器視覺作為一種有效的測量手段也已經(jīng)運用到實際的工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。通過成像技術(shù)，判定在成型紙上有無中線膠，理論上是可行的，然而由于中線膠和紙張的白度極為接近，采用機器視覺檢測，必然要選定一種高分辨率的工業(yè)相機。通過查閱工業(yè)相機資料，高分辨率工業(yè)相機一般鏡頭體積較大，不適合于在狹小空間安裝。且分辨率越高，對外界輔助光源的要求也越高，抗灰塵污染能力越弱。

2.2.2 光電傳感器檢測方案。選定一種線光源傳感器，用于中線膠的檢測可以應(yīng)用于檢測目標(biāo)和背景之間的灰度差別。

該傳感器體積較小，而且都是運用在目標(biāo)與背景有明顯區(qū)別的應(yīng)用場合，對于膠線和紙張這種灰度不明顯的邊沿，通過查閱資料及廠家咨詢，這種細微的差別只能在光線良好并且在靜態(tài)的情況下傳感器才能識別。檢測精度低，對膠線有無判定不明顯。

2.2.3 電容傳感器檢測方案。近年來，電容用于密度檢測技術(shù)已經(jīng)比較成熟，并得到了廣泛的應(yīng)用。比如PROTOS卷煙機測量煙絲水分用的就是電容傳感器，煙支空頭檢測器也用的是電容傳感器技術(shù)。電容式傳感器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，靈敏度高，零磁滯，真空兼容，過載能力強，動態(tài)響應(yīng)特性好，對高溫、輻射、強振等惡劣條件的適應(yīng)性強等。優(yōu)點：檢測精度高，價格低，抗污染，體積小。缺點：設(shè)計復(fù)雜，信號易受干擾。

2.2.4 檢測方案的確定。通過上述幾種檢測方式的比較分析，我們決定采取測量成型紙密度的方法，利用電容傳感器技術(shù)檢測中線膠的有無，并形成最佳技術(shù)方案。

3 檢測探頭設(shè)計與制作

3.1 檢測探頭的工作原理

3.2 設(shè)計思路及參數(shù)

由于成型紙從上膠到成型，中間有加熱板，留給探頭安裝的空間非常狹小。檢測探頭選用平板式電容傳感器。

參數(shù)指標(biāo)：

輸入電壓：DC24v

檢測速度：≤2ms/次。

檢測精度：≥5mm。

輸出方式：模擬量輸出

工作溫度：-20℃～70℃

3.3 電路板、機械支架機殼制作

4 主控制器的研制

4.1 控制器設(shè)計

采用PHILPS公司高速32位ARM微處理器，內(nèi)核采用馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，具有高性能和低功耗的特性。檢測器探頭傳輸過來的模擬信號經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，換算出成型紙上膠量值。經(jīng)過處理器的智能判斷，并輸出相應(yīng)的控制信號。

4.2 控制模式、電路圖設(shè)計

控制器電路采用模塊化設(shè)計，電源、數(shù)字信號、模擬信號處理、相互隔離，互不干擾。性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長。

4.3 電路板、機械支架機殼制作

5 樣機上機調(diào)試

2014年5月22日安裝在3#成型機組上試運行。驗證時，人為堵住膠槍，制造無膠現(xiàn)象，無膠濾棒立即被剔除。查看剔除之前之后進入裝盤機的濾棒，均為合格濾棒。剔除準(zhǔn)確率100%，達到設(shè)置剔除支數(shù)（300支）停機。

6 項目創(chuàng)新點

設(shè)計出采用電容式傳感器測量介質(zhì)密度的方法應(yīng)用于濾棒中線膠在線檢測，該應(yīng)用目前在國內(nèi)屬于首創(chuàng)。傳感器內(nèi)部電路采用相關(guān)雙采樣，消除了傳感器因環(huán)境污染所造成的影響，實現(xiàn)了檢測探頭的免維護。

7 結(jié)束語

隨著單片機技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機價格不斷降低，而功能越來越強。其靈活方便，可控性好的特點非常適合對一些小型設(shè)備進行升級改造，在一些大型設(shè)備上可以作為PLC應(yīng)用的補充，實現(xiàn)一些局部的智能化應(yīng)用。電容用于檢測密度技術(shù)目前比較成熟，并在卷煙行業(yè)有著眾多成功的案例。

參考文獻

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