GD包裝機(jī)光電缺盒檢測(cè)器設(shè)計(jì)

張軍　李小斌

【摘 要】針對(duì)GD包裝機(jī)在卷煙包裝過程中出現(xiàn)條盒遺漏、外觀變形、包裝材料改變導(dǎo)致檢測(cè)無效等缺陷，設(shè)計(jì)了一種光電式缺盒檢測(cè)器，該檢測(cè)器由控制器、上檢測(cè)板和下檢測(cè)板三部分組成，利用反射式紅外光電管的收發(fā)特性，發(fā)射管向煙包持續(xù)發(fā)出強(qiáng)度固定的紅外光，被煙包反射后在光電接收管中產(chǎn)生表征光電管和煙包之間距離的電流信號(hào)，將該信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)距離信號(hào)比較，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)香煙生產(chǎn)過程出現(xiàn)的內(nèi)在條盒遺漏、外觀變形等缺陷產(chǎn)品的檢測(cè)。實(shí)踐表明，缺盒檢測(cè)誤檢率<0.1%，缺盒檢測(cè)準(zhǔn)確度達(dá)100%。

【關(guān)鍵詞】GD包裝機(jī)；條盒；缺包；單片機(jī)

中圖分類號(hào)：TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）26-0020-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.007

Design of photoelectric lack-box detector for GD packer

ZHANG Jun1 LI Xiao-bin2

（1.Baoji cigarette factory， Baoji Shanxi 721000， China；

2.School of Electronics and Electric Engineering， Baoji University of Arts and Sciences， Baoji Shanxi 721016， China）

【Abstract】A new type of photoelectric lack-box detector is designed for the invalidity detection which is resulted from the missing of the strip box， the appearance deformation， and the change of the packaging material in the GD packaging machine. It consists of three parts， controller，top-plate and under-plate.The transceiver features of reflective infrared photocells are used here.The infrared emitter tube sends fixed light signal to the box and the light signal is reflected by the box. The reflected light signal is detected by the receiver and the signal is changed into current signal which is influenced by the distance between the phototube and the box.By comparing the current signal with the standard signal，the detector can detect the faulty products of the missing of the strip box， the appearance deformation，and the like.Practice shows that the lack of box detection error rate is less than 0.1%， and the detecting accuracy for the lack of box is as high as 100%.

【Key words】GD packing machine； Box； Pack missing； MCU

0 引言

當(dāng)前國內(nèi)大多數(shù)卷煙企業(yè)使用的包裝機(jī)是意大利生產(chǎn)的 GDX1/GDX2，這種包裝機(jī)對(duì)缺煙條包的檢測(cè)方式是采用五個(gè)電容傳感器作為檢測(cè)探頭，對(duì)包裝完條皮紙后的條包進(jìn)行檢測(cè)。其原理是利用電容傳感器對(duì)金屬物質(zhì)特別敏感的特性，通過檢測(cè)條包內(nèi)相應(yīng)位置小包的內(nèi)襯鋁箔來判斷產(chǎn)品是否合格。近年來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，包裝材料也在不斷的改變，尤其是出現(xiàn)了環(huán)保型不帶鋁箔的內(nèi)襯紙及含有金屬成分的條皮紙后，這種檢測(cè)方式已經(jīng)失去了效用。另一方面卷煙包裝機(jī)安裝有小盒外觀成像、條裝缺盒等在線質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，有效提升了質(zhì)量保障能力。但對(duì)小盒擠壞、變形還沒有較好的檢測(cè)裝置，若自檢未能發(fā)現(xiàn)，流入市場(chǎng)，會(huì)損害消費(fèi)者利益[1]。

針對(duì)這種情況，為了更好的保證產(chǎn)品質(zhì)量，在原GD包裝機(jī)型設(shè)計(jì)加裝一種新型的條包檢測(cè)器-光電式條包缺包檢測(cè)器，從根本上解決條包確保問題[2]。該檢測(cè)器的設(shè)計(jì)思想是：利用原車框形予折疊器（成型倉）的結(jié)構(gòu)，重新加工框形予折疊器的上下蓋板，并在上下蓋板中各植入一組帶有微處理器的檢測(cè)板，以20支紅外光電管作為檢測(cè)探頭，根據(jù)光電管因反射光強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生不同電流的原理，來實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目的[1]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

GD包裝機(jī)光電缺盒檢測(cè)系統(tǒng)由四個(gè)模塊構(gòu)成，如圖1所示[3]?？刂菩酒捎肁D89C52單片機(jī)，光電檢測(cè)模塊將煙包表面反射回來的光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)，該電流信號(hào)調(diào)理后經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊后輸入單片機(jī)，單片機(jī)通依據(jù)對(duì)電流信號(hào)的大小即可判斷條包中有無缺包。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 光電檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

檢測(cè)器由三部分組成，分別是上檢測(cè)板、下檢測(cè)板和控制器。其中上下檢測(cè)板是根據(jù)原車框形予折疊器上下蓋板加工而成，并在其內(nèi)部植入檢測(cè)板，主要起檢測(cè)作用；控制器負(fù)責(zé)對(duì)上下檢測(cè)板的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一處理并對(duì)上下檢測(cè)板的檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

其具體檢測(cè)電路示意圖如圖2所示，光電檢測(cè)模塊選用常見的ST188光電式傳感器，它自身集成了一個(gè)紅外發(fā)射管和紅外接收管，相當(dāng)于自身既是發(fā)射源，又是檢測(cè)點(diǎn)。發(fā)射電路發(fā)出紅外光，在經(jīng)過待檢測(cè)物體（煙包）的漫反射后，會(huì)有一部分紅外光被反射回接收電路，就會(huì)在光電接受管中產(chǎn)生電流，該電流信號(hào)經(jīng)過采樣電阻R0后轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)Vout輸出給AD轉(zhuǎn)換電路[4-5]。光電管發(fā)出的紅外光被檢測(cè)物反射后，會(huì)因反射光的強(qiáng)度在光電管中產(chǎn)生不同電流，對(duì)于同一檢測(cè)物，光電管和被檢測(cè)物的距離越近，被反射回來的光線越強(qiáng)，光電管中產(chǎn)生的電流就越大。在工作之前，先通過控制器對(duì)檢測(cè)探頭進(jìn)行設(shè)置，確定一個(gè)固定的檢測(cè)距離為檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。在生產(chǎn)過程中，當(dāng)待包的煙包被推入框形予折疊器的一段相位內(nèi)，檢測(cè)器對(duì)條包的完整度進(jìn)行檢測(cè)。如果任一探頭在某一瞬間檢測(cè)到檢測(cè)物距離大于檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，則可判斷出該條包中有缺包（有可能煙包變形）情況出現(xiàn)，檢測(cè)裝置會(huì)發(fā)出一個(gè)信號(hào)給外圍裝置將該條包剔除。

2.2 AD轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)

AD轉(zhuǎn)換模塊選用ADC0832芯片，它是使用非常普遍的8位串行A/D轉(zhuǎn)換器，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，由于其片內(nèi)有輸入數(shù)據(jù)寄存器，故可以直接與單片機(jī)接口。其引腳定義如表1所示[6-7]。

一般情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但是，由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用[8-9]。其接口電路如圖3所示。當(dāng)要進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘（CLK）輸入端輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[10-14]

系統(tǒng)軟件流程圖如圖4所示。單片機(jī)首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，完成模擬量輸入通道、中間變量等設(shè)置，然后控制ADC0832的使能端為低電平，開始對(duì)選中的通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。最后對(duì)AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)量進(jìn)行量綱轉(zhuǎn)換，和標(biāo)準(zhǔn)距離值進(jìn)行比較，判斷是否滿足標(biāo)準(zhǔn)距離，若滿足則繼續(xù)下一次讀取數(shù)據(jù)操作，否則給后端PLC發(fā)送剔除控制信號(hào)，剔除缺包煙。

4 系統(tǒng)仿真[15-16]

在Proteus環(huán)境下進(jìn)行建模仿真，仿真模型如圖5所示。這里用聲光報(bào)警代替缺包剔除工作。即當(dāng)電流大于設(shè)定值時(shí)，表示檢測(cè)到的物體距離大于標(biāo)準(zhǔn)距離，說明缺包，系統(tǒng)給出聲光報(bào)警。用滑動(dòng)變阻器來模擬缺包，當(dāng)滑動(dòng)變組器處于中間時(shí)，報(bào)警模塊不工作（蜂鳴器和LED燈上接單片機(jī)的一端是紅色，高電平，表示不工作）。當(dāng)滑動(dòng)變組器不處于中間時(shí)，報(bào)警模塊工作，蜂鳴器發(fā)出響聲，LED燈亮（蜂鳴器和LED燈上接單片機(jī)的一端是藍(lán)色，低電平，表示工作）。

5 結(jié)束語

GD包裝機(jī)光電缺盒檢測(cè)器工程化后如圖6所示。多個(gè)光電管對(duì)同一煙包進(jìn)行檢測(cè)，可靠性高，對(duì)任何形式的缺包都有精準(zhǔn)的檢測(cè)，杜絕了漏檢。由于是距離測(cè)試，檢測(cè)裝置不受包裝材料限制，適合各種品牌香煙。裝置還具有不改變?cè)嚾魏谓Y(jié)構(gòu)，安裝方便的優(yōu)點(diǎn)。

圖6 GD包裝機(jī)光電缺盒檢測(cè)器

該裝置在寶雞卷煙廠投入運(yùn)行3年以來性能穩(wěn)定，取得了令人滿意的效果。這種檢測(cè)技術(shù)克服了傳統(tǒng)技術(shù)因?yàn)椴牧献儞Q導(dǎo)致無法檢測(cè)的缺陷，不但對(duì)缺盒漏包檢測(cè)準(zhǔn)確，而且對(duì)嚴(yán)重變形的煙條同樣檢測(cè)無誤。該裝置實(shí)現(xiàn)了GD包裝機(jī)型在關(guān)鍵生產(chǎn)流程對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)控（從CH再生料斗后端煙包堆疊檢測(cè)到條盒包裝成型生產(chǎn)環(huán)節(jié)缺少針對(duì)每一個(gè)煙包是否缺失的質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置）[2]，缺盒檢測(cè)誤檢率<0.1%，缺盒檢測(cè)準(zhǔn)確度達(dá)100%。

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