關(guān)于提升煙草物流分揀系統(tǒng)打碼質(zhì)量的探索

李蓓 吳昊

1．河南省煙草公司洛陽市公司 河南洛陽 471000

2．河南省煙草公司鶴壁市公司 河南鶴壁 458000

1 打碼的必要性及重要性

2006年以來，在國(guó)家煙草專賣局打碼到條及訂單采集系統(tǒng)項(xiàng)目中，卷煙分揀環(huán)節(jié)需要對(duì)分揀卷煙實(shí)現(xiàn)打碼到條，即在每條卷煙的表面進(jìn)行“32位碼”的標(biāo)記。

近年來，國(guó)家煙草專賣局針對(duì)卷煙打碼質(zhì)量的要求越來越高。根據(jù)“國(guó)煙專〔2010〕324”號(hào)文件《國(guó)家煙草專賣局關(guān)于卷煙打碼銷售有關(guān)事項(xiàng)的通知》，要求各煙草商業(yè)公司銷售卷煙必須打碼到條，未打碼到條的卷煙不得在市場(chǎng)上銷售，對(duì)于特殊包裝的卷煙在物流出庫時(shí)也要求進(jìn)行打碼到條；另根據(jù)“國(guó)煙專2013-281號(hào)”文件《國(guó)家煙草專賣局關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)卷煙打掃碼管理監(jiān)督的通知》，也明確要求：行業(yè)內(nèi)要嚴(yán)格執(zhí)行卷煙打掃碼管理規(guī)定，切實(shí)提高打掃碼質(zhì)量，各省級(jí)局要加強(qiáng)打掃碼管理，促所屬地市級(jí)局（公司）加強(qiáng)打掃碼軟硬件管理和維護(hù)，32位條煙碼要嚴(yán)格按照要求、規(guī)范進(jìn)行打碼，確保打碼效果和清晰度，要加大條煙打碼的質(zhì)量。

由此可見，國(guó)家煙草專賣對(duì)實(shí)現(xiàn)所有卷煙打碼到條，以及保證打碼的質(zhì)量尤為重視。

2 現(xiàn)階段打碼存在的問題

經(jīng)過廣泛調(diào)研，就現(xiàn)有的分揀條件及環(huán)境而言，打碼環(huán)節(jié)存在的問題存在以下情況：

（1）由于分揀線采用的倉道彈煙技術(shù)，以及不同品規(guī)的條煙重量不一致，決定了分揀線上條煙姿態(tài)存在隨機(jī)性強(qiáng)，從而導(dǎo)致打碼設(shè)備打在條煙表面的碼段位置分布隨意、角度各異甚至殘碼、無碼，對(duì)市場(chǎng)的稽查管理和專賣工作的開展造成一定程度影響[1]。

（2）條煙進(jìn)入打碼狀態(tài)前沒有訂單核對(duì)機(jī)制，導(dǎo)致打碼串戶的存在，嚴(yán)重影響分揀效率；

（3）在高度自動(dòng)化集成的生產(chǎn)線上，皮帶線經(jīng)常存在間歇、啟停等過程，當(dāng)皮帶線停機(jī)減速或者啟動(dòng)加速時(shí)，往往造成打碼內(nèi)容堆積、變形，甚至無法識(shí)別的情況；

（4）分揀效率的不斷提升要求生產(chǎn)線大幅度提速、加之打碼設(shè)備老舊及現(xiàn)有常用二氧化碳激光打碼技術(shù)瓶頸等因素，導(dǎo)致打碼清晰度低、打碼線條不均勻、部分條煙覆膜被灼破、激光加工產(chǎn)生煙霧等影響打碼質(zhì)量和生產(chǎn)環(huán)境的情況時(shí)有發(fā)生；

（5）就目前打碼到條系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的角度，也存在以下不足：

打碼機(jī)只要求與中軟打碼控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件通訊和聯(lián)機(jī)報(bào)警，完成打碼數(shù)據(jù)的通訊和執(zhí)行條煙打碼的工作即可，并未實(shí)現(xiàn)整個(gè)分揀系統(tǒng)聯(lián)機(jī)報(bào)警，當(dāng)打碼機(jī)未收到中軟打碼控制系統(tǒng)下發(fā)的碼段時(shí)，分揀線仍可以正常流轉(zhuǎn)，導(dǎo)致輸送過來的卷煙漏打碼；

打碼機(jī)沒有誤操作或設(shè)備本身故障的聯(lián)機(jī)報(bào)警功能，設(shè)備在運(yùn)行過程中一旦出現(xiàn)誤操作關(guān)閉激光電源、激光器本身故障、掃描振鏡故障等就會(huì)造成不出光漏打碼的情況。

（6）維護(hù)不到位導(dǎo)致的設(shè)備效能下降，例如，光學(xué)鏡頭污染、打碼焦距失調(diào)、打碼軟件未隨使用工況改變及時(shí)調(diào)整等，均會(huì)出現(xiàn)激光能量轉(zhuǎn)化率下降，未達(dá)到能盡其用，浪費(fèi)現(xiàn)象多發(fā)。

3 打碼質(zhì)量提升方向探索

針對(duì)打碼環(huán)節(jié)存在的問題，通過組織專班調(diào)研、分析和試驗(yàn)，針對(duì)性進(jìn)行一些有益探索。

3.1 增加條煙輸送姿態(tài)整形裝置及訂單核對(duì)系統(tǒng)

由于分揀線普遍存在著條煙姿態(tài)隨機(jī)性強(qiáng)，相對(duì)接入角過大的特點(diǎn)，嚴(yán)重影響打碼質(zhì)量和分揀效率，同時(shí)也會(huì)降低訂單核對(duì)系統(tǒng)識(shí)別精度。為了提高打碼質(zhì)量和識(shí)別精度，必須對(duì)分揀線上條煙進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，使之以較小的接入角進(jìn)入識(shí)別和打碼區(qū)域[2]。

該裝置安裝于條煙打碼之前，條煙經(jīng)過姿態(tài)整形裝置時(shí)，前端安裝的撥正機(jī)構(gòu)首先將條煙進(jìn)行撥正，撥正后的條煙隨后進(jìn)入壓緊差速皮帶線內(nèi)，通過兩端的限位桿和雙條差速海綿輪，實(shí)現(xiàn)對(duì)條煙進(jìn)行壓緊并拉開合適間距，經(jīng)過整形后的條煙將以垂直于流水線方向且全部保持相同姿態(tài)，同時(shí)大幅度減小條煙接入角度進(jìn)入訂單核對(duì)系統(tǒng)以提高識(shí)別精度，最終實(shí)現(xiàn)打碼碼段位于條煙相同的位置區(qū)域，美觀度辨識(shí)度得到提升。

訂單核對(duì)系統(tǒng)包括條煙品規(guī)+姿態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，由掃描器、高速相機(jī)、光電傳感器組成，光電傳感器檢測(cè)每條煙的到達(dá)檢測(cè)位置并觸發(fā)掃碼器和高速相機(jī)：掃碼器從4個(gè)方向掃描識(shí)別條煙品規(guī)，并將識(shí)別結(jié)果傳輸至后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行訂單核對(duì)糾錯(cuò)。

經(jīng)過條煙輸送姿態(tài)整形裝置及訂單核對(duì)系統(tǒng)的糾偏糾錯(cuò)，既可實(shí)現(xiàn)打碼碼段本身整齊劃一，又可減少串戶現(xiàn)象發(fā)生，提升分揀效率，對(duì)于打碼質(zhì)量的提升裨益良多。

3.2 增加流水線實(shí)時(shí)速度檢測(cè)感應(yīng)器

在高度自動(dòng)化集成的生產(chǎn)線上，皮帶線經(jīng)常存在間歇、啟停等情況。當(dāng)皮帶線停機(jī)減速或者啟動(dòng)加速時(shí)，條煙如果經(jīng)過激光打碼區(qū)域，傳感器觸發(fā)信號(hào)后，打碼機(jī)仍然按照設(shè)定的時(shí)鐘頻率，即勻速頻率來進(jìn)行打碼，而此時(shí)流水線上的條煙是在減速到靜止（或者從靜止加速到設(shè)定速率）的變速過程中，時(shí)鐘頻率與皮帶線的實(shí)際速率不匹配，往往造成打碼內(nèi)容堆積、變形，甚至無法識(shí)別的情況，這種情況下可通過在流水線電機(jī)軸側(cè)安裝高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度來實(shí)時(shí)偵知流水線速度，可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確偵知流水線的速度變化，當(dāng)流水線啟動(dòng)、停機(jī)過程中，旋轉(zhuǎn)編碼器將條煙運(yùn)行速度信號(hào)反饋給激光打碼機(jī)，激光打碼機(jī)再進(jìn)一步通過軟件計(jì)算調(diào)整打碼時(shí)鐘頻率，確保打碼效果一致。

3.3 采用冷光源激光打碼機(jī)

目前煙草行業(yè)打碼到條普遍使用波長(zhǎng)為10.6um的CO2激光打碼機(jī)，但CO2激光熱加工的特性，以及某些特殊包裝卷煙吸收10.6um波長(zhǎng)激光的特性，其主要存在以下方面的缺陷：

（1）打碼線條不夠均勻、標(biāo)刻效果不夠細(xì)膩，影響字形美觀度；

（2）字符首尾及線條結(jié)合處受激光灼刻產(chǎn)生的熱量影響，會(huì)有交叉點(diǎn)；

（3）激光熱加工，對(duì)煙條表層進(jìn)行灼刻，針對(duì)淺色（白色、金色等包裝）卷煙，打碼效果與包裝盒表層無法形成色差，直觀辨識(shí)度低；

（4）激光打碼時(shí)熱量擴(kuò)散，在覆膜內(nèi)層有起霧情況，影響打碼效果；

（5）激光熱加工破壞表層覆膜，影響卷煙防潮效果；

（6）激光灼刻時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的煙塵、異味等，不利于環(huán)保；

（7）激光灼刻時(shí)有細(xì)微明火，可能存在安全隱患。

而冷光源激光打碼機(jī)利用高頻特種激光穿過包裝透明膜在卷煙包裝盒最表層形成色差，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)容清晰的標(biāo)記效果。其采用高可靠半導(dǎo)體二極管泵浦激光管和獨(dú)特的腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)械性能穩(wěn)固可靠，光束質(zhì)量好、功率穩(wěn)定性高，可實(shí)現(xiàn)超精細(xì)打碼；紫外激光熱影響區(qū)極小，可避免被加工材料的損傷，是激光標(biāo)識(shí)領(lǐng)域的理想光源[3]。

冷光源激光打碼機(jī)采用紫外激光器，波長(zhǎng)為355nm，更加適應(yīng)對(duì)復(fù)雜材質(zhì)、底色花紋多樣的包裝材料的打碼。紫外激光屬于冷加工，其原理是通過高能光子將產(chǎn)品材料分子鏈破壞，產(chǎn)生化學(xué)變化，形成顏色對(duì)比的標(biāo)記效果。較之CO2激光標(biāo)識(shí)，紫外激光具備精細(xì)化、高辨識(shí)度、高清晰度的打碼效果。

冷光源激光打碼機(jī)同時(shí)擁有激光標(biāo)識(shí)設(shè)備的所有特性，可以在高速流水線上實(shí)現(xiàn)在線飛行打碼功能。紫外激光聚焦光斑極小，光束質(zhì)量高，焦點(diǎn)小，更適合各種材料的超精細(xì)打碼，可帶來近乎完美的打碼效果。

3.4 增加漏打碼防護(hù)系統(tǒng)

針對(duì)現(xiàn)有打碼到條系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的缺陷，通過增加漏打碼防護(hù)系統(tǒng)，真正確?！按虼a到條，一條一碼，條碼正確”

漏打碼防護(hù)系統(tǒng)是通過增加獨(dú)立運(yùn)行的邏輯判定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在分揀打碼環(huán)節(jié)，實(shí)時(shí)檢測(cè)打碼機(jī)和中繼器通訊是否正常、激光出光信號(hào)是否正常、振鏡偏轉(zhuǎn)信號(hào)是否正常等，一旦出現(xiàn)漏打碼故障，即時(shí)停機(jī)并處理，結(jié)合旋轉(zhuǎn)編碼器可同時(shí)對(duì)輸送線停機(jī)瞬時(shí)激光正在打碼的問題進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)故障通過人機(jī)界面進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)、分析，以確保激光打碼質(zhì)量，杜絕無碼卷煙進(jìn)入配送環(huán)節(jié)或流入市場(chǎng)進(jìn)行銷售。

漏打碼防護(hù)系統(tǒng)采用增加獨(dú)立邏輯判定的技術(shù)方式，實(shí)時(shí)偵聽雙方通訊及物理信號(hào)判斷的綜合判定，對(duì)激光打碼機(jī)和中繼器雙方是否正常通訊，打碼機(jī)激光出光和振鏡偏轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)邏輯是否正常進(jìn)行判定，使得控制系統(tǒng)對(duì)打碼的輸出更為準(zhǔn)確，并符合生產(chǎn)線實(shí)際使用要求。

同時(shí)結(jié)合旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)打碼段差速皮帶采用自動(dòng)控制方式，當(dāng)分揀系統(tǒng)輸出停機(jī)信號(hào)時(shí)，對(duì)激光是否正在打碼或剛好觸發(fā)打標(biāo)信號(hào)的情況進(jìn)行判定，輸出打碼段皮帶線延時(shí)停機(jī)信號(hào)，確保打碼信息完整。并直接與分揀線進(jìn)行聯(lián)機(jī)，出現(xiàn)故障即時(shí)停機(jī)糾錯(cuò)，確保打碼質(zhì)量。

（1）打碼控制邏輯和報(bào)警輸出。系統(tǒng)通過對(duì)光電信號(hào)、激光打標(biāo)卡、打標(biāo)軟件、激光器電源、激光器故障、振鏡電源、振鏡故障、中軟打碼控制系統(tǒng)等進(jìn)行IO和通訊報(bào)文采集，綜合判定并在打碼設(shè)備存在故障時(shí)，即時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)，發(fā)出聲光報(bào)警使操作人員能夠第一時(shí)間對(duì)問題進(jìn)行解決。

（2）質(zhì)量統(tǒng)計(jì)、分析。

漏碼防護(hù)系統(tǒng)通過人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、統(tǒng)計(jì)?？蓪?shí)現(xiàn)：

激光打標(biāo)機(jī)設(shè)備及光電等IO狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；

故障信息的統(tǒng)計(jì)、分類；

故障信息的報(bào)表日志導(dǎo)出。

3.5 加強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)力度

系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)是企業(yè)日常管理工作中的核心內(nèi)容之一，具體到打碼環(huán)節(jié)，打碼設(shè)備性能是否穩(wěn)定安全的輸出，對(duì)打碼質(zhì)量及分揀效率乃至企業(yè)成本均能產(chǎn)生巨大影響。因此，加強(qiáng)對(duì)打碼系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)力度，采取有效的維護(hù)措施確保打碼系統(tǒng)設(shè)備的能效最大化、使用完整性及先進(jìn)性，最終提升打碼質(zhì)量，促進(jìn)物流分揀系統(tǒng)工作高效高質(zhì)的開展。具體措施羅列如下：

圖1 系統(tǒng)工作流程

加強(qiáng)內(nèi)部技術(shù)學(xué)習(xí)交流培訓(xùn)，技術(shù)部相關(guān)崗位人員實(shí)現(xiàn)熟練的使用設(shè)備，全面的了解設(shè)備原理，并掌握設(shè)備操作、維護(hù)及基本故障排除的技能，減少日常生產(chǎn)過程中停機(jī)時(shí)間，確保分揀效率；

依托外部技術(shù)力量，通過專業(yè)的技術(shù)指導(dǎo)，掌握設(shè)備使用及調(diào)整技巧，實(shí)現(xiàn)設(shè)備能效最大化生產(chǎn)，例如，使用激光打碼機(jī)對(duì)煙條進(jìn)行激光打碼時(shí)，激光打碼的效果是激光能量與激光作用時(shí)間的乘積，在激光能量一定的情況下，延長(zhǎng)激光作用時(shí)間可實(shí)現(xiàn)打碼更清晰及字型更工整，這就需要通過判斷實(shí)際使用環(huán)境來調(diào)整打碼參數(shù)實(shí)現(xiàn)，避免無謂的打碼過快，使激光能量更合理地作用在條煙表面；

及時(shí)更換維修設(shè)備損耗件并定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，例如，及時(shí)對(duì)功率不足的激光器進(jìn)行充氣修復(fù)，確保激光能量始終處于合理狀態(tài)，同時(shí)考慮到打碼設(shè)備的高頻使用及所處的高塵環(huán)境，定期對(duì)諸如光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行清潔保養(yǎng)、對(duì)打碼焦距進(jìn)行校對(duì)調(diào)整、對(duì)條煙檢測(cè)裝置進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整等，確保整套系統(tǒng)高效輸出。