C600 小盒透明紙位移式拉線檢測裝置設(shè)計

陳天麗，汪魁，林云飛，桂圓

湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司武漢卷煙廠，武漢市東西湖區(qū)金銀湖辦事處環(huán)湖路51號 430040

在當(dāng)前卷煙行業(yè)的包裝機生產(chǎn)中，C600 型機組是將煙包包裹上透明紙的主流設(shè)備，廣泛用于國內(nèi)外各卷煙企業(yè)。產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性至關(guān)重要，在生產(chǎn)過程中，拉線與盒外透明紙合成切成定長后，送至包裝工位的工序中[1-2]，由于換料以及設(shè)備長期運行出現(xiàn)老化、失效、功能不全等問題，容易產(chǎn)生拉線偏移、斷頭和缺失等現(xiàn)象[3-5]。目前小透明包裝機原機自帶拉線檢測不穩(wěn)定易失效，即使將檢測器調(diào)整到最靈敏位置，也無法滿足生產(chǎn)檢驗需求，出現(xiàn)漏檢現(xiàn)象。煙包拉線是煙包透明順利撕開的保障，拉線偏移、缺失等缺陷將直接導(dǎo)致煙包透明難以撕開，從而導(dǎo)致消費者滿意度下降，體驗感不足。

為此設(shè)計一種高度自動化、檢測精度高的C600型機組拉線檢測裝置尤為重要。其中TA30 透射檢測法對這些新型透明拉線的靈敏度明顯不足，甚至無法檢測，導(dǎo)致誤檢、漏檢的情況出現(xiàn)，嚴重影響產(chǎn)品的質(zhì)量[6]。潘安岳[7]采用激光傳感器作為檢測原件，通過激光發(fā)射器發(fā)出的激光在透明紙、小盒拉線上反射的激光強弱不同識別有無拉線。李風(fēng)波等[8]提出一種基于機器視覺技術(shù)的拉線檢測系統(tǒng)，采用圖像采集組件通過工業(yè)相機采集待檢拉線的圖像，通過圖像處理技術(shù)對采集的圖像數(shù)據(jù)進行處理并判斷拉線是否存在缺失、偏移等缺陷。此外周雪軍等[9]采用CCD 技術(shù)，提高掃描儀掃描的速度及精確度，提高小包拉線檢測裝置的檢測速度與穩(wěn)定性，除羅海權(quán)等[10]采用高精度位移傳感器設(shè)計條盒拉線檢測裝置外，其余對于在線位移式數(shù)字化拉線缺陷檢測則鮮見報道。為提高拉線檢測精度，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過分析小包拉線與小包透明紙合成工序，設(shè)計了一種基于位移式傳感器為技術(shù)方案的C600 小透明包裝機位移式拉線檢測裝置。

1 系統(tǒng)組成

1.1 硬件單元

小盒透明紙位移式拉線檢測裝置安裝在小包機C600 入口轉(zhuǎn)塔小盒透明紙輸送位置，主要由檢測平臺、校準底板、位移檢測探頭、陶瓷背板和控制器組成，見圖1。其中前后檢測臺之間有一定距離，用于輸送小盒透明紙和拉線等材料運行。使用過程中，通過第一調(diào)節(jié)螺絲調(diào)節(jié)高精度位移檢測探頭的位置，通過第二調(diào)節(jié)螺絲調(diào)節(jié)陶瓷背板的位置，從而使透明紙一側(cè)抵靠在陶瓷背板上，另一側(cè)與高精度位移檢測探頭接觸，使高精度位移檢測探頭精確檢測到透明紙的厚度，由于帶有拉帶的透明紙比不帶有拉帶的透明紙厚，因此可以根據(jù)高精度位移檢測探頭檢測到的電壓數(shù)據(jù)判斷透明紙上是否有拉帶缺失。

圖1 位移式拉線檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1 Schematic diagram of displacement type tear-tape detection device

陶瓷背板（即測量擋板）為L 形見圖2，包括陶瓷底板和陶瓷側(cè)板。陶瓷背板的安裝位置和引紙輥絕對垂直，可通過調(diào)節(jié)螺釘微調(diào)后固定?？紤]到其耐磨性，由于檢測裝置靈敏度是微米級，背板輕微的磨損對其靈敏度都有很大的影響，為此采用了洛氏硬度高達80-90HRA 的陶瓷材料制成底板，解決了測量擋板磨損影響測量靈敏度問題。

圖2 陶瓷背板的結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2 Schematic diagram of ceramic back plate

1.2 控制單元

控制單元包括人機界面、上位機軟件、電源系統(tǒng)和通訊模塊等部分?？刂破鳛镾OLARTRON METROLOGY 小型工控機SI3100，高精度位移檢測探頭為SOLARTRON METROLOGY 高精度位移傳感器AX/0.5/S。此傳感器采用電磁感應(yīng)原理見圖3，其內(nèi)置線圈分為初級激勵線圈和2 個次級線圈，其移動芯處于不同的位置，可以檢測其輸出電壓見圖4。圖4 的檢測可以看到，其變化位移和輸出電壓成線性關(guān)系。此LVDT 傳感器的分辨率可以高達0.1μm，傳感器的測量重復(fù)性＜0.15 μm，傳感器的精度為讀數(shù)的0.5%。

圖3 位移傳感器電磁感應(yīng)原理圖Fig. 3 Schematic diagram of electromagnetic induction of displacement sensor

圖4 位移傳感器原理圖Fig. 4 Schematic diagram of displacement sensor

SOLORTRON METROLOGY 小型工控機SI3100有雙通訊口，通訊口1 與SOLARTRON METROLOGY高精度位移傳感器連接通訊，控制組件通過位移式傳感器檢測技術(shù)對采集的信號進行處理轉(zhuǎn)化成數(shù)字，數(shù)字與設(shè)定上下限閥值對比并判斷拉線是否存在缺失、偏移、折疊等缺陷，根據(jù)判斷結(jié)果通過通訊口2 向包裝機組原機預(yù)留拉線檢測控制系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)電平信號。包裝機組控制系統(tǒng)在接收到檢測器發(fā)送的剔除信號后，在剔除口把缺陷拉線對應(yīng)的產(chǎn)品剔除，并實現(xiàn)連續(xù)拉線缺陷的報警停機功能。

1.3 人機界面的參數(shù)設(shè)置

人機界面的功能是下發(fā)設(shè)置參數(shù)和控制相應(yīng)單元運動，同時接收檢測數(shù)據(jù)，并顯示在人機界面上見圖5。在設(shè)置檢測裝置檢測參數(shù)前，首先進行零位校準，即在沒有透明紙和拉線的前提下，合上壓紙棍并鎖緊，使得測量的位移數(shù)字顯示“+0.000 mm”。完成零位校準后設(shè)置剔除上下限，一般以正常透明紙合成拉線厚度的中心值為基準，如一張透明紙的厚度測量值一般在0.022 mm 左右，一張拉線的厚度測量值一般在0.033 mm 左右，則一張透明紙合成拉線的厚度測量中心值為0.055 mm 左右。下限值設(shè)定為：中心值-0.020 mm，上限值設(shè)定為：中心值+0.015 mm，因此剔除上下限設(shè)置為（0.035～0.070）mm。下限值決定了拉線缺失、偏移的檢測靈敏度，上值決定了透明紙接頭檢測的靈敏度，由于透明紙比拉線薄，因此上下限設(shè)置不是對稱區(qū)間。

圖5 人機界面設(shè)置的結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 5 Schematic diagram of HMI parameter settings

2 應(yīng)用效果

2.1 試驗設(shè)計

試驗材料：卷煙小包透明紙：117*21 高亮度收縮BOPP 膜，拉線：2.0*5000 普通拉線，拉線寬度為2 mm。（由卷煙廠提供）。

測試環(huán)境：在車速滿速運行380 包/分鐘穩(wěn)定運行30 分鐘情況下，再進行試驗，機電維修工調(diào)試設(shè)備使得盒拉線匯合透明紙位置在產(chǎn)品設(shè)計范圍內(nèi)，固定拉線和透明紙引紙輥和引拉線支架不動。

（1）試驗1

試驗設(shè)備：C600 型機組安裝成像式拉線檢測裝置（上海煙草機械有限責(zé)任公司）。

測試方法：人為每隔2 分鐘制造透明紙拉線斷殘（拉線斷開距離為1 cm～2 cm）4 次，人為每隔2分鐘制造小包透明紙拉線偏移（用直尺量拉線分別向左、右偏離固定位置2 mm、4 mm 各4 次）共16次，人為每隔2 分鐘制造小包透明紙拉線折疊（長度1 cm～2 cm、厚度0.033 mm 的1 根拉線粘在另一正在運行的拉線上面）共4 次，設(shè)備正常運行后，檢查CH 出口接煙盒缺陷煙包數(shù)量。

（2）試驗2

試驗設(shè)備：C600 型機組安裝位移式拉線檢測裝置（上海煙草機械有限責(zé)任公司）。

測試方法與試驗1 方法相同。

2.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)試驗1、2 測試方法對卷煙小包拉線缺陷測試并進行對比得到表1。由表1 可知，原成像式拉線檢測裝置能夠?qū)π“€斷殘、偏移缺陷進行部分檢測識別。在CH 剔除口缺陷收集盒中，有4 包透明紙拉線斷殘（拉線斷開距離為1 cm～2 cm）煙包，11 包透明紙拉線偏移煙包，0 包透明紙拉線折疊煙包，拉線偏移（2 mm）缺陷檢測準確率為37.5%，拉線折疊缺陷檢測準確率為0%。

表1 兩種檢測裝置小包拉線缺陷識別結(jié)果對比Tab. 1 Comparison of the recognition results of the small package tear-tape defects of the two detection devices

該位移式檢測裝置能夠準確地對所有小包拉線斷殘、偏移和折疊缺陷進行檢測識別。在CH 剔除口缺陷收集盒中，有4 包透明紙拉線斷殘（拉線斷開距離為1 cm～2 cm）煙包，16 包透明紙拉線偏移煙包，4包透明紙拉線折疊煙包，檢測準確率達到100%。

綜上所述：原成像式拉線檢測裝置僅對小包拉線缺陷進行局部辨識，且檢測精度無法用數(shù)據(jù)精細化，存在調(diào)校憑手感和經(jīng)驗。使用該位移式拉線檢測裝置后，檢測準確率均達到100%，整體檢測準確度上升，缺陷識別率提高。

3 結(jié)論

（1）本文采用位移式傳感器設(shè)計了一種C600 型機組位移式拉線檢測裝置。通過位移式傳感器識別卷煙小包拉線和透明紙匯合后的厚度變化檢測煙包生產(chǎn)過程中的常見拉線偏移、缺失、接頭等多種缺陷，可有效實現(xiàn)拉線缺陷檢測技術(shù)由手感化到具體數(shù)值化的轉(zhuǎn)變，提高產(chǎn)品包裝質(zhì)量。

（2）檢測器采用數(shù)字處理技術(shù)，使整個系統(tǒng)可以在一個較寬的范圍內(nèi)進行調(diào)整。根據(jù)位移變化判定拉線檢測結(jié)果，拉線顏色的變化對檢測效果無影響，故可用于多種顏色拉線的檢測。

（3）以卷煙廠模擬拉線缺陷進行測試，結(jié)果表明位移式拉線檢測裝置檢測精度在透明紙拉線偏移（左右偏移2 mm）及透明紙拉線折疊明顯高于成像式拉線檢測，可達到100%。該裝置有效提高了包裝設(shè)備的數(shù)字化生產(chǎn)水平，可在所有C600 型機組設(shè)備上推廣應(yīng)用。