ZJ112A細(xì)支煙卷接機(jī)組卷煙紙拼接頭檢測(cè)裝置的研制

王開行，張建新，王毓鵬，張同輕，吳鵬坤，張忠祥

山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青島卷煙廠，山東省青島市嶗山區(qū)株洲路37號(hào) 266000

ZJ112A是在ZJ112卷接機(jī)組基礎(chǔ)上改進(jìn)的細(xì)支煙卷接設(shè)備，該機(jī)組的卷煙紙拼接頭（以下簡(jiǎn)稱接頭）檢測(cè)裝置采用紅外光電技術(shù)，利用紅外光線的穿透性識(shí)別并剔除接頭。但該裝置的紅外光斑直徑大于2 mm，在生產(chǎn)中因無法調(diào)節(jié)檢測(cè)精度而只能識(shí)別和剔除換盤接頭，對(duì)于寬度和厚度均小于換盤接頭的細(xì)支煙卷煙紙內(nèi)部隱形接頭無法識(shí)別和剔除。目前國內(nèi)卷煙企業(yè)對(duì)于接頭檢測(cè)裝置的研究主要針對(duì)常規(guī)卷接機(jī)組及濾棒成型機(jī)組［1-3］，對(duì)細(xì)支煙卷接機(jī)組接頭檢測(cè)裝置的研究及改進(jìn)則鮮見報(bào)道。倪敏等［4］采用高靈敏度紅外傳感器解決濾棒成型機(jī)組接頭因積聚紙灰而產(chǎn)生誤判誤剔問題，但該裝置只能準(zhǔn)確檢測(cè)并剔除含有大于3 mm 接頭或紙漿塊的濾棒。楊帆［5］通過加裝對(duì)射式光纖和光纖放大器的方式解決接頭漏剔誤剔問題，但該方式具有局限性，且無法調(diào)節(jié)檢測(cè)精度，不適用于細(xì)支煙接頭檢測(cè)。王國峰等［6］采用超聲波穿透法檢測(cè)GDX1/GDX2 包裝機(jī)組內(nèi)襯紙接頭，但該方法對(duì)發(fā)射器和接收器的安裝要求較高，且無法檢測(cè)出結(jié)合緊密或無縫隙接頭。為此，以ZJ112A細(xì)支煙卷接機(jī)組為對(duì)象，研制了一種新型卷煙紙接頭檢測(cè)裝置用于細(xì)支煙卷煙紙內(nèi)部隱形接頭的識(shí)別與剔除，以期提高接頭檢測(cè)精度，提升煙支卷接質(zhì)量。

1 問題分析

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，卷煙紙定量為25.5～36.0 g/m2，縱向拉力為430～440 kN/m，透氣度為30～80 CU，不透明度為68%～73%［7-9］。內(nèi)部隱形接頭質(zhì)量要求為：A 級(jí)每盤紙內(nèi)部隱形接頭數(shù)量不多于1 個(gè)，B 級(jí)不多于2個(gè)，C級(jí)不多于4個(gè)；接頭牢固，粘接處膠水不允許透層并有顏色標(biāo)記；接頭質(zhì)量不影響卷煙生產(chǎn)。內(nèi)部隱形接頭見圖1。

圖1 卷煙紙內(nèi)部隱形接頭Fig.1 Hidden splice of cigarette paper

根據(jù)工藝要求，卷煙紙換盤時(shí)通常利用雙面膠帶將兩盤紙粘接起來，卷煙紙重疊區(qū)域?yàn)?～10 mm，面積約為8 mm×19 mm，見圖2。由于卷煙紙重疊面積較大且厚度增加2倍，檢測(cè)裝置利用紅外光能夠有效檢測(cè)出卷煙紙換盤接頭。而卷煙紙內(nèi)部隱形接頭是采用膠水將卷煙紙粘接后再進(jìn)行輥壓，接頭厚度與單張卷煙紙厚度基本一致，卷煙紙重疊區(qū)域?yàn)?～3 mm，面積約為2 mm×19 mm，接頭面積減少約75%，厚度降低約2/3，見圖3。以青島卷煙廠生產(chǎn)的“泰山（顏悅）”牌細(xì)支煙為例，ZJ112A機(jī)組使用的卷煙紙規(guī)格為透氣度50 CU，寬度19 mm，定量27 g/m2，長(zhǎng)度5500 m，卷煙紙定量與最小標(biāo)準(zhǔn)值25.5 g/m2相差1.5 g/m2，卷煙紙厚度變薄且生產(chǎn)中粘接使用的膠水為白色。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，接頭檢測(cè)裝置發(fā)射端發(fā)出的紅外光透過內(nèi)部隱形接頭后被接收端接收并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，與換盤接頭相比，存在電壓幅值低、脈沖寬度窄的特點(diǎn)，容易出現(xiàn)接頭漏剔問題，影響檢測(cè)裝置的靈敏度。

圖2 換盤接頭示意圖Fig.2 Schematic diagram of splice originated from bobbin change

圖3 內(nèi)部隱形接頭示意圖Fig.3 Schematic diagram of hidden splice

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)組成

新型ZJ112A 細(xì)支煙卷接機(jī)組卷煙紙接頭檢測(cè)裝置主要由固定底板、紅外光電檢測(cè)單元、信號(hào)處理模塊、可視化顯示模塊、指示燈等部分組成，見圖4。改進(jìn)后紅外光電檢測(cè)單元包含紅外線發(fā)光源、光學(xué)透鏡和紅外線接收單元，見圖5。光學(xué)透鏡將紅外線發(fā)光源發(fā)出的發(fā)散紅外光匯聚，使紅外光斑直徑控制在2 mm 以內(nèi)。信號(hào)處理模塊與紅外光電檢測(cè)單元連接，對(duì)接收到的電壓信號(hào)進(jìn)行放大，并與門限值分析比較（門限值可通過電位器調(diào)整）。當(dāng)卷煙紙接頭通過檢測(cè)區(qū)域時(shí)，測(cè)量值超過門限值，信號(hào)處理模塊發(fā)出一個(gè)24 V 電壓信號(hào)輸送至PLC，從而實(shí)現(xiàn)隱形接頭的檢測(cè)與剔除。

圖4 新型卷煙紙接頭檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure of cigarette paper splice detector

圖5 改進(jìn)前后紅外光電檢測(cè)單元結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Structures of infrared photoelectric detection unit before and after modification

2.2 固定底板

為使改進(jìn)前后檢測(cè)裝置整體外觀保持一致，改進(jìn)后將底板尺寸設(shè)計(jì)為147 mm×80 mm，2個(gè)固定端中心距離為135 mm（可微調(diào)），降低了安裝難度，可以與原檢測(cè)裝置無縫替換。

2.3 光學(xué)透鏡

根據(jù)透鏡成像原理，透鏡半徑R設(shè)計(jì)為2.1 mm，長(zhǎng)度為3.7 mm。制作5種不同重疊寬度的隱形接頭進(jìn)行模擬測(cè)試，模擬車速7000 支/min，測(cè)試轉(zhuǎn)盤頻率221.7 Hz，即轉(zhuǎn)速為221.7 r/s，結(jié)果見表1?？梢?，5種不同重疊寬度的接頭均可被準(zhǔn)確識(shí)別和剔除，轉(zhuǎn)盤每旋轉(zhuǎn)一圈5 個(gè)接頭均有脈寬為1.140 ms 的剔除脈沖產(chǎn)生。

表1 不同重疊寬度隱形接頭的剔除結(jié)果Tab.1 Rejecting results of hidden splices of different overlap widths

2.4 信號(hào)處理模塊

改進(jìn)后檢測(cè)裝置增加了信號(hào)處理模塊和可視化顯示模塊，見圖4。信號(hào)處理模塊電路板上安裝了撥碼開關(guān)、運(yùn)行拼接剔除指示燈、電位器、復(fù)位按鈕、操作按鈕和接線端子，通過調(diào)節(jié)電位器的增益值可以調(diào)整檢測(cè)裝置的靈敏度。靈敏度過低容易產(chǎn)生隱形接頭漏剔，過高則會(huì)誤剔合格煙支，經(jīng)過反復(fù)測(cè)試，當(dāng)電位器的增益值調(diào)節(jié)為112%時(shí)，接頭剔除效果最優(yōu)。通過可視化顯示模塊可以實(shí)時(shí)顯示紅外信號(hào)的門限值和當(dāng)前測(cè)量值，當(dāng)測(cè)量值超過門限值時(shí)視為接頭剔除。

3 應(yīng)用效果

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

材料：“泰山（顏悅）”細(xì)支煙（山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青島卷煙廠提供）；全麻橫紋卷煙紙［透氣度50 CU，寬度19 mm，定量27 g/m2，長(zhǎng)度5500 m，中煙摩迪（江門）紙業(yè)有限公司］。

設(shè)備：ZJ112A 細(xì)支煙卷接機(jī)組（常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）。

方法：將定制的36盤專用卷煙紙均分為2組，每盤測(cè)試卷煙紙內(nèi)設(shè)置2個(gè)內(nèi)部隱形接頭，分別對(duì)改進(jìn)前后檢測(cè)裝置進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)間各3個(gè)工作日，統(tǒng)計(jì)改進(jìn)前后接頭剔除率。

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表2可見，改進(jìn)前檢測(cè)裝置只能識(shí)別和剔除換盤接頭，對(duì)內(nèi)部隱形接頭無法有效剔除。改進(jìn)后能夠?qū)Q盤接頭和內(nèi)部隱形接頭全部剔除，剔除率達(dá)到100%，提高了煙支卷接質(zhì)量。

表2 檢測(cè)裝置改進(jìn)前后剔除接頭數(shù)量Tab.2 Rejection rates of splices before and after modification of the detector （個(gè)）

4 結(jié)論

基于ZJ112A 細(xì)支煙卷接機(jī)組研制了一種新型卷煙紙拼接頭檢測(cè)裝置，通過加裝專用光學(xué)透鏡，將紅外檢測(cè)光斑直徑控制在2 mm以內(nèi)；通過加裝信號(hào)處理模塊，將原機(jī)無法剔除的內(nèi)部隱形接頭全部剔除。采用定制的36盤專用卷煙紙對(duì)改進(jìn)前后檢測(cè)裝置進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明：改進(jìn)后能夠?qū)Q盤接頭和內(nèi)部隱形接頭全部剔除，剔除率達(dá)到100%，有效解決了接頭漏剔問題，提升了卷煙產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。