GDX2包裝機內襯紙成像系統設計

【摘要】在日常生產過程中，由于設備自身原因，會出現各種內襯紙和內卡紙包裝不到位的情況。對產品質量和設備安全造成一定隱患。因此設計本系統，以達到自動檢測壞煙包并剔除的目的。本系統有效降低了壞煙包進入成品煙的幾率，降低了機臺人員和維修人員的勞動強度，也消除了潛在的設備安全隱患。系統完全自主開發設計，經濟性、擴展性、可維護性高，在行業內具有很大的推廣價值。

【關鍵詞】內卡紙；成像檢測；煙草；GDX2包裝機

1、課題背景

目前，GDX2包裝機由于自身原因，會有幾率出現以下幾種內襯紙和內卡紙包裝不到位的情況：煙包內框紙丟失，及內框紙過大的偏移；煙包上部（翻蓋）的無接拉片，及頂部的鋁箔紙未折疊到位；煙包下部的鋁箔內襯紙的過大折皺、及破損；下部鋁箔紙未折疊到位。當包裝工序其中一步出現問題時就有可能出現不合格產品，對設備性能不影響的缺陷比如內框紙或拉片缺失等情況，不合格產品進入下一道工序從而產生壞煙包并流入成品煙中。對設備性能有很大影響的缺陷比如內襯紙折皺、內框紙歪斜等情況，輕則使設備機械錯位，重則造成機械零部件損壞，造成經濟損失。

設計本系統就是為了解決以上問題。通過系統檢測出問題煙包，并將其在六號輪剔除部位剔除，減少進入下一工序的幾率。本項目充分考慮自動剔除過程中的影響因素，運用控制理論，構建工藝模型，最終完成本系統的設計。

2、系統設計

2.1 設計原則

在最大限度地滿足被控對象控制要求的前提下，力求使控制系統簡單、經濟、安全可靠；并考慮到今后生產的發展和工藝的改進，適當留有余地。

2.2 工作原理設計

本系統將原來線性的工作模式轉變成一種自動檢測控制的閉環控制。利用成像裝置對某個固定進行成像檢測，當檢測到壞煙包時，通過控制器將控制信號發送到主機電控柜六號輪剔除電磁閥，利用原機械剔除工序進行剔除壞煙包動作。

建立如下原理模型，如圖所示：

2.4 項目設計中的難點

本項目設計的主要難點在于：

（1）硬件的選型

需要根據經濟性、維護性能原則選擇所需要的硬件，并根據各硬件功率選擇相應的電源及配件。成像檢測器選擇基恩士的cv701，控制器選擇西門子s7-200系列的CPU 222。其他輸入輸出硬件根據原理模型確定所需檢測器和輸出設備不做主要介紹。

（2）觸發信號的選擇

根據設計，觸發信號是一個同步脈沖，當觸發檢測器觸發信號時，攝像頭進行成像。要保證成像檢測的穩定性，必須達到一個成像位置相對穩定的效果。從而在人機界面上設置的圖像參數才能有效地檢測。

但是GDX2機器內部非常復雜，運動部件很多，可利用空間小，還要考慮布線問題，因此觸發信號選擇的難度很大。經過多方考慮，最終選擇五號輪頂部完成盒皮下壓動作的運動桿作為信號的采集處。該運動桿運動軌跡為扇形，如圖所示。

該運動桿在最底部和最頂部時，無法成像到煙包內部內襯紙的圖像。因此將觸發信號設計到運動桿運動軌跡的中間部分。具體設計要求：為避免檢測器在運動桿中間軌跡部分成像兩次，當運動桿向上運動道一定高度時，觸發檢測信號，但是桿在繼續向上運動直到頂部，觸發檢測器一直未脫離開運動桿的檢測；當運動桿向下運動直到脫開檢測，直到下次運行到檢測器位置時觸發檢測。從而實現了觸發脈沖信號的檢測。

（3）攝像頭位置的確定

由于原設備機械實現復雜以及安裝位置的局限性，攝像頭位置及方向不好確定，要考慮以下影響因素：成像面積、觸發信號時推桿等運動部件對成像效果的影響；還有活動部件的運動軌跡對攝像頭的損害；以及盒皮在運動過程中對攝像頭鏡頭的污染程度。

（4）光源選擇

設備一般運行6-15天休息一次，因此光源選擇上必須考慮長時間運行可靠性。根據現在市場上光源使用的情況對比，日光燈照度低，而led光源發熱量太大。因此設計光源為“led+散熱片”的方式。

（5）程序設計

五好輪成像位置到六號輪剔除位置需要五步，從五號輪到六號輪會有好煙包也會有壞煙包，因此采用記憶的設計原理，使在五號輪成像檢測到的壞煙包和好煙包進行記憶，直到六號輪時將壞煙包剔除。

由于攝像頭鏡頭容易臟，加入了攝像頭鏡頭清吹程序，通過程序設計清吹間隔和時間，達到自動清吹的目的。

（6）其他功能的設計

本項目需要對控制功能進行具體的需求分析，確保安全的條件下實現所需要的各種功能，以及對系統安全防護的設計。比如：

煙包實時情況成像在人機界面，在人機界面上設定并選取圖像上的某個部位作為采樣點，并設定色差范圍。不在設定范圍的將通過六號輪剔除。攝像頭自動清理功能，根據程序設定時間每隔十五分鐘時間進行一秒的清吹。出現壞煙包時報警燈提醒，連續出現五包時做停機處理。

參考文獻：

[1]《基恩士cv701系列使用者手冊》基恩士公公司

[2]《從入門到精通-西門子S7-200PLC技術與應用》人民郵電出版社 作者：張運剛 宋小春.2007年4月

[3]《新型接近開關和光電開關實用手冊》電子工業出版社 作者：楊幫文2009年5月1日