新型超高速包裝機雙通道小包條包拉線檢測裝置研究

周雪軍

（河南中煙有限責任公司黃金葉生產制造中心，河南 鄭州 450052）

1 存在問題

在卷煙生產過程中，對于小包條包煙的拉線檢測通常采用光電式或光纖式檢測器，此類檢測器當前不能滿足超高速包裝機的要求。超高速包裝機機組為包裝速度每分鐘600包以上的包裝機，目前國內先進的機型速度已經到達每分鐘800 包以上，此類包裝機為降低機械磨損通常采用內、外雙通道工作方式。CCD 是一種全新的精密檢測技術，它有兩個突出的特點：第一，它能夠準確地把明暗光學圖像轉換為峰值不同的信號；第二，它的分辨率高，可以進行高精度的測量，將測量的結果轉換成連續的數字信號并以連續數字信號為依據，讓機械進行更加精密的加工或運動。此設計把CCD 技術應用于超高速包裝機雙通道小包條包拉線檢測裝置，便可提高機械包裝加工的速度與效率。

2 設計思路

2.1 基本設計原理

CCD 技術是20 世紀70年代初發展起來的一種新型半導體器件，它是由電荷耦合器件組合而成的圖像傳感器，這種技術主要應用于數碼攝影、天文學，尤其是光學遙測技術等高速攝像領域中，能夠實現攝影設備高效、優質的成像。在攝影領域里，CCD 的成像技術原理為使用點陣CCD，即應用讀取x、y 兩個方向的二維數據用于攝取平面圖像；在掃描述儀中，采用的是線性CCD，即它x 一個方向的數據讀取已被設定，而y 方向掃描由掃描儀的機械裝置來完成。應用了CCD 技術的掃描儀，具有自掃描、感受波譜范圍寬、畸變小、體積小、重量輕、系統噪聲低、功耗小、壽命長、可靠性高等—系列優點。此新型小包拉線檢測器基于基恩士CV-5001數字圖像控制器、兩臺KEYENCE 11x 高速CCD 相機及基恩士KV-N40DTP 型PLC，能夠滿足每分鐘900 包的超高速包裝機雙通道小包條包拉線檢測需求。

2.2 關鍵技術應用

在機械加工領域中，應用CCD 技術的目的，是為了能夠應用光敏單元陣列讀取被測工件圖像的光信號，然后把讀取的光信號轉換成光生電荷，然后輸出機械能理解的電信號。這種技術的應用關鍵為如何能夠把讀取的數據信息轉換成光信號。此關鍵技術應用的方法：第一，電荷的產生，現應用金屬——氧化物——半導體組合成MOS 器件，這一器件能夠把光學圖像信號轉換成電荷信號。第二，CCD 技術應用MOS電容器下面的電極存儲光電效應產生的光電電荷。第三，在MOS 電容器存儲了光電電荷以后，CCD 技術應用移動電荷，把光電電荷轉換成電信號的方法完成光電電荷與電信號之間的轉譯。第四，為了能讓機械設備能夠檢測到電信號，需要應用檢測技術把電信號放大，此時就需要設計專用輸出電路來呈現電信號的結果。從CCD 技術的關鍵技術設計可以看到，CCD 技術的光電信號轉換，與傳統的光電信號轉換不同，它應用了光電電荷轉移的技術，能夠精確地把光信號轉譯成電信號，這種轉譯精確、無誤差。應用了CCD 技術，可以提高機械設備中掃描儀的掃描精度與掃描效率。

圖1

3 裝置結構

3.1 整體結構設計

新型雙通道超高速包裝機小包拉線檢測裝置由兩臺KEYENCE 11x 高速CCD 相機、基恩士CV-5001 數字圖像控制器、基恩士KV-N40DTP 型PLC、小型顯示器、視覺控制器手柄等組成。KEYENCE 11x 高速CCD 相機只需61.2ms 即可傳輸2432×2050 像素，可通過單個CCD 相機檢測到標準大小的零件上的細小缺陷，或拍攝并檢測更大的零件，同時此CCD 相機體積小巧，可輕松安裝在幾乎所有位置。超高速包裝機一般采用內、外雙通道包裝方式，兩臺CCD 相機對應內、外雙通道完成小包拉線的圖像采集，圖像由基恩士CV-5001 數字圖像控制器進行處理，處理結果信號由基恩士KVN40DTP 型PLC 通過采集包裝機運行時鐘、移位、運行狀態等信號進行邏輯運算處理后輸出到包裝機進行自動缺陷煙包剔除。PLC 與包裝機間的所有信號聯接采用光電耦合器進行光電隔離（如圖1）。

3.2 硬件設施設計

（1）控制器。該設計共應用四個傳感器來為控制器輸入數據，其中包括拉線傳感器、移位傳感器、設備運行傳感器、人工復位傳感器。該次設計了警報信號和停機信號這兩個輸出信號。

（2）拉線傳感器。應用基恩士CV-5001 數字圖像控制器來設計拉線傳感器。該傳感器的工作原理為應用KEYENCE 11x 高速CCD 相機作為圖像采集的設備，CCD 相機的圖像送到CV-5001 數字圖像控制器，圖像控制器采用一系列專用算法及正常圖像的采集值來判定拉線的非正常狀態，當出現非正常狀態拉線時，輸出信號給KV-N40DTP 型PLC，PLC 根據包裝機運行狀態及信號移位狀態進行缺陷小包煙或條包煙的剔除。

（3）移位傳感器。應用LABAO公司的SBL-R18C-=8DPR-E 型接近開關來接收傳感器的信息。設置物體有效感應距離為8mm。當推桿完成往復動作以后，便向前推動工件，移動一個工位，此時推桿移位傳感器開始掃描工件，判斷工位上有工件后，便產生一個移位脈沖信號，拉線非正常的缺陷小包煙或條包煙由此信號進行移位，確保在包裝機原機的剔除站進行精確剔除。

3.3 工藝流程設計

該次的工藝流程設計如下：

步驟1——開始

步驟2——將計數器、寄存器清零

步驟3——讀取拉線傳感器信號

步驟4——判拉線缺失或偏移，如是進入步驟5；如不是進入步驟3

步驟5——跟蹤缺陷煙包移動位置

步驟6——判斷煙包否到出口，如是進入步驟7；如不是進入步驟5

步驟7——輸出報警信號

步驟8——判斷缺陷煙包到是否出口末端，如是進入步驟9，如不是進入步驟10

步驟9——輸出停機信號

步驟10——判斷是否剔除缺陷煙包，如是進入步驟11；如不是進入步驟8

步驟11——停止輸出報警信號

步驟12——判斷是否停止，如是進入步驟13；如不是進入步驟2

步驟13——結束

4 使用效果

經過測試，發現該新型超高速包裝機雙通道小包條包拉線檢測裝置掃描速度快、運行穩定、運行質量高。據數據統計，該新型超高速包裝機雙通道小包條包拉線檢測裝置的包裝速度可達到每分鐘500 包以上，缺陷產品率為0.4%，該次設計提高了包裝機雙通道小包條包拉線檢測的速度，提高了生產效率及質量。

5 結語

新型超高速包裝機雙通道小包條包拉線檢測裝置的思路為將CCD 技術應用到包裝機雙通道小包條包拉線檢測裝置的設計中，提高掃描儀掃描的速度及精確度，提高包裝機雙通道小包條包拉線檢測裝置機械設備運作的速度與穩定性。該次分析了新型超高速包裝機雙通道小包條包拉線檢測裝置的應用的原理，通過整體設計、硬件設計及軟件設計，完成了設備機械設計，通過機械設計的運作效果可知，該設計可顯著提高包裝機雙通道小包條包拉線檢測裝置的掃描的速度，提高掃描的質量，從而能提高包裝機的生產效率。將這項技術推廣及應用后，能產生較大的社會效益。