微波檢測剔除系統在膠囊復合濾棒檢測中的應用

田 銳

（貴州中煙工業有限責任公司貴定卷煙廠，貴州 黔南州 551300）

0 引言

近年來，復合濾棒逐漸在行業內得到推廣及應用，其功能從降焦減害逐步擴展到改善卷煙感官質量方面，特別是膠囊復合濾棒的興起，給行業帶來了新的發展機遇，其多用于新品開發，由于新品牌的開發生產技術需要保密，因此，膠囊復合濾棒的生產工藝之間的交流較少。該公司推出的膠囊復合濾棒在濾棒中加入含有酒香的膠囊，這不僅對工藝提出了新的要求，而且也對濾棒的質量檢測提出了新的挑戰。基于膠囊復合濾棒的特殊性，多數生產企業都是通過設備改造來生產膠囊復合濾棒的，而設備隨著膠囊濾棒的新起不斷完善并持續改進生產工藝。

該公司運用的在線質量檢測系統是利用在線微波檢測技術的原理，對濾棒內膠囊的有無、膠囊的位置是否偏移及膠囊質量狀態進行檢測。該公司生產的其中一種膠囊復合濾棒如圖1 所示。膠囊復合濾棒在實際制作過程中受各種因素的影響，會導致復合濾棒中出現膠囊缺失或放入位置不對的現象，使濾棒不符合要求，出現質量缺陷，這種情況人工很難識別。因此，應用基于在線微波檢測技術微波檢測原理的在線質量檢測系統，對成型的膠囊復合濾棒進行微波在線定位檢測，發現質量缺陷濾棒時跟蹤控制并將其剔除，從而保證產品質量。

圖1 膠囊復合濾棒示意圖

1 微波檢測復合濾棒缺陷的原理

該檢測系統是基于不同介質通過微波裝置的諧振腔時，微波諧振信號的諧振頻率和諧振幅度發生變化來進行檢測的。圖1 膠囊復合濾棒中A1段和A2段材質的濾棒與B1和B2段材質（含膠囊）的濾棒，在通過微波裝置的諧振腔部位時，會隨機產生微波諧振信號[2]，對其進行信息數據分析和比對研究后，可以從微波諧振信號的變化中明顯分辨出A 段材質濾棒與B 段材質濾棒。分析結果如圖2所示。

圖2 中，U 表示微波諧振曲線振幅，F 表示微波諧振曲線頻率。1 處表示A 段材質濾棒產生的微波信號，2 處表示B 段材質濾棒產生的微波信號。

2 微波檢測剔除技術在濾棒檢測中的應用

微波是無線電頻譜的一部分。指頻率在300 MHz～300 GHz，即波長在0.1 mm～1 m 的電磁波。微波技術是基于微波的特點發展而成的一門技術。它的研究內容包括微波的產生、傳輸、傳播、輻射、檢測及應用等方面。該系統利用濾棒經過微波電磁場時，由于不同濾棒段或濾棒中物質的密度及水分含量不同，導致微波電磁場的能量參數發生變化，以此來檢測不同的濾棒段，確保濾棒質量。

2.1 系統組成架構

該系統主要由專用微波源、諧振腔、檢波器、A/D 變換器、方波產生器、CPU 主件、存儲器、時鐘處理單元、殼體組件、數據信號處理系統、顯示器、剔除執行機構等組成。

2.2 系統優勢分析

基于微波檢測的特性，其對被檢材料含水率差異變化反應極其敏感，同時它對被檢測材料本身的物理特性不會產生任何影響，并且能在線、實時、快速、無損地檢測被檢測材料的特性、特點。

首先，系統的檢測控制精度和可靠性滿足生產工藝要求。該系統可以根據濾棒設備操作人員或維修技術人員的需要切換通電狀態，且不需要提前作預熱處理，也不需要作回零處理就能使系統的檢測控制精度和可靠性滿足生產工藝的要求。

其次，系統的微波檢測頭沒有安全問題。系統的微波檢測頭發射功率極小（僅10 mW），對系統周圍的人員及環境無任何危害及影響[1]。

再次，系統的數據信息處理單元便于安裝和維護。該系統的數據信息處理單元是集成在一個電控柜中的，便于安裝和維護。電控柜固定在濾棒成型機的頂部，控制器單獨安裝在濾棒設備的正面，方便觀看和操作。

最后，系統的維護和保養較方便。整套檢測系統經過了一系列的檢驗和測試，軟件和硬件均達到安全、穩定、可靠的使用要求，且系統的維護和保養也很方便。

2.3 系統技術特點

根據不同材料（或相同材料不同的密度）在微波環境中諧振頻率和振幅的差異，以在線非接觸方式監測膠囊濾棒中的密度變化，并與各段的理論距離和膠囊濾棒的密度順序進行比較，圖1 中當出現以下3 種情況時輸出剔除信號。1）分辨相位偏移。當A1段介質與B1段介質距離誤差不在設定值范圍內時，判定該膠囊濾棒出現相位偏差，輸出剔除信號。2）分辨結構錯位。如A1段介質之后的距離誤差不等于設定值時，判定該復合濾棒為結構錯誤，輸出剔除信號。如果被測膠囊濾棒的密度時序與正常密度時序不一致，也剔除。3）設置參數。可通過人機界面修改膠囊濾棒的結構參數、剔除門限值、剔除數量、剔除路徑時間等參數。

3 微波檢測剔除系統的實際運用

3.1 濾棒截面

該系統把每支濾棒按照工藝要求進行截面等分。帶膠囊的濾棒通過微波檢測頭時，實時快速掃描濾棒的每個截面，并對濾棒的每個截面產生的微波信號進行綜合處理，可實時判斷濾棒中膠囊的位置和膠囊存在的狀態。

3.2 膠囊位置

當膠囊的位置偏出了工藝要求的位置時，系統判定該濾棒不合格。當膠囊放置位置超出要求或放置位置漏放膠囊時，系統發出剔除指令，剔除膠囊位置出錯的濾棒。

3.3 參數設置

在膠囊濾棒微波檢測剔除系統的監視界面中，可進行系統參數（產品品牌、系統調試等）設置，顯示相關數據（數據統計）等[1]。

3.4 試驗數據

在2 個不同時段對微波進行檢測，對剔除系統中的膠囊復合濾棒進行了測試，試驗數據如下。

3.4.1 第1批次濾棒剔除測試數據

隨機在膠囊濾棒成型機組濾棒出口處對生產的成品濾棒進行抽樣，共生產出18 500 支濾棒。其中人工手動檢出13 支濾棒，機械剔除187 支濾棒。試驗人員按濾棒內膠囊的有無、位置偏移、破損等要求對機械剔除樣品進行人工檢測判定，結果如下。1）無膠囊20 支。2）破損39 支。3）膠囊內缺失內含物34 支。4）膠囊位置偏移91 支。5）正常濾棒1 支。6）濾棒附帶有雜物2 支。

3.4.2 第2批次濾棒剔除測試數據

按照上述同樣的方法，對生產出的28 102 支濾棒進行隨機抽樣試驗。人工手動檢出6 支濾棒，機械剔除96 支濾棒。對機械剔除樣品進行人工檢測判定，結果如下。1）無膠囊9 支。2）破損13 支。3）膠囊內缺失內含物9 支。4）膠囊位置偏移63 支。5）正常濾棒1 支。6）濾棒附帶有雜物1 支。

綜合上述試驗，對自動剔除的283 支濾棒進行人工檢測與分析，得出的測試結果是無膠囊29 支（占10.25%）、破損52 支（占18.37%）、膠囊內缺失內含物43 支（占15.19%）、位移154 支（占54.42%）、正常濾棒2 支（占0.71%）、有雜物3 支（占1.06%），該系統準確剔除率≥99%。最后，在正常生產時，人為制造誤差，即特意生產存在質量缺陷的濾棒（如缺珠、膠囊移位等），膠囊是否在濾棒中以及偏移量等都不在工藝范圍內，觀察到缺陷濾棒均能被有效剔除，滿足膠囊濾棒工藝質量的要求。

4 結語

由上述測試結果可知，微波檢測和剔除系統能夠在正常生產過程中有效地檢測出膠囊復合濾棒的各種質量缺陷（缺珠、破損珠、半珠、膠囊移位），并及時剔除，合格率達到99% 以上。大大降低了人工檢測的勞動強度，使得產品的生產速度和產品的質量都得到了很大提高。