關于提升煙草物流分揀系統打碼質量的探索

李蓓 吳昊

1．河南省煙草公司洛陽市公司 河南洛陽 471000

2．河南省煙草公司鶴壁市公司 河南鶴壁 458000

1 打碼的必要性及重要性

2006年以來，在國家煙草專賣局打碼到條及訂單采集系統項目中，卷煙分揀環節需要對分揀卷煙實現打碼到條，即在每條卷煙的表面進行“32位碼”的標記。

近年來，國家煙草專賣局針對卷煙打碼質量的要求越來越高。根據“國煙?！?010〕324”號文件《國家煙草專賣局關于卷煙打碼銷售有關事項的通知》，要求各煙草商業公司銷售卷煙必須打碼到條，未打碼到條的卷煙不得在市場上銷售，對于特殊包裝的卷煙在物流出庫時也要求進行打碼到條；另根據“國煙專2013-281號”文件《國家煙草專賣局關于進一步加強卷煙打掃碼管理監督的通知》，也明確要求：行業內要嚴格執行卷煙打掃碼管理規定，切實提高打掃碼質量，各省級局要加強打掃碼管理，促所屬地市級局（公司）加強打掃碼軟硬件管理和維護，32位條煙碼要嚴格按照要求、規范進行打碼，確保打碼效果和清晰度，要加大條煙打碼的質量。

由此可見，國家煙草專賣對實現所有卷煙打碼到條，以及保證打碼的質量尤為重視。

2 現階段打碼存在的問題

經過廣泛調研，就現有的分揀條件及環境而言，打碼環節存在的問題存在以下情況：

（1）由于分揀線采用的倉道彈煙技術，以及不同品規的條煙重量不一致，決定了分揀線上條煙姿態存在隨機性強，從而導致打碼設備打在條煙表面的碼段位置分布隨意、角度各異甚至殘碼、無碼，對市場的稽查管理和專賣工作的開展造成一定程度影響[1]。

（2）條煙進入打碼狀態前沒有訂單核對機制，導致打碼串戶的存在，嚴重影響分揀效率；

（3）在高度自動化集成的生產線上，皮帶線經常存在間歇、啟停等過程，當皮帶線停機減速或者啟動加速時，往往造成打碼內容堆積、變形，甚至無法識別的情況；

（4）分揀效率的不斷提升要求生產線大幅度提速、加之打碼設備老舊及現有常用二氧化碳激光打碼技術瓶頸等因素，導致打碼清晰度低、打碼線條不均勻、部分條煙覆膜被灼破、激光加工產生煙霧等影響打碼質量和生產環境的情況時有發生；

（5）就目前打碼到條系統功能設計的角度，也存在以下不足：

打碼機只要求與中軟打碼控制系統進行軟件通訊和聯機報警，完成打碼數據的通訊和執行條煙打碼的工作即可，并未實現整個分揀系統聯機報警，當打碼機未收到中軟打碼控制系統下發的碼段時，分揀線仍可以正常流轉，導致輸送過來的卷煙漏打碼；

打碼機沒有誤操作或設備本身故障的聯機報警功能，設備在運行過程中一旦出現誤操作關閉激光電源、激光器本身故障、掃描振鏡故障等就會造成不出光漏打碼的情況。

（6）維護不到位導致的設備效能下降，例如，光學鏡頭污染、打碼焦距失調、打碼軟件未隨使用工況改變及時調整等，均會出現激光能量轉化率下降，未達到能盡其用，浪費現象多發。

3 打碼質量提升方向探索

針對打碼環節存在的問題，通過組織專班調研、分析和試驗，針對性進行一些有益探索。

3.1 增加條煙輸送姿態整形裝置及訂單核對系統

由于分揀線普遍存在著條煙姿態隨機性強，相對接入角過大的特點，嚴重影響打碼質量和分揀效率，同時也會降低訂單核對系統識別精度。為了提高打碼質量和識別精度，必須對分揀線上條煙進行姿態調整，使之以較小的接入角進入識別和打碼區域[2]。

該裝置安裝于條煙打碼之前，條煙經過姿態整形裝置時，前端安裝的撥正機構首先將條煙進行撥正，撥正后的條煙隨后進入壓緊差速皮帶線內，通過兩端的限位桿和雙條差速海綿輪，實現對條煙進行壓緊并拉開合適間距，經過整形后的條煙將以垂直于流水線方向且全部保持相同姿態，同時大幅度減小條煙接入角度進入訂單核對系統以提高識別精度，最終實現打碼碼段位于條煙相同的位置區域，美觀度辨識度得到提升。

訂單核對系統包括條煙品規+姿態識別系統，由掃描器、高速相機、光電傳感器組成，光電傳感器檢測每條煙的到達檢測位置并觸發掃碼器和高速相機：掃碼器從4個方向掃描識別條煙品規，并將識別結果傳輸至后臺系統進行訂單核對糾錯。

經過條煙輸送姿態整形裝置及訂單核對系統的糾偏糾錯，既可實現打碼碼段本身整齊劃一，又可減少串戶現象發生，提升分揀效率，對于打碼質量的提升裨益良多。

3.2 增加流水線實時速度檢測感應器

在高度自動化集成的生產線上，皮帶線經常存在間歇、啟停等情況。當皮帶線停機減速或者啟動加速時，條煙如果經過激光打碼區域，傳感器觸發信號后，打碼機仍然按照設定的時鐘頻率，即勻速頻率來進行打碼，而此時流水線上的條煙是在減速到靜止（或者從靜止加速到設定速率）的變速過程中，時鐘頻率與皮帶線的實際速率不匹配，往往造成打碼內容堆積、變形，甚至無法識別的情況，這種情況下可通過在流水線電機軸側安裝高精度的旋轉編碼器，旋轉編碼器感應電機的轉動速度來實時偵知流水線速度，可實時準確偵知流水線的速度變化，當流水線啟動、停機過程中，旋轉編碼器將條煙運行速度信號反饋給激光打碼機，激光打碼機再進一步通過軟件計算調整打碼時鐘頻率，確保打碼效果一致。

3.3 采用冷光源激光打碼機

目前煙草行業打碼到條普遍使用波長為10.6um的CO2激光打碼機，但CO2激光熱加工的特性，以及某些特殊包裝卷煙吸收10.6um波長激光的特性，其主要存在以下方面的缺陷：

（1）打碼線條不夠均勻、標刻效果不夠細膩，影響字形美觀度；

（2）字符首尾及線條結合處受激光灼刻產生的熱量影響，會有交叉點；

（3）激光熱加工，對煙條表層進行灼刻，針對淺色（白色、金色等包裝）卷煙，打碼效果與包裝盒表層無法形成色差，直觀辨識度低；

（4）激光打碼時熱量擴散，在覆膜內層有起霧情況，影響打碼效果；

（5）激光熱加工破壞表層覆膜，影響卷煙防潮效果；

（6）激光灼刻時會產生一定的煙塵、異味等，不利于環保；

（7）激光灼刻時有細微明火，可能存在安全隱患。

而冷光源激光打碼機利用高頻特種激光穿過包裝透明膜在卷煙包裝盒最表層形成色差，可實現內容清晰的標記效果。其采用高可靠半導體二極管泵浦激光管和獨特的腔體結構設計，機械性能穩固可靠，光束質量好、功率穩定性高，可實現超精細打碼；紫外激光熱影響區極小，可避免被加工材料的損傷，是激光標識領域的理想光源[3]。

冷光源激光打碼機采用紫外激光器，波長為355nm，更加適應對復雜材質、底色花紋多樣的包裝材料的打碼。紫外激光屬于冷加工，其原理是通過高能光子將產品材料分子鏈破壞，產生化學變化，形成顏色對比的標記效果。較之CO2激光標識，紫外激光具備精細化、高辨識度、高清晰度的打碼效果。

冷光源激光打碼機同時擁有激光標識設備的所有特性，可以在高速流水線上實現在線飛行打碼功能。紫外激光聚焦光斑極小，光束質量高，焦點小，更適合各種材料的超精細打碼，可帶來近乎完美的打碼效果。

3.4 增加漏打碼防護系統

針對現有打碼到條系統功能設計的缺陷，通過增加漏打碼防護系統，真正確?！按虼a到條，一條一碼，條碼正確”

漏打碼防護系統是通過增加獨立運行的邏輯判定系統，實現在分揀打碼環節，實時檢測打碼機和中繼器通訊是否正常、激光出光信號是否正常、振鏡偏轉信號是否正常等，一旦出現漏打碼故障，即時停機并處理，結合旋轉編碼器可同時對輸送線停機瞬時激光正在打碼的問題進行優化，對故障通過人機界面進行顯示、存儲、分析，以確保激光打碼質量，杜絕無碼卷煙進入配送環節或流入市場進行銷售。

漏打碼防護系統采用增加獨立邏輯判定的技術方式，實時偵聽雙方通訊及物理信號判斷的綜合判定，對激光打碼機和中繼器雙方是否正常通訊，打碼機激光出光和振鏡偏轉環節業務邏輯是否正常進行判定，使得控制系統對打碼的輸出更為準確，并符合生產線實際使用要求。

同時結合旋轉編碼器對打碼段差速皮帶采用自動控制方式，當分揀系統輸出停機信號時，對激光是否正在打碼或剛好觸發打標信號的情況進行判定，輸出打碼段皮帶線延時停機信號，確保打碼信息完整。并直接與分揀線進行聯機，出現故障即時停機糾錯，確保打碼質量。

（1）打碼控制邏輯和報警輸出。系統通過對光電信號、激光打標卡、打標軟件、激光器電源、激光器故障、振鏡電源、振鏡故障、中軟打碼控制系統等進行IO和通訊報文采集，綜合判定并在打碼設備存在故障時，即時輸出報警信號，發出聲光報警使操作人員能夠第一時間對問題進行解決。

（2）質量統計、分析。

漏碼防護系統通過人機界面實現人機交互、統計?？蓪崿F：

激光打標機設備及光電等IO狀態進行實時顯示；

故障信息的統計、分類；

故障信息的報表日志導出。

3.5 加強系統設備維護力度

系統設備維護是企業日常管理工作中的核心內容之一，具體到打碼環節，打碼設備性能是否穩定安全的輸出，對打碼質量及分揀效率乃至企業成本均能產生巨大影響。因此，加強對打碼系統設備的維護力度，采取有效的維護措施確保打碼系統設備的能效最大化、使用完整性及先進性，最終提升打碼質量，促進物流分揀系統工作高效高質的開展。具體措施羅列如下：

圖1 系統工作流程

加強內部技術學習交流培訓，技術部相關崗位人員實現熟練的使用設備，全面的了解設備原理，并掌握設備操作、維護及基本故障排除的技能，減少日常生產過程中停機時間，確保分揀效率；

依托外部技術力量，通過專業的技術指導，掌握設備使用及調整技巧，實現設備能效最大化生產，例如，使用激光打碼機對煙條進行激光打碼時，激光打碼的效果是激光能量與激光作用時間的乘積，在激光能量一定的情況下，延長激光作用時間可實現打碼更清晰及字型更工整，這就需要通過判斷實際使用環境來調整打碼參數實現，避免無謂的打碼過快，使激光能量更合理地作用在條煙表面；

及時更換維修設備損耗件并定期對設備進行維護保養，例如，及時對功率不足的激光器進行充氣修復，確保激光能量始終處于合理狀態，同時考慮到打碼設備的高頻使用及所處的高塵環境，定期對諸如光學系統進行清潔保養、對打碼焦距進行校對調整、對條煙檢測裝置進行適應性調整等，確保整套系統高效輸出。