GD包裝機組小盒煙包外觀檢測裝置的改進

趙宏生，張正華，邱寶平，王永江，李 寧，佟雪梅，高方明，鄒 艷，孫津津，金瑩瑩，潘小娜，崔巖斌

紅塔遼寧煙草有限責任公司沈陽卷煙廠，沈陽市蘇家屯區南京南街98號 110023

GDX1、GDX2包裝機組是目前國內卷煙生產企業的主力包裝設備［1-3］，生產速度約為400包/分鐘。為滿足對小盒煙包（簡稱小盒）外觀質量的檢測要求，GD包裝機組配置的成像檢測系統采用兩個CCD相機對小盒的5個面進行外觀檢測［4-6］，但無法對小盒與傳送帶的接觸面進行檢測，因此存在檢測盲區，影響卷煙產品包裝質量。針對此問題，姚國明等［7］在傳送帶上留出一個間隙并安裝透明玻璃板，同時在玻璃板下方安裝第3個CCD相機進行檢測，由于檢測量大，玻璃板磨損后透明度降低，影響檢測精度；此外，玻璃板摩擦力較大，容易產生連包煙，無法對所有缺陷小盒進行精確剔除。祝榮壯［8］采用LED光源和超高速工業相機設計了一種新型小盒外觀檢測系統，解決了小盒外觀檢測誤檢率高、穩定性差等問題。沈宇航［9］通過對高速運動煙包圖像進行算法處理，有效定位追蹤并識別小盒外觀質量缺陷。鮑景峰［10］采用光纖傳感器和數字激光傳感器實現了條盒外觀在線檢測和剔除功能。上述研究或改進雖有效改善了小盒或條盒外觀檢測效果，但未能徹底解決小盒檢測盲區及缺陷小盒精確剔除等問題。為此，對GD包裝機組小盒外觀檢測裝置進行了改進，通過增加180°翻轉軌道和分包裝置，以期提高小盒外觀質量檢測效果，保證卷煙產品質量。

1 問題分析

改進前小盒外觀檢測裝置主要由LED光源、CCD相機、控制器主機、顯示器和編碼器等部分組成，見圖1。生產中由2個CCD相機（2）對小盒的5個面進行外觀檢測，小盒經傳送帶傳輸，當光纖傳感器檢測到小盒時，觸發CCD相機拍照，控制器主機（3）將采集到圖像與存儲的無質量缺陷圖像進行對比，若判定為缺陷小盒，控制器主機（3）傳送信號至PLC，啟動電磁閥剔除缺陷小盒。由于小盒與傳送帶的接觸面為檢測盲區，無法對小盒外觀質量實現全面監控。

圖1 改進前小盒外觀檢測裝置結構圖Fig.1 Structure of cigarette packet inspection device before modification

2 改進方法

改進后小盒外觀檢測裝置仍采用2個CCD相機進行圖像采集，但將其中一個CCD相機相對于原位置平移了1.8 m；增加了兩條180°翻轉軌道和分包裝置，使煙包底面翻轉到頂面進行檢測，并對連包煙進行分離，見圖2。其中，第一成像檢測系統由小盒傳感器、第一CCD相機、PLC、第一電磁閥、第一風管和LED光源等組成；第二成像檢測系統由小盒傳感器、第二CCD相機、PLC、第二電磁閥、第二風管和LED光源等組成。改進后將小盒翻轉180°后進入第二成像檢測裝置，以解決小盒盲區檢測問題；增加分包裝置，避免連包煙對剔除裝置產生干擾，提高剔除精度。生產中小盒通過第一分包器（8）（分包狀態）進入第一成像檢測系統（7）進行外觀檢測，檢測合格小盒經過第一180°翻轉軌道（6）翻轉180°（連包狀態）后通過第二分包器（4），連包小盒分離，進入第二成像檢測系統（3），二次檢測合格小盒經過第二180°翻轉軌道（2）恢復初始狀態，進入下一道工序。

圖2 改進后小盒外觀檢測裝置結構圖Fig.2 Structure of cigarette packet inspection device after modification

2.1 180°翻轉軌道

180°翻轉軌道由小盒輸送導板、內六角螺釘、擋板、上拔、下拔和小盒傳送帶等組成，見圖3。小盒輸送導板A、B、C、D與內六角螺釘（2）之間設有小盒輸送導板墊片（9）；小盒輸送導板A（1）、下鏟刀（5）、上拔機架（7）、小盒輸送導板C（8）依次固定在機架一側，小盒輸送導板B（13）、擋板（4）、下拔（11）、小盒輸送導板D（10）固定在機架另一側；小盒輸送導板A（1）與B（13）之間形成小盒通道，擋板（4）與下鏟刀（5）、上拔機架（7）之間形成先寬后窄的小盒翻轉通道，上拔（6）通過內六角螺釘（2）連接在上拔機架（7）上；小盒在小盒傳送帶（12）的帶動下，從小盒輸送導板C（8）與D（10）構成的輸送通道通過，此時豎立狀態的小盒（3）在上拔（6）與下拔（11）的共同作用下，被翻轉90°成為水平狀態；在擋板（4）的作用下小盒輸送通道由寬變窄，小盒不斷向下鏟刀（5）的光滑曲面靠近，并從水平狀態再次翻轉90°成為直立狀態，最終實現小盒180°翻轉，此時小盒與傳送帶的接觸面被翻轉為頂面，經由小盒輸送導板A（1）與B（13）構成的小盒通道進入下一道工序。

圖3 180°翻轉軌道結構圖Fig.3 Structure of 180° turnover channel

2.2 分包裝置

生產中經過180°翻轉軌道的小盒均為連包狀態，當檢測出缺陷小盒時，采用正壓吹風將缺陷小盒剔除。由于連包煙依次相連，無法對缺陷小盒進行準確剔除，為此增加了分包裝置。分包裝置主要由滾輪、外螺紋桿、分包器機架、軸承、分包器擺桿、傳送帶機架、小盒傳送帶、步進電機和聯軸器等組成，見圖4。分包器擺桿（13）為T型夾層結構，其表面設有第一和第二安裝孔，夾層內設有第三和第四安裝孔以及皮帶輪（5，14），4個安裝孔內分別安裝有軸承（6）；轉軸（8）一端與聯軸器（20）連接，另一端依次穿過第三安裝孔、皮帶輪（14）和第一安裝孔，使皮帶輪（14）與分包器擺桿（13）連接；滾輪（7）的一端依次穿過第二安裝孔、皮帶輪（5）和第四安裝孔，使皮帶輪（5）與分包器擺桿（13）連接，皮帶輪（5，14）通過皮帶（4）連接；分包器擺桿（21）上的滾輪（1）與分包器擺桿（13）上的滾輪（7）之間形成可供小盒（17）通過的分包通道；分包器機架（3）上設有外螺紋桿（2），其上套有彈簧（11）；直線軸承（12）通過內六角螺釘（10）固定在分包器擺桿（13）上，與外螺紋桿（2）配合使用的松緊螺母（18）與直線軸承（12）接觸，松緊螺母（18）沿外螺紋桿（2）進出帶動分包器擺桿（13，21）移動，通過調節分包器擺桿（13，21）的距離，可以調節滾輪（1，7）與小盒（17）之間的松緊度；步進電機（19）通過內六角螺釘（10）固定在分包器機架（3）上，分包器由步進電機（19）提供動能，通過聯軸器（20）傳送到轉軸（8），轉軸（8）帶動皮帶輪（14）轉動，并通過皮帶（4）傳動到皮帶輪（5），皮帶輪（5）帶動滾輪（7）轉動；小盒（17）經小盒傳送帶（16）傳送通過滾輪（1，7）時，由于滾輪（1，7）高速旋轉并與小盒（17）表面接觸，由此實現連包小盒（17）分離；為避免軸承（6）松動，通過軸承墊片（9）將軸承（6）鎖緊在分包器擺桿（13）上，彈簧（11）套在外螺紋桿（2）上，保證小盒傳送帶（16）傳送小盒（17）時與兩滾輪時刻接觸；傳送帶機架（15）與分包器機架（3）間夾角為90°。

圖4 分包裝置結構圖Fig.4 Structure of packet separator

3 應用效果

3.1 試驗設計

材料：“紅塔山軟經典（1956）”牌卷煙（由紅塔遼寧煙草有限責任公司沈陽卷煙廠提供）。

設備：GD包裝機組（上海煙草機械有限責任公司）；小盒六面外觀檢測裝置（沈陽航空工業626研究所研制）。

方法：分別采用改進前后小盒外觀檢測裝置進行生產，每2h在裝箱機前人工隨機抽檢1條煙，每班次8h，按照紅塔遼寧煙草有限責任有限公司企業標準（Q/HLY.J05.47—2018）對小盒外觀進行檢測，統計改進前后因小盒檢測盲區導致的質量缺陷次數以及缺陷小盒剔除數量，取平均值，測試時間為6個月。

3.2 數據分析

由表1可見，改進后單班次單機組小盒缺陷次數由2.17次/月減少為0，平均剔除煙包36.33盒/月。改進前設備無法檢測小盒底面，主要依靠人工對成品煙包進行抽檢，容易漏檢和誤檢；改進后實現了在線檢測和缺陷小盒的準確剔除，有效保證了卷煙產品質量。

表1 改進前后小盒缺陷次數及剔除數量Tab.1 Comparison of frequency and rejection amount of cigarette packets due to appearance defects on the side in contact with the conveying belts before and after modification

4 結論

對GD包裝機組小盒外觀檢測裝置進行了改進，通過增加180°翻轉軌道和分包裝置，解決了小盒檢測盲區問題，提高了缺陷小盒剔除準確度。以沈陽卷煙廠生產的“紅塔山軟經典（1956）”牌卷煙為對象進行測試，結果表明：改進后單班次單機組因小盒檢測盲區導致的質量缺陷次數由2.17次/月減少為0，平均剔除煙包36.33盒/月，實現了小盒全方位檢測，有效提高了小盒外觀質量檢測效果。