FOCKE408 條內(nèi)煙包變形檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

李 乾， 歐陽(yáng)哲， 程 亮， 王仕宏， 錢(qián)躍東， 孔 迪

（紅云紅河（煙草）集團(tuán)會(huì)澤卷煙廠， 云南 曲靖 655000）

0 引言

FOCKE408 型條盒透明紙包裝機(jī)條盒包裝機(jī)部分由煙包供給系統(tǒng)、條盒供給系統(tǒng)、條盒裹包成型系統(tǒng)組成。其中煙包供給：FOCKE401 輸出的煙包為兩包一組，由傳送帶送入FOCKE408 型條盒透明紙包裝機(jī)的入機(jī)單元，當(dāng)輸入的煙包滿足推送要求時(shí)， 以2×5 包煙的形式輸入推送器傳送機(jī)構(gòu)將煙包與條盒推入轉(zhuǎn)塔I，在轉(zhuǎn)塔I 上設(shè)有三個(gè)相互間隔120°的模盒，并在等待位置分別完成條盒的折疊成型， 轉(zhuǎn)塔I 在三工位將折疊好的煙條輸送到轉(zhuǎn)塔II 的模盒內(nèi)，當(dāng)煙條被推入到轉(zhuǎn)塔II 內(nèi)時(shí)候，煙條透明紙已完成了大多數(shù)的折疊動(dòng)作， 并由長(zhǎng)頁(yè)折疊器及烙鐵完成長(zhǎng)折頁(yè)的折疊與封口，當(dāng)煙條由轉(zhuǎn)塔II 推入輸出軌道時(shí)， 輸出軌道的折疊犁完成端面包封及端面的外折頁(yè)折疊，折疊好的煙條在輸出軌道中，由兩端的熱封烙鐵將兩端面進(jìn)行預(yù)封口，當(dāng)煙條向上移動(dòng)至輸出機(jī)構(gòu)時(shí)，橫向輸出機(jī)構(gòu)將包裝好的煙條一條一條地往下煙條提升器輸送[1]。

FOCKE408 煙條內(nèi)變形煙包主要來(lái)源兩個(gè)方面，首先是在FOCKE408 實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)單包、煙包輸送不到、上下層煙包錯(cuò)位、橫包、煙包透明紙粘連等情況，造成條內(nèi)煙包排序錯(cuò)亂， 產(chǎn)生 “推桿阻塞”、“頂部折疊”“輸入皮帶堵塞”等停機(jī)故障，基本上是靠近入機(jī)單元的右側(cè)煙包在推送器推送過(guò)程中碰撞到右側(cè)導(dǎo)軌塊， 造成設(shè)備停機(jī)報(bào)警， 此時(shí)入機(jī)單元最右側(cè)的兩包煙會(huì)出現(xiàn)局部變形， 這需要操作人員對(duì)每一次設(shè)備故障進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量檢測(cè)。 其次是上游包裝設(shè)備成像檢測(cè)漏檢，現(xiàn)有成像檢測(cè)對(duì)煙包的局部變形識(shí)別率不高， 會(huì)有少量缺陷煙包被成像外觀檢測(cè)設(shè)備漏檢， 或者人工在入機(jī)單元前的輸送通道內(nèi)，誤加入的局部變形的煙包，因?yàn)镕OCKE408 條盒透明紙包裝機(jī)包裝折疊部位結(jié)構(gòu)緊湊、空間狹小，無(wú)額外添加任何質(zhì)量檢測(cè)裝置空間，這種偶發(fā)性、突發(fā)性變形煙包，單純依靠自檢、巡檢無(wú)法精準(zhǔn)的發(fā)現(xiàn)，條包機(jī)不會(huì)停機(jī)報(bào)警。 而裝箱前煙條外觀質(zhì)量檢測(cè)對(duì)條內(nèi)的煙包無(wú)法進(jìn)行識(shí)別，只能對(duì)條包外觀與透明紙外觀進(jìn)行檢測(cè)，導(dǎo)致可能外觀變形的煙包夾雜在外觀符合工藝指標(biāo)的條盒內(nèi)，混入透明紙包裝部分，進(jìn)而流入裝箱機(jī)，一旦進(jìn)入卷煙消費(fèi)市場(chǎng)，市場(chǎng)投訴反饋概率特別高。

1 條內(nèi)變形煙包檢測(cè)方案設(shè)計(jì)

1.1 文獻(xiàn)綜述

楊強(qiáng)等提出利用X 光以煙包三種運(yùn)動(dòng)形態(tài)構(gòu)建正面、側(cè)面、底面三維度圖像，準(zhǔn)確的研判小包內(nèi)部形態(tài)，能識(shí)別出煙包內(nèi)部的爛鋁箔紙、掛爛煙支、煙包擠壓變形等，相對(duì)于利用外觀成像檢測(cè)技術(shù)，煙包內(nèi)部缺陷檢測(cè)的準(zhǔn)確度與效率較高，但是X 射線束的散射范圍、X 射線泄露、檢測(cè)精密度無(wú)法得到保證[2]，無(wú)法在卷煙工業(yè)大規(guī)模推廣應(yīng)用。陳海需等人提出利用歐姆龍接近開(kāi)關(guān)與可編程控制器配合對(duì)煙包內(nèi)的鋁箔紙進(jìn)行檢測(cè)，利用接近開(kāi)關(guān)輸出低電平持續(xù)長(zhǎng)短判斷煙包是否變形、鋁箔紙破損、鋁箔紙缺失等缺陷煙包，雖然準(zhǔn)確率達(dá)100%，但是需要8 個(gè)接近開(kāi)關(guān)，其對(duì)煙條內(nèi)部的煙包檢測(cè)需要安裝更多的傳感器[3]。龐艷紅提出在小盒成型倉(cāng)上下檢測(cè)板分布安裝20 個(gè)光電管，對(duì)缺包的煙條檢測(cè)準(zhǔn)確率極高， 但是需要利用比較閥值與光電管與被檢測(cè)物的距離L 進(jìn)行兩因子四水平的DOE實(shí)驗(yàn)，需要最佳的參數(shù)組合，對(duì)于不同的品牌鋁箔紙表面質(zhì)量有所差異，可能誤檢率較大，調(diào)節(jié)耗時(shí)較大[4]。

1.2 剔除裝置設(shè)計(jì)

當(dāng)變形檢測(cè)裝置識(shí)別出缺陷的煙條， 如何將其從輸送通道剔除， 減少調(diào)用包裝機(jī)設(shè)備停機(jī)程序提示操作工干預(yù)的頻次， 便于包裝機(jī)組操作人員及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整、參數(shù)優(yōu)化、設(shè)備操作防差錯(cuò)等。

1.2.1 外設(shè)剔除裝置

在輸出軌道入口有與轉(zhuǎn)塔II 推煙通道上方空隙處安裝漫反射光纖傳感器A， 同樣在輸出軌道的煙條輸出到煙條提升器的輸送通道， 偏離煙條輸出系統(tǒng)的帶有兩個(gè)輸出爪的滑動(dòng)架運(yùn)動(dòng)最前端， 加一條煙的寬度10mm 處裝漫反射光纖傳感器B， 從檢測(cè)裝置到外設(shè)剔除口的煙條數(shù)是固定的， 當(dāng)光纖傳感器A 檢測(cè)下方有煙條從轉(zhuǎn)塔II 被推煙桿推入到輸出軌道內(nèi)， 相應(yīng)的光纖傳感器B 也能檢測(cè)到煙條在輸出通道內(nèi)在其下面的輸送皮帶摩擦力下運(yùn)動(dòng)， 除非該煙條被人為從提升通道保持架內(nèi)取出或者被原機(jī)器剔除系統(tǒng)在輸出軌道末端被剔除到容納箱內(nèi)。 目前外設(shè)的剔除裝置主要有三種裝置在卷煙工業(yè)上普遍使用。①氣缸剔除裝置，根據(jù)橫向輸送通道皮帶運(yùn)動(dòng)速度，剔除口與距離光纖傳感器B 的距離，可以計(jì)算延時(shí)剔除時(shí)間t，剔除口設(shè)在橫向輸送通道一側(cè)擋板開(kāi)設(shè)1.2×煙條寬度的開(kāi)口槽， 另一側(cè)雙桿伸縮氣缸的推桿粘貼有緩沖層， 與橫向輸送通道擋板內(nèi)側(cè)保持平齊， 通過(guò)二位三通電磁閥控制氣缸推桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 氣缸的運(yùn)動(dòng)速度可以調(diào)節(jié)節(jié)流閥；②壓縮空氣剔除裝置，該剔除裝置與氣缸剔除裝置類(lèi)似，只是將氣缸更換為噴氣嘴，利用空氣壓力作用在煙條端面，將其推出輸送通道；③氣動(dòng)取樣剔除裝置，利用兩個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)，其中一個(gè)氣缸垂直運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)氣缸水平移動(dòng)。垂直氣缸活塞桿底部安裝兩個(gè)吸盤(pán)，距離煙條最高處約60mm， 當(dāng)需要將被標(biāo)識(shí)的煙條剔除時(shí)候，活塞桿伸出，負(fù)壓管路電磁閥通電，吸盤(pán)蘑菇頭與煙條相距0.5mm，煙條被吸盤(pán)吸附，垂直氣缸活塞桿收縮，帶著煙條脫離橫向輸送通道，并與其他正常煙條不發(fā)生干涉， 水平氣缸活塞桿底部帶著垂直氣缸移動(dòng)到容納箱上方，電磁閥切斷負(fù)壓空氣，空氣流入到吸盤(pán)內(nèi)部，在煙條自身重量作用下落入到容納箱內(nèi)，水平氣缸活塞桿收縮，恢復(fù)原始狀態(tài)， 等待下一次取樣剔除動(dòng)作。 這種剔除裝置，相對(duì)于氣缸剔除或者壓縮空氣剔除，無(wú)需對(duì)輸送通道擋板進(jìn)行開(kāi)口設(shè)計(jì)，噪音相對(duì)比較小，但是安裝設(shè)備占用一定的空間，需要額外的控制程序編制與結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)。

1.2.2 原機(jī)剔除信號(hào)

FOCKE408 型條盒透明紙包裝機(jī)只有一個(gè)不合格煙條剔除口，在輸出軌道上設(shè)有煙條限位擋板，在按壓排除按鈕或者剔除信號(hào)后，限位擋板便由氣缸向下拖動(dòng)，提升器被脫開(kāi)， 轉(zhuǎn)塔II 排出的煙條將需要剔除的煙直接產(chǎn)品能從排出口排出，完成煙條的剔除。其中剔除信號(hào)主要有透明紙左右跑偏檢測(cè)、 透明紙接頭檢測(cè)、 拉線有無(wú)檢測(cè)等，如果借助現(xiàn)有的剔除裝置，只需要確定缺陷的煙條在折疊包裝的運(yùn)動(dòng)規(guī)律即可調(diào)用剔除程序， 在包裝機(jī)不用停機(jī)前提下， 并利用報(bào)警器提示操作人員有缺陷的煙條被剔除，避免與透明紙跑偏的煙條產(chǎn)生混淆。

外設(shè)剔除裝置控制系統(tǒng)與現(xiàn)有的FOCKE408 條外透明紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)無(wú)關(guān)聯(lián)，需要對(duì)橫向通道擋板進(jìn)行改造或者占用一定的安裝空間，影響現(xiàn)有設(shè)備外觀性。而借用原機(jī)剔除信號(hào)，不用借用兩個(gè)檢測(cè)信號(hào)邏輯關(guān)系判斷煙條的位置，可以高效連續(xù)的將其剔除，不用擔(dān)心容納箱空間是否足夠問(wèn)題，除一個(gè)檢測(cè)與報(bào)警器外，無(wú)需其他零部件，因此從施行難度與控制精度上，選擇借用原機(jī)剔除信號(hào)。

1.3 檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

1.3.1 渦電流位移計(jì)與放大器檢測(cè)裝置

由于條盒中的煙包內(nèi)襯紙是鋁箔紙， 使煙包具有金屬特性，在FOCKE408 輸出軌道的上蓋板、輸出軌底部分布安裝10 個(gè)基恩士渦電流位移計(jì)EX-110V 并用放大器EX-VO2 配合，分別對(duì)應(yīng)著煙包的左側(cè)與右側(cè)，設(shè)定下止點(diǎn)模式，在煙條被轉(zhuǎn)塔II 輸出推桿推送一個(gè)位移過(guò)程中，利用煙條之間的間隔無(wú)鋁箔紙空缺設(shè)定觸發(fā)周期， 能實(shí)時(shí)采集輸出軌道下部的煙條間歇運(yùn)動(dòng)條內(nèi)煙包鋁箔紙高度變化，并在放大器實(shí)時(shí)顯示出具體的數(shù)字，同時(shí)也能對(duì)外輸出±5V 的模擬電壓，如果利用PLC 對(duì)20 個(gè)模擬輸入數(shù)據(jù)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值， 外聯(lián)FOCKE408 條外透明紙包裝機(jī)剔除程序，并引發(fā)報(bào)警程序，操作人員能及時(shí)在對(duì)該條煙進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，這種控制檢測(cè)方式準(zhǔn)確率極高，可以測(cè)出煙包輕微的變形，能最大限度保證條內(nèi)煙包的外觀尺寸，但是一個(gè)基恩士渦電流位移計(jì)需要一個(gè)放大器進(jìn)行配合使用，相應(yīng)的該套檢測(cè)裝置成本較高，適合應(yīng)用在高端卷煙產(chǎn)品生產(chǎn)線或者若干包裝機(jī)組經(jīng)過(guò)煙條提升器匯合某個(gè)裝箱機(jī)段進(jìn)行最后煙條內(nèi)部煙包外觀質(zhì)量檢測(cè)， 并借助壓縮空氣噴頭進(jìn)行剔除。

1.3.2 彩色激光同軸位移探頭與PLC 檢測(cè)裝置

由于彩色激光同軸位移探頭對(duì)物體表面高度變化十分敏感，檢測(cè)精度可以達(dá)到0.01mm，需要安裝在2×5 煙包與條盒紙進(jìn)入轉(zhuǎn)塔I 前，否者由于條盒紙阻擋無(wú)法對(duì)煙包表面進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而判斷煙包是否變形。 由于FOCKE408入機(jī)單元結(jié)構(gòu)為上下皮帶驅(qū)動(dòng)并且安裝10 個(gè)光電檢測(cè)，條盒折疊系統(tǒng)的預(yù)折疊套口與活動(dòng)折疊套口結(jié)構(gòu)也十分緊湊，無(wú)安裝空間，只能安裝在煙包美容器出口。

該套檢測(cè)剔除裝置由彩色激光同軸位移探頭、 中繼單元、增設(shè)單元、彩色激光同軸位移探頭控制器、漫反射光纖傳感器、蜂鳴器、緊固螺母、控制器、安裝座組成。 其中安裝座為U 型結(jié)構(gòu)， 兩端分別焊接在煙包美容器出口末端倒數(shù)第三工位中間的上部與下部， 上部距離煙包表面距離為10mm，安裝座上部開(kāi)設(shè)兩個(gè)M8 螺紋孔，螺紋孔中心距離煙包底部或頂部的距離為5mm， 彩色激光同軸位移探頭與安裝座螺紋孔進(jìn)行螺紋配合， 并用緊固螺母進(jìn)行固定探頭相對(duì)煙包頂部的位置為5.5mm， 美容器上部?jī)蓚€(gè)彩色激光同軸位移探頭A、B 輸出端接入中繼單元A， 美容器下部彩色激光同軸位移探頭C、D 輸出端接入中繼單元B，中繼單元A、B 輸出端接入增設(shè)單元，增設(shè)單元輸出接入彩色激光同軸位移控制器， 將彩色激光同軸位移探頭檢測(cè)范圍內(nèi)的光強(qiáng)相位差轉(zhuǎn)為具體數(shù)字，并將相關(guān)數(shù)據(jù)與控制器進(jìn)行連接， 四個(gè)探頭信號(hào)檢測(cè)的數(shù)據(jù)如果偏差2mm，則煙包出現(xiàn)變形，由于無(wú)法根據(jù)通道的煙包數(shù)量計(jì)算缺陷煙包在那條煙條內(nèi)， 因此只能調(diào)用FOCKE401 小盒透明紙包裝機(jī)輸出軌道堵塞停機(jī)信號(hào)，提示操作人員進(jìn)行檢驗(yàn)，這種檢測(cè)識(shí)別裝置，能更好的檢測(cè)由上游設(shè)備產(chǎn)生的變形煙包流入到FOCKE408 條盒透明紙包裝機(jī)，但是無(wú)法對(duì)下游設(shè)備進(jìn)行最后的檢測(cè)，需要FOCKE401 小盒透明紙包裝機(jī)停機(jī)進(jìn)行變形煙包的檢測(cè)，無(wú)疑增加設(shè)備停機(jī)率與待機(jī)時(shí)間，同時(shí)整套相關(guān)設(shè)備價(jià)格比較高。

1.3.3 接近開(kāi)關(guān)與PLC 檢測(cè)裝置

利用電感式傳感器檢測(cè)煙包的金屬特性， 若條盒內(nèi)缺少煙包或者爛鋁箔紙， 接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)不到金屬特性曲線或者曲線突然降低，因此在輸出軌道的上蓋板、輸出軌底部分布安裝10 個(gè)電感是接近開(kāi)關(guān)，為避免傳感器之間的相互干擾， 分別錯(cuò)位對(duì)應(yīng)著煙包的左側(cè)上部與右側(cè)下部，保持檢測(cè)探頭對(duì)煙包端面內(nèi)鋁箔紙0.8mm 的變化量，當(dāng)左側(cè)10 個(gè)檢測(cè)信息經(jīng)過(guò)PLC 內(nèi)部程序的程序處理，當(dāng)某個(gè)高電平信號(hào)突然轉(zhuǎn)為低電平信號(hào)， 不能與其他組內(nèi)信號(hào)保持同步， 利用在輸出軌道入口偏離第一工位煙條的對(duì)射光光纖傳感器，其安裝高度大于推桿的運(yùn)行范圍，進(jìn)行煙條移動(dòng)位置檢測(cè)， 當(dāng)有煙條被轉(zhuǎn)塔II 輸出推桿推出，PLC 內(nèi)部計(jì)數(shù)器加1，無(wú)煙條被推出時(shí)，計(jì)數(shù)器保持不變，直到左側(cè)被剔除的煙條能真正移動(dòng)3 個(gè)工位，右側(cè)10個(gè)檢測(cè)信息標(biāo)識(shí)的剔除的煙條移動(dòng)2 個(gè)工位， 在有新的煙條進(jìn)入輸出軌道時(shí)， 而缺陷的煙條即將進(jìn)入煙條輸出系統(tǒng)提升堆積保持架上時(shí)候，調(diào)用原機(jī)剔除系統(tǒng)，將缺陷的煙條進(jìn)行剔除落在容納箱內(nèi)， 并進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警20s，提示操作人員進(jìn)行該煙條的自檢。 可以提前按FOCKE408復(fù)位按鈕進(jìn)行消除報(bào)警信號(hào)。

電感式接近接近開(kāi)關(guān)與PLC 檢測(cè)裝置相對(duì)渦電流位移計(jì)與放大器檢測(cè)裝置、 彩色激光同軸位移探頭與PLC檢測(cè)裝置，檢測(cè)識(shí)別率略低，但是整套成本低廉，無(wú)需采購(gòu)特定檢測(cè)原件， 整個(gè)設(shè)備安裝調(diào)試可有車(chē)間技術(shù)人員完成，無(wú)法廠家的技術(shù)指導(dǎo)。

圖1 傳感器安裝結(jié)構(gòu)示意圖

2 結(jié)束語(yǔ)

在硬包9 進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)煙包變形識(shí)別率為98.5%， 對(duì)缺包識(shí)別剔除率為100%， 在設(shè)備實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中， 共剔除缺包煙條56次，煙包側(cè)面變形3 次（儲(chǔ)煙柜煙包被推出時(shí)候被擠到、FOCKE401 入口推包桿錯(cuò)位、FOCKE408 入口堵塞） 誤剔1 次。 由于整套檢測(cè)成本較低，能及時(shí)提示操作人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整與維修，避免偶發(fā)性變形煙包流出包裝機(jī)組，流入成品庫(kù)，如果再想提高檢測(cè)識(shí)別率，可以采用渦電流位移計(jì)與放大器檢測(cè)裝置。