卷包車間卷接包裝在線檢測裝置升級研究

李乾 姚祚 李云 李翠蘭 賞文凡 李國翠

【摘要】在線檢測裝置有效性對產(chǎn)品外觀質(zhì)量至關(guān)重要，對物理指標(biāo)過程控制起到重要的監(jiān)控作用，隨著各種檢測技術(shù)在煙草企業(yè)應(yīng)用，能有效提升工廠工藝質(zhì)量管控水平，減少生產(chǎn)過程中的質(zhì)量隱患及問題。

【關(guān)鍵詞】卷包車間；卷接包裝；在線檢測裝置

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.03.059

Research on Upgrading of On-line Detection Equipmen of Cigarette Making and Cigarette Packing

LI Qian1，YAO Zuo2，LI Yun1，LI Cuilan1，SHANG Wenfan1，LI Guocui1

（1.Huize cigarette factory of Hongyun Honghe Group，Qujing 654200，China；2.〔College of Food and Bioengineering〕Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou 450066，China）

Abstract：The effectiveness of On-line detection device is crucial to the appearance quality of cigarette products，and plays an important role in monitoring the process control of physical indicators. With the application of various detection technologies in tobacco enterprises，the level of process quality control in factories can be effectively improved，and quality risks and problems in the production process can be reduced.

Key words：cigarette manufacturing department；cigarette making and cigarette packing；on-line detection equipment

0前言

隨著全面質(zhì)量管理、精益生產(chǎn)、六西格瑪精益管理等管理理論在煙草工業(yè)被推廣應(yīng)用，各種檢測技術(shù)被用于監(jiān)控卷制包裝生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì)量，卷煙產(chǎn)品的質(zhì)量發(fā)生質(zhì)的提升，但是在線檢測設(shè)備失效、漏剔、誤剔造成質(zhì)量異常波動，產(chǎn)生偶發(fā)質(zhì)量缺陷，給車間帶來質(zhì)量隱患風(fēng)險，如何在基于現(xiàn)有卷接包裝設(shè)備，甚至裝箱設(shè)備上進行改造創(chuàng)新，本文通過近幾年市場的反饋信息、質(zhì)量過程巡檢、專檢記錄存在的缺陷風(fēng)險，結(jié)合成熟的檢測設(shè)備進行技術(shù)升級替換，對卷包車間質(zhì)量缺陷防控體系的技術(shù)防控起到?jīng)Q定性作用。

1卷接設(shè)備在線檢測裝置升級

1.1重量控制系統(tǒng)

現(xiàn)有的ZJ17卷煙機采用微波檢測方式，發(fā)射端發(fā)出的微波，穿過煙條由接收端進行接收，利用微波的衰減量判斷煙絲的密度，從而計算出煙支的平均重量，與設(shè)定的煙支重量進行比較，如有偏差，控制系統(tǒng)發(fā)出信號給伺服電動機，伺服電動機驅(qū)動調(diào)節(jié)螺桿使平準(zhǔn)器作微量轉(zhuǎn)動，劈刀盤按需要修剪吸絲帶下的多余煙絲，保證生產(chǎn)煙支在設(shè)定重量參數(shù)范圍內(nèi)[1]，對超規(guī)格界限的煙支，通過設(shè)定的脈沖延遲數(shù)（煙支數(shù)）后，將缺陷煙支在接嘴機煙支剔除口進行剔除，這種重量控制系統(tǒng)需要通過重量分布圖、緊頭密度曲線、剔除統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行重量控制參數(shù)調(diào)整，重量波動依然有提升空間。

目前西昌卷煙廠更換新一代煙支微波在線重量檢測器，升級煙支重量控制系統(tǒng)和質(zhì)量檢測系統(tǒng)，增加溫度、水分檢測功能，增加煙支檢測點數(shù)，并將控制器板卡升級為PLC控制，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、控制精度和響應(yīng)速度，取樣結(jié)果表明：煙支重量標(biāo)偏較改造前提升2 mg。

1.2外觀檢測

煙支外觀質(zhì)量是消費者最能直觀觀察的，也是市場投訴比較多的地方，卷煙機自帶的外觀檢測利用對射式光電傳感器，由發(fā)射端光源發(fā)出探測光，通過煙支由接收端進行接收，若出現(xiàn)外觀缺陷煙支，接收端接收到較少的光信號，從而識別故障煙支并進行跟蹤剔除，這對采用多張水松紙的煙支檢測效果明顯，可檢測項目比較單一，目前云南中煙部分卷煙企業(yè)加裝的煙支外觀在線檢測系統(tǒng)，通過視覺檢測系統(tǒng)，完成卷煙機成型煙支軸向缺陷的檢測，利用高速相機對每一支煙完整的煙支外觀進行高分辨率的圖像采集，利用各種算法分析組合識別缺陷項目，與設(shè)定的閾值進行比較，并借助原機剔除成型進行跟蹤剔除。

這種煙支外觀檢測完成高精度的煙支外觀檢測，拓展原機外觀檢測的局限性：煙支長度、濾嘴泡皺、煙支刺破、水松紙錯牙、水松紙翹邊等，提升設(shè)備質(zhì)量保障能力，云南遠足科技有限公司將最新的深度學(xué)習(xí)算法融入煙支外觀檢測系統(tǒng)中，用于濾嘴缺陷檢測，檢測原理：根據(jù)煙支空間剖分設(shè)置4000～ 6000個基本構(gòu)成單元，在卷煙正常生產(chǎn)中，分別對剔廢輪與檢測輪兩個檢測組件進行大于12000張圖像進行采集，根據(jù)檢測經(jīng)多次成像，在圖像中的位置偏差，設(shè)定抖動值，系統(tǒng)自動生成學(xué)習(xí)率，通過深度學(xué)習(xí)模型得到主要圖像特征，判斷規(guī)則是不符合n（n≥1）個檢測位的煙支為缺陷。將深度學(xué)習(xí)算法應(yīng)用后，根據(jù)算法列表中，錯誤數(shù)設(shè)定，如濾嘴端約有4268個檢測位置，錯誤數(shù)設(shè)置8，則代表如有8處及以上位置出現(xiàn)異常，模型會認(rèn)為是缺陷，就會對該缺陷煙支進行剔除。

1.3煙支物理指標(biāo)檢測

目前對煙支物理指標(biāo)測量主要采用離線式，濾棒物理指標(biāo)測量采用在線式，離線式通過操作人員與質(zhì)量管理人員取樣，在綜合測量臺選擇測試項目、班組、機臺、品牌、支數(shù)進行測量，綜合測試臺在測量結(jié)束時候，自動計算出均值、合格數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)偏差等統(tǒng)計值，但是這種在線測量裝置需要樣本具有代表性，對質(zhì)量追溯產(chǎn)生滯后性，僅僅通過結(jié)果反向推算設(shè)備運行狀態(tài)。而在線式通過在生產(chǎn)過程中，利用負壓進行吸取或者正壓輸送發(fā)送方式按照周期對煙支逐一進行測量，由于煙支采集不是一次性采集20支或者30支為一組，而是當(dāng)一支測量結(jié)束后，才開始取樣采集進行測量，這種數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果參考意義不大，只能用于實時監(jiān)測物理指標(biāo)是否在范圍內(nèi)。如果能采購一臺綜合測量臺單獨用于在線檢測分析，通過濾棒從發(fā)射端到卷煙機的過程，快速發(fā)射20支或者30支為一組，對物理指標(biāo)進行測量，樣本量聚集，統(tǒng)計結(jié)果更有代表性，在接班開機、日保養(yǎng)開機、安裝調(diào)試、設(shè)備維修啟動等特殊時段逐一對相同品牌的煙支進行取樣，能更好反應(yīng)該機臺物理指標(biāo)精準(zhǔn)控制水平，同時降低工藝質(zhì)量人員勞動強度，讓檢測結(jié)果更有公平性。目前主要問題是如何快速采集一定的煙支樣本量，綜合測試臺需要通過MES與設(shè)備運行信息進行關(guān)聯(lián)。

2包裝設(shè)備在線檢測裝置升級

2.1煙支空頭檢測裝置

FOCKE350S包裝機采用機械探針式空頭檢測裝置，當(dāng)7-7-6排列的煙支組到達檢測相位時，機械探針式空頭檢測裝置會向煙支被點燃端靠攏，當(dāng)探針與煙絲接觸后，會輸出一個電壓值，通過電壓值的大小來判斷煙支是否空頭，若探針往回彈的距離較短，輸出的電壓值較高，則可判斷此煙支為空頭，如果檢測該缺陷煙支，相應(yīng)的故障信號被寄存入電子控制系統(tǒng)的移位寄存器內(nèi)，并在剔除工位進行剔除。GDX.1包裝機7-6-7排列的煙支組在模盒輸送過程中，在模盒做間歇運動停頓時，空頭檢測裝置對煙絲端和濾嘴端進行檢測，每個檢測頭設(shè)有3個光電管，分別對上、中、下三排煙支進行掃描檢測，根據(jù)光的反射強度來實現(xiàn)空頭檢測功能，檢測裝置發(fā)現(xiàn)空頭煙支，檢測裝置會發(fā)出電信號，當(dāng)該模盒左移到壞煙包剔除工位停頓時，電氣控制的氣缸動作，壞煙剔除推板即快速將該模盒內(nèi)的煙支組向外推出，壞煙支通過壞煙斜槽落入廢料盤內(nèi)。

接觸式檢測方式需要較高的機械頂桿探測頻率，并嚴(yán)格控制頂桿頂出長度標(biāo)準(zhǔn)，對機械運動的準(zhǔn)確性要求較高，容易出現(xiàn)失誤或者遺漏檢測；非接觸式紅外線檢測方式通過紅外線漫反射強度間接判斷煙絲缺陷程度，可能出現(xiàn)準(zhǔn)確性偏差，在紅云紅河集團2022年度工藝符合性測試報告中驗證了上述結(jié)論：裝針式空頭檢測，可靠度不高，也無法檢測觸頭缺陷，存在漏剔風(fēng)險，曲靖卷煙廠、山西昆明煙草有限責(zé)任公司、內(nèi)蒙古昆明卷煙有限責(zé)任公司部分卷煙機包裝機空頭剔除數(shù)據(jù)異常。目前FOCKE350包裝機空頭缺支檢測采用視覺檢測裝置，在設(shè)定的凸輪角度區(qū)間，攝像頭對煙絲端拍照后將圖像傳到處理器進行圖像處理，之后計算每一支煙絲端的像素值，將計算出的像素值與系統(tǒng)設(shè)置的閾值相比較，若像素值超過設(shè)定的范圍，則判斷所檢測的煙支組存在空頭情況，將空頭煙支組在移位寄存器中進行置位，經(jīng)過一定的移位后，將煙支組在剔除口進行剔除。設(shè)備進行周保、月保、交班保養(yǎng)的時候，如果設(shè)備保養(yǎng)不到位，煙支被卷制到煙組成形輸送通道內(nèi)附著的油垢、煙塵、膠垢等污染物，可能會對煙支濾嘴端面造成污染，這種屬于嚴(yán)重質(zhì)量缺陷。該檢測組件能夠在保證運算能力的前提下，進行相應(yīng)的檢測算法升級和增添功能模塊，對濾嘴端面不潔的煙支進行識別剔除。而在傳統(tǒng)的煙支流輸送過程中，一般是利用壓縮空氣、毛刷、視覺成像檢測等方法對濾棒端面不潔的煙支進行預(yù)警或者清除表面污垢，效果沒有這種小盒包裝成型工序的末端檢測好。

2.2條內(nèi)缺保檢測裝置

條內(nèi)缺包屬于嚴(yán)重質(zhì)量缺陷，扣分值為10分/條，由于條包設(shè)備結(jié)構(gòu)比較緊湊，無法安裝成像檢測設(shè)備，原機都是采用10個金屬接近開關(guān)，分別對應(yīng)著煙條上下部煙包位置，用于檢測煙條內(nèi)部的鋁箔紙是否存在的方式來檢測是否有煙條缺包，當(dāng)10個接近開關(guān)均有信號時，則認(rèn)為煙條正常，否則將在接下來的煙條剔除處進行改進。

這種檢測方式存在漏檢概率，尤其是在商標(biāo)紙表面有金屬涂層情況下，目前在裝封箱提升機上部安裝量子缺包檢測裝置，量子發(fā)射器與量子接收器，分別安裝于煙條兩側(cè)，量子發(fā)射器發(fā)射的量子束穿透煙包后，到達量子接收器，由于煙包內(nèi)的鋁箔紙對量子束具有擾動作用，煙條不缺包時到達量子接收器的量子束強度低，輸出信號小，當(dāng)煙條缺包時擾動作用較小，量子接收器接收的量子束強度增強，輸出信號增加，主控板信號處理電路根據(jù)該信號的變化，判定該煙條是否缺包，如果缺包，將該缺包煙條剔除到集煙箱內(nèi)。這種缺包檢測方式識別率較高，每班進行缺包煙條模擬測試中，正確率達到100%，但是當(dāng)煙包橫在煙條內(nèi)，條內(nèi)缺包，可能就存在漏檢風(fēng)險。

2.3箱內(nèi)缺條檢測裝置

現(xiàn)有的裝箱機原機采用接近開關(guān)，在每排煙條即將被推入煙箱內(nèi)部時候，會有對應(yīng)的光電管進行檢測，只有當(dāng)煙條排列符合規(guī)定數(shù)量后，才會被推入煙箱內(nèi)，否則會報警，等到操作人員進行確認(rèn)，安徽省天森煙草機械有限公司生產(chǎn)的TZQT箱缺條檢測裝置，采用機器視覺的方法利用近紅外光源和近紅外相機作為圖像傳感系統(tǒng)，并將激光檢測作為輔助方式對箱內(nèi)煙條是否缺條情況進行甄別，檢測到缺條情況后通過聲音和燈光報警使之停機，物流追溯能夠和打碼機聯(lián)動，把煙條圖像和煙箱條碼一一對應(yīng)，易于追溯，這種方法的準(zhǔn)確率非常高。

光子式缺條檢測，采用X射線原理，需要大功率的放電成像，需要排列多組光子放電管穿透煙條間隙，獲得模擬數(shù)據(jù)判斷間隙大小，存在起射線泄漏風(fēng)險。而少部分卷煙工廠的機器采用煙箱缺條太赫茲波成像檢測系統(tǒng)，通過太赫茲波成像技術(shù)，在線實時監(jiān)測煙箱封裝生產(chǎn)過程中箱內(nèi)煙條狀態(tài)，并以圖像形式顯示箱內(nèi)條煙排布狀態(tài)，對箱內(nèi)是否缺條進行直觀呈現(xiàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，這種屬于封箱后的檢測，采用無電離輻射，安全性較高。

3在線檢測裝置改進建議

根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備存在的質(zhì)量風(fēng)險與質(zhì)量控制狀態(tài)，需要電氣人員、工藝質(zhì)量人員、質(zhì)檢人員制定在線檢測裝置有效性驗證清單，借鑒兄弟單位或者最大程度模擬真實生產(chǎn)過程的規(guī)范校驗方法，定期逐項逐臺進行模擬驗證排查，針對現(xiàn)場模擬測試發(fā)現(xiàn)的問題，開展調(diào)研論證，如相關(guān)檢測裝置可以通過進一步調(diào)校和升級提升檢測裝置性能，如果檢測失效，或檢測準(zhǔn)確率較低，可以考慮進行替換檢測性能更高的裝置。要利用好大數(shù)據(jù)，進行分類統(tǒng)計分析，挖掘剔除數(shù)據(jù)與設(shè)備性能、人員操作、上下游控制機原輔材料的關(guān)聯(lián)性，最終發(fā)揮維修預(yù)判、技能提升、上游預(yù)警等輔助功能。

4總結(jié)

在線檢測裝置對卷制包裝產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)控起到了重要作用，企業(yè)需根據(jù)質(zhì)量管理過程中存在的具體實際問題進行技術(shù)升級改造，人防、管理制度也是卷包質(zhì)量缺陷防控中不可或缺的重要組成部分，只有不斷提升完善質(zhì)量缺陷防控體系建設(shè)工作，強化產(chǎn)品質(zhì)量缺陷預(yù)防和有效控制，才能確保產(chǎn)品的高質(zhì)量。

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【作者簡介】

李乾，男，1988年出生，工程師，碩士，研究方向為卷煙工藝及質(zhì)量管理。

（編輯：謝飛燕）