卷煙硬包小盒拆檢裝置設(shè)計(jì)

王 兵，楊 振，蔣仕飛，李 治

（云南煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，云南 昆明 650106）

0 引言

基于現(xiàn)有成品卷煙外觀質(zhì)量檢測(cè)現(xiàn)狀為人工檢測(cè)[1-3]，由于個(gè)體差異及受工作環(huán)境和強(qiáng)度的影響，拆檢過(guò)程中可能對(duì)煙支存在不可預(yù)知的損傷，且拆解效率低下，對(duì)人工成本是一個(gè)極大的損失。不僅如此，人工檢測(cè)存在外觀缺陷判定尺度不一、檢測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法實(shí)時(shí)上傳、質(zhì)檢員工作量大等問(wèn)題，項(xiàng)目采用自動(dòng)拆解、智能檢測(cè)的工藝方法，結(jié)合倍福IPC 控制技術(shù)、視覺(jué)識(shí)別技術(shù)以及深度學(xué)習(xí)算法技術(shù)[4-6]，對(duì)成品卷煙進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)及拆解，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳及智能分析，達(dá)到助力卷煙質(zhì)量智能化管控的目的。

將傳統(tǒng)依靠人工拆檢的工作交由機(jī)器代替，形成唯一的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)引入深度學(xué)習(xí)算法[5,6]，突破了現(xiàn)有在線檢測(cè)設(shè)備無(wú)法對(duì)缺陷進(jìn)行分類以及對(duì)成像質(zhì)量要求高的瓶頸，仿人類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有很高的智能性，可以用在實(shí)驗(yàn)室作為替代質(zhì)檢員的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，一方面可以降低質(zhì)檢員的工作強(qiáng)度，另一方面可以使得檢測(cè)結(jié)果量化，檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)，快速發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷煙的問(wèn)題所在，提高質(zhì)量管理水平。該設(shè)備的使用能夠保證質(zhì)檢質(zhì)量的穩(wěn)定，有效降低企業(yè)用工成本和管理難度，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，實(shí)現(xiàn)煙草行業(yè)的智能制造[7]。

1 裝置原理及組成

1.1 裝置原理

基于成品煙支質(zhì)量檢測(cè)平臺(tái)的前提下，卷煙硬包小盒拆檢裝置主要對(duì)已經(jīng)去除玻璃透明紙的細(xì)支小包卷煙外殼進(jìn)行無(wú)損拆除[8-10]。由圖1、圖2 可見(jiàn)，該裝置能分別完成對(duì)煙包的上蓋、鋁紙搭口、上鋁紙的依次剔除。通過(guò)光源與視覺(jué)檢測(cè)配合技術(shù)，全方位無(wú)死角檢測(cè)出煙包、白卡和上鋁紙、煙支排列及質(zhì)量等問(wèn)題；并搭配合理的電氣控制系統(tǒng)和深度學(xué)習(xí)算法[11,12]，根據(jù)實(shí)際工藝需要，對(duì)采集圖像進(jìn)行處理分類。輸出并統(tǒng)計(jì)檢測(cè)結(jié)果。

501:翻蓋裝置；502:鋁紙檢測(cè)；503:鋁紙拉片拆除；530:拉片收集箱；537:白卡檢測(cè)相機(jī)；504:鋁紙撐張裝置；505:煙支端面檢測(cè)相機(jī)；506:擠壓裝置；507:煙盒收集箱；508:轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤；509:煙包模盒。圖1 小盒拆檢模型

1.2 裝置主要組成及工藝流程

裝置主要通過(guò)轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，依次進(jìn)行8 個(gè)工位上的推入轉(zhuǎn)塔（15）、打開(kāi)上蓋（16）、檢測(cè)白卡和上鋁紙（17）、鋁紙拉口展開(kāi)和分離（18）、上鋁紙展開(kāi)（19）、煙支排列和質(zhì)量檢測(cè)（20）、倒出煙支（21）、盒廢料回收（22）等工藝流程，實(shí)現(xiàn)小盒的自動(dòng)拆檢。并將拆除后的煙支整齊排列下方接煙槽。為后續(xù)工藝的煙支檢測(cè)做準(zhǔn)備。如圖3 所示。

圖3 各流程小盒狀態(tài)

2 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 第一工位

圖1 所示，第一工位煙包模盒正對(duì)煙包入口方向。煙包模盒509 用于放置煙包，模盒上設(shè)置壓緊氣缸，當(dāng)煙包進(jìn)入該工位后，壓緊氣缸用于壓住煙包模盒內(nèi)的煙包，將煙包固定在煙包模盒中，避免轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候掉落。

2.2 第二工位

圖4 所示：正對(duì)第二工位，在轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤508 周圍設(shè)置翻蓋裝置501，用于夾持煙包的翻蓋后翻轉(zhuǎn)。翻蓋裝置501 包括兩個(gè)夾持部510，夾持部510 與第一旋轉(zhuǎn)電機(jī)511 連接，第一旋轉(zhuǎn)電機(jī)511 能夠帶動(dòng)夾持部510 旋轉(zhuǎn)，將煙包的翻蓋翻開(kāi)，夾持部510 安裝在第一夾持部調(diào)整單元512 上，第一夾持部調(diào)整單元512 能夠帶動(dòng)夾持部510 直線移動(dòng)，夾緊煙包的端蓋，第一夾持部調(diào)整單元512 安裝在第二夾持部調(diào)整單元513 上，用于調(diào)整夾持部510 對(duì)準(zhǔn)煙包的翻蓋，第二夾持部調(diào)整單元513 和第一夾持部調(diào)整單元512通過(guò)電機(jī)傳動(dòng)或者氣缸傳動(dòng)。第一夾持部調(diào)整單元512 和第二夾持部調(diào)整單元513 垂直設(shè)置，能夠在X軸方向和Y 軸方向調(diào)整夾持部510 對(duì)準(zhǔn)翻蓋，然后通過(guò)第一旋轉(zhuǎn)電機(jī)511 帶動(dòng)夾持部510 旋轉(zhuǎn)，將煙包的翻蓋翻開(kāi)。該種結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多維調(diào)整，精確度更高。

510:夾持部；511:第一旋轉(zhuǎn)電機(jī)；512:第一夾持部調(diào)整單元；513:第二夾持部調(diào)整單元。圖4 翻蓋裝置501

2.3 第三工位

第三工位煙包模盒正對(duì)鋁紙搭扣檢測(cè)相機(jī)502，通過(guò)光源與視覺(jué)檢測(cè)配合技術(shù)，主要檢測(cè)出煙包白卡和上鋁紙有無(wú)缺失、用錯(cuò)、折疊、污損、定位圖案偏移錯(cuò)位等質(zhì)量問(wèn)題[8-10]。

2.4 第四工位

圖5 所示：第四工位正對(duì)鋁紙拉片拆除裝置503，該裝置包括兩個(gè)毛刷531、夾持裝置532，毛刷531 與第二旋轉(zhuǎn)電機(jī)533 連接，第二旋轉(zhuǎn)電機(jī)533 能夠帶動(dòng)毛刷531 旋轉(zhuǎn)，將煙包306 的鋁紙刷開(kāi)，毛刷531 和夾持裝置532 安裝在第一毛刷調(diào)整單元535上，夾持裝置532 與拉力檢測(cè)裝置534 連接，夾持裝置532 用于夾緊鋁紙拉片，拉力檢測(cè)裝置534 用于檢測(cè)鋁紙拉片的拉力，第一毛刷調(diào)整單元535 能夠帶動(dòng)夾持裝置532 移動(dòng)，將鋁紙拉片拉開(kāi)，拆除的鋁紙拉片放入鋁紙拉片收集箱530 中，第一毛刷調(diào)整單元535 安裝在第二毛刷調(diào)整單元536 上，用于調(diào)整毛刷531 和夾持裝置532 對(duì)準(zhǔn)鋁紙拉片，第一毛刷調(diào)整單元535 和第二毛刷調(diào)整單元536 通過(guò)電機(jī)傳動(dòng)或者氣缸傳動(dòng)。第一毛刷調(diào)整單元535 和第二毛刷調(diào)整單元536 垂直設(shè)置，能夠在X 軸方向和Y 軸方向調(diào)整毛刷531 和夾持裝置532 對(duì)準(zhǔn)鋁紙拉片。該種結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多維調(diào)整，精確度更高。

531:毛刷；532:夾持裝置；533:第二旋轉(zhuǎn)電機(jī)；534:拉力檢測(cè)裝置；535：第一毛刷調(diào)整單元；536:第二毛刷調(diào)整單元。圖5 鋁紙拉片拆除裝置503

2.5 第五工位

如圖6 所示，第五工位鋁紙撐張裝置504 包括兩個(gè)撥片550，撥片550 安裝在第一撥片調(diào)整單元551上，第一撥片調(diào)整單元551 能夠帶動(dòng)撥片550 往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，用于將鋁紙撐開(kāi)，第一撥片調(diào)整單元551 安裝在第二撥片調(diào)整單元552 上，用于調(diào)整撥開(kāi)對(duì)準(zhǔn)鋁紙的位置，第二撥片調(diào)整單元552 安裝在第三撥片調(diào)整單元553 上。鋁紙撐張裝置504 通過(guò)固定座554 固定安裝。第一撥片調(diào)整單元551、第二撥片調(diào)整單元552 和第三撥片調(diào)整單元553 垂直設(shè)置，能夠在X 軸方向、Y 軸方向、Z 軸方向調(diào)整撥片550 對(duì)準(zhǔn)鋁紙，然后通過(guò)撥片550 將鋁紙撐開(kāi)。該種結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多維調(diào)整，精確度更高。第一撥片調(diào)整單元551、第二撥片調(diào)整單元552 和第三撥片調(diào)整單元553 通過(guò)電機(jī)傳動(dòng)或者氣缸傳動(dòng)。

550:撥片；551:第一撥片調(diào)整單元；552:第二撥片調(diào)整單元；553:第三撥片調(diào)整單元；554:固定座。圖6 鋁紙撐張裝置504

2.6 第六工位

第六工位正對(duì)煙支端面檢測(cè)相機(jī)505，該相機(jī)設(shè)置在鋁紙撐張裝置504 工位的后邊且與煙包模盒對(duì)應(yīng)位置。鋁紙撥開(kāi)后，煙支端面檢測(cè)相機(jī)505 用于獲取煙支端面的外觀圖像（煙支端面檢測(cè)相機(jī)505 旁邊設(shè)置有光源）。主要用于檢測(cè)煙支是否有缺失、折損、污漬、排列情況等相關(guān)質(zhì)量問(wèn)題[15]。

2.7 第七工位

第七工位正對(duì)位置安裝擠壓裝置506，如圖7 所示：擠壓裝置506 包括兩個(gè)擠壓頭560，擠壓頭560安裝在第一擠壓頭調(diào)整單元561 上，第一擠壓頭調(diào)整單元561 用于帶動(dòng)夾持部510 產(chǎn)生握持力，擠壓煙包306 后將煙包306 內(nèi)的煙支倒出，第一擠壓頭調(diào)整單元561 安裝在第二擠壓頭調(diào)整單元562 上。擠壓裝置506 通過(guò)安裝座固定安裝。第一擠壓頭調(diào)整單元561和第二擠壓頭調(diào)整單元562 垂直設(shè)置，能夠在X 軸方向、Y 軸方向調(diào)整擠壓頭560 對(duì)準(zhǔn)煙包306。該種結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多維調(diào)整，精確度更高。第一擠壓頭調(diào)整單元561 和第二擠壓頭調(diào)整單元562 通過(guò)電機(jī)傳動(dòng)或者氣缸傳動(dòng)。

560：擠壓裝置；561：第一擠壓頭調(diào)整單元；562：第二擠壓頭調(diào)整單元。圖7 擠壓裝置506

2.8 第八工位

如圖1 所示，第八工位正對(duì)廢料箱507。當(dāng)煙盒廢料到達(dá)該工位后。通過(guò)直線運(yùn)動(dòng)裝置將廢料推入廢料箱507 中。

3 裝置應(yīng)用情況

目前，該裝置鑲嵌成品煙綜合質(zhì)量檢測(cè)平臺(tái)一整套設(shè)備[1-3]，見(jiàn)圖8，已交付到玉溪卷煙廠，在質(zhì)檢室運(yùn)行兩個(gè)月，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，有效作業(yè)率≥85%，設(shè)備能夠?qū)煑l、煙包進(jìn)行穩(wěn)定地?zé)o損拆解，煙支分離順暢，無(wú)卡煙現(xiàn)象發(fā)生。設(shè)備檢測(cè)功能方面，通過(guò)兩個(gè)月的積累，檢測(cè)系統(tǒng)已采集到近百種缺陷種類樣本，并建立了擬合度相對(duì)較高的深度學(xué)習(xí)算法模型，通過(guò)驗(yàn)證，設(shè)備檢測(cè)準(zhǔn)確率≥98%，通過(guò)設(shè)備長(zhǎng)期地運(yùn)行，采集的缺陷樣本不斷地累積，再加之深度學(xué)習(xí)算法的自學(xué)習(xí)能力，檢測(cè)準(zhǔn)確率以及檢測(cè)項(xiàng)覆蓋率在日后都將會(huì)有較大的提升[5-6]。

圖8 成品煙綜合質(zhì)量檢測(cè)平臺(tái)轉(zhuǎn)塔視角

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)下大量人工拆檢煙包煙支，導(dǎo)致浪費(fèi)人力資源，效率低，無(wú)法形成統(tǒng)一的檢測(cè)路線和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的情況，設(shè)計(jì)一種卷煙硬包小盒拆檢裝置。該設(shè)計(jì)綜合了更高精確度的拆解方式、光源視覺(jué)檢測(cè)配合技術(shù)以及深度學(xué)習(xí)算法的加持[8-10]，搭建了國(guó)內(nèi)乃至世界首創(chuàng)的成品煙綜合質(zhì)量檢測(cè)平臺(tái)[5-6]。從玉溪煙廠的良好應(yīng)用反響以及前期調(diào)研的市場(chǎng)需求來(lái)看，該平臺(tái)具備較高推廣條件，該技術(shù)可為相關(guān)行業(yè)拆檢業(yè)務(wù)提供技術(shù)參考。