FK465型封箱機條缺包在線檢測裝置的設計與應用

摘 要：封箱機作為產品包裝的重要設備之一，其性能的優劣直接影響到整個包裝生產線的運行效果。該文設計一種封箱機條缺包在線檢測裝置，并對其性能進行驗證。通過對現有檢測技術的研究分析，提出基于多點位傳感器融合的檢測方案。詳細闡述檢測裝置的硬件組成、程序設計以及工作流程。實驗結果表明，該裝置能夠準確、快速地檢測出封箱機中的條缺包問題，顯著提高生產質量和效率。

關鍵詞：FK465型;封箱機;條缺包;在線檢測;傳感器

中圖分類號：TS43 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）34-0115-04

Abstract： As one of the important equipment for product packaging， the performance of the box sealing machine directly affects the operation effect of the entire packaging production line. In this paper， an online detection device for strip missing in box sealing machines is designed and its performance is verified. Through the research and analysis of existing detection technologies， a detection scheme based on multi-point sensor fusion is proposed. The hardware composition， program design and work flow of the testing device are described in detail. Experimental results show that the device can accurately and quickly detect the problem of missing strips in the box sealing machine， significantly improving the production quality and efficiency.

Keywords： FK465; box sealing machine; strip missing package; online detection; sensor

在現代工業生產中，封箱機的應用日益廣泛。然而，在封箱過程中，由于各種原因可能會出現條缺包的情況，即包裝箱內缺少規定數量的產品條或包裝不完整。條缺包不僅會導致產品數量不符，影響企業的銷售和信譽，還可能引發客戶投訴，增加售后成本。同時，未被及時發現的條缺包產品流入市場，可能違反相關質量法規，使企業面臨法律風險。因此，解決封箱機條缺包問題至關重要。

1 存在的問題

在實際生產運行中，煙包在包裝機條盒包裝前，由煙包整理機構將10包煙包整理成2排疊加的狀態，再由推桿從煙包側面推送到條盒商標紙的折疊機構中，在推桿從煙包側面推送過程中，若下層煙包缺包，上層煙包會掉落到下層煙包缺包的位置，而上層煙包缺包，后續無法補充缺失的煙包，缺包的煙條一旦流入市場，既損害了消費者利益，又給卷煙企業形象造成不利影響。傳統卷煙企業很少在產品出廠前的最后一道關卡封箱機區域設置煙條缺包檢測裝置，卷煙產品的質量得不到保障，還會對企業形象造成極大影響，存在質量安全隱患。

在現有的煙條缺包識別裝置中，如申請號為CN201921991745.3的中國實用新型專利公開了一種復合式缺包檢測裝置，包括上蓋板、下蓋板、真空發生器、左側板和右側板，其中，上蓋板、下蓋板上分別對應固定安裝有數個光電傳感器A、數個光電傳感器B。光電傳感器A、光電傳感器B對煙包的存在進行一對一線性檢測，若出現缺包的情況，無論缺包位置在任何一處，且缺包位置旁的煙包怎樣放置，都將被光電傳感器A、光電傳感器B檢測，而后在真空發生器的作用下，進行二次檢測。但該裝置針對包裝完成的煙條還存在以下缺陷：①該裝置是使用在條盒商標紙折疊之前，煙包未裝入條盒，而下蓋板為固定板，煙包進入需要推桿推送，該裝置不適用于包裝機與封箱機之間的快速輸送通道;②光電傳感器一對一檢測存在如圖1所示的缺陷，當煙條缺包時，若缺包位旁的煙包在輸送途中轉動了方向，煙包橫向擋住了2個光電傳感器，則該光電傳感器可能會將該缺包煙條檢測為合格煙條，從而使缺包煙條流入市場，損害消費者利益，又給卷煙企業形象造成不利影響。

2 原因分析

目前，針對封箱機條缺包的檢測方法主要有人工檢測、稱重檢測和機器視覺檢測等。

人工檢測是最傳統的方法，但其檢測效率低、準確性差，且容易受到人為因素的影響。

稱重檢測通過比較包裝箱的實際重量與預設標準重量來判斷是否存在條缺包問題。然而，這種方法對于重量差異較小的條缺包情況難以準確檢測，并且容易受到包裝材料重量變化的干擾。

機器視覺檢測是一種基于圖像處理技術的非接觸式檢測方法，具有檢測速度快、準確性高、適應性強等優點。但單一的機器視覺檢測在復雜環境下可能會出現誤檢和漏檢的情況。

3 改進措施

3.1 結構設計

針對現有檢測技術的不足和存在的問題，設計了一種FK465型封箱機煙條缺包識別剔除裝置，如圖2所示，包括安裝于封箱機的條煙輸出通道上方的支架，支架上設置有2排光電傳感器，每排5個，2排光電傳感器排列方向與條煙輸出通道輸送方向相垂直，且2排光電傳感器錯位設置，檢測方向豎直向下;支架下游的條煙輸出通道上安裝有用于剔除缺包煙條的剔除裝置，條煙輸出通道一側設置有控制器，控制器與10個光電傳感器和剔除裝置電性連接。每2個光電傳感器檢測一個煙包的對角位置，當煙條缺包時，即使缺包位置旁的煙包轉動方向、晃動，煙包不管是處于什么角度也無法覆蓋全部光電傳感器的檢測范圍，第一光電傳感器和第二光電傳感器能準確檢測出煙條是否缺包，檢測精度高。傳感器結構示意圖如圖3所示。

3.2 電路設計

根據設計的基于傳感器的封箱機條缺包在線檢測裝置。該裝置主要由傳感器模塊、數據處理模塊和報警輸出模塊組成。

光電傳感器模塊通過發射光束到物體表面，然后接收反彈回來的光信號，將光信號轉換成電信號，形成輸出，通過檢測金屬鋁紙檢測缺包信息。數據處理模塊負責對傳感器數據進行處理和分析，通過融合傳感器數據，實現對條缺包的準確檢測。報警輸出模塊在檢測到條缺包問題時，及時發出聲光報警信號，并將相關信息反饋給封箱機控制系統，以便剔除不合格產品。

4 條缺包檢測剔除裝置工作流程

通過條煙輸出通道6兩側的煙條導向桿61定位煙條5的位置，通過安裝在條煙輸出通道6上方的上支架1和安裝在條煙輸出通道6下方的下支架7支撐固定第一光電傳感器2和第二光電傳感器8，上支架1和下支架7結構相同，均通過支撐板111上的第一腰型槽調節檢測高度，通過安裝板112上的第二腰形槽調節橫向檢測位置;本裝置通過10個第一光電傳感器2檢測煙條5內的上層煙包51，通過10個第二光電傳感器8檢測煙條5內的下層煙包51，每2個第一光電傳感器2檢測一個上層煙包51的對角位置，每2個第二光電傳感器8檢測一個下層煙包51對角位置。

第一光電傳感器2和第二光電傳感器8為發射器和接收器同體的傳感器，發射器發射紅外光束信號，紅外光依次穿透非金屬材料的煙條5塑封塑料、煙條5條盒商標紙和煙包51商標紙后，經包裝煙支的金屬材料鋁箔紙反射，由第一光電傳感器2和第二光電傳感器8的接收器接收鋁箔紙反射的紅外光束信號，并轉換為電信號傳輸到控制器4。控制器4根據第一光電傳感器2和第二光電傳感器8反饋的信號判斷煙條5是否缺包。

煙條5在條煙輸出通道6輸送過程中，當其中的1個第一光電傳感器2被煙包51觸發后，在第一光電傳感器2被煙包51觸發的時間內，其他9個第一光電傳感器2需同時感應到煙包51，即10個第一光電傳感器2需同時被煙包51觸發，控制器4判定煙條5無缺包，否則判定為煙條5缺包;下支架7上10個第二光電傳感器8的檢測方式同理，當其中的1個第二光電傳感器8被煙包51觸發后，在第二光電傳感器8被煙包51觸發的時間內，其他9個第二光電傳感器8需同時感應到煙包51，即10個第二光電傳感器8需同時被煙包51觸發，控制器4判定煙條5無缺包，否則判定為煙條5缺包;當控制器4判定煙條5缺包時，控制器4控制剔除裝置3上的推出器推出，將缺包煙條5從條煙輸出通道6側面快速推出，剔除缺包煙條5。結構示意圖如圖4所示。

5 效果驗證

為了驗證封箱機條缺包在線檢測裝置的性能，進行了一系列實驗。

5.1 實驗準備

選取不同規格、不同封箱機機型產品進行實驗。實驗在實際生產環境中進行，確保檢測裝置能夠適應真實的工作條件。

5.2 實驗過程

改進后車間選取2臺（1#、3#機臺）封箱機設備進行條煙缺包統計，連續統計3個月，統計結果見表1。

5.3 實驗結果分析

實驗結果表明，該檢測裝置具有良好的穩定性和可靠性，能夠長時間連續工作，在不同工作條件下均能夠準確檢測出封箱機中的條缺包問題，實用性強，3個月在1#和3# 2臺封箱機上共產生經濟效益2.4萬元，推廣價值高，已在卷包車間6臺封箱機上進行推廣應用。在不改變原機運行方式的前提下，有效避免條煙進入煙箱時由于位置偏移造成的條缺包現象，提高了設備生產效率，降低了產品的質量風險，提高了企業經濟效益。

6 結論

本文設計的封箱機條缺包在線檢測裝置，結合了傳感器融合技術，能夠有效地解決封箱過程中條缺包的檢測問題。通過實驗驗證，該裝置具有檢測準確率高、速度快、穩定性好等優點，能夠顯著提高生產質量和效率，降低企業生產成本和質量風險。在未來的研究中，可以進一步優化檢測程序，提高裝置的適應性和智能化水平，以滿足更加復雜的生產需求。

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第一作者簡介：陳可可（1994-），男，助理工程師。研究方向為高速封箱機械。