劉寶明 張廣文

（1、河北聯(lián)合大學機械工程學院，河北 唐山 063000 2、河北聯(lián)合大學輕工分院，河北 唐山 063000）

食品安全認證要求食品生產(chǎn)企業(yè)在食品生產(chǎn)以及包裝過程中積極應(yīng)用自動化設(shè)備來保障食品生產(chǎn)過程對于質(zhì)量的控制，減少生產(chǎn)過程的污染，提高食品質(zhì)量安全。包裝作為食品生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，其有效的質(zhì)量控制對于企業(yè)的生存與發(fā)展有著重要的意義。自動封口包裝機是食品生產(chǎn)中的重要設(shè)備，其主要依靠光感傳感器來實現(xiàn)包裝過程的自動化。自動封口包裝的應(yīng)用一方面提高了企業(yè)生產(chǎn)能力，另一方面也對企業(yè)生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制起到了極大的促進作用。

1 自動封口包裝機基礎(chǔ)分析

食品企業(yè)廣泛應(yīng)用的自動封口包裝主要是進行粉劑分裝、顆粒分裝、塊狀食品分裝等。其一般由物料儲存部分、計量組件、光感傳感器、裁刀、熱封組件等部分組成。其中光感傳感器作為整個系統(tǒng)是否同步的關(guān)鍵，其安裝、調(diào)試、使用與維護對于食品包裝的效率以及質(zhì)量都有重要的影響。食品企業(yè)常用的自動封口光感系統(tǒng)主要是光電控制結(jié)合的系統(tǒng)，在一個包裝袋內(nèi)自動定位，對準光標，減少人工調(diào)節(jié)，提高包裝材料使用率，同時具有測速功能，數(shù)碼顯示包裝速度，并可以在設(shè)定數(shù)量包裝后自動停機。食品用光感包裝系統(tǒng)要求光感傳感器與制袋系統(tǒng)同步，制袋精度高，誤差小。

2 自動封口光電控制系統(tǒng)的設(shè)計

自動封口包裝設(shè)備是通過光感傳感器來實現(xiàn)光標定位，然后通過光控系統(tǒng)對包裝系統(tǒng)進行同步控制，以此完成自動封口包裝。用來實現(xiàn)定位控制的光電技術(shù)可提供一種用固定標志點結(jié)合線性或旋轉(zhuǎn)運動部件來實現(xiàn)簡單可重復(fù)運動的方法。它利用了與一對光電管并聯(lián)工作的一個功率運放的快速響應(yīng)時間。由此實現(xiàn)的一種元件數(shù)量很少的系統(tǒng)，能在明確規(guī)定的工作環(huán)境下，具有很高的可靠性、準確性以及可重復(fù)性。

2.1 自動封口光感傳感器應(yīng)用的基本原理

在自動包裝過程中，由于商標印刷誤差，薄膜變形不一，牽引輥打滑，送紙，拉紙，中封，橫封各部分速度的差異，橫封切斷位置可能偏離規(guī)定部位，甚至因誤差積累而切到商標圖案上。為此，先進的包裝機都配有光電跟蹤自動控制系統(tǒng)，以控制封切位置使之保持正確，保證每次都在定位標記確定的位置處封接切斷，不致于封切到圖案上。這就是光感傳感器在自動封口控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用。隨著食品企業(yè)對于包裝設(shè)備的要求越來越高，光電控制技術(shù)也必須跟上機械發(fā)展的要求進行合理的設(shè)計與開發(fā)。其基本原理是利用光電系統(tǒng)測定目標的位置，然后根據(jù)光電傳感器所測位置進行包裝袋的步進、封口、切割。該系統(tǒng)主要由發(fā)射部分、光電探測器，信號處理電路，A／D轉(zhuǎn)換器和單片機、計算機顯示器組成，然后通過熱封、切割、包裝袋步進系統(tǒng)等共同完成自動包裝。

2.2 自動封口包裝設(shè)備光感傳感器控制系統(tǒng)的設(shè)計

自動封口包裝設(shè)備的光發(fā)射電路主要由光源驅(qū)動器、光源(主要是半導體光源，包括LED(發(fā)光二極管)，LD(激光二極管)等)、光功率自動控制電路等部分組成。用脈沖發(fā)射電路來驅(qū)動激光器，為了使半導體激光器克服供電電源波動、器件老化等因素的影響，確保激光器輸出功率穩(wěn)定，還必須有自動功率控制電路。接收部分主要由四象限光電探測器組成，四象限光電探測器是把4個性能完全相同的光電二極管按照直角坐標要求排列而成的光電探測器件，目標光信號經(jīng)光學系統(tǒng)后在四象限光電探測器上成像，然后通過信號放大，傳送至單片機，經(jīng)過單品機的分析后，將同步信號傳送至包裝控制的各個組件，完成自動封口包裝的全過程。

3 關(guān)于光感傳感器自動包裝機械發(fā)展前景展望

隨著科學技術(shù)的發(fā)展及市場競爭的加劇，各食品生產(chǎn)企業(yè)以及自動包裝使用企業(yè)對于機械的要求也越來越高。要求新機械在自動包裝時可以提高生產(chǎn)效率，以滿足交貨期和降低工藝流通成本的需要，對一些產(chǎn)品，還要求包裝機械和生產(chǎn)機械相銜接。要求設(shè)備生產(chǎn)廠家可以在設(shè)備出現(xiàn)故障時能夠進行遠程診斷服務(wù)。另外還要求噪聲要小、包裝過程精度高、廢棄物要少。針對這樣的情況，自動化包裝設(shè)計廠家正在根據(jù)客戶的需求，不斷進行創(chuàng)新與設(shè)計，通過將更加先進的光感傳感器、光電控制技術(shù)等的應(yīng)用來提高自動包裝的效率與精準度。

未來食品包裝過程中工藝流程自動化程度將會越來越高，幾年前，自動化技術(shù)還只占包裝機械設(shè)計的30%，現(xiàn)在已占50%以上，大量使用了微電腦設(shè)計和機電一體化控制。包裝機械自動化程度不斷提高，一是為了提高生產(chǎn)率；二是為了提高設(shè)備的柔性和靈活性；三是因為包裝機械需要完成的動作復(fù)雜，多采用機械手來完成。光感傳感器的發(fā)展也為自動包裝機的發(fā)展提供的更加廣闊的空間。新的光感控制系統(tǒng)在完成傳統(tǒng)定位的工作職能外，還加強了對材質(zhì)及厚度的高分辨能力以及對包裝上印刷質(zhì)量缺陷的甄別，在包裝過程中，包裝材料的厚度、材質(zhì)變化以及印刷質(zhì)量問題不易為人眼所辨別，所以在包裝機械上常采用由電腦控制的攝像機和探測器來分辨。攝像機現(xiàn)已發(fā)展到能自行檢查和辨別攝像的圖片，并在顯示屏上顯示。當前機器在加工的轉(zhuǎn)速是不能變的，今后應(yīng)根據(jù)分辨后材料的變化改變轉(zhuǎn)速，控制在最優(yōu)化狀態(tài)下工作，并且實現(xiàn)自動清理，自動消毒和自動清潔，自動剔除印刷不合格包材，減少因包材不合格出現(xiàn)的殘次品。

光感傳感器的應(yīng)用為自動包裝設(shè)備開辟了一個全新的發(fā)展空間。加上計算機技術(shù)的不斷應(yīng)用，未來自動包裝設(shè)備將是集成了更多計算機技術(shù)以及光電控制技術(shù)的現(xiàn)代化包裝機械。而計算機仿真設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用，為自動化機械的設(shè)計與發(fā)展提供了便利的條件，將各種機器元素以數(shù)據(jù)庫存入計算機，把圖紙數(shù)字化后輸入計算機，計算機即可自動合成為三維模型，并根據(jù)生產(chǎn)要求將實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)錄入，進行模擬運行?？萍嫉陌l(fā)展在自動包裝機械行業(yè)得到了充分的體現(xiàn)，也為光電控制提供了良好的發(fā)揮平臺。由光感傳感器作為核心的計算機控制自動化包裝機械將成為包裝機械發(fā)展的主要方向。

[1]劉海清.自動控制--壓力傳感[M].機械工業(yè)出版社，2006,12.

[2]王宏偉.壓力傳感器原理及應(yīng)用[J].檢測與控制，2007,6.

[3]喬金珠.鍋爐壓力自動控制系統(tǒng)淺析[J].自動控制資訊，2008,4.

[4]趙玉鵬.壓力傳感新技術(shù) [J]科技資訊導報.2008,6.