趙宏生，張正華，邱寶平，王永江，李 寧，佟雪梅，高方明，鄒 艷，孫津津，金瑩瑩，潘小娜，崔巖斌

紅塔遼寧煙草有限責(zé)任公司沈陽(yáng)卷煙廠，沈陽(yáng)市蘇家屯區(qū)南京南街98號(hào) 110023

GDX1、GDX2包裝機(jī)組是目前國(guó)內(nèi)卷煙生產(chǎn)企業(yè)的主力包裝設(shè)備［1-3］，生產(chǎn)速度約為400包/分鐘。為滿足對(duì)小盒煙包（簡(jiǎn)稱小盒）外觀質(zhì)量的檢測(cè)要求，GD包裝機(jī)組配置的成像檢測(cè)系統(tǒng)采用兩個(gè)CCD相機(jī)對(duì)小盒的5個(gè)面進(jìn)行外觀檢測(cè)［4-6］，但無(wú)法對(duì)小盒與傳送帶的接觸面進(jìn)行檢測(cè)，因此存在檢測(cè)盲區(qū)，影響卷煙產(chǎn)品包裝質(zhì)量。針對(duì)此問(wèn)題，姚國(guó)明等［7］在傳送帶上留出一個(gè)間隙并安裝透明玻璃板，同時(shí)在玻璃板下方安裝第3個(gè)CCD相機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，由于檢測(cè)量大，玻璃板磨損后透明度降低，影響檢測(cè)精度；此外，玻璃板摩擦力較大，容易產(chǎn)生連包煙，無(wú)法對(duì)所有缺陷小盒進(jìn)行精確剔除。祝榮壯［8］采用LED光源和超高速工業(yè)相機(jī)設(shè)計(jì)了一種新型小盒外觀檢測(cè)系統(tǒng)，解決了小盒外觀檢測(cè)誤檢率高、穩(wěn)定性差等問(wèn)題。沈宇航［9］通過(guò)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)煙包圖像進(jìn)行算法處理，有效定位追蹤并識(shí)別小盒外觀質(zhì)量缺陷。鮑景峰［10］采用光纖傳感器和數(shù)字激光傳感器實(shí)現(xiàn)了條盒外觀在線檢測(cè)和剔除功能。上述研究或改進(jìn)雖有效改善了小盒或條盒外觀檢測(cè)效果，但未能徹底解決小盒檢測(cè)盲區(qū)及缺陷小盒精確剔除等問(wèn)題。為此，對(duì)GD包裝機(jī)組小盒外觀檢測(cè)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)增加180°翻轉(zhuǎn)軌道和分包裝置，以期提高小盒外觀質(zhì)量檢測(cè)效果，保證卷煙產(chǎn)品質(zhì)量。

1 問(wèn)題分析

改進(jìn)前小盒外觀檢測(cè)裝置主要由LED光源、CCD相機(jī)、控制器主機(jī)、顯示器和編碼器等部分組成，見(jiàn)圖1。生產(chǎn)中由2個(gè)CCD相機(jī)（2）對(duì)小盒的5個(gè)面進(jìn)行外觀檢測(cè)，小盒經(jīng)傳送帶傳輸，當(dāng)光纖傳感器檢測(cè)到小盒時(shí)，觸發(fā)CCD相機(jī)拍照，控制器主機(jī)（3）將采集到圖像與存儲(chǔ)的無(wú)質(zhì)量缺陷圖像進(jìn)行對(duì)比，若判定為缺陷小盒，控制器主機(jī)（3）傳送信號(hào)至PLC，啟動(dòng)電磁閥剔除缺陷小盒。由于小盒與傳送帶的接觸面為檢測(cè)盲區(qū)，無(wú)法對(duì)小盒外觀質(zhì)量實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)控。

圖1 改進(jìn)前小盒外觀檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of cigarette packet inspection device before modification

2 改進(jìn)方法

改進(jìn)后小盒外觀檢測(cè)裝置仍采用2個(gè)CCD相機(jī)進(jìn)行圖像采集，但將其中一個(gè)CCD相機(jī)相對(duì)于原位置平移了1.8 m；增加了兩條180°翻轉(zhuǎn)軌道和分包裝置，使煙包底面翻轉(zhuǎn)到頂面進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)連包煙進(jìn)行分離，見(jiàn)圖2。其中，第一成像檢測(cè)系統(tǒng)由小盒傳感器、第一CCD相機(jī)、PLC、第一電磁閥、第一風(fēng)管和LED光源等組成；第二成像檢測(cè)系統(tǒng)由小盒傳感器、第二CCD相機(jī)、PLC、第二電磁閥、第二風(fēng)管和LED光源等組成。改進(jìn)后將小盒翻轉(zhuǎn)180°后進(jìn)入第二成像檢測(cè)裝置，以解決小盒盲區(qū)檢測(cè)問(wèn)題；增加分包裝置，避免連包煙對(duì)剔除裝置產(chǎn)生干擾，提高剔除精度。生產(chǎn)中小盒通過(guò)第一分包器（8）（分包狀態(tài)）進(jìn)入第一成像檢測(cè)系統(tǒng)（7）進(jìn)行外觀檢測(cè)，檢測(cè)合格小盒經(jīng)過(guò)第一180°翻轉(zhuǎn)軌道（6）翻轉(zhuǎn)180°（連包狀態(tài)）后通過(guò)第二分包器（4），連包小盒分離，進(jìn)入第二成像檢測(cè)系統(tǒng)（3），二次檢測(cè)合格小盒經(jīng)過(guò)第二180°翻轉(zhuǎn)軌道（2）恢復(fù)初始狀態(tài)，進(jìn)入下一道工序。

圖2 改進(jìn)后小盒外觀檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of cigarette packet inspection device after modification

2.1 180°翻轉(zhuǎn)軌道

180°翻轉(zhuǎn)軌道由小盒輸送導(dǎo)板、內(nèi)六角螺釘、擋板、上拔、下拔和小盒傳送帶等組成，見(jiàn)圖3。小盒輸送導(dǎo)板A、B、C、D與內(nèi)六角螺釘（2）之間設(shè)有小盒輸送導(dǎo)板墊片（9）；小盒輸送導(dǎo)板A（1）、下鏟刀（5）、上拔機(jī)架（7）、小盒輸送導(dǎo)板C（8）依次固定在機(jī)架一側(cè)，小盒輸送導(dǎo)板B（13）、擋板（4）、下拔（11）、小盒輸送導(dǎo)板D（10）固定在機(jī)架另一側(cè)；小盒輸送導(dǎo)板A（1）與B（13）之間形成小盒通道，擋板（4）與下鏟刀（5）、上拔機(jī)架（7）之間形成先寬后窄的小盒翻轉(zhuǎn)通道，上拔（6）通過(guò)內(nèi)六角螺釘（2）連接在上拔機(jī)架（7）上；小盒在小盒傳送帶（12）的帶動(dòng)下，從小盒輸送導(dǎo)板C（8）與D（10）構(gòu)成的輸送通道通過(guò)，此時(shí)豎立狀態(tài)的小盒（3）在上拔（6）與下拔（11）的共同作用下，被翻轉(zhuǎn)90°成為水平狀態(tài)；在擋板（4）的作用下小盒輸送通道由寬變窄，小盒不斷向下鏟刀（5）的光滑曲面靠近，并從水平狀態(tài)再次翻轉(zhuǎn)90°成為直立狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)小盒180°翻轉(zhuǎn)，此時(shí)小盒與傳送帶的接觸面被翻轉(zhuǎn)為頂面，經(jīng)由小盒輸送導(dǎo)板A（1）與B（13）構(gòu)成的小盒通道進(jìn)入下一道工序。

圖3 180°翻轉(zhuǎn)軌道結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure of 180° turnover channel

2.2 分包裝置

生產(chǎn)中經(jīng)過(guò)180°翻轉(zhuǎn)軌道的小盒均為連包狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)出缺陷小盒時(shí)，采用正壓吹風(fēng)將缺陷小盒剔除。由于連包煙依次相連，無(wú)法對(duì)缺陷小盒進(jìn)行準(zhǔn)確剔除，為此增加了分包裝置。分包裝置主要由滾輪、外螺紋桿、分包器機(jī)架、軸承、分包器擺桿、傳送帶機(jī)架、小盒傳送帶、步進(jìn)電機(jī)和聯(lián)軸器等組成，見(jiàn)圖4。分包器擺桿（13）為T型夾層結(jié)構(gòu)，其表面設(shè)有第一和第二安裝孔，夾層內(nèi)設(shè)有第三和第四安裝孔以及皮帶輪（5，14），4個(gè)安裝孔內(nèi)分別安裝有軸承（6）；轉(zhuǎn)軸（8）一端與聯(lián)軸器（20）連接，另一端依次穿過(guò)第三安裝孔、皮帶輪（14）和第一安裝孔，使皮帶輪（14）與分包器擺桿（13）連接；滾輪（7）的一端依次穿過(guò)第二安裝孔、皮帶輪（5）和第四安裝孔，使皮帶輪（5）與分包器擺桿（13）連接，皮帶輪（5，14）通過(guò)皮帶（4）連接；分包器擺桿（21）上的滾輪（1）與分包器擺桿（13）上的滾輪（7）之間形成可供小盒（17）通過(guò)的分包通道；分包器機(jī)架（3）上設(shè)有外螺紋桿（2），其上套有彈簧（11）；直線軸承（12）通過(guò)內(nèi)六角螺釘（10）固定在分包器擺桿（13）上，與外螺紋桿（2）配合使用的松緊螺母（18）與直線軸承（12）接觸，松緊螺母（18）沿外螺紋桿（2）進(jìn)出帶動(dòng)分包器擺桿（13，21）移動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)分包器擺桿（13，21）的距離，可以調(diào)節(jié)滾輪（1，7）與小盒（17）之間的松緊度；步進(jìn)電機(jī)（19）通過(guò)內(nèi)六角螺釘（10）固定在分包器機(jī)架（3）上，分包器由步進(jìn)電機(jī)（19）提供動(dòng)能，通過(guò)聯(lián)軸器（20）傳送到轉(zhuǎn)軸（8），轉(zhuǎn)軸（8）帶動(dòng)皮帶輪（14）轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)皮帶（4）傳動(dòng)到皮帶輪（5），皮帶輪（5）帶動(dòng)滾輪（7）轉(zhuǎn)動(dòng)；小盒（17）經(jīng)小盒傳送帶（16）傳送通過(guò)滾輪（1，7）時(shí)，由于滾輪（1，7）高速旋轉(zhuǎn)并與小盒（17）表面接觸，由此實(shí)現(xiàn)連包小盒（17）分離；為避免軸承（6）松動(dòng)，通過(guò)軸承墊片（9）將軸承（6）鎖緊在分包器擺桿（13）上，彈簧（11）套在外螺紋桿（2）上，保證小盒傳送帶（16）傳送小盒（17）時(shí)與兩滾輪時(shí)刻接觸；傳送帶機(jī)架（15）與分包器機(jī)架（3）間夾角為90°。

圖4 分包裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure of packet separator

3 應(yīng)用效果

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

材料：“紅塔山軟經(jīng)典（1956）”牌卷煙（由紅塔遼寧煙草有限責(zé)任公司沈陽(yáng)卷煙廠提供）。

設(shè)備：GD包裝機(jī)組（上海煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）；小盒六面外觀檢測(cè)裝置（沈陽(yáng)航空工業(yè)626研究所研制）。

方法：分別采用改進(jìn)前后小盒外觀檢測(cè)裝置進(jìn)行生產(chǎn)，每2h在裝箱機(jī)前人工隨機(jī)抽檢1條煙，每班次8h，按照紅塔遼寧煙草有限責(zé)任有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（Q/HLY.J05.47—2018）對(duì)小盒外觀進(jìn)行檢測(cè)，統(tǒng)計(jì)改進(jìn)前后因小盒檢測(cè)盲區(qū)導(dǎo)致的質(zhì)量缺陷次數(shù)以及缺陷小盒剔除數(shù)量，取平均值，測(cè)試時(shí)間為6個(gè)月。

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表1可見(jiàn)，改進(jìn)后單班次單機(jī)組小盒缺陷次數(shù)由2.17次/月減少為0，平均剔除煙包36.33盒/月。改進(jìn)前設(shè)備無(wú)法檢測(cè)小盒底面，主要依靠人工對(duì)成品煙包進(jìn)行抽檢，容易漏檢和誤檢；改進(jìn)后實(shí)現(xiàn)了在線檢測(cè)和缺陷小盒的準(zhǔn)確剔除，有效保證了卷煙產(chǎn)品質(zhì)量。

表1 改進(jìn)前后小盒缺陷次數(shù)及剔除數(shù)量Tab.1 Comparison of frequency and rejection amount of cigarette packets due to appearance defects on the side in contact with the conveying belts before and after modification

4 結(jié)論

對(duì)GD包裝機(jī)組小盒外觀檢測(cè)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)增加180°翻轉(zhuǎn)軌道和分包裝置，解決了小盒檢測(cè)盲區(qū)問(wèn)題，提高了缺陷小盒剔除準(zhǔn)確度。以沈陽(yáng)卷煙廠生產(chǎn)的“紅塔山軟經(jīng)典（1956）”牌卷煙為對(duì)象進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明：改進(jìn)后單班次單機(jī)組因小盒檢測(cè)盲區(qū)導(dǎo)致的質(zhì)量缺陷次數(shù)由2.17次/月減少為0，平均剔除煙包36.33盒/月，實(shí)現(xiàn)了小盒全方位檢測(cè)，有效提高了小盒外觀質(zhì)量檢測(cè)效果。