卷烟厂软包形变检测装置

卷烟厂软包形变检测装置

程华桂

龙岩烟草工业有限责任公司  福建省 龙岩市  364021

姓名：程华桂（1987.11--）；性别：男，民族：汉 籍贯：福建省漳平市，学历：本科，毕业于福州大学；现有职称：助理工程师；研究方向：自动控制。

[摘要]：卷烟厂包装机在制造软包烟包时，因为机械结构或辅料异常会生产出形变烟包，此烟包若流入市场则属于重大的质量事故。设计一种形变烟盒检测装置，当机器运行过程中产生此种缺陷烟包，发出停机信号提醒作业人员处理。

[关键词]:轴编码器；光电传感器；增量脉冲

引言

GDX1包装机是意大利GD公司出品的烟支软包包装机，在烟包生产过程中，由于一些因素会出现形变。例如前端不规则形变烟包、末端不规则形变烟包。此类形变烟包属于缺陷产品，在生产时应被检出。

一、烟包输送

电机带动皮带，皮带将主机送来的烟包输送至辅机进行下一工序包装，皮带的速度始终高于包装机主机供给烟包的速度，因此在输送皮带上烟包之间总是存在间隙。

二、装置设计

1、硬件部分

1个增量型轴编码器、N个对射式光电传感器以及1个可编程控制器(PLC)。

在输送皮带的驱动轮上装设一个增量型轴编码器，驱动轮转动一圈，轴编码器输出n个增量脉冲信号。

在输送皮带两侧安装对射式光电传感器，每个对射式光电传感器由发射端和接收端组成，两端分别装设在皮带的两侧，使烟包在两端之间经过；对射式光电传感器的个数N=H/h，H为标准烟包的宽度，h为一个光电传感器的厚度,N个光电传感器在纵向相互紧贴；在装设高度上，光电传感器组与标准烟包平齐。

将增量型轴编码器增量脉冲信号、N个对射式光电传感器信号接入PLC。

2、理论推导

2.1实时获取光电传感器组信号A=[A1  A2  A3……AN]，计算出烟包纵向完好率a=（A1  +A2  +A3…+AN）/N，找到每包烟包的四个点：a由0变为非0的点为B,a由非1变为1的点为C,a由1变为非1的点为D,a由非0变为0的点为E；

在初次装设该装置时测量M值：在输送皮带上放置一包标准烟盒，当烟包经过光电传感器组时，寻找到点C和点D，测量出CD之间轴编码器输出的增量脉冲数M。实时测量出每包烟的三个参数：BC之间输出的增量脉冲数M1、CD之间输出的增量脉冲数M2、DE之间输出的增量脉冲数M3，计算出烟包的的三段横向形变率：烟包前端横向形变率F1=M1/M、烟包中间横向形变率F2=M2/M-1、烟包末端横向形变率F3=M3/M；烟包形变判断：当F1＞G或F2＞G或F3＞G时，判定烟包发生形变，其中G是大于0的可修改的参数,选取的原则为：在不误检的前提下，G越小越好。

2.2烟包纵向完好率a计算

光电传感器Ai（i=1、2、3……N）发射端AiS和接受端AiR之间有遮挡物时，该传感器输出24V直流电压信号，此时将该传感器Ai的信号记作Ai=1；反之当发射端AiS和接受端AiR之间无遮挡物时，该传感器无信号输出，此时将该传感器Ai的信号记作Ai=0，于是可得到光电传感器组的信号A=[A1  A2  A3……AN]。

定义烟包纵向完好率a为：在任一时刻，烟包挡住光电传感器组的高度H’与无形变烟包的宽度H的比值，该值近似等于被挡住的光电传感器的个数N’与光电传感器总个数N的比值，于是得到：

例如：取N=12，在某一时刻，A=[0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0]，则烟包纵向完好率a=8/12=66.67%，该值表示：此时，在纵向上，烟包的完好程度为66.67%。

从烟包纵向完好率a得知烟包状态：当a=0时，表明光电传感器组前无烟包存在；当0＜a＜1时，表明烟包纵向上发生形变，形变部分此时正位于光电传感器组之间，a越小，烟包在纵向上的形变程度越高；当a=1时，表明光电传感器组检测到烟包的纵向非形变部分。通过a的变化，可找到烟包的四个点B、C、D、E：B——a由0变为非0的点，该点为烟包前端的初始点；C——a由非1变为1的点，该点为烟包纵向形变部分至纵向非形变部分的过渡点；D——a由1变为非1的点，该点为烟包纵向非形变部分至纵向形变部分的过渡点；E——a由非0变为0的点，该点为烟包末端的结束点。于是得到烟包的三段BC、CD、DE：BC——烟包前端纵向形变部分；CD——烟包中间纵向非形变部分；DE——烟包末端纵向形变部分。

2.3参数M校准

在输送皮带上放置一包完好的烟包（即没有形变的烟包），当烟包经过光电传感器组时，寻找到点C和点D，测量出CD之间轴编码器输出的增量脉冲数M。

于是可计算出完好的烟包长度为：。

2.4计算公式推导过程

驱动轮转动一圈，轴编码器的转轴跟着转动一圈，此过程中轴编码器输出n个增量脉冲信号。若驱动轮上的某一点从位置P1运行至位置P2，皮带上某一点也从位置Q1运行至位置Q2，此过程中轴编码器输出的增量脉冲数为M，驱动轮经过的相位角为α，驱动轮的半径为R， P1至P2

的弧长为 LP，Q1至Q2的长度为LQ，于是得到：相位角。当驱动轮和皮带之间没有出现打滑故障时，驱动轮和皮带的线速度是相同的，则P1至P2的弧长LP与Q1至Q2的长度LQ是相同的，即：

烟包由皮带的摩擦力带动，在烟包和皮带没有出现打滑时，烟包和皮带是相对静止的，设在此过程中烟包运行的距离为L，于是得到L的计算公式为：

…………………………………………………………①

该公式中各个参数的含义：

L——烟包在输送皮带上运行的距离；π——圆周率，约为3.14；R——驱动轮的半径；n——轴编码器的转轴转动一圈时其信号端输出的增量脉冲数；M——当烟包在皮带上运行距离L时，轴编码器输出的增量脉冲数

注：该校准过程只需进行一次即可，如在第一次装设该检测装置时需要通过上述方式获取M值。

2.5烟包三段横向形变率计算

实时获取光电传感器组的信号Ai（i=1、2、3……N），计算出烟包纵向完好率a，通过a找出每包烟的四个点B、C、D、E，然后测量出M1、M2、M3：M1——BC之间增量脉冲数；M2——CD之间增量脉冲数；M3——DE之间增量脉冲数。计算出烟包的三段长度：

烟包前端纵向形变长度：

烟包中间纵向非形变长度；

烟包末端纵向形变长度：

计算出烟包的三段横向形变率，烟包各段多余的长度与完好烟包长度L的比值，具体为：

①烟包前端横向形变率F1,定义为L1与L的比值，即：

②烟包中间横向形变率F2,定义为L2-L与L的比值，即：

③烟包末端横向形变率F3,定义为L3与L的比值，即：

结束语

通过光电传感器接收端的信号对烟包外形变化进行计算，得到烟包形变率，有高精度、可靠的特点，实现了形变烟包的实时检测，可提高烟包生产质量。

参考文献

[1]杨超.基于PLC技术的电气自动化控制设计要点分析[J].模具制造，2024年第24期

[2]薛睿鹏.基于PLC技术的电气自动化设备连接线自动控制系统研究[J].模具制造, 2024年第24期

[3]任永翔.电气自动化中PLC控制技术的应用探究 [J]. 数字通信世界, 2023年第12期