GDX2包裝機內(nèi)襯紙成像系統(tǒng)設(shè)計

【摘要】在日常生產(chǎn)過程中，由于設(shè)備自身原因，會出現(xiàn)各種內(nèi)襯紙和內(nèi)卡紙包裝不到位的情況。對產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備安全造成一定隱患。因此設(shè)計本系統(tǒng)，以達到自動檢測壞煙包并剔除的目的。本系統(tǒng)有效降低了壞煙包進入成品煙的幾率，降低了機臺人員和維修人員的勞動強度，也消除了潛在的設(shè)備安全隱患。系統(tǒng)完全自主開發(fā)設(shè)計，經(jīng)濟性、擴展性、可維護性高，在行業(yè)內(nèi)具有很大的推廣價值。

【關(guān)鍵詞】內(nèi)卡紙；成像檢測；煙草；GDX2包裝機

1、課題背景

目前，GDX2包裝機由于自身原因，會有幾率出現(xiàn)以下幾種內(nèi)襯紙和內(nèi)卡紙包裝不到位的情況：煙包內(nèi)框紙丟失，及內(nèi)框紙過大的偏移；煙包上部（翻蓋）的無接拉片，及頂部的鋁箔紙未折疊到位；煙包下部的鋁箔內(nèi)襯紙的過大折皺、及破損；下部鋁箔紙未折疊到位。當包裝工序其中一步出現(xiàn)問題時就有可能出現(xiàn)不合格產(chǎn)品，對設(shè)備性能不影響的缺陷比如內(nèi)框紙或拉片缺失等情況，不合格產(chǎn)品進入下一道工序從而產(chǎn)生壞煙包并流入成品煙中。對設(shè)備性能有很大影響的缺陷比如內(nèi)襯紙折皺、內(nèi)框紙歪斜等情況，輕則使設(shè)備機械錯位，重則造成機械零部件損壞，造成經(jīng)濟損失。

設(shè)計本系統(tǒng)就是為了解決以上問題。通過系統(tǒng)檢測出問題煙包，并將其在六號輪剔除部位剔除，減少進入下一工序的幾率。本項目充分考慮自動剔除過程中的影響因素，運用控制理論，構(gòu)建工藝模型，最終完成本系統(tǒng)的設(shè)計。

2、系統(tǒng)設(shè)計

2.1 設(shè)計原則

在最大限度地滿足被控對象控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、安全可靠；并考慮到今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，適當留有余地。

2.2 工作原理設(shè)計

本系統(tǒng)將原來線性的工作模式轉(zhuǎn)變成一種自動檢測控制的閉環(huán)控制。利用成像裝置對某個固定進行成像檢測，當檢測到壞煙包時，通過控制器將控制信號發(fā)送到主機電控柜六號輪剔除電磁閥，利用原機械剔除工序進行剔除壞煙包動作。

建立如下原理模型，如圖所示：

2.4 項目設(shè)計中的難點

本項目設(shè)計的主要難點在于：

（1）硬件的選型

需要根據(jù)經(jīng)濟性、維護性能原則選擇所需要的硬件，并根據(jù)各硬件功率選擇相應(yīng)的電源及配件。成像檢測器選擇基恩士的cv701，控制器選擇西門子s7-200系列的CPU 222。其他輸入輸出硬件根據(jù)原理模型確定所需檢測器和輸出設(shè)備不做主要介紹。

（2）觸發(fā)信號的選擇

根據(jù)設(shè)計，觸發(fā)信號是一個同步脈沖，當觸發(fā)檢測器觸發(fā)信號時，攝像頭進行成像。要保證成像檢測的穩(wěn)定性，必須達到一個成像位置相對穩(wěn)定的效果。從而在人機界面上設(shè)置的圖像參數(shù)才能有效地檢測。

但是GDX2機器內(nèi)部非常復雜，運動部件很多，可利用空間小，還要考慮布線問題，因此觸發(fā)信號選擇的難度很大。經(jīng)過多方考慮，最終選擇五號輪頂部完成盒皮下壓動作的運動桿作為信號的采集處。該運動桿運動軌跡為扇形，如圖所示。

該運動桿在最底部和最頂部時，無法成像到煙包內(nèi)部內(nèi)襯紙的圖像。因此將觸發(fā)信號設(shè)計到運動桿運動軌跡的中間部分。具體設(shè)計要求：為避免檢測器在運動桿中間軌跡部分成像兩次，當運動桿向上運動道一定高度時，觸發(fā)檢測信號，但是桿在繼續(xù)向上運動直到頂部，觸發(fā)檢測器一直未脫離開運動桿的檢測；當運動桿向下運動直到脫開檢測，直到下次運行到檢測器位置時觸發(fā)檢測。從而實現(xiàn)了觸發(fā)脈沖信號的檢測。

（3）攝像頭位置的確定

由于原設(shè)備機械實現(xiàn)復雜以及安裝位置的局限性，攝像頭位置及方向不好確定，要考慮以下影響因素：成像面積、觸發(fā)信號時推桿等運動部件對成像效果的影響；還有活動部件的運動軌跡對攝像頭的損害；以及盒皮在運動過程中對攝像頭鏡頭的污染程度。

（4）光源選擇

設(shè)備一般運行6-15天休息一次，因此光源選擇上必須考慮長時間運行可靠性。根據(jù)現(xiàn)在市場上光源使用的情況對比，日光燈照度低，而led光源發(fā)熱量太大。因此設(shè)計光源為“l(fā)ed+散熱片”的方式。

（5）程序設(shè)計

五好輪成像位置到六號輪剔除位置需要五步，從五號輪到六號輪會有好煙包也會有壞煙包，因此采用記憶的設(shè)計原理，使在五號輪成像檢測到的壞煙包和好煙包進行記憶，直到六號輪時將壞煙包剔除。

由于攝像頭鏡頭容易臟，加入了攝像頭鏡頭清吹程序，通過程序設(shè)計清吹間隔和時間，達到自動清吹的目的。

（6）其他功能的設(shè)計

本項目需要對控制功能進行具體的需求分析，確保安全的條件下實現(xiàn)所需要的各種功能，以及對系統(tǒng)安全防護的設(shè)計。比如：

煙包實時情況成像在人機界面，在人機界面上設(shè)定并選取圖像上的某個部位作為采樣點，并設(shè)定色差范圍。不在設(shè)定范圍的將通過六號輪剔除。攝像頭自動清理功能，根據(jù)程序設(shè)定時間每隔十五分鐘時間進行一秒的清吹。出現(xiàn)壞煙包時報警燈提醒，連續(xù)出現(xiàn)五包時做停機處理。

參考文獻：

[1]《基恩士cv701系列使用者手冊》基恩士公公司

[2]《從入門到精通-西門子S7-200PLC技術(shù)與應(yīng)用》人民郵電出版社 作者：張運剛 宋小春.2007年4月

[3]《新型接近開關(guān)和光電開關(guān)實用手冊》電子工業(yè)出版社 作者：楊幫文2009年5月1日