GD包裝機光電缺盒檢測器設計

張軍　李小斌

【摘 要】針對GD包裝機在卷煙包裝過程中出現條盒遺漏、外觀變形、包裝材料改變導致檢測無效等缺陷，設計了一種光電式缺盒檢測器，該檢測器由控制器、上檢測板和下檢測板三部分組成，利用反射式紅外光電管的收發特性，發射管向煙包持續發出強度固定的紅外光，被煙包反射后在光電接收管中產生表征光電管和煙包之間距離的電流信號，將該信號和標準距離信號比較，就可實現對香煙生產過程出現的內在條盒遺漏、外觀變形等缺陷產品的檢測。實踐表明，缺盒檢測誤檢率<0.1%，缺盒檢測準確度達100%。

【關鍵詞】GD包裝機；條盒；缺包；單片機

中圖分類號：TP2 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）26-0020-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.007

Design of photoelectric lack-box detector for GD packer

ZHANG Jun1 LI Xiao-bin2

（1.Baoji cigarette factory， Baoji Shanxi 721000， China；

2.School of Electronics and Electric Engineering， Baoji University of Arts and Sciences， Baoji Shanxi 721016， China）

【Abstract】A new type of photoelectric lack-box detector is designed for the invalidity detection which is resulted from the missing of the strip box， the appearance deformation， and the change of the packaging material in the GD packaging machine. It consists of three parts， controller，top-plate and under-plate.The transceiver features of reflective infrared photocells are used here.The infrared emitter tube sends fixed light signal to the box and the light signal is reflected by the box. The reflected light signal is detected by the receiver and the signal is changed into current signal which is influenced by the distance between the phototube and the box.By comparing the current signal with the standard signal，the detector can detect the faulty products of the missing of the strip box， the appearance deformation，and the like.Practice shows that the lack of box detection error rate is less than 0.1%， and the detecting accuracy for the lack of box is as high as 100%.

【Key words】GD packing machine； Box； Pack missing； MCU

0 引言

當前國內大多數卷煙企業使用的包裝機是意大利生產的 GDX1/GDX2，這種包裝機對缺煙條包的檢測方式是采用五個電容傳感器作為檢測探頭，對包裝完條皮紙后的條包進行檢測。其原理是利用電容傳感器對金屬物質特別敏感的特性，通過檢測條包內相應位置小包的內襯鋁箔來判斷產品是否合格。近年來，隨著技術的不斷進步，包裝材料也在不斷的改變，尤其是出現了環保型不帶鋁箔的內襯紙及含有金屬成分的條皮紙后，這種檢測方式已經失去了效用。另一方面卷煙包裝機安裝有小盒外觀成像、條裝缺盒等在線質量檢測系統，有效提升了質量保障能力。但對小盒擠壞、變形還沒有較好的檢測裝置，若自檢未能發現，流入市場，會損害消費者利益[1]。

針對這種情況，為了更好的保證產品質量，在原GD包裝機型設計加裝一種新型的條包檢測器-光電式條包缺包檢測器，從根本上解決條包確保問題[2]。該檢測器的設計思想是：利用原車框形予折疊器（成型倉）的結構，重新加工框形予折疊器的上下蓋板，并在上下蓋板中各植入一組帶有微處理器的檢測板，以20支紅外光電管作為檢測探頭，根據光電管因反射光強度會產生不同電流的原理，來實現檢測目的[1]。

1 系統總體設計

GD包裝機光電缺盒檢測系統由四個模塊構成，如圖1所示[3]?？刂菩酒捎肁D89C52單片機，光電檢測模塊將煙包表面反射回來的光轉變為電流信號，該電流信號調理后經AD轉換模塊后輸入單片機，單片機通依據對電流信號的大小即可判斷條包中有無缺包。

2 系統硬件電路設計

2.1 光電檢測模塊設計

檢測器由三部分組成，分別是上檢測板、下檢測板和控制器。其中上下檢測板是根據原車框形予折疊器上下蓋板加工而成，并在其內部植入檢測板，主要起檢測作用；控制器負責對上下檢測板的檢測信號進行統一處理并對上下檢測板的檢測參數進行設置。

其具體檢測電路示意圖如圖2所示，光電檢測模塊選用常見的ST188光電式傳感器，它自身集成了一個紅外發射管和紅外接收管，相當于自身既是發射源，又是檢測點。發射電路發出紅外光，在經過待檢測物體（煙包）的漫反射后，會有一部分紅外光被反射回接收電路，就會在光電接受管中產生電流，該電流信號經過采樣電阻R0后轉變為電壓信號Vout輸出給AD轉換電路[4-5]。光電管發出的紅外光被檢測物反射后，會因反射光的強度在光電管中產生不同電流，對于同一檢測物，光電管和被檢測物的距離越近，被反射回來的光線越強，光電管中產生的電流就越大。在工作之前，先通過控制器對檢測探頭進行設置，確定一個固定的檢測距離為檢測標準。在生產過程中，當待包的煙包被推入框形予折疊器的一段相位內，檢測器對條包的完整度進行檢測。如果任一探頭在某一瞬間檢測到檢測物距離大于檢測標準，則可判斷出該條包中有缺包（有可能煙包變形）情況出現，檢測裝置會發出一個信號給外圍裝置將該條包剔除。

2.2 AD轉換模塊設計

AD轉換模塊選用ADC0832芯片，它是使用非常普遍的8位串行A/D轉換器，其最高分辨可達256級，由于其片內有輸入數據寄存器，故可以直接與單片機接口。其引腳定義如表1所示[6-7]。

一般情況下ADC0832與單片機的接口應為4條數據線，分別是CS、CLK、DO、DI。但是，由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI并聯在一根數據線上使用[8-9]。其接口電路如圖3所示。當要進行AD轉換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘（CLK）輸入端輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數據信號。

3 系統軟件設計[10-14]

系統軟件流程圖如圖4所示。單片機首先進行系統初始化，完成模擬量輸入通道、中間變量等設置，然后控制ADC0832的使能端為低電平，開始對選中的通道進行轉換。最后對AD轉換的數據量進行量綱轉換，和標準距離值進行比較，判斷是否滿足標準距離，若滿足則繼續下一次讀取數據操作，否則給后端PLC發送剔除控制信號，剔除缺包煙。

4 系統仿真[15-16]

在Proteus環境下進行建模仿真，仿真模型如圖5所示。這里用聲光報警代替缺包剔除工作。即當電流大于設定值時，表示檢測到的物體距離大于標準距離，說明缺包，系統給出聲光報警。用滑動變阻器來模擬缺包，當滑動變組器處于中間時，報警模塊不工作（蜂鳴器和LED燈上接單片機的一端是紅色，高電平，表示不工作）。當滑動變組器不處于中間時，報警模塊工作，蜂鳴器發出響聲，LED燈亮（蜂鳴器和LED燈上接單片機的一端是藍色，低電平，表示工作）。

5 結束語

GD包裝機光電缺盒檢測器工程化后如圖6所示。多個光電管對同一煙包進行檢測，可靠性高，對任何形式的缺包都有精準的檢測，杜絕了漏檢。由于是距離測試，檢測裝置不受包裝材料限制，適合各種品牌香煙。裝置還具有不改變原車任何結構，安裝方便的優點。

圖6 GD包裝機光電缺盒檢測器

該裝置在寶雞卷煙廠投入運行3年以來性能穩定，取得了令人滿意的效果。這種檢測技術克服了傳統技術因為材料變換導致無法檢測的缺陷，不但對缺盒漏包檢測準確，而且對嚴重變形的煙條同樣檢測無誤。該裝置實現了GD包裝機型在關鍵生產流程對產品質量的監控（從CH再生料斗后端煙包堆疊檢測到條盒包裝成型生產環節缺少針對每一個煙包是否缺失的質量監測裝置）[2]，缺盒檢測誤檢率<0.1%，缺盒檢測準確度達100%。

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