基于高精度位移傳感器的條盒拉線檢測裝置設計與應用

羅海權

【摘 要】為解決GD包裝機在生產過程中容易出現的條盒拉線缺失和拉線偏移的質量問題，本文基于高精度位移傳感器，設計了條盒拉線檢測裝置。該裝置主要由位移傳感器、放大器、主控制器、報警器等組成，裝置具有以下特點：（1）檢測正確率高，基于條盒拉線的物理尺寸即厚度進行檢測;（2）當出現質量缺陷產品時，報警器報警提醒;（3）使用壽命長，位移傳感器的持續檢測次數高達2億次;（4）調試方便，一般只需校正零位即可;（5）相對于成像式檢測裝置，其成本較低。使用結果表明，該檢測裝置能準確識別生產過程中出現的條盒拉線缺失和偏移的不合格產品，有效防止不合格產品流入下游生產工序。

【關鍵詞】GD包裝機;條盒拉線;位移傳感器

中圖分類號： TB486文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）13-0061-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.028

The Design and Application of Barrel Pull Detection Device Based on High Accuracy Displacement Sensor

LUO Hai-quan

（China Tobacco Guangdong Industrial. Co.， Ltd.，Guangzhou Cigarette Factory， Guangzhou Guangdong 510000， China）

【Abstract】In order to solve the quality problems of the absence and deviation of barrel pull in the production process of GD packaging machine， a barrel pull detection device is designed based on the high accuracy displacement sensor in this paper. The device is mainly composed of displacement sensor， amplifier， main controller， alarm and so on. The device has the following characteristics： （1） High detection accuracy based on detecting the physical size （i.e. thickness） of the barrel pull. （2） Once quality defects of products appear， the alarm warns. （3） With long service life. （4） It's easy to debug by correcting zero position. （5） Compared with the imaging detection device， its cost is lower. The application results show that the detection device can accurately identify the unqualified products with the problems of the absence and deviation of barrel pull in the production process.

【Key words】GD packaging machine; Barrel Pull; Displacement Sensor

1 問題現狀

現GD包裝機拉線檢測裝置大多采用成像式檢測原理，其CMOS損壞和處理器損壞為不可修復故障，且占比較大，出現這類故障時，需要更換一套新的拉線檢測裝置，購買價格約4萬元/臺。本文的技術關鍵，主要是基于高精度位移傳感器，進行原創性的自主設計——條盒拉線檢測裝置。

2 設計思路

拉線是“粘附”在條盒透明紙的某一固定位置上，當“拉線偏移或缺失”時，該位置的厚度將變小。因此，判斷條盒透明紙上方的條盒拉線是否缺失或偏移，可通過檢測其整體厚度的變化量進行實現。本課題的設計方向是采用接觸式的檢測方式，利用高精度位移傳感器對條盒拉線的厚度進行檢測。

目前的位移傳感器已向高精度發展，檢測精度可達±1μm，分辨率小于等于0.5μm。而條盒拉線厚度范圍為36—46μm，完全在位移傳感器的測量范圍內。

3 機構組成

3.1 位移傳感器

拉線檢測部分的工作流程：接觸件與條盒拉線接觸，條盒拉線缺失或偏移會導致軸承發生位移，感測元件檢測到位移變化量，并把位移信號轉換為電平信號通過連接電纜輸出信號。

本課題的傳感器選用的是基恩士型號為GT2-P12的位移傳感器，其感測原理是光柵刻度尺脈沖式，配置滾輪型接觸件;選用的放大器是基恩士型號為GT2-71P的放大器，具有與傳感器良好配合，可靠性高，可設置零位、上下限等優點。其工作原理是：位移傳感器不間斷的檢測拉線位置處的厚度，將厚度變化值轉化為電壓變化值，首先是和設定值進行比較，然后由信號處理器進行信號處理與判斷，最后是信號輸出給控制器。

3.2 主控制器

在本檢測裝置中，控制器需要處理的輸入信號有5個，即位移傳感器信號、人工復位信號、空機運行信號、基準脈沖信號和相位脈沖信號，需要輸出的信號共有4個，即報警信號、停機信號、降速信號和剔除信號。本課題的控制器選用的是西門子S7-200系列型號為CPU224的PLC。

3.3 支架設計

支架主要分為位移傳感器的固定支架部分和支撐部分。固定支架分為固定板和緩沖塊，位移傳感器被固定在固定板上，再連接上緩沖塊以防止機器運行時的過度振動，緩沖塊主要起緩沖作用。支撐部分是承載運動狀態的條盒拉線和位移傳感器接觸件，采用滾輪支撐設計，由連接板和承載底輪兩部分組成。

4 裝置設計

4.1 I/O分配表

4.2 程序設計

4.3 裝置組裝圖

5 使用效果

基于高精度位移傳感器的條盒拉線檢測裝置，運行穩定，準確可靠。據統計，檢測準確率達到了99.8%，安裝及調試時長、使用壽命及成本等三大方面均優于原成像式檢測裝置。使用結果表明，該檢測裝置能準確識別生產過程中出現的條盒拉線缺失和偏移的不合格產品，有效防止不合格產品流入下游生產工序。

【參考文獻】

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