微波檢測在加熱不燃燒卷煙用濾棒生產(chǎn)中的應(yīng)用

孫浩 周明

【摘 要】微波檢測技術(shù)在復(fù)合濾棒成型機組上得到了廣泛應(yīng)用，尤以二元復(fù)合濾棒及膠囊濾棒的質(zhì)量檢測方面較為突出。本文所介紹的微波檢測系統(tǒng)，其在加熱不燃燒卷煙用濾棒生產(chǎn)中的應(yīng)用尚屬首次。應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)實現(xiàn)了三元復(fù)合濾棒相位偏差的在線檢測，并能準確剔除，與復(fù)合機組Lenze運動控制器的配合保證了相位自動調(diào)整功能的實現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】微波檢測;相位檢測;剔除

中圖分類號： TM931 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）23-0027-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.011

【Abstract】Microwave detection technology has been widely used in composite filter rod forming unit，especially in the quality detection of binary composite filter rod and capsule filter rod.The application of the microwave detection system introduced in this paper in the production of filter rods for heating non-combustible cigarettes is the first time. The application results show that the system realizes on-line detection of phase deviation of ternary composite filter rod， and can eliminate it accurately.The cooperation with Lenze motion controller ensures the realization of phase auto-adjustment function.

【Key words】Microwave detection;Phase detection;Eliminate

微波檢測剔除控制系統(tǒng)在煙草行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，在二元復(fù)合濾棒及膠囊濾棒的質(zhì)量檢驗方面，利用微波密度檢測的方法來檢測不同濾棒段差異，控制相位及間隙。我廠加熱不燃燒型卷煙用濾棒為三元復(fù)合濾棒，如何濾棒成型精度，保持相位穩(wěn)定，是三元復(fù)合濾棒生產(chǎn)的關(guān)鍵所在。

1 加熱不燃燒卷煙用濾棒介紹

加熱不燃燒卷煙用濾棒是三元復(fù)合濾棒，由小中空基棒、大中空基棒、PLA聚乳酸降溫基棒經(jīng)分切、拼接、復(fù)合而成。例如，某牌號卷煙三元復(fù)合濾棒示意圖如圖1所示。

圖中紅色部分示意為大中空基棒，黃色部分示意為PLA聚乳酸降溫基棒，藍色示意為小中空基棒。三種基棒的分切長度不同，且大中空基棒和小中空基棒的材質(zhì)均為醋酸纖維絲束，僅在內(nèi)徑上存在差異。

當前在國內(nèi)，三元復(fù)合濾棒的生產(chǎn)工藝為線性組合，也就是將三種基棒均等分切，按照規(guī)律組合成型。生產(chǎn)過程中，經(jīng)常容易出現(xiàn)如下兩種影響產(chǎn)品質(zhì)量的缺陷。

1）爛棒：在線性組合過程中，由于離心力的原因，圖1中的某段被擠壓變形，產(chǎn)生爛棒。

2）相位偏移：理論上圖1中的兩端紅色部分應(yīng)等長，超過工藝質(zhì)量要求的視為不合格品，應(yīng)當剔除。

2 微波檢測原理分析

微波的特性是遇到金屬發(fā)生反射，金屬無法對它進行吸收或傳導(dǎo);對于絕緣材料，微波可以穿過但不會消耗能量;而對于含有水分的物料，微波穿過的同時，其能量會被吸收一部分。[1]在一個金屬制成的諧振腔內(nèi)，微波具有諧振特性。當在該諧振腔內(nèi)填充有介質(zhì)材料時，通常介質(zhì)材料是非金屬材料，其微波諧振幅度和諧振頻率會因填充的介質(zhì)材料的介質(zhì)常數(shù)、大小和形狀的不同而產(chǎn)生不同的變化。[2]

上述三元復(fù)合濾棒，小中空基棒與大中空基棒雖介質(zhì)常數(shù)一樣，但大小不一;PLA聚乳酸降溫基棒材料與中空基棒材料有明顯差異，三者在同一諧振腔內(nèi)的諧振頻率與諧振幅度存在較大差異。

3 方案實施

基于上述所述微波檢測原理，本文所述檢測系統(tǒng)是基于微波對復(fù)合濾棒中的水分含量進行檢測，下圖為三元復(fù)合濾棒微波諧振頻率時序圖，該系統(tǒng)可清晰分辨出各段基棒。

本文所述微波在線檢測剔除控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分主要包括微波探測單元、數(shù)據(jù)處理單元、工控機和顯示器。軟件部分即分析處理和控制程序。將微波探測器送出的微波諧振頻率和諧振幅度的變化信號經(jīng)過分析計算，然后再根據(jù)算法，確定復(fù)合濾棒是否合格。當濾棒確定為不合格時，該系統(tǒng)將不合格信號送給執(zhí)行機構(gòu)（成型機剔除電磁閥），剔除不合格產(chǎn)品。同時輸出相位調(diào)整信號給三元復(fù)合機組Lenze運動控制器，進行相應(yīng)相位調(diào)整。

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3所示。

微波探測單元主要進行微波信號的探測，其輸出直流檢測電壓信號給數(shù)據(jù)處理單元;數(shù)據(jù)處理單元是該系統(tǒng)的核心，其將接收到的電信號分析處理后對濾棒進行判斷;工控機讀取數(shù)據(jù)處理單元結(jié)果在人機交互界面顯示，設(shè)備生產(chǎn)人員可通過人機交互界面進行相應(yīng)參數(shù)設(shè)置，并通過工控機管理數(shù)據(jù)處理單元。

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)功能

3.2.1 自清潔功能

微波諧振腔為精密檢測設(shè)備，內(nèi)壁導(dǎo)煙管為工程塑料，應(yīng)避免油污、膠塊、水份等進入諧振腔。正常清潔微波諧振腔時應(yīng)使用軟質(zhì)塑料毛刷。本文所述系統(tǒng)的諧振腔具有使用壓縮空氣自清潔功能。

3.2.2 計數(shù)功能

對廢品剔除支數(shù)和生產(chǎn)速度（支/min）進行計數(shù)。

3.2.3 控制功能

在人機交互界面進行相應(yīng)控制功能的設(shè)置。

1）相位剔除閾值設(shè)置。此功能是設(shè)置相位剔除靈敏度，可根據(jù)質(zhì)檢要求進行放大或者縮小。

2）剔除支數(shù)設(shè)置。此功能是設(shè)備每次剔除信號觸發(fā)后，一次剔除濾棒支數(shù)。可視生產(chǎn)車速以及設(shè)備狀態(tài)靈活更改。

3.2.4 開關(guān)功能

微波檢測功能打開關(guān)閉，相位自動調(diào)整功能打開關(guān)閉均可在人機交互界面進行設(shè)置。

4 系統(tǒng)性能分析

系統(tǒng)調(diào)試完成后，開始進行上機實驗。在成型機生產(chǎn)速度300支/min的情況下，每班隨機抽取一盤三元復(fù)合濾棒產(chǎn)品（大約5000支），在質(zhì)檢員的監(jiān)督下進行人工檢驗，每日在兩班進行抽樣記錄，連續(xù)五個工作日，結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

從上述所述的檢驗結(jié)果看，微波檢測系統(tǒng)的檢測誤差不超過1%，其對爛棒和相位偏移這兩項質(zhì)量缺陷能有效進行剔除，有效保證了三元復(fù)合濾棒質(zhì)量。

5 結(jié)論

本文所述的檢測系統(tǒng)所應(yīng)用的對象是三元復(fù)合濾棒，當基棒更換后只要保證三種基棒諧振頻率不一致，該系統(tǒng)都可正常進行剔除和控制，為試樣工作帶來了諸多方便。該系統(tǒng)能夠為三元復(fù)合濾棒在生產(chǎn)品控環(huán)節(jié)以及成品質(zhì)檢環(huán)節(jié)提供一種快速準確的檢測方案。筆者經(jīng)驗有限，文中不足之處請專家、讀者諒解。

【參考文獻】

[1]山東中煙工業(yè)有限責(zé)任有限公司.一種爆珠濾棒中爆珠的微波測定方法[P].中國，201610368564.X，2016-05-25.

[2]彭峋.復(fù)合濾棒微波在線檢測剔除控制系統(tǒng)的研制[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（2）.

[3]劉亞麗，王金棒，鄭新章，邱紀青，洪群業(yè)，龔金龍，鄭路. 加熱不燃燒煙草制品發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].中國煙草學(xué)報. 2018（04）.