ZB25包裝機封簽歪斜故障預警系統設計

李 乾，趙 安，錢躍東，李 春，陳開紅

（紅云紅河（煙草）集團會澤卷煙廠，云南曲靖 655000）

1 問題

GDX1包裝機組是目前卷煙生產企業使用較普遍中速的軟盒包裝機機組，具有性能良好，運行穩定，易于操作等優點。根據GDX1系統的OPC數據統計功能、GDX1煙包外觀成像檢測剔除系統的數據、機組交班記錄等數據，封簽維修耗時是GDX1機組故障維修耗時的第一制約因素，在GDX1機組剔除的煙包，封簽位置超工藝規格（封簽折疊后兩邊不對稱、歪斜）的質量缺陷煙包占比較高，需要進行人工煙支回收，消耗鋁箔紙、商標紙、封簽等原輔材料，甚至有連續的封簽歪斜煙包流入成品庫，導致機組停機進行質量追溯，產品質量風險增加，機組設備凈效率降低。

1 原因分析

設備引起煙包封簽歪斜的原因：封簽紙庫位置調整不當或封簽吸風偏小；封簽輸送通道、四號輪出口通道有膠垢；封簽上膠輥膠量調整不當；封簽F形吸嘴吸風偏小；封簽折疊成型擋塊位置調整不當；封簽定位盒位置調整不當；四號輪出口推桿反置接桿位置調整不當；封簽來料不符合要求、膠液來料不符合要求、封簽表面不易粘膠等[1]。張建強等人[2]將ZB25系統自帶的封簽吸取氣路的負壓管道線路，從之前的箱體內改造成為箱體外，避免負壓管路長期接觸高溫潤滑油帶來的氣壓管路壽命較短，避免需要打開油箱進行故障排查的拆裝耗時，解決封簽氣壓吸風管路破損帶來的吸風偏小問題；鄧永祥[3]提出為ZB25包裝機機組設計一組緩沖、防堵塞功能的負壓分配器，能減少壓力波動范圍，維持氣壓穩定。改造后封簽輸送更加流暢，負壓保養時間可以縮短到4 h/次；鄧永祥等人[4]對之前的四桿機構驅動的反置接桿重新設計為凸輪搖桿滑塊機構驅動機構，能確保封簽從封簽折疊通道到煙包干燥輸出通道的過程中，推煙桿與反置接桿之間動作的協調性；劉俊星[5]對封簽涂膠輪、封簽膠缸傳動機構進行改進，解決成品煙包封簽紙涂膠液溢膠現象；戚亞東等人[6]對第一壓緊輪支座、第二三導紙輪進行改造，降低封簽輸送的故障率，提高設備效率1.5%。

在設備運行過程中，會出現一個讓操作人員操作相互“矛盾”的現象：YB25小盒包裝機正在運行，突然位于YB25小盒包裝機與YB55小盒透明紙包裝機之間輸送通道內的小包外觀質量成像檢測系統連續剔除或者間歇剔除煙包，導致YB25小盒包裝機頻繁停機，YB55小盒透明紙包裝機輸出轉塔剔除頻繁，需要操作人員不斷對補包器進行煙包補充，被剔除的煙包表現為：封簽嚴重歪斜、封簽粘貼不良、煙包封簽位置漏白等。故障分析原因為：封簽某側涂膠線下部無膠，另側膠液線膠液合適，操作人員將封簽輸送通道與折疊通道認真保養后，并將刮膠片與涂膠輪之間的相對間隙量調大，一側膠線膠液偏大，另一側膠線膠液合適。設備復位運行后，煙包封簽某側翹起剔除量降低，因為涂膠量過多，封簽折疊輸送通道、封簽輸送通道、F形吸風嘴附有膠垢，煙包封簽嚴重歪斜，同時封簽膠液溢出，一旦設備停機超過一定的間隔，干燥輸送通道的煙包相互粘連，經過五輪分離輪后煙包表面出現白色斑點，屬于質量缺陷煙包，煙包外觀成像剔除量明顯增加，ZB25保養頻次與停機率增加。操作人員將涂膠裝置取下，將涂膠輥表面附著的膠液量調小，手動轉動涂膠輥，發現涂膠量均勻、膠液量合適，設備運行后封簽某側膠液線下部無膠，操作進入惡性循環：頻繁調整膠液量，保養封簽輸送通道，機組剔除量維持在1000包左右，最后經過各種故障原因排除，發現是ZB25封簽涂膠裝置因為封簽上膠輪支座的軸承688-2RS由于浸泡在膠水內，外加操作人員對涂膠輥膠液量調整方法不規范，該軸承容易損壞，損壞后膠缸振動較大、涂膠輥旋轉出現某側跳動，因此封簽涂膠量會出現某側膠液偏少、無膠，封簽輸送通道堵塞頻發。因為人工手動旋轉涂膠輥觀察膠液量的時候，涂膠輥轉速較低，涂膠輥兩側膠液量差別不大，不容易發現軸承是否損壞，給故障排除帶來一定的難度，因此需要修理人員定期對封簽涂膠裝置的軸承進行點檢，并根據設備實際運行狀態進行及時更換。

2 改進措施及建議

目前對ZB25封簽輸出與折疊裝置的的局部改進，能降低煙包封簽歪斜的故障發生頻次，但是不能及時發現歪斜的煙包，煙包裹包成型系統包括內襯紙折疊、商標紙折疊、封簽折疊、不合格煙包剔除的各個組件及機構，這些機構主要有1號輪、2號輪、3號輪、4號輪，及用于煙包提升、推送及封簽折疊的結構等。其中，煙包由垂直推送桿將其推出4號輪，進而煙包尾部被縱向推煙桿推送，穿過帶著上膠的封簽F吸風臂后即完成貼封簽動作[1]。現有的封簽供給系統由于封簽涂膠輥膠液量偏大、封簽輸送通道附有膠垢、下紙基準盒有污垢、F吸風臂負壓吸風口阻塞等，經常出現整個輸送干燥通道內煙包封簽歪斜錯位，當帶有膠液的封簽貼合或者擋在現有反射式具有色標檢測功能的光電開關檢測口處，五輪出口不斷剔除無封簽的煙包直到封簽堵塞在下紙基準盒入口處堵塞到一定程度后，YB25小盒包裝機才會出現停機。

為了解決封簽有無問題，目前一般在設備運行到350°相位時，在煙包輸出通道、煙包的頂部用反射式具有色標檢測功能的光電開關2B540檢測封簽，它根據封簽有無顏色對比度的差異，判斷有無封簽，并利用系統帶有移位程序將無封簽的煙包在五輪出口盤處剔除。然而，現有的技術手段只能檢測封簽的有無，無法檢測封簽位置是否歪斜、錯位。如果在煙包五輪出口處的煙包外觀質量檢測機構識別并剔除煙包封簽歪斜或者錯位，操作工才發現進行處理，則整個煙包輸送干燥通道內55包煙需要人工剔除，并沿著煙包輸送通道向YB55小盒透明紙包裝機進行逐一查找有無缺陷的煙包，增加設備停機處理時間，同時當鋁箔紙折疊不良、鋁箔紙跑偏，會出現漏煙支、頂部折疊錯位等嚴重缺陷煙包，現有的煙包外觀成像檢測系統受到光照、煙包運動姿態、成像算法關鍵參數調整、連續剔除等因素影響，存在漏檢問題。現有剔除口結構設計問題，煙包被壓縮空氣吹出的同時對后續的煙包產生晃動，會觸碰到靠近氣動噴嘴側輸送通道的的棱角上，造成煙包從剔除口依次堵塞到五輪出口，直至五輪旋轉分離輪將某包煙強行推進輸送通道內，觸發五輪出口堵塞檢測桿報警停機，此時大概有30包煙受到碰撞沖擊，造成煙支皺褶。而YB55小盒透明紙煙包透明紙檢測系統也無法對煙包頂部進行檢測，質量風險系數較大。因為封簽的外觀缺陷屬于不可回收煙包，需要進行煙支回收，增加機臺的物耗與人工勞動量。

隨著圖像處理技術在煙草系統運行趨于成熟，提出一種煙包封簽檢測系統設想，并同時對煙包頂部鋁箔紙進行部分檢測，能及時發現封簽歪斜、鋁箔紙折疊不良、漏煙支、連續無封簽等質量缺陷，包括本體橫向推煙桿、圖像識別機構和控制器（圖1）。其中本體中設置有輸送通道，本體上設置有光纖傳感器和開口；橫向推煙桿與輸送通道滑動連接，橫向推煙桿的頂部設置有反光帶，當橫向推煙桿移動到設定位置時，反光帶與光纖傳感器對齊；圖像識別機構設置在本體上，且圖像識別機構的檢測口與開口對齊，用于檢測煙包上的封簽，煙包頂部鋁箔紙折疊情況；控制器與光纖傳感器相連，用于接收光纖傳感器發出的反射信號；控制器還與圖像識別機構相連，用于接收圖像識別機構發出的圖像信號。

圖1 煙包封簽檢測系統

在生產過程中，當煙包被輸送至輸送通道后，橫向推煙桿可以將煙包沿輸送通道推動一個煙包厚度的距離，此時，橫向推煙桿上的反光帶與本體上的光纖傳感器對齊，光纖傳感器可以檢測到反光帶并向控制器發出反射信號，控制器根據該反射信號啟動圖像識別機構工作，圖像識別機構可以獲取煙包上封簽的圖像信息，并向控制器發出圖像信號，控制器將該圖像信號與標準值做對比，以判斷該煙包上的封簽是否合格、有無漏煙支、鋁箔紙折疊情況；在對比后，如果封簽中的圖案輪廓、封簽兩個側邊、鋁箔紙折痕、檢測區域灰度值與標準值比對后存在偏差，則可以判斷出封簽無、封簽歪斜、鋁箔紙折疊不良質量問題。由此，相對于現有色標檢測功能的光電開關2B540檢測，實現了對煙包封簽缺陷、鋁箔紙的及時檢測，避免了批量質量問題的發生。

控制器判斷模塊用于判斷數值信息是否符合標準值；其中，如果判斷數值信息是否符合標準值的結果為否，則計數模塊的計數值+1；如果計數模塊的計數值連續累加到預設的值5（可以更改），即連續5個煙包的頂部折疊出現缺陷時，停機控制模塊執行停機程序，設備停機。當該預設的值為5，當在檢測到下一個合格封簽之前，如果計數模塊在連續累加后的值未達到預設的值，則計數模塊的計數清零。如果連續3個煙包存在封簽缺陷，則計數模塊連續累加后的值為3，而當第4個煙包不存在封簽缺陷，盡管第5個和第6個煙包都存在封簽缺陷時，在檢測到第4個煙包后，計數模塊的計數清零，并在第5個煙包開始重新計數為1，第6個煙包則計數為2。

如果判斷數值信息是否符合標準值的結果為是，則煙包8上的封簽不存在缺陷，該煙包為合格品。

當控制器判斷模塊給與檢測結果為煙包頂部有缺陷，控制器給現有色標檢測功能的光電開關2B540檢測輸出接口一個脈沖信號，調用現有系統的移位寄存程序將該缺陷的煙包進行剔除，減少小盒外觀成像對漏煙支、頂部鋁箔紙折疊不良的漏檢概率。

3 結語

造成煙包封簽歪斜的因素眾多，在成像檢測技術、自動化控制技術支持下，能及時對煙包頂部折疊與封簽粘貼進行檢測預警，并剔除煙包頂部有缺陷的煙包，避免整個輸送通道連續產生相同缺陷的煙包，增加機組物耗與小包外觀外成像檢測漏剔除帶來的質量風險，該套成像檢測系統未安裝調試，僅僅是完成理論分析與成像識別程序。