ZJ112A細支煙卷接機組卷煙紙拼接頭檢測裝置的研制

王開行，張建新，王毓鵬，張同輕，吳鵬坤，張忠祥

山東中煙工業有限責任公司青島卷煙廠，山東省青島市嶗山區株洲路37號 266000

ZJ112A是在ZJ112卷接機組基礎上改進的細支煙卷接設備，該機組的卷煙紙拼接頭（以下簡稱接頭）檢測裝置采用紅外光電技術，利用紅外光線的穿透性識別并剔除接頭。但該裝置的紅外光斑直徑大于2 mm，在生產中因無法調節檢測精度而只能識別和剔除換盤接頭，對于寬度和厚度均小于換盤接頭的細支煙卷煙紙內部隱形接頭無法識別和剔除。目前國內卷煙企業對于接頭檢測裝置的研究主要針對常規卷接機組及濾棒成型機組［1-3］，對細支煙卷接機組接頭檢測裝置的研究及改進則鮮見報道。倪敏等［4］采用高靈敏度紅外傳感器解決濾棒成型機組接頭因積聚紙灰而產生誤判誤剔問題，但該裝置只能準確檢測并剔除含有大于3 mm 接頭或紙漿塊的濾棒。楊帆［5］通過加裝對射式光纖和光纖放大器的方式解決接頭漏剔誤剔問題，但該方式具有局限性，且無法調節檢測精度，不適用于細支煙接頭檢測。王國峰等［6］采用超聲波穿透法檢測GDX1/GDX2 包裝機組內襯紙接頭，但該方法對發射器和接收器的安裝要求較高，且無法檢測出結合緊密或無縫隙接頭。為此，以ZJ112A細支煙卷接機組為對象，研制了一種新型卷煙紙接頭檢測裝置用于細支煙卷煙紙內部隱形接頭的識別與剔除，以期提高接頭檢測精度，提升煙支卷接質量。

1 問題分析

根據行業標準要求，卷煙紙定量為25.5～36.0 g/m2，縱向拉力為430～440 kN/m，透氣度為30～80 CU，不透明度為68%～73%［7-9］。內部隱形接頭質量要求為：A 級每盤紙內部隱形接頭數量不多于1 個，B 級不多于2個，C級不多于4個；接頭牢固，粘接處膠水不允許透層并有顏色標記；接頭質量不影響卷煙生產。內部隱形接頭見圖1。

圖1 卷煙紙內部隱形接頭Fig.1 Hidden splice of cigarette paper

根據工藝要求，卷煙紙換盤時通常利用雙面膠帶將兩盤紙粘接起來，卷煙紙重疊區域為8～10 mm，面積約為8 mm×19 mm，見圖2。由于卷煙紙重疊面積較大且厚度增加2倍，檢測裝置利用紅外光能夠有效檢測出卷煙紙換盤接頭。而卷煙紙內部隱形接頭是采用膠水將卷煙紙粘接后再進行輥壓，接頭厚度與單張卷煙紙厚度基本一致，卷煙紙重疊區域為2～3 mm，面積約為2 mm×19 mm，接頭面積減少約75%，厚度降低約2/3，見圖3。以青島卷煙廠生產的“泰山（顏悅）”牌細支煙為例，ZJ112A機組使用的卷煙紙規格為透氣度50 CU，寬度19 mm，定量27 g/m2，長度5500 m，卷煙紙定量與最小標準值25.5 g/m2相差1.5 g/m2，卷煙紙厚度變薄且生產中粘接使用的膠水為白色。當機組運行時，接頭檢測裝置發射端發出的紅外光透過內部隱形接頭后被接收端接收并轉換為電壓信號，與換盤接頭相比，存在電壓幅值低、脈沖寬度窄的特點，容易出現接頭漏剔問題，影響檢測裝置的靈敏度。

圖2 換盤接頭示意圖Fig.2 Schematic diagram of splice originated from bobbin change

圖3 內部隱形接頭示意圖Fig.3 Schematic diagram of hidden splice

2 系統設計

2.1 結構組成

新型ZJ112A 細支煙卷接機組卷煙紙接頭檢測裝置主要由固定底板、紅外光電檢測單元、信號處理模塊、可視化顯示模塊、指示燈等部分組成，見圖4。改進后紅外光電檢測單元包含紅外線發光源、光學透鏡和紅外線接收單元，見圖5。光學透鏡將紅外線發光源發出的發散紅外光匯聚，使紅外光斑直徑控制在2 mm 以內。信號處理模塊與紅外光電檢測單元連接，對接收到的電壓信號進行放大，并與門限值分析比較（門限值可通過電位器調整）。當卷煙紙接頭通過檢測區域時，測量值超過門限值，信號處理模塊發出一個24 V 電壓信號輸送至PLC，從而實現隱形接頭的檢測與剔除。

圖4 新型卷煙紙接頭檢測裝置結構示意圖Fig.4 Structure of cigarette paper splice detector

圖5 改進前后紅外光電檢測單元結構示意圖Fig.5 Structures of infrared photoelectric detection unit before and after modification

2.2 固定底板

為使改進前后檢測裝置整體外觀保持一致，改進后將底板尺寸設計為147 mm×80 mm，2個固定端中心距離為135 mm（可微調），降低了安裝難度，可以與原檢測裝置無縫替換。

2.3 光學透鏡

根據透鏡成像原理，透鏡半徑R設計為2.1 mm，長度為3.7 mm。制作5種不同重疊寬度的隱形接頭進行模擬測試，模擬車速7000 支/min，測試轉盤頻率221.7 Hz，即轉速為221.7 r/s，結果見表1。可見，5種不同重疊寬度的接頭均可被準確識別和剔除，轉盤每旋轉一圈5 個接頭均有脈寬為1.140 ms 的剔除脈沖產生。

表1 不同重疊寬度隱形接頭的剔除結果Tab.1 Rejecting results of hidden splices of different overlap widths

2.4 信號處理模塊

改進后檢測裝置增加了信號處理模塊和可視化顯示模塊，見圖4。信號處理模塊電路板上安裝了撥碼開關、運行拼接剔除指示燈、電位器、復位按鈕、操作按鈕和接線端子，通過調節電位器的增益值可以調整檢測裝置的靈敏度。靈敏度過低容易產生隱形接頭漏剔，過高則會誤剔合格煙支，經過反復測試，當電位器的增益值調節為112%時，接頭剔除效果最優。通過可視化顯示模塊可以實時顯示紅外信號的門限值和當前測量值，當測量值超過門限值時視為接頭剔除。

3 應用效果

3.1 實驗設計

材料：“泰山（顏悅）”細支煙（山東中煙工業有限責任公司青島卷煙廠提供）；全麻橫紋卷煙紙［透氣度50 CU，寬度19 mm，定量27 g/m2，長度5500 m，中煙摩迪（江門）紙業有限公司］。

設備：ZJ112A 細支煙卷接機組（常德煙草機械有限責任公司）。

方法：將定制的36盤專用卷煙紙均分為2組，每盤測試卷煙紙內設置2個內部隱形接頭，分別對改進前后檢測裝置進行測試。測試時間各3個工作日，統計改進前后接頭剔除率。

3.2 數據分析

由表2可見，改進前檢測裝置只能識別和剔除換盤接頭，對內部隱形接頭無法有效剔除。改進后能夠將換盤接頭和內部隱形接頭全部剔除，剔除率達到100%，提高了煙支卷接質量。

表2 檢測裝置改進前后剔除接頭數量Tab.2 Rejection rates of splices before and after modification of the detector （個）

4 結論

基于ZJ112A 細支煙卷接機組研制了一種新型卷煙紙拼接頭檢測裝置，通過加裝專用光學透鏡，將紅外檢測光斑直徑控制在2 mm以內；通過加裝信號處理模塊，將原機無法剔除的內部隱形接頭全部剔除。采用定制的36盤專用卷煙紙對改進前后檢測裝置進行測試，結果表明：改進后能夠將換盤接頭和內部隱形接頭全部剔除，剔除率達到100%，有效解決了接頭漏剔問題，提升了卷煙產品生產質量。