卷煙機煙支表面外觀質量檢測的研究

閆 林，曲軍建，李國廣，索 糧

（河南中煙工業有限責任公司南陽卷煙廠，河南 南陽）

引言

煙支質量視覺檢測系統采用四組全彩色高幀率相機的兩檢測組件分別安裝于卷煙機檢測輪、剔除輪部分，用于在線實時檢測鼓輪上煙支外觀缺陷。檢測組件還集成紅外式松頭檢測、濾嘴端缺嘴檢測等功能。當檢測到缺陷煙支時剔除該缺陷煙支并保存該缺陷煙支圖片，剔除的數據分類統計集中顯示在卷煙機人機界面軟件上，使卷煙產品的生產檢測更加高效精準[1]。煙草行業是我國社會經濟發展的重要一環，其稅收也是我國政府財政性收入的關鍵來源，卷煙質量好壞直接關系到企業利潤，尤其是對于廢煙排氣系統來說，其決定了整個煙草企業的發展水平，是最重要的研發技術之一。

1 項目總體要求

對不同機型的卷接機組來說，在檢測信號提取的過程中，提取的方法和對應的控制原理是不同的，但是要保證所用機器設備的跟蹤與定位處理，在煙支達到對應剔除位置后，并在實際的煙支處理的過程中，加強剔除位置的優化，可通過向剔除電磁閥發出對應的控制信號處理，由于電磁閥能夠接通到對應的壓縮性空氣體系，從而能夠完成相關的剔除過程，對于生產過程及其負壓吸附處理的過程中，能夠實現凹槽上并高速化的旋轉[2]，以生產速度在1 000 支/min 為例，煙支之間的時間間隔在6 ms，每支煙實際是通過剔廢吹氣點的時間應＜2 ms。

1.1 設計原則

通過對生產情況、設備狀態進行調查確定裝置的參數及安裝位置，按照確定的設計指標，依照節省空間、方便高效的原則進行結構、外形設計。

電氣控制采取模塊化設計，結構獨立，與原設備運行進行信號隔離避免對原機運行造成干擾。運行采用計算機自動控制及計算機自動識別技術，便于參數設置與調整。

1.2 項目設計意義

本項目設計可實現PASSIM 卷接機組運行過程中的煙支外觀質量缺陷檢測問題的解決，以及替代人工進行煙支外觀質量缺陷檢測的作用。提升裝置系統的自動控制調節功能,可靠性高。

1.3 技術要求

（1）通過系統設計，能夠對PASSIM 卷煙機煙支外觀質量缺陷進行視覺識別，處理能力不低于8 000支/分；響應速度小于10 ms；最小分辨率0.1 mm；檢測成像區域大約為100 mm*10 mm；

（2）PASSIM 卷煙機煙支外觀質量檢測剔除系統應在原機合適位置安裝，避免損壞原機的機架，保持原機的外觀；

（3）通過視覺傳感器識別煙支外觀，將識別的信息通過中央處理器進行判斷，需要時與原機PLC 進行通訊，實現各種功能；

（4）該系統誤剔率≤0.05%；

（5）能夠不改變原機性能和布局，采取緊湊型設計，合理的利用設備現有的空間位置；

（6）改造后不影響原機設備的正常使用；

（7）機構安裝要簡便，以便于在維修時能夠快速及時地拆卸及再安裝；

（8）改造后安裝應不影響原機設備的正常操作，且要保留一定的設備維修和操作空間；

（9）各種機械裝置及電氣符合相關安全要求，包含安全報警裝置；

（10）PASSIM 卷煙機煙支外觀質量檢測剔除系統應操作簡便，方便操作人員使用及日常維護；

（11）主體及防護罩的涂漆顏色應與主機外觀涂漆色澤協調一致，或經招標方同意；

（12）所用電器元件應為國內外知名品牌，易從市場購得；運行件應安全防護；低壓配電系統電壓暫降預防技術研究。

2 具體技術方案

2.1 檢測對象及主要檢測功能

檢測對象為：完整成品煙支，包含煙棒段、嘴棒段使用水松紙包裹切開后的成品煙；主要檢測項包含有：水松紙長度、錯牙檢測、煙桿缺陷（斑點、油漬、刺破、亮點、褶皺等）、水松紙缺陷（黑點、亮點、褶皺等）。

2.2 主要檢測功能說明

主要檢測功能說明見表1。

表1 主要檢測功能說明

2.3 系統框圖

系統連接示意如圖1 所示。

圖1 系統連接示意

2.4 檢測剔除系統硬件描述

系統的連接和工作過程如圖1 所示。系統設計為相鄰鼓輪上設置2～4 臺高速相機，分別檢測煙支未被遮擋的面，每個面拍攝兩次，輸送設備將煙支以均勻的速度在相機的視場移動。煙支在運動過程中被2～4 臺相機拍攝，從而保證得到高分辨率的、完整的煙支過濾嘴部分。并將拍攝到的圖像進行分析，嘗試找出圖像中反映出來的缺陷煙支煙支[3]。若存在缺陷煙支，輸出信號將其剔除。圖2 為硬件框架。

圖2 硬件框架

2.5 軟件構架

圖3 為軟件構架。

圖3 軟件構架

2.6 機械部件外觀及安裝位置

在檢測組件實施的過程中要采取一體化的設計思路，主要基于機械化的零件用與鋁件進行加工處理，內部的腔體安裝相機、光源與反光鏡等器件進行分析和優化，在腔體成像面處于加入到玻璃罩防塵處理，中間留有細縫保證處理模式，強化腔體結構的外部壓縮空氣處理模式，從玻璃縫中吹出，既可將落入相機視場中的煙末吹走，又可在腔體內形成空氣對流，加速光源、相機散熱。具體設計時綜合考慮：安裝空間尺寸、成像光路、相機尺寸、相機光圈、焦距的調整、光源打光方式、反光鏡安裝及調整，組件在包裝機維護時的易拆卸性、整體防塵、相機和光源散熱等因素[4-5]。

（1）具體安裝位置。檢測相機安裝位置直接關系到檢測效果，必須滿足以下要求：能滿足對整支煙支進行360°全覆蓋成像；結構簡單可靠；便于拆裝、維修和保養；有足夠的安裝空間。

綜合以上要求，最終選擇在第二分離鼓輪和選擇鼓輪上布置檢測相機，如圖4 所示。

圖4 檢測相機布置結構

（2）檢測支架。檢測支架需在滿足安裝相機，有防塵、自清潔功能的前提下，還要盡量結構簡單，安裝調整方便，外形美觀。

結束語

在高速化的卷接機組處理的過程中，采取無級調速處理的控制，機器化的速度管理模式進行生產優化，隨著生產速度模式的增加，氣路延遲化導致出現剔除性的延遲處理，因此在應對氣路延遲的過程中，盡量補償處理，補償的過程中，在上述剔除脈沖基本超前量的基礎上，基于閥觸發時間的優化模式等，進一步的實現動態化的調整。

首先需要借助機器工作速度劃分為幾個階段，在各速度段處理中，可剔除脈沖化的超前量處理模式，固定式的模式進行補償處理，可通過生產速度的處理過程，在某個區段處理的過程中，設定值處理的過程中，超前量的處理模式處于相應的補償值。例如，設定機器速度達到4 000 支/min 時，追加一個DCP20 脈沖超前量:設定機器速度達到6 000 支/min 時，追加兩個DCP200 脈沖超前量: 設定機器速度達到8 000支/min 時，追加三個DCP200 脈沖超前量，這樣可高效率地解決與剔除脈沖超前量的缺陷，不同的生產速度變化進行動態匹配的問題得以解決。當前，這幾個生產速度值應按照計劃設計情況，假如在低于設定速度處理閥的過程中，關閉很遲，需減小設定值的速度值，在調節最大的結果后，若機器速度變化，剔除點的變化也增加，可進行有效地調整與管理。通過事實證明，借助于采取多元化的設施問題，有效的解決高速剔除化所存在的相關問題，可實現對于單支卷煙精確化的剔除，不同種類的機型在卷接機處理的過程中，機械化的控制與結果系統功能是不同的，需要結合實際情況靈活應用。