柔性裝封箱機防差錯措施研究

潘江逸

（廣東中煙工業有限責任公司梅州卷煙廠，廣東 梅州 514011）

0 引言

YP18D柔性裝封箱機是YP18型裝封箱機的升級換代產品，其裝封箱技術可靠，運行穩定，可實現同時封裝多個品規條煙，該裝封箱機更有利于箱坯的循環利用，占地面積小，性價比高，可對接上8道、下8道共16道輸送線，分組可選，可同時封裝常規煙、細支煙及中支煙，可同時運行3個規格品牌，可實時粘貼3種品牌膠帶。

1 防差錯工序概述

傳統的單牌號裝封箱機的防差錯工序主要是通過掃描煙箱上的條形碼來判斷煙箱真偽，在條煙裝入紙箱之前對紙箱真偽進行判斷及在人機界面上輸入條碼數據，掃描回來的條碼數據與人機界面的數據進行對比，如果不一致，則停機報警，并在人機界面顯示故障所在[1]。

柔性裝封箱機因其可實現多品規裝封箱的特殊性，其防差錯工序較單牌號裝封箱機更加復雜。條煙輸送系統將6道條煙輸送至YP18D裝封箱機的6道橫向輸入部分后，在輸入通道設置條煙視覺外觀檢測，條煙經視覺外觀檢測后所識別的條煙牌號與設定卷煙牌號進行比對，牌號有誤的條煙將在剔除工位自動剔除。合格條煙經輸入通道進入柔性裝封箱機獨立堆垛，由推手將煙垛送入煙垛移載機器人內，再由煙垛移載機器人將50條垛煙分別送至裝箱工位，此工位需設置成像式箱煙缺條檢測裝置，不滿50條的煙垛將在此工位被檢測出來并拍照存儲缺陷圖片，不合格煙垛將在后續剔除工位剔除。

在使用通用循環紙箱的情況下，循環紙箱上無任何卷煙牌號信息，需通過品牌碼貼碼機將預印刷好的品牌碼貼在紙箱規定位置。為保證后續工序品牌識別準確及實現防差錯功能，品牌碼貼碼機應優先考慮安裝于紙箱料倉至機器人抓取工位之間的工位，在機器人抓取紙箱前先將品牌碼貼在紙箱規定位置。

裝封箱后的件煙通過出口皮帶機輸送至一號工程打貼碼裝置或質量追溯打貼碼裝置工位進行打貼碼，在出口皮帶機上，應設置防差錯比對系統進行品牌碼及一號工程碼（質量追溯碼）比對校驗，經校驗無誤后的件煙方可進入件煙匯流主線，如校驗不通過，則將該件煙由剔除工位剔除。

2 條煙視覺外觀檢測裝置應具備的相關指標及功能

近年來，隨著煙草設備的不斷升級換代和技術改造，設備的自動化水平得到了極大的提高，但對產品外觀品質的把關依然采用落后的人工抽查的取樣方法。隨著視覺理論和光機電技術的發展，可以采用機器視覺的方法來檢測煙條的外觀品質[2]。為匹配柔性裝封箱機額定速率及多品規的特點，所配置的條煙視覺外觀檢測裝置技術指標及應具備的功能如下。

2.1 技術指標

1）為保證條煙整體缺陷均能被檢測，條煙檢測面需配置對條煙6面進行檢測的相機。

2）條煙檢測面均應采用正視檢測方式，即成像的畫面是每個面的正面圖像。相機最高幀率不低于64 fps，分辨率不低于800×600，相機數據輸出方式采用千兆網線端口，相機鏡頭光圈調節范圍滿足F1.4C～F16C。

3）應配置電機（翻轉）分離或加減速分離等分離裝置，以實現對輸送通道中條煙的有效分隔，滿足相鄰條煙分離的需求。

4）光源選型時應選擇LED高亮度光源，可控制頻閃、分組曝光，使用壽命達2.5萬h。

5）主機系統應配置一體式工業計算機作為圖像處理平臺。

6）配置雙硬盤系統，其中固態硬盤與機械硬盤（固態硬盤）兩者的容量需結合實際生產需求選定。

7）配置條煙剔除裝置，可對缺陷條煙實施自動剔除。

8）每相機設置檢測點/檢測窗口數量盡可能≥200個，以滿足多種缺陷檢測需求。

2.2 應具備的功能

1）圖像采集：可以根據生產速度實時采集圖像，把剔除的煙包圖像存儲于硬盤內。

2）圖像數據顯示：可以實時顯示采集的圖像和檢測數據。

3）缺陷條煙剔除：可以實時剔除存在包裝缺陷的條煙。

4）控制狀態監視：可以顯示生產線檢測統計數據和控制器運行狀態，通過軟件靈活控制檢測及剔煙狀態。具有產量、剔除量的統計功能及不合格條煙檢測畫面的存儲查詢功能，能實時顯示采集的圖像和檢測數據。

3 成像式箱煙缺條檢測裝置的組成及要求

裝封箱機自動裝箱是卷煙生產過程中一道重要的工序，在此過程中可能產生缺條故障，造成卷煙制品較為嚴重的質量缺陷。為此，工業現場采用不同的檢測原理，設計了多種缺條檢測裝置，用于保障煙箱產品質量[3]。成像式箱煙缺條檢測是降低箱煙缺條率的重要保障手段，其主要組成及要求如下：

1）檢測裝置由控制器、檢測盒和數據模塊組成。

2）控制器主要包括時序控制板、工控機、光源控制板、工業觸摸顯示屏。檢測工位包括箱皮檢測工位、箱缺條檢測工位。

3）工控機內存不應低于16G，硬盤配置不低于128G SSD+2T SSD，內置雙千兆網卡，以確保檢測裝置通信速率高、數據傳輸穩定，支持MES數據采集系統對檢測設備運行數據的采集集成。

4）配置的相機分辨率不應低于130萬像素，光學鏡頭分辨率不應低于500萬像素。

5）應采用高亮LED光源+高精度恒流驅動器，可變亮度的LED光源調節技術，可根據煙垛不同牌號配置最佳的照明亮度，且可通過上位機軟件實現亮度的調節，對各種牌號的煙垛都具有良好的適應性，具有PWM軟常亮方式，不爆閃。

6）每個牌號可設置檢測窗口不少于25個，存儲器可存儲不少于10個牌號的信息，可隨時根據需要選擇相應牌號。

7）配置自診斷報警功能，可診斷軟件脫機未運行、軟件打開失敗、系統死機等故障并報警提示。

8）要實現完善的數據庫功能，可存儲并追溯歷史圖片，且每張圖片包含時間、停車原因等相關信息，并具備分班次統計功能。

4 品牌貼碼機工位設置的研究

因標準柔性裝封箱機未配置循環通用紙箱品牌碼在線貼標設備以及貼標工位，如需人工進行貼碼將極大增加工人勞動強度且效率低下。為實現循環通用紙箱品牌碼在線貼碼及解決不同牌號卷煙循環通用紙箱在柔性裝封箱機上使用在線貼碼技術的難題，同時為避免不同牌號卷煙紙箱、一號工程碼混用、錯用等問題，需對柔性裝封箱機的工藝流程及原有紙箱輸送部件進行革新，以實現在柔性裝封箱機完成循環通用紙箱在線貼標的目標。

4.1 方案分析比較

方案1：在線貼標工位選擇在煙箱出口支線。此方案是在煙箱出口支線增加循環通用紙箱品牌碼在線貼標工位，以實現品牌碼在線貼標的需求（圖1）。

圖1 煙箱出口支線工位

此方案優劣論證如下：

1）在煙箱出口支線增加品牌碼在線貼標工位，對標準YP18D柔性裝封箱機主要機構改動小。

2）YP18D柔性裝封箱機為多品規柔性設備，可同時對三種牌號條煙裝封箱，相應地，當使用循環通用紙箱時，其品牌碼也為三個，而目前使用的品牌碼信息是預印刷方式而非在線打碼方式，為實現在線貼標功能，需配置三臺貼標設備。按照600 mm/臺的安裝尺寸計算，三臺貼標設備安裝尺寸為1 800 mm，同時考慮一號工程打碼、防差錯比對系統等設備的安裝位置，在3 000 mm的煙箱出口支線上安裝上述設備無法保證設備正常運行。

3）存在牌號混用、錯用的質量風險。當前序工段出現異常時，無法直觀通過循環通用紙箱判別卷煙牌號信息以及確保品牌碼與一號工程碼正確匹配。

方案2：在線貼標工位選擇在紙箱進料位置。此方案是在紙箱從料倉到待抓取工位的進料過程中，設置一個品牌碼在線貼標工位，以實現品牌碼在線貼標的需求（圖2）。

圖2 紙箱進料位置工位

此方案優劣論證如下：

1）YP18D柔性裝封箱機配置的紙箱料倉至紙箱待抓取工位無預留品牌碼在線貼標工位，如要在紙箱進料過程實現在線貼標，需對進料裝置進行創新設計及改造。

2）此方案下三臺在線貼標設備與三種品規紙箱一一對應，無須通過復雜的邏輯判斷確定使用哪一牌號標簽，標簽錯貼風險小。

3）循環通用紙箱在前序工段具備了明顯的“身份信息”，在機械手抓取紙箱時，可通過機械手上配置的視覺檢測裝置校驗品牌信息；當后序工段出現異常時，可直觀通過品牌碼識別卷煙牌號信息；同時，在煙箱出口支線可通過防差錯比對系統實現品牌碼與一號工程碼的防差錯校驗。

通過對上述兩種方案的深入分析，從裝封箱工序合理性、產品防差錯方面等綜合評估，方案二———將循環通用紙箱品牌碼在線貼標工位選擇在紙箱進料位置，在紙箱進入機械手抓取紙箱工位前布置貼標工位并完成貼標工藝是較為理想的選擇。

4.2 具體實施方案

1）根據柔性裝封箱機料倉配置情況布局兩到三組鏈條式自動進料裝置，配合中置機械手，對不同牌號紙箱進行抓取。如配置三組自動進料裝置，則單工位及雙工位自動進料裝置分別布局于YP18D柔性裝封箱機兩側，整體尺寸需滿足機械手旋轉半徑范圍內在紙箱抓取工位抓取紙箱。

2）在線貼標機布局在每組鏈條式自動進料裝置的安裝工位上，負責為每組鏈條式自動進料裝置上輸送的循環通用紙箱提供貼標功能。

3）當循環通用紙箱由柔性裝封箱機煙箱料倉輸送至在線貼碼工位時，觸發光電傳感器，由貼碼機給出信號指示煙箱輸送裝置停止輸送，此時貼碼機將預印刷好的品牌碼自動粘貼到煙箱表面指定位置，貼碼完成后，貼碼機給出貼碼完成信號，指示紙箱輸送裝置將紙箱輸送至下一工位。

5 一號工程打貼碼防差錯措施的研究

應用一號工程碼技術，不僅能有效調控卷煙生產進度，而且打通了工商企業之間的信息通道，實現了生產經營數據的實時采集和工商信息的共享[4]。在柔性裝封箱機使用過程中，一號工程碼防差錯是不容忽視的問題，主要的防差錯措施如下：

1）在柔性封箱機PLC操作界面先設置好品牌打一號工程碼或者是質量追溯碼。煙箱從柔性封箱機出來，經過推臂到輸送線上后，將煙箱推正靠邊，進入一號工程貼標工位，此時分兩種情況：

（1）需要一號工程打碼：觸發發碼光電，PLC發送對應品牌信息給一號工程工控機，煙箱前行，依次觸發打印光電、貼標光電、后掃描光電，至整個流程結束。

（2）不要一號工程打碼：觸發發碼光電，不發碼給一號工程工控機，只發給柔性小碼工控機，此時PLC控制兩個貼標、后掃描光電電源關閉，打印光電獨立不由PLC控制，煙箱直接通過一號工程打碼工位。

重點在于煙箱分為兩種規格：標準煙箱和中支煙箱，尺寸高度不同導致氣缸貼標行程有區別，所以選擇兩個光電來對應不同規格煙箱。兩個貼標光電分別對應標準煙箱貼標觸發和中支煙箱觸發。此處注意，兩個貼標光電不能并到一起，來的是標準煙時只能關閉非常規煙貼標觸發，相對應地，來的是非常規煙時關閉標準煙觸發。

2）質量追溯碼是柔性打碼，通過PLC發送數據和設定的品牌信息進行比對。煙箱進入質量追溯碼工位，分兩種情況：

（1）PLC發送的數據A品牌與設定品牌A一致，則正常打碼后放行。

（2）PLC發送的數據不在設定品牌范圍內，則不打碼放行。

重點在于煙箱分為兩種規格，標準煙箱和非標準煙箱，長度不同，使用下降沿觸發。使用的標簽為窄邊先出。小碼標簽尺寸較小，允許的貼標誤差較大，由一個貼標光電來觸發。

3）進入防差錯比對系統：

（1）品牌碼與一號工程碼比對一致，則放行。

（2）品牌碼與一號工程碼比對不一致，則聲光報警，輸出異常信號給PLC，進入剔除口。

4）設置剔除工位，兩碼比對系統異常的煙箱進入剔除工位。

6 結束語

本文通過識別柔性裝封箱機工藝流程潛在風險點并提出對應的解決措施，極大地降低了柔性裝封箱機潛在的產品錯裝、混裝的質量風險，為同類設備的用戶提供了可實施性高的防差錯舉措，極具推廣使用價值。