一種煙箱規格檢測裝置及煙箱輸送裝置

摘 要：毫米波箱缺條檢測裝置需要保證煙箱內條煙端平面分布方向與煙箱輸送方向垂直，本文設計了一種針對不同煙箱規格進行快速識別和定向輸送裝置，通過整合激光傳感器檢測單元、煙箱輸送裝置，實現對各類煙箱規格的快速識別和定向輸送。目前，作為毫米波箱缺條檢測裝置的配套設備，已經在各個卷煙廠安裝使用，平穩運行至少半年時間。

關鍵詞：箱缺條檢測；定向輸送；設計應用

中圖分類號：TS 43" " " 文獻標志碼：A

在卷煙廠生產過程中，條煙裝箱是其中一個重要的環節，從封裝機對條煙裝箱到成品煙出庫過程中，可能由于多種偶然因素導致煙箱出現缺條的情況[1-2]。雖然其出現的幾率極低，但一旦發生，將造成煙廠、商家和消費者之間不必要的經濟和法律糾紛，甚至嚴重影響企業的聲譽，因此出廠前必須要進行煙箱缺條檢測。

隨著毫米波成像技術以其獨特的優勢逐漸在煙箱缺條檢測中被大量使用，根據毫米波成像原理，需要保證不同規格煙箱按照一定方向通過毫米波檢測設備，因此，本文提出了一種針對不同煙箱規格差異進行快速識別及定向輸送的裝置，保障毫米波箱缺條檢測裝置檢測的可靠性。

1 設計思路

隨著消費者對卷煙需求的多樣化，卷煙規格呈多樣化發展，產生了多種條煙煙箱包裝規格，導致煙箱內條煙端分布方向存在差異。

不同煙箱規格煙箱內條煙端平面分布方向與煙箱輸送方向的關系，主要有2種方式：常規卷煙的煙箱包裝規格（簡稱常規煙包裝箱）和細支、中支卷煙的煙箱包裝規格（簡稱非常規煙包裝箱），從條煙封箱進入合流線后，常規煙包裝箱內條煙端平面分布方向與煙箱輸送方向一致，非常規煙包裝箱內條煙分布方向與煙箱輸送方向垂直。

為保證毫米波成像技術在煙箱缺條在線檢測中應用的可靠度和準確度，需要保證煙箱內條煙端平面分布方向與煙箱輸送方向垂直。因此需要手段來改變常規煙包裝箱內條煙端平面分布方向，使之與煙箱輸送方向垂直，保持非常規煙包裝箱內條煙分布方向。使用毫米波箱缺條檢測裝置的煙箱輸送過程如圖1所示。

本文設計了一種煙箱規格檢測裝置及輸送裝置來保證毫米波箱缺條檢測的正常運行，該裝置主要利用激光傳感器檢測單元檢測原理，對不同規格的煙箱進行分類識別和定向輸送。首先，通過煙箱輸送裝置確保煙箱靠邊輸送，保證激光傳感器檢測單元與煙箱的檢測距離。其次，根據不同規格的煙箱，利用激光傳感器檢測單元檢測原理進行分類識別煙箱規格，并向轉向裝置信息傳遞。最后，實現對各類煙箱規格的快速識別和定向輸送。本裝置適用于卷包車間產線或成品庫進出庫多種煙箱規格的檢測及輸送。

2 機械結構設計

煙箱規格檢測裝置及輸送裝置如圖2所示。該結構包括激光傳感器檢測單元（識別常規煙包裝箱和非常規煙包裝箱，與導向結構一起保證煙箱內條煙端平面分布方向與煙箱輸送方向垂直）、轉向裝置（對常規煙包裝箱進行轉向）、輸送裝置及靠邊導向裝置（保證煙箱在輸送過程中既能沿著既定的整體輸送方向，又能沿輸送裝置單邊輸送）。

2.1 輸送裝置結構設計

輸送裝置由輸送框架、滾筒輸送單元和靠邊導向裝置組成。其中，輸送框架采用2.5mm厚優質鋼板拼接組成，底部配置可調節地腳，并通過膨脹螺栓、化學錨栓等方式固定在地面，保證輸送框架具有足夠的強度和剛度[3-4]。

滾筒輸送單元選用多個直流電動滾筒驅動方式，具備省電、靜音等優點，每個電動滾筒通過多楔帶與多個無動力滾筒形成整體進行物料輸送，滾筒表面材質選用SUS304不銹鋼，滾筒旋轉方向與輸送裝置即煙箱整體輸送方向成15°夾角，保證煙箱在輸送過程中既能沿著既定的整體輸送方向，又能沿輸送裝置單邊輸送。

靠邊導向裝置布置在輸送裝置一側，在煙箱輸送過程中，能夠對煙箱的整體運動方向進行導向，主要采用三排滾珠護欄交叉型多排輪結構，通過煙箱與靠邊導向裝置的滾輪滾動摩擦，有效保障煙箱輸送的流暢性，靠邊導向裝置通過鑄造角座支架安裝在輸送線主體上，具有足夠的剛度和強度。

2.1.1 電動滾筒負載計算

滾筒輸送單元采用多個直流電動滾筒驅動，多楔帶連接的傳動方式。電動滾筒是由電動機協同減速器裝于滾筒體內部組成一種驅動裝置，其工作原理是在滾筒體內部，電動機經過減速器減速，把轉矩和轉速傳遞給滾筒體，使滾筒體直接帶動物料運動，一般情況下，電動滾筒通過皮帶帶動多個無動力滾筒運輸物料。

本文設計的輸送裝置的輸送對象為紙箱，最大質量為20kg，輸送速度為≥60m/min，要求滾筒材質為SUS304。因此，需要對電動滾筒進行選型計算，輸送裝置上滾筒對物體切向力F的計算方法如公式（1）所示。

（1）

式中：m為滾筒傳送物體質量；μ為滾筒與物體間摩擦系數；g為重力加速度；n為被動滾筒數量；η為滾筒傳動效率。

滾筒啟動扭矩T的計算方法如公式（2）所示。

（2）

式中：D為滾筒直徑；S為安全系數。

假設煙箱最大質量為20kg，重力加速度取9.8N/kg，滾筒傳動效率取95%，滾筒與煙箱間摩擦系數μ取0.1，安全系數取2，被動滾筒數量為7，滾筒直徑取60mm，將數據代入公式（1）和公式（2），計算得電動滾筒需要的啟動扭矩T為1.7N。

參照德馬產品手冊，確認電動滾筒型號為DPR-AD-60-800-60JSHA。

2.1.2 輸送框架結構剛度設計

為實現煙箱的快速識別及定向輸送，在煙箱轉向過程中，煙箱與煙箱輸送框架會有撞擊，煙箱輸送速度如圖3所示。

煙箱以1m/s的速度進入輸送裝置，進入轉向區域后，為降低煙箱與輸送框架的撞擊力，煙箱輸送速度降為0.5m/s，隨后恢復以1m/s的速度輸出。在此過程中，為提高箱規檢測的可靠度及減少對產品質量的影響，需要保證輸送裝置整體結構牢固可靠。

利用有限元靜力學分析軟件簡化模型，對輸送框架支腿進行靜態受力分析，要求在滿足強度的同時，剛度變形量小于3mm。

設置輸送線高度為1500mm，煙箱質量為20kg，根據煙箱速度變化表，設置煙箱與輸送框架的沖擊力值轉換為對輸送框架支腿的施加力（8N），利用有限元靜力學分析軟件計算，得到輸送框架支腿最大變形量小于1.8mm，滿足設計目標，如圖4所示。

2.2 箱規檢測裝置結構設計

箱規檢測裝置包括由立柱、網紋旋鈕及傳感器支架組成的支架總成和具有線束的反射型激光傳感器檢測單元。立柱固定在輸送裝置側梁框架上，立柱一面有“U”形槽，側面有長條形孔，傳感器支架安裝在立柱“U”形槽內，通過網紋旋鈕螺釘穿過立柱側面長條形孔固定連接，傳感器支架能夠調節上下位置，也可以根據現場工況同時安裝多個傳感器支架[5]；激光傳感器檢測單元安裝在傳感器支架一端，電纜從傳感器支架和立柱“U”形槽內部穿過，箱規檢測裝置具體結構如圖5所示。

2.3 轉向裝置結構設計

轉向裝置主要由支座、氣缸和滾輪組成。支座通過螺釘與輸送框架固定，氣缸選用耐沖擊和橫向負載的帶導桿氣缸，與支座固定，滾輪采用?50的聚氨酯襯層滾輪，當煙箱撞擊時，具有緩沖作用，避免滾輪對煙箱的撞擊破壞，轉向裝置具體結構如圖6所示。

為減少煙箱與滾輪的撞擊力，當煙箱進入轉向功能區域時，參照圖3煙箱輸送速度示意圖，輸送裝置輸送煙箱速度降至30m/min，即當煙箱需要轉向時，氣缸伸出導桿，煙箱以30m/min速度與固定在氣缸端部的滾輪撞擊，如圖7所示。

設置煙箱質量為20kg，煙箱輸送速度為30m/min，參照如圖8所示的SMC氣缸選型圖表，選擇SMC品牌MGPM32-50Z帶導桿氣缸。

根據圖3煙箱輸送速度示意圖，氣缸受到的橫向沖擊力F橫計算方法如公式（3）所示。

（3）

式中：m為物體質量；vt為物體末速度；v0為物體撞擊前初始速度；t為整體減速時間。

假設撞擊滾輪的煙箱質量為20kg，撞擊前煙箱速度為30m/min，撞擊減速時間為0.6s，撞擊后速度為0m/min，將數據代入公式（3）可以得到氣缸受到的橫向沖擊力F橫=-16.7N。

按照SMC產品說明書介紹，MGPM32-50Z帶導桿氣缸承受最大橫向負載力約80N，遠大于煙箱對滾輪的橫向負載力16.7N。因此，選擇SMC品牌型號為MGPM32-50Z的帶導桿氣缸能夠滿足使用要求。

3 結語

本文提出的一種煙箱規格檢測裝置及煙箱輸送裝置，采用電動滾筒驅動的物料輸送裝置結合利用激光傳感器檢測單元的箱規檢測裝置，目前已經在洛陽卷煙廠、漯河卷煙廠及新疆卷煙廠等多家卷煙廠內投入使用。解決了客戶多種煙箱規格及煙箱雜亂排序的輸送方式所帶來的難題，不僅為毫米波箱缺條檢測提供可靠保障，而且還將為大箱外觀檢測、機器人碼垛等其他后續工位提供可靠保障。同時，檢測裝置具備噪聲小、節約能源等優點，有效降低操作人員的勞動強度，可以為客戶數字化工廠提供保障。

參考文獻

[1]溫茂榮.箱裝稱重缺條檢測系統的設計與實現[J].中外企業家，2019（2）：133.

[2]黃天強，李繼波，施長喜.煙箱缺條金屬檢測裝置[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2021（6）：190-191.

[3]機械設計手冊編委會.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2006.

[4]詹啟賢.自動機械設計[M].北京：中國輕工業出版社，1987.

[5]牛培峰.過程控制系統[M].北京：電子工業出版社，2011.