ZB25包装机封签歪斜故障预警系统设计

李 乾，赵 安，钱跃东，李 春，陈开红

（红云红河（烟草）集团会泽卷烟厂，云南曲靖 655000）

1 问题

GDX1包装机组是目前卷烟生产企业使用较普遍中速的软盒包装机机组，具有性能良好，运行稳定，易于操作等优点。根据GDX1系统的OPC数据统计功能、GDX1烟包外观成像检测剔除系统的数据、机组交班记录等数据，封签维修耗时是GDX1机组故障维修耗时的第一制约因素，在GDX1机组剔除的烟包，封签位置超工艺规格（封签折叠后两边不对称、歪斜）的质量缺陷烟包占比较高，需要进行人工烟支回收，消耗铝箔纸、商标纸、封签等原辅材料，甚至有连续的封签歪斜烟包流入成品库，导致机组停机进行质量追溯，产品质量风险增加，机组设备净效率降低。

1 原因分析

设备引起烟包封签歪斜的原因：封签纸库位置调整不当或封签吸风偏小；封签输送通道、四号轮出口通道有胶垢；封签上胶辊胶量调整不当；封签F形吸嘴吸风偏小；封签折叠成型挡块位置调整不当；封签定位盒位置调整不当；四号轮出口推杆反置接杆位置调整不当；封签来料不符合要求、胶液来料不符合要求、封签表面不易粘胶等[1]。张建强等人[2]将ZB25系统自带的封签吸取气路的负压管道线路，从之前的箱体内改造成为箱体外，避免负压管路长期接触高温润滑油带来的气压管路寿命较短，避免需要打开油箱进行故障排查的拆装耗时，解决封签气压吸风管路破损带来的吸风偏小问题；邓永祥[3]提出为ZB25包装机机组设计一组缓冲、防堵塞功能的负压分配器，能减少压力波动范围，维持气压稳定。改造后封签输送更加流畅，负压保养时间可以缩短到4 h/次；邓永祥等人[4]对之前的四杆机构驱动的反置接杆重新设计为凸轮摇杆滑块机构驱动机构，能确保封签从封签折叠通道到烟包干燥输出通道的过程中，推烟杆与反置接杆之间动作的协调性；刘俊星[5]对封签涂胶轮、封签胶缸传动机构进行改进，解决成品烟包封签纸涂胶液溢胶现象；戚亚东等人[6]对第一压紧轮支座、第二三导纸轮进行改造，降低封签输送的故障率，提高设备效率1.5%。

在设备运行过程中，会出现一个让操作人员操作相互“矛盾”的现象：YB25小盒包装机正在运行，突然位于YB25小盒包装机与YB55小盒透明纸包装机之间输送通道内的小包外观质量成像检测系统连续剔除或者间歇剔除烟包，导致YB25小盒包装机频繁停机，YB55小盒透明纸包装机输出转塔剔除频繁，需要操作人员不断对补包器进行烟包补充，被剔除的烟包表现为：封签严重歪斜、封签粘贴不良、烟包封签位置漏白等。故障分析原因为：封签某侧涂胶线下部无胶，另侧胶液线胶液合适，操作人员将封签输送通道与折叠通道认真保养后，并将刮胶片与涂胶轮之间的相对间隙量调大，一侧胶线胶液偏大，另一侧胶线胶液合适。设备复位运行后，烟包封签某侧翘起剔除量降低，因为涂胶量过多，封签折叠输送通道、封签输送通道、F形吸风嘴附有胶垢，烟包封签严重歪斜，同时封签胶液溢出，一旦设备停机超过一定的间隔，干燥输送通道的烟包相互粘连，经过五轮分离轮后烟包表面出现白色斑点，属于质量缺陷烟包，烟包外观成像剔除量明显增加，ZB25保养频次与停机率增加。操作人员将涂胶装置取下，将涂胶辊表面附着的胶液量调小，手动转动涂胶辊，发现涂胶量均匀、胶液量合适，设备运行后封签某侧胶液线下部无胶，操作进入恶性循环：频繁调整胶液量，保养封签输送通道，机组剔除量维持在1000包左右，最后经过各种故障原因排除，发现是ZB25封签涂胶装置因为封签上胶轮支座的轴承688-2RS由于浸泡在胶水内，外加操作人员对涂胶辊胶液量调整方法不规范，该轴承容易损坏，损坏后胶缸振动较大、涂胶辊旋转出现某侧跳动，因此封签涂胶量会出现某侧胶液偏少、无胶，封签输送通道堵塞频发。因为人工手动旋转涂胶辊观察胶液量的时候，涂胶辊转速较低，涂胶辊两侧胶液量差别不大，不容易发现轴承是否损坏，给故障排除带来一定的难度，因此需要修理人员定期对封签涂胶装置的轴承进行点检，并根据设备实际运行状态进行及时更换。

2 改进措施及建议

目前对ZB25封签输出与折叠装置的的局部改进，能降低烟包封签歪斜的故障发生频次，但是不能及时发现歪斜的烟包，烟包裹包成型系统包括内衬纸折叠、商标纸折叠、封签折叠、不合格烟包剔除的各个组件及机构，这些机构主要有1号轮、2号轮、3号轮、4号轮，及用于烟包提升、推送及封签折叠的结构等。其中，烟包由垂直推送杆将其推出4号轮，进而烟包尾部被纵向推烟杆推送，穿过带着上胶的封签F吸风臂后即完成贴封签动作[1]。现有的封签供给系统由于封签涂胶辊胶液量偏大、封签输送通道附有胶垢、下纸基准盒有污垢、F吸风臂负压吸风口阻塞等，经常出现整个输送干燥通道内烟包封签歪斜错位，当带有胶液的封签贴合或者挡在现有反射式具有色标检测功能的光电开关检测口处，五轮出口不断剔除无封签的烟包直到封签堵塞在下纸基准盒入口处堵塞到一定程度后，YB25小盒包装机才会出现停机。

为了解决封签有无问题，目前一般在设备运行到350°相位时，在烟包输出通道、烟包的顶部用反射式具有色标检测功能的光电开关2B540检测封签，它根据封签有无颜色对比度的差异，判断有无封签，并利用系统带有移位程序将无封签的烟包在五轮出口盘处剔除。然而，现有的技术手段只能检测封签的有无，无法检测封签位置是否歪斜、错位。如果在烟包五轮出口处的烟包外观质量检测机构识别并剔除烟包封签歪斜或者错位，操作工才发现进行处理，则整个烟包输送干燥通道内55包烟需要人工剔除，并沿着烟包输送通道向YB55小盒透明纸包装机进行逐一查找有无缺陷的烟包，增加设备停机处理时间，同时当铝箔纸折叠不良、铝箔纸跑偏，会出现漏烟支、顶部折叠错位等严重缺陷烟包，现有的烟包外观成像检测系统受到光照、烟包运动姿态、成像算法关键参数调整、连续剔除等因素影响，存在漏检问题。现有剔除口结构设计问题，烟包被压缩空气吹出的同时对后续的烟包产生晃动，会触碰到靠近气动喷嘴侧输送通道的的棱角上，造成烟包从剔除口依次堵塞到五轮出口，直至五轮旋转分离轮将某包烟强行推进输送通道内，触发五轮出口堵塞检测杆报警停机，此时大概有30包烟受到碰撞冲击，造成烟支皱褶。而YB55小盒透明纸烟包透明纸检测系统也无法对烟包顶部进行检测，质量风险系数较大。因为封签的外观缺陷属于不可回收烟包，需要进行烟支回收，增加机台的物耗与人工劳动量。

随着图像处理技术在烟草系统运行趋于成熟，提出一种烟包封签检测系统设想，并同时对烟包顶部铝箔纸进行部分检测，能及时发现封签歪斜、铝箔纸折叠不良、漏烟支、连续无封签等质量缺陷，包括本体横向推烟杆、图像识别机构和控制器（图1）。其中本体中设置有输送通道，本体上设置有光纤传感器和开口；横向推烟杆与输送通道滑动连接，横向推烟杆的顶部设置有反光带，当横向推烟杆移动到设定位置时，反光带与光纤传感器对齐；图像识别机构设置在本体上，且图像识别机构的检测口与开口对齐，用于检测烟包上的封签，烟包顶部铝箔纸折叠情况；控制器与光纤传感器相连，用于接收光纤传感器发出的反射信号；控制器还与图像识别机构相连，用于接收图像识别机构发出的图像信号。

图1 烟包封签检测系统

在生产过程中，当烟包被输送至输送通道后，横向推烟杆可以将烟包沿输送通道推动一个烟包厚度的距离，此时，横向推烟杆上的反光带与本体上的光纤传感器对齐，光纤传感器可以检测到反光带并向控制器发出反射信号，控制器根据该反射信号启动图像识别机构工作，图像识别机构可以获取烟包上封签的图像信息，并向控制器发出图像信号，控制器将该图像信号与标准值做对比，以判断该烟包上的封签是否合格、有无漏烟支、铝箔纸折叠情况；在对比后，如果封签中的图案轮廓、封签两个侧边、铝箔纸折痕、检测区域灰度值与标准值比对后存在偏差，则可以判断出封签无、封签歪斜、铝箔纸折叠不良质量问题。由此，相对于现有色标检测功能的光电开关2B540检测，实现了对烟包封签缺陷、铝箔纸的及时检测，避免了批量质量问题的发生。

控制器判断模块用于判断数值信息是否符合标准值；其中，如果判断数值信息是否符合标准值的结果为否，则计数模块的计数值+1；如果计数模块的计数值连续累加到预设的值5（可以更改），即连续5个烟包的顶部折叠出现缺陷时，停机控制模块执行停机程序，设备停机。当该预设的值为5，当在检测到下一个合格封签之前，如果计数模块在连续累加后的值未达到预设的值，则计数模块的计数清零。如果连续3个烟包存在封签缺陷，则计数模块连续累加后的值为3，而当第4个烟包不存在封签缺陷，尽管第5个和第6个烟包都存在封签缺陷时，在检测到第4个烟包后，计数模块的计数清零，并在第5个烟包开始重新计数为1，第6个烟包则计数为2。

如果判断数值信息是否符合标准值的结果为是，则烟包8上的封签不存在缺陷，该烟包为合格品。

当控制器判断模块给与检测结果为烟包顶部有缺陷，控制器给现有色标检测功能的光电开关2B540检测输出接口一个脉冲信号，调用现有系统的移位寄存程序将该缺陷的烟包进行剔除，减少小盒外观成像对漏烟支、顶部铝箔纸折叠不良的漏检概率。

3 结语

造成烟包封签歪斜的因素众多，在成像检测技术、自动化控制技术支持下，能及时对烟包顶部折叠与封签粘贴进行检测预警，并剔除烟包顶部有缺陷的烟包，避免整个输送通道连续产生相同缺陷的烟包，增加机组物耗与小包外观外成像检测漏剔除带来的质量风险，该套成像检测系统未安装调试，仅仅是完成理论分析与成像识别程序。