卷包车间卷接包装在线检测装置升级研究

李乾 姚祚 李云 李翠兰 赏文凡 李国翠

【摘要】在线检测装置有效性对产品外观质量至关重要，对物理指标过程控制起到重要的监控作用，随着各种检测技术在烟草企业应用，能有效提升工厂工艺质量管控水平，减少生产过程中的质量隐患及问题。

【关键词】卷包车间；卷接包装；在线检测装置

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.03.059

Research on Upgrading of On-line Detection Equipmen of Cigarette Making and Cigarette Packing

LI Qian1，YAO Zuo2，LI Yun1，LI Cuilan1，SHANG Wenfan1，LI Guocui1

（1.Huize cigarette factory of Hongyun Honghe Group，Qujing 654200，China；2.〔College of Food and Bioengineering〕Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou 450066，China）

Abstract：The effectiveness of On-line detection device is crucial to the appearance quality of cigarette products，and plays an important role in monitoring the process control of physical indicators. With the application of various detection technologies in tobacco enterprises，the level of process quality control in factories can be effectively improved，and quality risks and problems in the production process can be reduced.

Key words：cigarette manufacturing department；cigarette making and cigarette packing；on-line detection equipment

0前言

隨着全面质量管理、精益生产、六西格玛精益管理等管理理论在烟草工业被推广应用，各种检测技术被用于监控卷制包装生产过程中产品质量，卷烟产品的质量发生质的提升，但是在线检测设备失效、漏剔、误剔造成质量异常波动，产生偶发质量缺陷，给车间带来质量隐患风险，如何在基于现有卷接包装设备，甚至装箱设备上进行改造创新，本文通过近几年市场的反馈信息、质量过程巡检、专检记录存在的缺陷风险，结合成熟的检测设备进行技术升级替换，对卷包车间质量缺陷防控体系的技术防控起到决定性作用。

1卷接设备在线检测装置升级

1.1重量控制系统

现有的ZJ17卷烟机采用微波检测方式，发射端发出的微波，穿过烟条由接收端进行接收，利用微波的衰减量判断烟丝的密度，从而计算出烟支的平均重量，与设定的烟支重量进行比较，如有偏差，控制系统发出信号给伺服电动机，伺服电动机驱动调节螺杆使平准器作微量转动，劈刀盘按需要修剪吸丝带下的多余烟丝，保证生产烟支在设定重量参数范围内[1]，对超规格界限的烟支，通过设定的脉冲延迟数（烟支数）后，将缺陷烟支在接嘴机烟支剔除口进行剔除，这种重量控制系统需要通过重量分布图、紧头密度曲线、剔除统计数据进行重量控制参数调整，重量波动依然有提升空间。

目前西昌卷烟厂更换新一代烟支微波在线重量检测器，升级烟支重量控制系统和质量检测系统，增加温度、水分检测功能，增加烟支检测点数，并将控制器板卡升级为PLC控制，提高了系统的稳定性、控制精度和响应速度，取样结果表明：烟支重量标偏较改造前提升2 mg。

1.2外观检测

烟支外观质量是消费者最能直观观察的，也是市场投诉比较多的地方，卷烟机自带的外观检测利用对射式光电传感器，由发射端光源发出探测光，通过烟支由接收端进行接收，若出现外观缺陷烟支，接收端接收到较少的光信号，从而识别故障烟支并进行跟踪剔除，这对采用多张水松纸的烟支检测效果明显，可检测项目比较单一，目前云南中烟部分卷烟企业加装的烟支外观在线检测系统，通过视觉检测系统，完成卷烟机成型烟支轴向缺陷的检测，利用高速相机对每一支烟完整的烟支外观进行高分辨率的图像采集，利用各种算法分析组合识别缺陷项目，与设定的阈值进行比较，并借助原机剔除成型进行跟踪剔除。

这种烟支外观检测完成高精度的烟支外观检测，拓展原机外观检测的局限性：烟支长度、滤嘴泡皱、烟支刺破、水松纸错牙、水松纸翘边等，提升设备质量保障能力，云南远足科技有限公司将最新的深度学习算法融入烟支外观检测系统中，用于滤嘴缺陷检测，检测原理：根据烟支空间剖分设置4000～ 6000个基本构成单元，在卷烟正常生产中，分别对剔废轮与检测轮两个检测组件进行大于12000张图像进行采集，根据检测经多次成像，在图像中的位置偏差，设定抖动值，系统自动生成学习率，通过深度学习模型得到主要图像特征，判断规则是不符合n（n≥1）个检测位的烟支为缺陷。将深度学习算法应用后，根据算法列表中，错误数设定，如滤嘴端约有4268个检测位置，错误数设置8，则代表如有8处及以上位置出现异常，模型会认为是缺陷，就会对该缺陷烟支进行剔除。

1.3烟支物理指标检测

目前对烟支物理指标测量主要采用离线式，滤棒物理指标测量采用在线式，离线式通过操作人员与质量管理人员取样，在综合测量台选择测试项目、班组、机台、品牌、支数进行测量，综合测试台在测量结束时候，自动计算出均值、合格数、标准偏差等统计值，但是这种在线测量装置需要样本具有代表性，对质量追溯产生滞后性，仅仅通过结果反向推算设备运行状态。而在线式通过在生产过程中，利用负压进行吸取或者正压输送发送方式按照周期对烟支逐一进行测量，由于烟支采集不是一次性采集20支或者30支为一组，而是当一支测量结束后，才开始取样采集进行测量，这种数据统计结果参考意义不大，只能用于实时监测物理指标是否在范围内。如果能采购一台综合测量台单独用于在线检测分析，通过滤棒从发射端到卷烟机的过程，快速发射20支或者30支为一组，对物理指标进行测量，样本量聚集，统计结果更有代表性，在接班开机、日保养开机、安装调试、设备维修启动等特殊时段逐一对相同品牌的烟支进行取样，能更好反应该机台物理指标精准控制水平，同时降低工艺质量人员劳动强度，让检测结果更有公平性。目前主要问题是如何快速采集一定的烟支样本量，综合测试台需要通过MES与设备运行信息进行关联。

2包装设备在线检测装置升级

2.1烟支空头检测装置

FOCKE350S包装机采用机械探针式空头检测装置，当7-7-6排列的烟支组到达检测相位时，机械探针式空头检测装置会向烟支被点燃端靠拢，当探针与烟丝接触后，会输出一个电压值，通过电压值的大小来判断烟支是否空头，若探针往回弹的距离较短，输出的电压值较高，则可判断此烟支为空头，如果检测该缺陷烟支，相应的故障信号被寄存入电子控制系统的移位寄存器内，并在剔除工位进行剔除。GDX.1包装机7-6-7排列的烟支组在模盒输送过程中，在模盒做间歇运动停顿时，空头检测装置对烟丝端和滤嘴端进行检测，每个检测头设有3个光电管，分别对上、中、下三排烟支进行扫描检测，根据光的反射强度来实现空头检测功能，检测装置发现空头烟支，检测装置会发出电信号，当该模盒左移到坏烟包剔除工位停顿时，电气控制的气缸动作，坏烟剔除推板即快速将该模盒内的烟支组向外推出，坏烟支通过坏烟斜槽落入废料盘内。

接触式检测方式需要较高的机械顶杆探测频率，并严格控制顶杆顶出长度标准，对机械运动的准确性要求较高，容易出现失误或者遗漏检测；非接触式红外线检测方式通过红外线漫反射强度间接判断烟丝缺陷程度，可能出现准确性偏差，在红云红河集团2022年度工艺符合性测试报告中验证了上述结论：装针式空头检测，可靠度不高，也无法检测触头缺陷，存在漏剔风险，曲靖卷烟厂、山西昆明烟草有限责任公司、内蒙古昆明卷烟有限责任公司部分卷烟机包装机空头剔除数据异常。目前FOCKE350包装机空头缺支检测采用视觉检测装置，在设定的凸轮角度区间，摄像头对烟丝端拍照后将图像传到处理器进行图像处理，之后计算每一支烟丝端的像素值，将计算出的像素值与系统设置的阈值相比较，若像素值超过设定的范围，则判断所检测的烟支组存在空头情况，将空头烟支组在移位寄存器中进行置位，经过一定的移位后，将烟支组在剔除口进行剔除。设备进行周保、月保、交班保养的时候，如果设备保养不到位，烟支被卷制到烟组成形输送通道内附着的油垢、烟尘、胶垢等污染物，可能会对烟支滤嘴端面造成污染，这种属于严重质量缺陷。该检测组件能够在保证运算能力的前提下，进行相应的检测算法升级和增添功能模块，对滤嘴端面不洁的烟支进行识别剔除。而在传统的烟支流输送过程中，一般是利用压缩空气、毛刷、视觉成像检测等方法对滤棒端面不洁的烟支进行预警或者清除表面污垢，效果没有这种小盒包装成型工序的末端检测好。

2.2条内缺保检测装置

条内缺包属于严重质量缺陷，扣分值为10分/条，由于条包设备结构比较紧凑，无法安装成像检测设备，原机都是采用10个金属接近开关，分别对应着烟条上下部烟包位置，用于检测烟条内部的铝箔纸是否存在的方式来检测是否有烟条缺包，当10个接近开关均有信号时，则认为烟条正常，否则将在接下来的烟条剔除处进行改进。

这种检测方式存在漏检概率，尤其是在商标纸表面有金属涂层情况下，目前在装封箱提升机上部安装量子缺包检測装置，量子发射器与量子接收器，分别安装于烟条两侧，量子发射器发射的量子束穿透烟包后，到达量子接收器，由于烟包内的铝箔纸对量子束具有扰动作用，烟条不缺包时到达量子接收器的量子束强度低，输出信号小，当烟条缺包时扰动作用较小，量子接收器接收的量子束强度增强，输出信号增加，主控板信号处理电路根据该信号的变化，判定该烟条是否缺包，如果缺包，将该缺包烟条剔除到集烟箱内。这种缺包检测方式识别率较高，每班进行缺包烟条模拟测试中，正确率达到100%，但是当烟包横在烟条内，条内缺包，可能就存在漏检风险。

2.3箱内缺条检测装置

现有的装箱机原机采用接近开关，在每排烟条即将被推入烟箱内部时候，会有对应的光电管进行检测，只有当烟条排列符合规定数量后，才会被推入烟箱内，否则会报警，等到操作人员进行确认，安徽省天森烟草机械有限公司生产的TZQT箱缺条检测装置，采用机器视觉的方法利用近红外光源和近红外相机作为图像传感系统，并将激光检测作为辅助方式对箱内烟条是否缺条情况进行甄别，检测到缺条情况后通过声音和灯光报警使之停机，物流追溯能够和打码机联动，把烟条图像和烟箱条码一一对应，易于追溯，这种方法的准确率非常高。

光子式缺条检测，采用X射线原理，需要大功率的放电成像，需要排列多组光子放电管穿透烟条间隙，获得模拟数据判断间隙大小，存在起射线泄漏风险。而少部分卷烟工厂的机器采用烟箱缺条太赫兹波成像检测系统，通过太赫兹波成像技术，在线实时监测烟箱封装生产过程中箱内烟条状态，并以图像形式显示箱内条烟排布状态，对箱内是否缺条进行直观呈现和数据统计，这种属于封箱后的检测，采用无电离辐射，安全性较高。

3在线检测装置改进建议

根据现有设备存在的质量风险与质量控制状态，需要电气人员、工艺质量人员、质检人员制定在线检测装置有效性验证清单，借鉴兄弟单位或者最大程度模拟真实生产过程的规范校验方法，定期逐项逐台进行模拟验证排查，针对现场模拟测试发现的问题，开展调研论证，如相关检测装置可以通过进一步调校和升级提升检测装置性能，如果检测失效，或检测准确率较低，可以考虑进行替换检测性能更高的装置。要利用好大数据，进行分类统计分析，挖掘剔除数据与设备性能、人员操作、上下游控制机原辅材料的关联性，最终发挥维修预判、技能提升、上游预警等辅助功能。

4总结

在线检测装置对卷制包装产品质量的监控起到了重要作用，企业需根据质量管理过程中存在的具体实际问题进行技术升级改造，人防、管理制度也是卷包质量缺陷防控中不可或缺的重要组成部分，只有不断提升完善质量缺陷防控体系建设工作，强化产品质量缺陷预防和有效控制，才能确保产品的高质量。

【参考文献】

[1]杨莎.优化"细支荷花"重量控制系统验证的取样方法[J].中国科技投资，2020，000（18）：149-150.

[2]红云红河烟草（集团）有限责任公司.一种烟支空头视觉检测装置：CN202220123676.X[P].2022-06-24.

[3]南京大树智能科技股份有限公司.一种烟支空头缺陷和缺支检测装置及检测方法：CN202111019598.5[P].2021-12-24.

【作者简介】

李乾，男，1988年出生，工程师，硕士，研究方向为卷烟工艺及质量管理。

（编辑：谢飞燕）