基于六角轮处小盒掉翻盖的检测及剔除设计

1、基于六角轮处小盒掉翻盖检测及剔除设计 单位：湖北省中烟襄阳卷烟厂 傅朝斌摘要:GDX2机型小盒在包装过程中工序较长，容易出现各种包装材料不完整的质量问题，其中小盒掉翻盖就是一种严重的质量缺陷，而装在桥架输送通道上的成像检测又存在检测过早的缺陷，不能完全杜绝此类质量缺陷。针对以上问题，本文应用PLC和色差传感器设计了一套小盒掉翻盖的检测及剔除装置，能有效的把小盒掉翻盖此类质量缺陷检测出并剔除。一，存在问题在卷烟包装生产中，硬盒烟容易出现各种包装缺失的质量问题，其中小盒掉翻盖（行业俗称掉脑壳）就是比较严重的一种。硬盒烟的装璜包装要经过主机5-6-7-8号轮的包装传递，最后成型到达4350小盒透明纸

2、的包装通道，通过钩形推杆横推进入六角轮，经过六角轮对透明纸的折叠成形推出，又经过六角轮出口提升杆的提升，再由双推杆推至4350小盒透明出口烙铁热封，透明纸的包装才最终的完成。期间工序多，路线长的是小盒包装的特征，而装在桥架输送通道上的成像检测又存在检测过早的缺陷，从成像检测之后一直到小盒进入六角轮之间的工序没有任何检测装置，存在小盒掉翻盖的质量风险，特别是在小盒进入CH入口通道至小盒被钩形推杆横推进入六角轮之间，偶尔会造成小盒掉翻盖的质量隐患。2009年2月，我厂卷包车间9#、10#GDX2包装机，分别从市场反馈回了的2包小盒（红双喜）挂掉翻盖的烟包，经过分析，问题就出在钩形推杆与六角轮处。为

3、解决小盒掉翻盖的质量风险，必须在其完成透明纸包装成型以后，加装小盒无翻盖检测。从根本上解决成像检测过早、CH入口输送带及六角轮处挂掉小盒翻盖的质量隐患。二，解决方法及设计方案1，解决方法本项目有两个关键难点，一是寻找色差检测器及检测相位的安装位置，二是未知小盒外包透明纸对色差检测有多大的干扰。过成像后，从CH入口通道至六角轮出口处，由于受位置限制，设备厂商没有安装任何检测设备。经过仔细观察分析，只要把六角轮出口提升杆行程顶部L板作一些改进（如图1），即可安装色差检测器，当烟包被提升杆把烟包推到极限位置时，烟包此时处于静止状态，使色差检测更加稳定。为防止漏检，色差检测器必须安装在双包堆叠底部那一

4、盒烟处。小盒翻盖缺少，其的颜色将发生变化，没有翻盖露出的是锡纸，翻盖的颜色与锡纸有颜色差别，可以被色差检测器检测出来；其次通过多次的实验可以证实，色差检测器对无色的透明纸的敏感度很低，将色差检测器调到合适的灵敏度，可在保证检测灵敏度的前提下，完全消除误检测的现象。因为我厂生产的烟多为低档烟，其锡纸均为银灰色，装璜与锡纸均有色差，但在小盒的翻盖平面处，也存在不同的颜色，为避免小盒装璜材料存在色差的干扰，要选择合适的检测位置，避免误检测。所以设计时加入了检测相位信号，在4350后面的主传动轴上安装一个脉冲盘（如图2）及相位接近开关，在脉冲盘上开两个对称凹槽，一个凹槽对应产生一个脉冲相位，一个脉冲相

5、位对应一盒烟。 图1 图2 改造前的L板 改造后的L板 相位脉冲盘色差检测器底座安装位置移位传感器安装位置 色差检测器安装 脉冲盘安装2，设计方案1) 控制器的选择GDX2包装机器的最大生产速度为400包/min，在六角轮出口处提升杆的动作频率为： 频率： f = 400/60 = 6.7 HZ周期： T = 1/ f = 1/6.7 0.15 s 150 ms 从上面的数据可知，对控制器的运算速度有一定的要求，如果选择单片机作为控制器，响应频率当然可以达到要求，但硬件比较复杂，开发周期长，且单片机抗干扰能力差，不适合。现在小型的PLC运算速度也很快，一条布尔指令的运算执行时间一般都小于1 s

6、， 本项目的整个程序没有复杂的数学运算，程序软件用的指令均是一些简单的布尔指令和一个定时器，且程序较短，不超过10行，所以选择小型的PLC作为控制器可以满足要求。目前市场上性能比较优异的小型PLC有西门子、AB等厂家，其中西门子的S7-200以其优异的性能可以达到这次设计的要求，其布尔指令执行速度为微妙级，其100行程序扫描周期也不过几十微妙，而本项目的程序长度远小于100行，足以达到控制要求。在本项目中，相位脉冲和色差检测发生的频率稍微高一点，等于六角轮出口处提升杆的动作频率，即最大值为150 ms，意味着这两个信号容易受到干扰，但通过对西门子S7-200的输入滤波器延迟的设置，可以排除输入

7、信号的干扰，同时也可以适当地提高输入口的频率响应，设置范围从0.2 ms至12.8ms。在这里定义输入地址I0.0为相位脉冲输入口，定义输入地址I0.2为差色检测输入口，滤波器延迟设置为3.2ms，具体设置如下：在Step 7-Micro/WIN 软件中，点击浏览条中的“系统块” 按钮。选择查看（View）> 组件（Components）> 系统块（System Block）菜单命令。点击指令树中的“系统块” 图标。然后选择“系统块”的输入滤波器分支和数字量标签。输入新属性，然后将修改下载至PLC。因此，选择西门子S7-221作为本项目的控制器。2) 检测系统硬件的组成检测系统由西

8、门子S7-222 PLC、色差传感器（型号SICK NT6-03082）、检测相位传感器、移位传感器组成。色差传感器负责掉翻盖烟的识别，检测相位传感器和脉冲盘一起产生检测相位脉冲，移位传感器提供移位脉冲，输出有个信号，一个是剔除信号，一个是蜂鸣器报警信号。3）检测系统电路设计控制器PLC共有6个输入点，4个输出点，各个传感器及输出信号分配的地址如下：检测相位：I0.0 移位脉冲：I0.1 色差检测器：I0.2 剔除信号：Q0.0 报警信号：Q0.1 电气原理图4） 检测系统软件组成软件程序完成掉翻盖烟的信号输入和输出之间的逻辑运算，包括输入信号的锁存、移位等。从色差检测处到CH剔除处移位步数总

9、共为4步，移位脉冲采用后沿移位，检测相位脉冲采用前沿锁存，小盒掉翻盖信号锁存在寄存器V10.0里，经过4个移位脉冲，将剔除信号移到寄存器V10.3里，驱动硬件输出点Q0.0作为剔除信号送到GDX2工控机里，将有缺陷的烟包剔除，且发出蜂鸣报警，提示工作人员机器异常。因为项目中的相位脉冲和移位脉冲很重要，所以专门在软件中加入了这两个脉冲的监控程序，当这两个脉冲接近开关损坏时，系统直接报警，提示操作工呼叫电工更换接近开关。下面为程序逻辑时序图：由于该项目软件编程语言采用梯形图语言，程序流程图如下：三，使用效果通过在我厂的9、10、11号GDX2机组（这三台机组主要生产红双喜和红金龙牌号的烟）为期4个月使用效果看，除佳品红金龙及硬红带牌号外（因为这两种烟的翻盖和内锡纸均为金黄色，不存在色差）都可以稳定检测，且无需频繁调节；从根本上解决成像检测过早、CH入口输送带入口及六角轮处挂掉小盒翻盖的质量隐患。该装置不涉及如同“成像检测”庞大的win