纸自动纠偏装置

纸自动纠偏装置第1页/共66页前言

ZJ112卷烟机是常德烟机公司生产的卷烟生产设备，由于初期设计问题，水松纸偏移后只能依靠人工手动调节。而依靠人工监控和调节存在不能实时监控，调节量无法精确判断，报废烟支无法剔除等弊端。为此，我们小组通过QC活动，应用QC思维，针对卷烟机ZJ112水松纸纠偏的问题进行攻关。第2页/共66页序号姓名职务/职称小组分工组内分工1张宗盛生产部部长组长总体策划2邹守俊生产部副部长组员总体组织3许东生卷包车间主任组员生产协调、技术指导4雷炳焕卷包车间副主任组员统筹实施5韩伟中设备管理员组员协调实施6甘尤零备件管理员组员协助实施7何振坤机修班长组员机械设计、具体实施8肖瑞云机械维修组员机械设计、具体实施9易项安机械维修组员机械设计、具体实施10马振宇电修班长组员电气设计、具体实施11刘敬珣品质工程师组员数据统计、质量验证12古劲声电器维修组员数据收集、协助实施13柴继存设备管理员组员数据收集、资料整理课题名称研制ZJ112卷烟机水松纸自动纠偏装置课题类型创新型小组名称联合QC小组成立时间2012年1月注册日期2012年1月课题注册号SY/QC-1201活动时间2012年1月至2013年2月小组人数13人

小组主要由管理人员和技术人员组成，专业背景涉及电气、机械、工艺等，具有较强的技术能力和丰富QC活动经验。一、小组概况第3页/共66页2012年初，根据机台操作人员反映，并结合质检站提供的2011年第四季度车间卷烟外观质量检测结果得知，近期ZJ112卷烟机的卷烟外观质量中”接装纸长短”问题严重。以下为2011年第四季度的外观质量检测结果图：二、选择课题第4页/共66页

小组成员进一步统计了2011年10-12月以来所有ZJ112卷烟机的“接装纸长短”缺陷出现的次数，11#卷烟机情况最为严重，小组决定以11#机为试点解决此问题。机台号7#8#9#11#12#13#14#16#17#缺陷次数28322341282662418抽检次数17717114016217216742174170缺陷频次0.1580.1870.1640.2530.1630.1560.1430.1380.106表2-1ZJ112卷烟机组2011年第四季度“接装纸长短”缺陷统计表制表人：古劲声制表时间：2012年1月注：缺陷频次=抽检缺陷次数/抽检总次数第5页/共66页水松纸偏移不合格产品损害公司和消费者利益接装纸长短缺陷解决ZJ112卷烟机水松纸的偏移课题方向第6页/共66页现状1：水松纸偏移的主要原因1、源头：纸盘装载不到位2、过程：机械振动、导纸辊松动、导纸辊粘胶等3、过程：水松纸拼接纸不齐4、终端：无实时纠偏装置第7页/共66页现状2：解决水松纸偏移的方法开机/接驳接装纸长短不一？手动旋转纠偏杆进行调节正常生产检查成品烟支否是第8页/共66页存在问题：1、不能实时监控水松纸状态；2、人工手动调偏；3、凭经验调偏。第9页/共66页

经调查发现，操作人员会不定期对烟支进行自查，一旦发现存在偏移较大的情况，为了彻底消除质量隐患，会把可能存在问题的烟支报废处理。2012年1月16日到20日，小组成员统计了11#卷烟机两台班由于水松纸偏移而报废的烟支数量，统计为期一周，统计结果见表2-2。表2-211#卷烟机组2012年1月16-20日“接装纸长短”报废烟支统计表制表人：古劲声制表时间：2012年1月现状3：水松纸长短导致烟支报废的情况统计日期1-16早班1-16中班1-17早班1-17中班1-18早班1-18中班1-19早班1-19中班1-20早班1-20中班平均值报废烟支数量（支）24432553248025632657246625852476255025572533第10页/共66页解决ZJ112卷烟机水松纸偏移问题的备选课题机台增设质量巡检人员机台增加一名辅助人员加大卷烟质量考核力度增加质量巡检次数课题一：增加人员，加强考核辊轮传动改为齿轮传动减少传送辊轮数量增大传送辊轮与水松纸接触面的摩擦力增加水松纸传送机构的稳定性课题二：优化传动机构增加水松纸偏移报警功能代替人工手动纠偏，实现自动纠偏增加水松纸状态实时显示利用旧件，研制偏移报警并及时纠正的装置课题三：研制自动纠偏装置在传动辊上增加水松纸的卡位槽沿水松纸传送路径安装水松纸限位槽增加水松纸托辊课题四：研制水松纸卡位槽第11页/共66页课题课题一增加机台人员，加强考核课题二优化传动机构课题三研制自动纠偏装置课题四加装水松纸卡位槽优点分析1、可优化人员配置，减轻其他操作人员压力；2、可兼顾其它方面的质量监控。1、增加传动机构的稳定性；2、传动较为精准；1、可实时监控水松纸状态；2、可快速响应，实现自动纠偏功能；3、大大减轻操作人员压力；4、操作方便、显示直观；5、成本较低。1、便于维修；2、成本低；3、安装简单。缺点分析1、不能实时监控水松纸状态；2、仍需凭经验手动调节；3、招聘人数多，周期较长，人员不能及时到位；4、成本较高。1、需改变设备部分结构；2、需重新加工传动部件；3、安装难度大；4、成本较高。1、系统设计较为复杂；2、机械加工难度大；3、维护难度较大。1、偏移严重时会导致水松纸褶皱甚至断裂；2、需设计加工机械部件；3、不便于观察。结论课题三具有实时监测水松纸偏移状态、快速响应、自动纠偏等优点，因此选择课题三为活动课题。备选课题的综合评估分析第12页/共66页

由表2-1数据可知，17#卷烟机“接装纸长短”缺陷频次为9台同型机中最低，为0.106

。因此，根据最佳水平我们设定课题目标值如下：

研制一套ZJ112卷烟机水松纸自动纠偏装置，实现自动纠偏功能，使11#卷烟机“接装纸长短”缺陷频次降低至0.106。三、目标设定第13页/共66页0.10611#卷烟机“接装纸长短”缺陷频次由0.253降低至0.106，降幅约58%。第14页/共66页四、提出各种方案并确定最佳方案方案是装置成功研制的关键，为此，经小组成员充分讨论，确定以下思路进行方案选择：能够检测出微小偏移的检测技术能够满足响应和处理速度的控制器满足调节精度的步进电机和具体硬件选型123核心技术第15页/共66页研制ZJ112卷烟机水松纸自动纠偏装置基于机器视觉技术的自动纠偏装置方案一基于激光检测技术的自动纠偏装置方案二基于光纤检测技术的自动纠偏装置方案三第16页/共66页方案方案一：基于机器视觉技术的自动纠偏装置方案二：基于激光检测技术的自动纠偏装置方案三：基于光纤检测技术的自动纠偏装置优点1、检测精度高，可达到亚微米级；2、可较为精确地计算出水松纸偏移距离；3、友好的人机界面，可直观的观察图像。1、检测精度高，可达到微米级；2、所需要安装检测传感器的空间较小；3、响应频率高、稳定性好；4、可实现实时在线检测；5、系统设计和维护简单。1、所需要安装检测传感器的空间较小；2、可实现实时在线检测；3、系统设计和维护简单；4、价格为三个方案中最低。缺点1、系统设计和维护复杂；2、灯源、工业相机对安装空间的要求较为苛刻；3、要满足高检测频率、高处理速度，系统开发价格高，至少8万以上。1、对激光的安全性要求较高；2、小功率反射型传感器检测距离短，约600mm以内。1、检测精度较激光低，精度可达到亚毫米级；2、光束易发生散射，光斑直径最小为0.1mm，焦点距离仅为7±2mm；3、光纤头需要保持干净。系统要求1、安装空间小，检测装置最大安装空间为150mm*220mm*250mm；

2、检测精度<0.1mm；3、可实现在线实时检测；4、维护简单、方便。结论综合比较得知，方案二可较好地满足系统要求，因此我们选用方案二。第17页/共66页基于激光检测技术的自动纠偏装置基于PLC控制的自动纠偏装置方案一基于单片机控制的自动纠偏装置方案二基于DSP控制的自动纠偏装置方案三第18页/共66页方案方案一：基于PLC控制的自动纠偏装置方案二：基于单片机控制的自动纠偏装置方案三：基于DSP控制的自动纠偏装置优点1、编程容易，电气技术人员即可完成；2、控制系统构成简单，通用性强；3、模块化设计，容易扩展；4、设计、实施、调试周期短；5、抗干扰能力强，维护简单。1、成本低廉；2、编程灵活性高；3、开发和应用较为成熟；4、在控制和事务处理上具有优势。1、数据处理能力强；2、运行速度很快，可达到百万次/秒；3、编程灵活性高；4、适用于大型、数据处理快速的控制系统。缺点1、成本偏高；2、适用于单一、重复数少的工程。1、编程复杂；2、设计、调试周期长；3、处理程序较难可靠稳定运行；4、维护难度大。1、系统结构复杂；2、编程复杂；3、维护难度大；4、设计、调试周期长。系统要求1、响应速度应优于卷烟机生产速度，约为8500支/分钟；2、系统设计与实施容易；3、抗干扰能力强、稳定性好；4、维护简单、方便。结论综合比较得知，方案一可较好地满足系统要求，因此我们选用方案一。第19页/共66页系统构成第20页/共66页可编程控制器（PLC）步进电机PLC控制程序监控程序激光传感器触摸屏基于激光检测技术的自动纠偏装置基于PLC控制的自动纠偏装置研制ZJ112卷烟机水松纸自动纠偏装置硬件软件第21页/共66页4触摸屏2PLC3步进电机系统硬件1激光传感器第22页/共66页激光传感器应最终实现高准确率的识别，但高准确率的识别受光斑直径、检测距离和机器运行速度的影响。为了找到最优组合值，我们进行了相关试验。1.光斑直径2.检测距离激光传感器的选择3.机器运行速度(支/min)第23页/共66页根据工艺要求，水松纸偏移极限为±0.5mm，而从技术角度出发，考虑到响应时间等因素，检测的精度应在0.1mm范围内。因此，光斑直径应小于0.1mm（100μm）。小组成员查阅了基恩士公司的激光传感器资料，在常用的激光传感器中，光斑直径小于0.1mm的有三种型号可供选择，具体参数见下表。光斑直径的选择第24页/共66页型号LV-NH32型LV-NH35型LV-NH37型光斑类型可调整光斑直线光束同轴结构超小光斑光斑直径80μm100μm50μm检测距离MEGA750mm1200mm70±15mm(所有电源模式下通用)ULTRA600mm1000mmSUPER450mm750mmTURBO300mm500mmFINE150mm250mmHSP100mm200mm环境温度-10至+55℃制表人：张宗盛制表时间：2012年2月第25页/共66页由于设备上安装空间的限制，检测距离应控制在80mm以内。再根据备选的三种激光传感器的参数，我们选择了65mm、70mm、75mm三个距离进行测试。检测距离的选择65mm70mm75mm第26页/共66页机器运转速度的快慢对检测的效果也有一定影响，为了不影响生产效率，我们选择了设备正常生产时的三种常用速度，即8500、8000和8800支/min。机器运行速度的选择850080008800第27页/共66页正交试验（1）试验目的：通过正交试验优选检测单元的最佳组合；（2）考察的指标：识别准确率（％）；（3）考察的因素：光斑直径、检测距离、机器速度3个因素；（4）选位级：根据工艺、设备安装、生产等实际需求，形成因素位级表：因素位级A光斑直径(μm)B检测距离(mm)C机器速度(支/min)1806585002100708000350758800（5）设计试验方案：选用L9(34)正交表，共做9组试验，为了保证结果的准

确性，每组进行二十次重复性试验。第28页/共66页

试验计划试验结果因素光斑直径A(μm)

检测距离B(mm)机器运行速度C(支/min)识别准确率（％）：正确识别次数/试验次数*100%

列号试验号123411（80）1（65）1（8500支/min）180212（70）2（8000支/min）285313（75）3（8800支/min）37542（100）123655223175623127073（50）1329083213959332185ⅠⅡⅢ240235245210255235270230240720R602510“看一看”的好方案是第8号试验结果，其组合为A3B2C1“算一算”:从位级之和（越大越好）可以看出，较优方案是A3B2C1

，可见，“看一看”的好方案与“算一算”的好方案一致。极差分析：主次关系为A>B>C第29页/共66页综合分析：可明显看出，检测单元的最佳组合为A3B2C1,如下表：激光传感器的选择光斑直径检测距离机器运行速度50μm70mm8500支/min因此，我们选择LV-NH37型激光传感器。第30页/共66页1激光传感器系统硬件2PLC4触摸屏3步进电机第31页/共66页西门子PLCS7-200（CPU224）松下PLCFP-X

C14R可编程控制器（PLC）方案1方案2

控制器的方案选择第32页/共66页选择要求实现数据处理和系统控制功能，良好的稳定性和抗干扰性，响应速度符合现场需要选择方法根据成本、编程方式、稳定性、抗干扰性和响应速度选择规格西门子S7-200（CPU224）松下FP-XC14R选用成本人民币约2700元，有替换备件人民币约1600元，有替换备件编程方式LAD、STL、SCLLAD、STL、SCL稳定性稳定一般抗干扰性较好一般响应速度15000-20000支/分钟8000-10000支/分钟结论ZJ112卷烟机生产速度约为8500支/分钟，考虑到信号传输等因素带来的延时影响，我们选择了响应速度更快，稳定性和抗干扰性更好的西门子S7-200PLC（CPU224）作为控制器。第33页/共66页1激光传感器2PLC3步进电机系统硬件4触摸屏第34页/共66页白山DM5654型太平洋科技POWERMAXII步进电机方案1方案2

步进电机的方案选择第35页/共66页选择要求要求电机调节精度可满足实际需求，且使用寿命长选择方法从成本、尺寸、调节精度、发热量和使用寿命几个方面选择规格白山DM5654型太平洋科技POWERMAXII型（M21NSXC-LDN-NS-02）选用成本人民币约4880元人民币约11980元尺寸符合性符合符合调节精度约0.1-0.2mm约0.05-0.1mm发热量和震动发热量较高、震动较大发热量较低、震动较小使用寿命2年5-8年结论POWERMAXII步进电机调节精度高，可满足实际需求，且使用寿命长，因此选用该型号步进电机。第36页/共66页4触摸屏1激光传感器2PLC3

步进电机系统硬件第37页/共66页威纶触摸屏（MT6070i）西门子触摸屏（6AV6648-0AC11-3AX0）触摸屏方案1方案2

触摸屏的方案选择第38页/共66页选择要求要求对PLC的输入输出快速响应，良好的人机界面选择方法根据成本、硬件配置、软件稳定性、通讯速度和使用寿命选择规格威纶MT6070i型触摸屏西门子SMARTLINE700触摸屏（6AV6648-0AC11-3AX0）选用成本人民币约6000元人民币约9600元硬件配置屏幕色彩一般，分辨率较低，内存容量较小屏幕色彩还原度高，分辨率高，内存容量较大软件稳定性一般稳定与PLC通讯速度较慢较快使用寿命2-5年6-8年结论西门子触摸屏与所选的西门子S7-200PLC可以实现更快速、更稳定的通讯，且存在硬件配置好、使用寿命长等优点，适合用于生产自动控制，因此选用西门子SMARTLINE700触摸屏。第39页/共66页系统软件Step7-Micro/WIN

PLC编程PLC控制程序WinCC2008HMI编程监控程序系统的软件由所选的硬件决定，可直接应用软件进行程序编写：1、选择西门子S7-200PLC，有相应的Step7-Micro/WIN

PLC编程软件；2、选择西门子触摸屏，有相应的WinCCHMI编程软件。软件选择第40页/共66页可编程控制器（PLC）激光传感器基于激光检测技术的自动纠偏装置基于PLC控制的自动纠偏装置研制ZJ112卷烟机水松纸自动纠偏装置硬件软件西门子S7-200

PLC（CPU224）基恩士LV-NH37激光传感器触摸屏西门子SMARTLINE700步进电机太平洋科技POWERMAXII监控程序WinCC2008HMI编程PLC控制程序Step7-Micro/WIN

PLC编程最佳方案拓扑图第41页/共66页序号对策目标措施地点完成日期负责人1安装激光传感器实现两个传感器间间距可调节。1.根据正交试验中得到的最佳检测距离，设计并制作传感器支架；2.固定安装传感器支架，保证检测距离为70mm。车间现场2012年4月邹守俊韩伟中何振坤2安装步进电机可旋转调节水松纸偏移量1、根据电机安装要求，改进步进电机固定支架；2、固定安装步进电机。车间现场2012年4月雷炳焕易向安肖瑞云3安装电器设备电器设备分布合理，通电后状态正常1、设计电气接线图纸；2、固定安装电器设备并接线；3、通电检查设备状态是否正常。车间现场2012年4月张宗盛马振宇古劲声4编写控制程序和监控程序PLC无故障报警，系统通讯正常，可实现废烟剔除功能。1、用STEP7编程软件编写控制程序，增加剔除废烟的功能；2、用WinCC软件编写监控和操作程序；3、将程序下载到PLC和触摸屏，并进行调试。车间现场2012年4月许东生马振宇古劲声5系统运行测试检测并完成自动纠偏及剔废成功率达95%以上。1、正常开机时，观察自动纠偏装置是否影响设备正常生产；2、模拟水松纸偏移情况，统计系统检测并实现自动纠偏次数。车间现场2012年4-5月许东生刘敬珣甘尤五、制定对策第42页/共66页六、对策实施对策一：安装激光传感器实施措施：1、根据正交试验中得到的最佳检测距离，设计传感器支架图纸；

2、按照图纸加工支架；3、固定安装传感器支架，保证检测距离为70mm。设计图纸加工成品时间：2012年4月负责人：邹守俊、韩伟中、何振坤第43页/共66页传感器距离调节传感器整体进出调节实施安装安装后效果结果确认：对策1实施后，设计的支架实现了固定功能外，同时可以调节两传感器间距离。第44页/共66页对策二：安装步进电机实施措施：1、根据电机安装要求，改进步进电机固定支架；2、固定安装步进电机。时间：2012年4月负责人：雷炳焕、易向安、肖瑞云电机结构图实施安装安装后效果图水松纸位置调节旋杆结果确认：对策2实施后，实现了步进电机自动或人为手动旋转水松纸位置调节旋杆，

从而实现对水松纸偏移的纠正调节。第45页/共66页对策三：安装电器设备实施措施：1、设计电气接线图纸；2、固定安装电器设备并接线；3、通电检查设备状态是否正常。时间：2012年4月负责人：张宗盛、马振宇、古劲声设计电气接线图安装接线第46页/共66页通电检查设备状态结果确认：对策3实施后，电气设备接线正确，通电后状态正常，完成目标。第47页/共66页对策四：编写控制程序和监控程序实施措施：1、用STEP7编程软件编写控制程序；

2、用WinCC软件编写监控和操作程序；3、将程序下载到PLC和触摸屏，并进行调试。时间：2012年4月负责人：许东生、马振宇、古劲声编写PLC程序编写监控和操作程序第48页/共66页功能设计要求：纠偏功能：当水松纸偏移量超过规定范围（±0.5mm）时，电机自动调整水松纸位置，直至偏移量达到正常允许范围（±0.5mm）。2.剔废功能：当水松纸连续偏移超过设定范围（±1mm）时，系统产生剔除。在触摸屏上有报警灯指示当前是否有废烟剔除。同时屏幕会记录当前剔除烟支总数。第49页/共66页程序调试后，PLC和触摸屏状态图：结果确认：对策4实施后，PLC运行正常，所有设备通讯正常，同时实现了剔除因水松纸偏移过大而产生的废烟的功能，完成目标。第50页/共66页对策五：系统运行测试实施措施：1、正常开机时，观察自动纠偏装置是否影响设备正常生产；

2、模拟水松纸偏移情况，统计系统检测并实现自动纠偏次数。

时间：2012年4-5月负责人：许东生、刘敬珣、甘尤日期模拟水松纸偏移次数正确检测偏移次数检测准确率自动纠偏次数纠偏准确率模拟水松纸偏移极限次数正确剔除次数剔除准确率4月27日44100%4100%44100%4月28日44100%4100%44100%5月2日44100%4100%44100%5月3日44100%4100%44100%5月4日44100%4100%44100%合计2020100%20100%2020100%制表人：甘尤制表时间：2012年5月第51页/共66页模拟测试完成后，小组成员跟踪了5月7—31日，11#卷烟机“接装纸长短”缺陷抽检情况，抽检次数36次，发现缺陷次数为0，效果良好，结果如下图：结果确认：对策5实施后，正常情况下，自动纠偏装置不影响正常生产，模拟测试偏移检测、自动纠偏及剔除废烟成功率均达到了100%，实际生产纠偏效果较好，完成目标。第52页/共66页七、效果检查

纠偏装置在11#卷烟机安装完成后，小组成员对11#卷烟机6—8月份的卷烟外观质量进行了连续三个月的跟踪检查，统计结果如下：缺陷类型空头油污

重量（卷接）

圆周（卷接）翘边接装纸长短刺破漏气缺陷次数203161000抽检次数170170170170170170170170抽检缺陷频次0.01200.0180.0940.006000表7-111#卷烟机2012年6-8月卷烟外观质量缺陷统计表制表人：柴继存制表时间：2012年9月第53页/共66页活动后，“接装纸长短”缺陷抽检频次为0，圆满完成目标！0.106第54页/共66页2012年8月20日到24日，小组成员统计了11#卷烟机“接装纸长短”产生的报废烟支自动剔除情况，并对比2012年1月16日到20日的统计数据，结果如下：表8-111#卷烟机组2012年8月20-24日“接装纸长短”报废烟支统计表制表人：古劲声制表时间：2012年8月统计日期8-20早班8-20中班8-21早班8-21中班8-22早班8-22中班8-23早班8-23中班8-24早班8-24中班平均值报废烟支数量335359364348357351349360342345351项目实施后，11#机台每班平均剔除烟支数由2533支降至351支，效果显著。第55页/共66页推广实施

鉴于11#