基于六角輪處小盒掉翻蓋的檢測(cè)及剔除設(shè)計(jì)

1、基于六角輪處小盒掉翻蓋檢測(cè)及剔除設(shè)計(jì) 單位：湖北省中煙襄陽(yáng)卷煙廠 傅朝斌摘要:GDX2機(jī)型小盒在包裝過(guò)程中工序較長(zhǎng)，容易出現(xiàn)各種包裝材料不完整的質(zhì)量問(wèn)題，其中小盒掉翻蓋就是一種嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷，而裝在橋架輸送通道上的成像檢測(cè)又存在檢測(cè)過(guò)早的缺陷，不能完全杜絕此類質(zhì)量缺陷。針對(duì)以上問(wèn)題，本文應(yīng)用PLC和色差傳感器設(shè)計(jì)了一套小盒掉翻蓋的檢測(cè)及剔除裝置，能有效的把小盒掉翻蓋此類質(zhì)量缺陷檢測(cè)出并剔除。一，存在問(wèn)題在卷煙包裝生產(chǎn)中，硬盒煙容易出現(xiàn)各種包裝缺失的質(zhì)量問(wèn)題，其中小盒掉翻蓋（行業(yè)俗稱掉腦殼）就是比較嚴(yán)重的一種。硬盒煙的裝璜包裝要經(jīng)過(guò)主機(jī)5-6-7-8號(hào)輪的包裝傳遞，最后成型到達(dá)4350小盒透明紙

2、的包裝通道，通過(guò)鉤形推桿橫推進(jìn)入六角輪，經(jīng)過(guò)六角輪對(duì)透明紙的折疊成形推出，又經(jīng)過(guò)六角輪出口提升桿的提升，再由雙推桿推至4350小盒透明出口烙鐵熱封，透明紙的包裝才最終的完成。期間工序多，路線長(zhǎng)的是小盒包裝的特征，而裝在橋架輸送通道上的成像檢測(cè)又存在檢測(cè)過(guò)早的缺陷，從成像檢測(cè)之后一直到小盒進(jìn)入六角輪之間的工序沒(méi)有任何檢測(cè)裝置，存在小盒掉翻蓋的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，特別是在小盒進(jìn)入CH入口通道至小盒被鉤形推桿橫推進(jìn)入六角輪之間，偶爾會(huì)造成小盒掉翻蓋的質(zhì)量隱患。2009年2月，我廠卷包車間9#、10#GDX2包裝機(jī)，分別從市場(chǎng)反饋回了的2包小盒（紅雙喜）掛掉翻蓋的煙包，經(jīng)過(guò)分析，問(wèn)題就出在鉤形推桿與六角輪處。為

3、解決小盒掉翻蓋的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，必須在其完成透明紙包裝成型以后，加裝小盒無(wú)翻蓋檢測(cè)。從根本上解決成像檢測(cè)過(guò)早、CH入口輸送帶及六角輪處掛掉小盒翻蓋的質(zhì)量隱患。二，解決方法及設(shè)計(jì)方案1，解決方法本項(xiàng)目有兩個(gè)關(guān)鍵難點(diǎn)，一是尋找色差檢測(cè)器及檢測(cè)相位的安裝位置，二是未知小盒外包透明紙對(duì)色差檢測(cè)有多大的干擾。過(guò)成像后，從CH入口通道至六角輪出口處，由于受位置限制，設(shè)備廠商沒(méi)有安裝任何檢測(cè)設(shè)備。經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀察分析，只要把六角輪出口提升桿行程頂部L板作一些改進(jìn)（如圖1），即可安裝色差檢測(cè)器，當(dāng)煙包被提升桿把煙包推到極限位置時(shí)，煙包此時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài)，使色差檢測(cè)更加穩(wěn)定。為防止漏檢，色差檢測(cè)器必須安裝在雙包堆疊底部那一

4、盒煙處。小盒翻蓋缺少，其的顏色將發(fā)生變化，沒(méi)有翻蓋露出的是錫紙，翻蓋的顏色與錫紙有顏色差別，可以被色差檢測(cè)器檢測(cè)出來(lái)；其次通過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)可以證實(shí)，色差檢測(cè)器對(duì)無(wú)色的透明紙的敏感度很低，將色差檢測(cè)器調(diào)到合適的靈敏度，可在保證檢測(cè)靈敏度的前提下，完全消除誤檢測(cè)的現(xiàn)象。因?yàn)槲覐S生產(chǎn)的煙多為低檔煙，其錫紙均為銀灰色，裝璜與錫紙均有色差，但在小盒的翻蓋平面處，也存在不同的顏色，為避免小盒裝璜材料存在色差的干擾，要選擇合適的檢測(cè)位置，避免誤檢測(cè)。所以設(shè)計(jì)時(shí)加入了檢測(cè)相位信號(hào)，在4350后面的主傳動(dòng)軸上安裝一個(gè)脈沖盤（如圖2）及相位接近開(kāi)關(guān)，在脈沖盤上開(kāi)兩個(gè)對(duì)稱凹槽，一個(gè)凹槽對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)脈沖相位，一個(gè)脈沖相

5、位對(duì)應(yīng)一盒煙。 圖1 圖2 改造前的L板 改造后的L板 相位脈沖盤色差檢測(cè)器底座安裝位置移位傳感器安裝位置 色差檢測(cè)器安裝 脈沖盤安裝2，設(shè)計(jì)方案1) 控制器的選擇GDX2包裝機(jī)器的最大生產(chǎn)速度為400包/min，在六角輪出口處提升桿的動(dòng)作頻率為： 頻率： f = 400/60 = 6.7 HZ周期： T = 1/ f = 1/6.7 0.15 s 150 ms 從上面的數(shù)據(jù)可知，對(duì)控制器的運(yùn)算速度有一定的要求，如果選擇單片機(jī)作為控制器，響應(yīng)頻率當(dāng)然可以達(dá)到要求，但硬件比較復(fù)雜，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，且單片機(jī)抗干擾能力差，不適合?，F(xiàn)在小型的PLC運(yùn)算速度也很快，一條布爾指令的運(yùn)算執(zhí)行時(shí)間一般都小于1 s

6、， 本項(xiàng)目的整個(gè)程序沒(méi)有復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，程序軟件用的指令均是一些簡(jiǎn)單的布爾指令和一個(gè)定時(shí)器，且程序較短，不超過(guò)10行，所以選擇小型的PLC作為控制器可以滿足要求。目前市場(chǎng)上性能比較優(yōu)異的小型PLC有西門子、AB等廠家，其中西門子的S7-200以其優(yōu)異的性能可以達(dá)到這次設(shè)計(jì)的要求，其布爾指令執(zhí)行速度為微妙級(jí)，其100行程序掃描周期也不過(guò)幾十微妙，而本項(xiàng)目的程序長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于100行，足以達(dá)到控制要求。在本項(xiàng)目中，相位脈沖和色差檢測(cè)發(fā)生的頻率稍微高一點(diǎn)，等于六角輪出口處提升桿的動(dòng)作頻率，即最大值為150 ms，意味著這兩個(gè)信號(hào)容易受到干擾，但通過(guò)對(duì)西門子S7-200的輸入濾波器延遲的設(shè)置，可以排除輸入

7、信號(hào)的干擾，同時(shí)也可以適當(dāng)?shù)靥岣咻斎肟诘念l率響應(yīng)，設(shè)置范圍從0.2 ms至12.8ms。在這里定義輸入地址I0.0為相位脈沖輸入口，定義輸入地址I0.2為差色檢測(cè)輸入口，濾波器延遲設(shè)置為3.2ms，具體設(shè)置如下：在Step 7-Micro/WIN 軟件中，點(diǎn)擊瀏覽條中的“系統(tǒng)塊” 按鈕。選擇查看（View）> 組件（Components）> 系統(tǒng)塊（System Block）菜單命令。點(diǎn)擊指令樹(shù)中的“系統(tǒng)塊” 圖標(biāo)。然后選擇“系統(tǒng)塊”的輸入濾波器分支和數(shù)字量標(biāo)簽。輸入新屬性，然后將修改下載至PLC。因此，選擇西門子S7-221作為本項(xiàng)目的控制器。2) 檢測(cè)系統(tǒng)硬件的組成檢測(cè)系統(tǒng)由西

8、門子S7-222 PLC、色差傳感器（型號(hào)SICK NT6-03082）、檢測(cè)相位傳感器、移位傳感器組成。色差傳感器負(fù)責(zé)掉翻蓋煙的識(shí)別，檢測(cè)相位傳感器和脈沖盤一起產(chǎn)生檢測(cè)相位脈沖，移位傳感器提供移位脈沖，輸出有個(gè)信號(hào)，一個(gè)是剔除信號(hào)，一個(gè)是蜂鳴器報(bào)警信號(hào)。3）檢測(cè)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)控制器PLC共有6個(gè)輸入點(diǎn)，4個(gè)輸出點(diǎn)，各個(gè)傳感器及輸出信號(hào)分配的地址如下：檢測(cè)相位：I0.0 移位脈沖：I0.1 色差檢測(cè)器：I0.2 剔除信號(hào)：Q0.0 報(bào)警信號(hào)：Q0.1 電氣原理圖4） 檢測(cè)系統(tǒng)軟件組成軟件程序完成掉翻蓋煙的信號(hào)輸入和輸出之間的邏輯運(yùn)算，包括輸入信號(hào)的鎖存、移位等。從色差檢測(cè)處到CH剔除處移位步數(shù)總

9、共為4步，移位脈沖采用后沿移位，檢測(cè)相位脈沖采用前沿鎖存，小盒掉翻蓋信號(hào)鎖存在寄存器V10.0里，經(jīng)過(guò)4個(gè)移位脈沖，將剔除信號(hào)移到寄存器V10.3里，驅(qū)動(dòng)硬件輸出點(diǎn)Q0.0作為剔除信號(hào)送到GDX2工控機(jī)里，將有缺陷的煙包剔除，且發(fā)出蜂鳴報(bào)警，提示工作人員機(jī)器異常。因?yàn)轫?xiàng)目中的相位脈沖和移位脈沖很重要，所以專門在軟件中加入了這兩個(gè)脈沖的監(jiān)控程序，當(dāng)這兩個(gè)脈沖接近開(kāi)關(guān)損壞時(shí)，系統(tǒng)直接報(bào)警，提示操作工呼叫電工更換接近開(kāi)關(guān)。下面為程序邏輯時(shí)序圖：由于該項(xiàng)目軟件編程語(yǔ)言采用梯形圖語(yǔ)言，程序流程圖如下：三，使用效果通過(guò)在我廠的9、10、11號(hào)GDX2機(jī)組（這三臺(tái)機(jī)組主要生產(chǎn)紅雙喜和紅金龍牌號(hào)的煙）為期4個(gè)月使用效果看，除佳品紅金龍及硬紅帶牌號(hào)外（因?yàn)檫@兩種煙的翻蓋和內(nèi)錫紙均為金黃色，不存在色差）都可以穩(wěn)定檢測(cè)，且無(wú)需頻繁調(diào)節(jié)；從根本上解決成像檢測(cè)過(guò)早、CH入口輸送帶入口及六角輪處掛掉小盒翻蓋的質(zhì)量隱患。該裝置不涉及如同“成像檢測(cè)”龐大的win