一种小包烟包六面柔性美容与视觉检测系统

一种小包烟包六面柔性美容与视觉检测系统摘要：针对小包烟包透明纸包装在生产过程中产生的褶皱、粘结等不平整缺陷，提出了一种六面柔性美容技术，可以有效地避免电烙铁与透明纸直接接触，采用移动式的均匀加热模式，通过小包烟包的分层与路径的变换，逐步完成六面美容工艺。同时基于视觉检测技术，兼并设计了一种适用于小包烟包的六面检测系统，对美容后的小包烟包外观和透明纸进行六面在线检测，对于不合格的产品执行剔除动作。整个系统的运行可以有效的提高小包烟包透明纸包装的质量。关键词：小包烟包；透明纸；柔性美容；视觉检测Abstract:Aimingatthewrinkles,bondingandotherunevennessdefectsofthetransparentpaperpackagingofsmallpacketsofcigarettesduringtheproductionprocess,asix-sidedflexiblebeautytechnologyisproposed,whichcaneffectivelyavoiddirectcontactbetweentheelectricsolderingironandthetransparentpaper,andadoptsamobiletypeTheuniformheatingmodegraduallycompletesthesix-sidedbeautyprocessthroughthelayeringofsmallpacketsandthechangeofpaths.Atthesametime,basedonvisualinspectiontechnology,wemergedanddesignedasix-sidedinspectionsystemsuitableforsmallpacksofcigarettes.Theappearanceofthesmallpacksofcigarettesandtransparentpaperaftercosmeticswereinspectedonsixsides,andunqualifiedproductswereeliminated.Theoperationoftheentiresystemcaneffectivelyimprovethequalityofthetransparentpaperpackagingofsmallpacketsofcigarettes.Keywords:smallpackofcigarettes;transparentpaper;flexiblebeauty;visualinspection引言：目前我国的科学技术与工业水平正在不断地进步，随着经济水平的增长，消费者对烟草产品提出了更高标准和多元化的需求。这就要求烟草工业能够及时响应市场，提高生产效率和产品质量。小包烟包（简称小包）透明纸包装是外观质量衡量的一个重要指标。GD包装机组的CH单元是小包透明纸包装的一种主要机型，生产速度约400包/min，由于设备自身结构上存在设计缺陷［1-2］，在实际的生产过程中，虽然经过两次加热，但是由于设备生产运行速度比较快，透明纸加热的时间有限，包装的表面会产生皱纹，平整度差，而该类产品将作为不合格品剔除。为改善小包透明纸包装质量，通常在后端增加二次加热美容装置。目前多采用电烙铁直接接触的加热方式对小包的侧面进行美容处理，该模式下电烙铁与小包表面接触不均匀。当产品在加热过程中停留时间过长时，会造成透明纸熔化、粘结，甚至变形的现象，严重影响产品的质量［3］。并且该模式无法完成小包透明纸的六面美容。鉴于当前技术应用的缺陷，本文提出了一种非直接接触式的六面柔性美容技术，同时基于机器视觉技术，融合了小包外观和透明纸的六面检测系统，可以有效地提高产品质量。1.系统总体方案设计系统分为六面美容和外观检测两部分，整机安装在GD机组的CH与CT之间为保证各单元动作的同步性能，利用GD机组的主轴作为驱动输入，需要将CH和CT脱开。CH推包机构出包呈双小包上、下叠包的状态，输送过程中完成前、后两面的美容，为了实现上、下面的美容，设计了小包分层机构，分层后通过一次升降同步带将两组小包向上提升，并完成左、右两侧面的美容，通过一次推包机构将小包依次推入二层输送机构，二层输送的过程中完成上、下两面的美容，再通过二次升降同步带将小包向上提升，由二次推包机构将小包依次推入三层输送机构，并进入外观检测组件，完成六面外观检测，对于检测不合格的产品，通过气动剔除机构将烟包剔除至不合格品储物箱。检测合格的产品通过三次推包机构127127将产品推送至三次升降同步带，下降输送实现上、下叠包状态（与CH出口状态一致），在出烟通道内，由出包推杆将双层小包依次推入CT通道进行后续工作。系统运行流程图如图1所示。图1系统运行流程图11103415141386121、10.小包出包通道2•前、后美容机构3•压轮组件4•分包机构5、9、11.升降机构6•左、右美容机构7、12.推包机构8•出包推杆13.外观检测机构14.剔除机构15.补包机构

图2系统结构布局图（一）六面柔性美容柔性美容解决了小包与电烙铁直接接触的问题，采用隔离带间接加热，隔离带通过驱动辊驱动运转，加热铜块设置多组加热棒，通过加热棒的电气控制，可以实现不同的组合和温度分区控制。隔离加热带成对对称布置，小包在两个隔离带间均匀传递，同时两个加热组件可以分别调整与小包的间隙，方便控制美容质量，从而消除褶皱，达到平整的效果。以前、后美容装置为例，图3为美容装置的结构图。7126431．隔离带2.支架3.加热棒4.间隙调整导向块5.隔热垫6.加热块7.驱动辊图3美容装置的结构图（二）分包机构考虑到CH出包时呈上、下叠包的双包状态，设计了分包机构，将叠包分成单层，通过一次升降机构将小包间隔提升至二层，并完成单包等距输送，实现了六面美容和外观检测的功能需求。通过起包导向、输送带出口处的压轮组件以及上层烟包导向板，实现双层烟包的分包。（三）小包物流输送小包物流输送用于完成小包在整个系统中的流转，主要包括水平输送机构、升降机构、推包机构和出包推杆等，三者间歇动作、组合使用，实现了小包的升降和单包、双包输送之间的转变。升降机构和推包机构均采用隔段式同步带，其中升降机构成对布置使用，为保证驱动的同步性，采用一组动力进行驱动。在系统末端，小包经过外观检测后，通过推包机构将单层小包依次推入升降机构，由升降机构向下输送并完成双包叠包的动作，最后由出包推杆将双层的小包推入CT单元，进行下一个包装流程。（四）剔除、补包机构剔除机构位于外观检测工位后，当小包外观检测不合格后，给出剔除信号，当小包运行至剔除工位并触发到位信号后，由剔除机构将不良品剔除，剔除的小包经过剔除通道收集在不良品收集箱内，等待人工进行处理。剔除机构采用的是高速气缸或喷嘴，配合高频电磁阀，可以在生产节拍内快速的完成剔除动作。考虑到系统与CT联机生产的适应性，当不良品被剔除时，需要及时地补充小包，否则在进行条盒包装时，会造成缺包，这是生产所不允许的。因此，系统内设计了补包机构，在剔除信号触发的时候，同时会触发补包信号，最终保重前后小包数量的一致。二、动力系统设计系统内各运动执行单元的动作为间歇动作，必须保证系统内各单元与GD机运行动作的同步性，这也是整个系统设计中较大的难点。因此，采用GD机组的主轴作为动力源，实现系统内各运动单元共计19轴的机械同步驱动，同时设计了备用电机，当CH单元设备故障时，可以进行动力切换，排空系统内流转的小包，防止停机引起的长时间滞留加热导致产品质量缺陷。各轴机械系统的传递通过设计的传动箱实现，传动箱内与电机连接的驱动齿轮设计了气动拨叉机构，仅在设备故障时啮合使用。槽轮机构的结构简单，尺寸小，机械效率高，且能够较平稳地、间歇地传递各平行轴间的运动，被广泛地应用于机械工程领域。系统采用3组槽轮机构实现各轴间的间歇运动，同时根据各执行单元的运动方向和行程需求，通过齿轮、皮带轮和同步带轮等的变换设计，统一进行动力匹配，从而保证整个系统运动的同步性需求。三、小包外观六面视觉检测随着计算机技术、图像处理技术和硬件系统的迅速发展，机器视觉技术已经日趋成熟，目前已广泛应用于各个工业领域。机器视觉融合了机械、电子、图像处理及计算机等多种技术，是实现智能化、自动化、信息化的先进技术，其发展带动了人工智能的进步［4］。从系统结构上讲，机器视觉系统主要包括以下几部分传感器、LED光源、CCD摄像机和镜头、图像采集系统、I/O控制板、工业控制计算机中心处理系统及执行机构等［5-8］。小包六面视觉检测系统包括对小包外观和透明纸的检测，外观缺陷主要有包装纸错位、倾斜、破损、翘边、拉线偏离及烟包变形等，透明纸包装缺陷主要有褶皱、粘结、折角、变形及破损等。系统运行过程中，通过高速CCD相机对小包各面的外观和透明纸进行图样采集，运用图像采集系统将图像转换为数字格式，经图像处理软件提取相关特征并与标准样本进行比对，经过工业控制计算机中心处理系统进行分析和处理，最后生成检测结果并发送指令至I/O控制执行机构动作，如对不合格产品进行标记和剔除，从而提高产品生产质量。图4所示为小包外观六面视觉检测系统的结构示意，仅以2组CCD示意系统架构。小包全方位的六面视觉检测系统设计了6组CCD相机，图5所示为小包外观六面检测系统布局图。在运行过程中，隔段输送带将小包单层等间距向前输送，首先依次完成上面、左侧面、右侧面和前、后面的检测，因小包底部被输送带遮

挡，无法完成下面检测，因此设计了两条窄边输送带，当小包在窄边输送带上输送时，可以由底部相机对下面进行采用和检测，最终完成小包的六面检测。为减小设备占用空间，通过两组反光镜对小包前、后面完成折射成像，CCD相机和镜头垂直布置进行图像采样，使整体布局设计更加紧凑。11345911345981.上面检测2•隔段输送带3.左侧面检测4.前面检测5.右侧面检测6.后面检测7.窄边输送带8.小包烟包9.下面检测10.反光镜11.光源图5小包外观六面检测系统布局图小包六面视觉检测完成后，会输出控制信号，并对小包进行标记，检测的合格产品将直接通过，对于不合格产品，系统会记录剔除标记，当小包运行至剔除工位时，触发剔除光电开关信号，并输出信号控制气动剔除机构将不合格产品剔除至收集箱内，从而完成整个检测流程。四、结论小包烟包六面柔性美容与视觉检测系统融合了机械、电子、计算机技术、气动技术及电气控制等多种技术，是一个完整的自动化、智能化产品。系统的应用有效地解决了传统美容工作模式所产生的包装质量缺陷，提高了产品的质量，同时应用视觉检测技术，对包装质量进行全方位检测，并剔除不合格产品，满足了高效、高质量生产和市场的需求。参考文献：周开辟，卢荣德,蔡华川•如何改善CH机的小盒透明纸包装质量[J].包装与食品机械,2005(1):43-46.赵宏生，张正华，邱宝平,等.GD包装机组小盒烟包外观检测装置的改进[J].烟草科技,2021,54(1):91-15.张振华，孟振伟,张伟华•随动式条盒透明纸包装整