王開行，張建新，王毓鵬，張同輕，吳鵬坤，張忠祥

山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青島卷煙廠，山東省青島市嶗山區(qū)株洲路37號 266000

ZJ112A是在ZJ112卷接機組基礎(chǔ)上改進的細支煙卷接設(shè)備，該機組的卷煙紙拼接頭（以下簡稱接頭）檢測裝置采用紅外光電技術(shù)，利用紅外光線的穿透性識別并剔除接頭。但該裝置的紅外光斑直徑大于2 mm，在生產(chǎn)中因無法調(diào)節(jié)檢測精度而只能識別和剔除換盤接頭，對于寬度和厚度均小于換盤接頭的細支煙卷煙紙內(nèi)部隱形接頭無法識別和剔除。目前國內(nèi)卷煙企業(yè)對于接頭檢測裝置的研究主要針對常規(guī)卷接機組及濾棒成型機組［1-3］，對細支煙卷接機組接頭檢測裝置的研究及改進則鮮見報道。倪敏等［4］采用高靈敏度紅外傳感器解決濾棒成型機組接頭因積聚紙灰而產(chǎn)生誤判誤剔問題，但該裝置只能準確檢測并剔除含有大于3 mm 接頭或紙漿塊的濾棒。楊帆［5］通過加裝對射式光纖和光纖放大器的方式解決接頭漏剔誤剔問題，但該方式具有局限性，且無法調(diào)節(jié)檢測精度，不適用于細支煙接頭檢測。王國峰等［6］采用超聲波穿透法檢測GDX1/GDX2 包裝機組內(nèi)襯紙接頭，但該方法對發(fā)射器和接收器的安裝要求較高，且無法檢測出結(jié)合緊密或無縫隙接頭。為此，以ZJ112A細支煙卷接機組為對象，研制了一種新型卷煙紙接頭檢測裝置用于細支煙卷煙紙內(nèi)部隱形接頭的識別與剔除，以期提高接頭檢測精度，提升煙支卷接質(zhì)量。

1 問題分析

根據(jù)行業(yè)標準要求，卷煙紙定量為25.5～36.0 g/m2，縱向拉力為430～440 kN/m，透氣度為30～80 CU，不透明度為68%～73%［7-9］。內(nèi)部隱形接頭質(zhì)量要求為：A 級每盤紙內(nèi)部隱形接頭數(shù)量不多于1 個，B 級不多于2個，C級不多于4個；接頭牢固，粘接處膠水不允許透層并有顏色標記；接頭質(zhì)量不影響卷煙生產(chǎn)。內(nèi)部隱形接頭見圖1。

圖1 卷煙紙內(nèi)部隱形接頭Fig.1 Hidden splice of cigarette paper

根據(jù)工藝要求，卷煙紙換盤時通常利用雙面膠帶將兩盤紙粘接起來，卷煙紙重疊區(qū)域為8～10 mm，面積約為8 mm×19 mm，見圖2。由于卷煙紙重疊面積較大且厚度增加2倍，檢測裝置利用紅外光能夠有效檢測出卷煙紙換盤接頭。而卷煙紙內(nèi)部隱形接頭是采用膠水將卷煙紙粘接后再進行輥壓，接頭厚度與單張卷煙紙厚度基本一致，卷煙紙重疊區(qū)域為2～3 mm，面積約為2 mm×19 mm，接頭面積減少約75%，厚度降低約2/3，見圖3。以青島卷煙廠生產(chǎn)的“泰山（顏悅）”牌細支煙為例，ZJ112A機組使用的卷煙紙規(guī)格為透氣度50 CU，寬度19 mm，定量27 g/m2，長度5500 m，卷煙紙定量與最小標準值25.5 g/m2相差1.5 g/m2，卷煙紙厚度變薄且生產(chǎn)中粘接使用的膠水為白色。當機組運行時，接頭檢測裝置發(fā)射端發(fā)出的紅外光透過內(nèi)部隱形接頭后被接收端接收并轉(zhuǎn)換為電壓信號，與換盤接頭相比，存在電壓幅值低、脈沖寬度窄的特點，容易出現(xiàn)接頭漏剔問題，影響檢測裝置的靈敏度。

圖2 換盤接頭示意圖Fig.2 Schematic diagram of splice originated from bobbin change

圖3 內(nèi)部隱形接頭示意圖Fig.3 Schematic diagram of hidden splice

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)組成

新型ZJ112A 細支煙卷接機組卷煙紙接頭檢測裝置主要由固定底板、紅外光電檢測單元、信號處理模塊、可視化顯示模塊、指示燈等部分組成，見圖4。改進后紅外光電檢測單元包含紅外線發(fā)光源、光學(xué)透鏡和紅外線接收單元，見圖5。光學(xué)透鏡將紅外線發(fā)光源發(fā)出的發(fā)散紅外光匯聚，使紅外光斑直徑控制在2 mm 以內(nèi)。信號處理模塊與紅外光電檢測單元連接，對接收到的電壓信號進行放大，并與門限值分析比較（門限值可通過電位器調(diào)整）。當卷煙紙接頭通過檢測區(qū)域時，測量值超過門限值，信號處理模塊發(fā)出一個24 V 電壓信號輸送至PLC，從而實現(xiàn)隱形接頭的檢測與剔除。

圖4 新型卷煙紙接頭檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure of cigarette paper splice detector

圖5 改進前后紅外光電檢測單元結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Structures of infrared photoelectric detection unit before and after modification

2.2 固定底板

為使改進前后檢測裝置整體外觀保持一致，改進后將底板尺寸設(shè)計為147 mm×80 mm，2個固定端中心距離為135 mm（可微調(diào)），降低了安裝難度，可以與原檢測裝置無縫替換。

2.3 光學(xué)透鏡

根據(jù)透鏡成像原理，透鏡半徑R設(shè)計為2.1 mm，長度為3.7 mm。制作5種不同重疊寬度的隱形接頭進行模擬測試，模擬車速7000 支/min，測試轉(zhuǎn)盤頻率221.7 Hz，即轉(zhuǎn)速為221.7 r/s，結(jié)果見表1?？梢?，5種不同重疊寬度的接頭均可被準確識別和剔除，轉(zhuǎn)盤每旋轉(zhuǎn)一圈5 個接頭均有脈寬為1.140 ms 的剔除脈沖產(chǎn)生。

表1 不同重疊寬度隱形接頭的剔除結(jié)果Tab.1 Rejecting results of hidden splices of different overlap widths

2.4 信號處理模塊

改進后檢測裝置增加了信號處理模塊和可視化顯示模塊，見圖4。信號處理模塊電路板上安裝了撥碼開關(guān)、運行拼接剔除指示燈、電位器、復(fù)位按鈕、操作按鈕和接線端子，通過調(diào)節(jié)電位器的增益值可以調(diào)整檢測裝置的靈敏度。靈敏度過低容易產(chǎn)生隱形接頭漏剔，過高則會誤剔合格煙支，經(jīng)過反復(fù)測試，當電位器的增益值調(diào)節(jié)為112%時，接頭剔除效果最優(yōu)。通過可視化顯示模塊可以實時顯示紅外信號的門限值和當前測量值，當測量值超過門限值時視為接頭剔除。

3 應(yīng)用效果

3.1 實驗設(shè)計

材料：“泰山（顏悅）”細支煙（山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青島卷煙廠提供）；全麻橫紋卷煙紙［透氣度50 CU，寬度19 mm，定量27 g/m2，長度5500 m，中煙摩迪（江門）紙業(yè)有限公司］。

設(shè)備：ZJ112A 細支煙卷接機組（常德煙草機械有限責(zé)任公司）。

方法：將定制的36盤專用卷煙紙均分為2組，每盤測試卷煙紙內(nèi)設(shè)置2個內(nèi)部隱形接頭，分別對改進前后檢測裝置進行測試。測試時間各3個工作日，統(tǒng)計改進前后接頭剔除率。

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表2可見，改進前檢測裝置只能識別和剔除換盤接頭，對內(nèi)部隱形接頭無法有效剔除。改進后能夠?qū)Q盤接頭和內(nèi)部隱形接頭全部剔除，剔除率達到100%，提高了煙支卷接質(zhì)量。

表2 檢測裝置改進前后剔除接頭數(shù)量Tab.2 Rejection rates of splices before and after modification of the detector （個）

4 結(jié)論

基于ZJ112A 細支煙卷接機組研制了一種新型卷煙紙拼接頭檢測裝置，通過加裝專用光學(xué)透鏡，將紅外檢測光斑直徑控制在2 mm以內(nèi)；通過加裝信號處理模塊，將原機無法剔除的內(nèi)部隱形接頭全部剔除。采用定制的36盤專用卷煙紙對改進前后檢測裝置進行測試，結(jié)果表明：改進后能夠?qū)Q盤接頭和內(nèi)部隱形接頭全部剔除，剔除率達到100%，有效解決了接頭漏剔問題，提升了卷煙產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。