李乾 姚祚 李翠蘭 李云 賞文凡 曹正剛

【摘要】濾棒物理指標(biāo)在線測(cè)量系統(tǒng)有利于濾棒生產(chǎn)過程中質(zhì)量控制，本文對(duì)濾棒物理指標(biāo)在線測(cè)量系統(tǒng)預(yù)警方式進(jìn)行了改進(jìn)，通過單獨(dú)快速檢測(cè)缺陷項(xiàng)目，能在綜合測(cè)試臺(tái)第二次檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)前，完成第一次測(cè)量預(yù)警的驗(yàn)證工作。

【關(guān)鍵詞】濾棒物理指標(biāo)；在線測(cè)量；預(yù)警

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.03.058

Improved Early Warning Mode of Online Measurement System of Filter Physical Indexes

LI Qian1，YAO Zuo2，LI Cuilan1，LI Yun1，SHANG Wenfan1，CAO Zhenggang1

（1.Huize cigarette factory of Hongyun Honghe Group，Qujing 654200，China；2.〔College of Food and Bioengineering〕Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou 450066，China）

Abstract：The online measurement system for physical indicators of filter rods is beneficial to quality control during the production process. This article improves the warning method of the online measurement system for physical indicators of filter rods. By separately and quickly detecting defect items，it is possible to complete the verification work of the first measurement warning before the second comprehensive test results appear.

Key words：physical indexes of filter rod；on-line measurement；early warning

ZL29型纖維濾棒成型機(jī)組是由許昌煙機(jī)公司在德國Hauni公司AF-KDF 4濾棒成型機(jī)組技術(shù)基礎(chǔ)上研發(fā)的一款單通道濾棒生產(chǎn)設(shè)備。其額定生產(chǎn)速度為600 m/min，在運(yùn)行穩(wěn)定性、濾棒產(chǎn)品穩(wěn)定性、自動(dòng)化程度等方面具有較高的水平。為實(shí)現(xiàn)濾棒生產(chǎn)過程質(zhì)量控制，工廠增加在線濾棒取樣與檢驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)重量、圓周、圓度和吸阻等物理指標(biāo)數(shù)據(jù)的采集及信息處理功能。

1現(xiàn)有取樣方式

1.1濾棒物理指標(biāo)重要性

濾棒物理指標(biāo)關(guān)系到卷制成型運(yùn)行穩(wěn)定性與成品卷煙吸阻、外觀缺陷指標(biāo)。當(dāng)圓周超過一定的偏差后，將出現(xiàn)卷煙機(jī)濾棒接收裝置入口堵塞、煙支漏氣、水松紙搓接不良等問題；當(dāng)壓降超標(biāo)后，將影響煙支感官質(zhì)量，不利于卷煙產(chǎn)品均質(zhì)化；當(dāng)濾棒長(zhǎng)度偏上限，將導(dǎo)致煙支煙絲端觸頭，直接影響煙支外觀質(zhì)量；當(dāng)濾棒重量波動(dòng)較大，將影響煙支重量穩(wěn)定性。

1.2現(xiàn)有取樣方式

會(huì)澤卷煙廠ZL29型纖維濾棒成型機(jī)組的濾棒輸出方式采用高位內(nèi)角輸出，傳遞鼓輪組件將濾棒從接收鼓輪傳遞給下傳遞鼓輪，上傳遞鼓輪從下傳遞鼓輪接收濾棒后再輸送給濾棒輸出皮帶，皮帶位置高于接收鼓輪，最后經(jīng)過濾棒裝盤機(jī)進(jìn)入濾棒高架庫。為及時(shí)掌握濾棒成型設(shè)備生產(chǎn)過程中濾棒物理指標(biāo)波動(dòng)情況，在裝盤機(jī)與上傳遞鼓輪連接輸送皮帶中間部位上方安裝類三角形弧形板，弧形板后側(cè)安裝一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的煙軸向方向開口空心管，濾棒沿著類三角形弧形板上表面、旋轉(zhuǎn)空心管無開口面移動(dòng)后進(jìn)入裝盤機(jī)。當(dāng)在線測(cè)量裝置需要取樣測(cè)量時(shí)，帶有開口的空心管旋轉(zhuǎn)一個(gè)方向，濾棒進(jìn)入空心管內(nèi)，空心管旋轉(zhuǎn)一定角度后，利用壓縮空氣將濾棒通過輸送彎管向綜合測(cè)量臺(tái)入口輸送。綜合測(cè)試臺(tái)入口的圓環(huán)套管上方的輸送管安裝一組對(duì)射檢測(cè)裝置，檢測(cè)到濾棒經(jīng)過后，嵌套在圓環(huán)套管內(nèi)的氣動(dòng)組件利用壓縮空氣形成反向緩沖，濾棒從高速移動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閳A環(huán)套管內(nèi)浮動(dòng)，在壓縮空氣被關(guān)閉后，濾棒依靠自重下落到綜合測(cè)量臺(tái)測(cè)量通道內(nèi)。出于降低消耗的目標(biāo)，綜合測(cè)試臺(tái)設(shè)置：每12 s對(duì)輸送皮帶上的濾棒進(jìn)行取樣，連續(xù)30支為一組進(jìn)行物理指標(biāo)（質(zhì)量、長(zhǎng)度、圓周、吸阻、圓度）統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算。

1.3質(zhì)量預(yù)警方式

現(xiàn)在KDF4成型機(jī)生產(chǎn)常規(guī)濾棒速度為6000支/分鐘，而每一個(gè)濾棒盒可以裝4600支濾棒（均值）。現(xiàn)有的濾棒盒兩端被氣缸夾持，隨著YJ37型裝盤機(jī)將一排濾棒不斷平推逐漸降低一個(gè)濾棒端面高度，最后通過氣缸兩端的磁性開關(guān)觸發(fā)濾棒盒滿的信號(hào)，進(jìn)行下一輪裝盤。如果圓周、吸阻、長(zhǎng)度指標(biāo)超限，等待第二次缺陷濾棒依然存在，12 s內(nèi)可能大約1200支濾棒無法進(jìn)行二次驗(yàn)證，需要人工抓一定數(shù)量的濾棒到綜合測(cè)試臺(tái)進(jìn)行復(fù)測(cè)，等到測(cè)量結(jié)果出來，可能產(chǎn)生2000左右濾棒。由于對(duì)取樣時(shí)間點(diǎn)與濾棒盒的高度未形成關(guān)聯(lián)，只能估算從濾棒開始取樣到人工復(fù)測(cè)階段共生產(chǎn)多少支濾棒，進(jìn)而無法判定缺陷的濾棒具體在那個(gè)濾嘴盒內(nèi)，更無法進(jìn)行研判缺陷濾棒在濾棒盒內(nèi)的具體位置，造成質(zhì)量追溯困難。因此將最近兩盒濾棒直接當(dāng)成廢棄濾棒處理，造成煙用材料的浪費(fèi)。由于現(xiàn)有綜合測(cè)試臺(tái)無報(bào)警功能，操作人員如果不一直關(guān)注測(cè)量結(jié)果，可能進(jìn)入到下一組測(cè)量界面，人工不能觀察到最近物理指標(biāo)波動(dòng)情況，只有通過歷史測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行追溯，通過取樣時(shí)間點(diǎn)到發(fā)現(xiàn)問題時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間差乘以成像設(shè)備運(yùn)行速度推理出該缺陷濾棒盒的大概位置。

部分卷煙企業(yè)在成型設(shè)備上方單獨(dú)安裝一塊觸摸顯示屏，便于操作人員能隨時(shí)觀看測(cè)量過程物理指標(biāo)變化，該觸摸顯示屏帶報(bào)警功能，當(dāng)綜合測(cè)量臺(tái)出現(xiàn)缺陷數(shù)據(jù)時(shí)候，報(bào)警器將報(bào)警，提示操作人員進(jìn)行關(guān)注設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)連續(xù)兩次測(cè)量的濾棒出現(xiàn)相同缺陷項(xiàng)時(shí)，需要操作人員進(jìn)行人工送檢復(fù)測(cè)，當(dāng)復(fù)測(cè)依然是相同故障缺陷時(shí)候，需進(jìn)行設(shè)備調(diào)整或者保養(yǎng)操作，工藝質(zhì)量人員通過MES檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，結(jié)合車間攝像視頻關(guān)注操作人員是否按照規(guī)定進(jìn)行操作。這種制度能有效保證不會(huì)出現(xiàn)大規(guī)模物理指標(biāo)缺陷的濾棒，但是需要操作人員精力高度集中，如果無法精準(zhǔn)判定缺陷產(chǎn)生濾棒所在具體濾棒盒具體位置，就會(huì)造成濾棒嚴(yán)重的浪費(fèi)。

2取樣方式改進(jìn)設(shè)計(jì)

參見圖1，一種濾棒物理指標(biāo)二次檢驗(yàn)系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)盤1、底板2、對(duì)射開關(guān)3、空心管4、安裝板5、螺栓6、綜合測(cè)量臺(tái)7、步進(jìn)電機(jī)8、控制器11、步進(jìn)電機(jī)控制器12、激光傳感器9、漫反射開關(guān)10組成，對(duì)射開關(guān)安裝在濾棒采集裝置壓縮空氣減速裝置下面，空心管上面?？招墓芟虏康耐饴菁y與轉(zhuǎn)盤環(huán)面的螺紋孔進(jìn)行連接固定，轉(zhuǎn)盤與步進(jìn)電機(jī)輸出軸利用軸肩與軸鍵配合連接，步進(jìn)電機(jī)穿過安裝板中間部位，利用兩個(gè)螺栓進(jìn)行固定，安裝板通過四個(gè)螺栓固定在綜合測(cè)量臺(tái)頂部。底板對(duì)稱軸心線與轉(zhuǎn)盤軸心線重合，底部通過三個(gè)均布的螺栓固定在安裝板上端面。

激光測(cè)距傳感器（左）對(duì)應(yīng)著濾棒盒一側(cè)頂部，高度為H1，另一個(gè)（右）對(duì)著濾棒盒盛裝濾棒的中心部位，高度為H2，漫反射開關(guān)位于濾棒盒輸送通道一側(cè)，且在正在裝濾棒盒后面位置，計(jì)數(shù)為J，設(shè)置工作時(shí)間段，在設(shè)備工作時(shí)間階段，J從0不斷進(jìn)行累加，J自帶數(shù)字顯示屏，實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)的濾棒盒數(shù)，H3為濾棒盒內(nèi)濾棒即將換濾棒盒的高度。濾棒高度為：H1+濾棒盒高度（H0-H2）。4個(gè)空心管分別對(duì)應(yīng)著四臺(tái)成型機(jī)各個(gè)濾棒采集通道，控制器與五臺(tái)綜合測(cè)試臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸，其中一臺(tái)為獨(dú)立的綜合測(cè)試臺(tái)，該綜合測(cè)試臺(tái)根據(jù)其他四臺(tái)綜合測(cè)試臺(tái)的缺陷項(xiàng)，進(jìn)行該項(xiàng)目的單獨(dú)測(cè)量。

當(dāng)某一個(gè)成型綜合測(cè)試臺(tái)某一次濾棒取樣，測(cè)量結(jié)果顯示異常，控制器采集到該缺陷項(xiàng)、缺陷產(chǎn)生的時(shí)間、濾棒盒的高度、成型機(jī)臺(tái)號(hào)，啟動(dòng)獨(dú)立綜合測(cè)試臺(tái)取樣工作，分別取2只濾棒，間隔3 s，濾棒經(jīng)過發(fā)送、減速階段后，對(duì)射開關(guān)檢測(cè)到濾棒信號(hào)后，進(jìn)入到空心管內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后，在獨(dú)立綜合測(cè)試臺(tái)測(cè)試入口上方停止轉(zhuǎn)動(dòng)，由于底板上開設(shè)有孔洞，因此濾棒進(jìn)入綜合測(cè)試臺(tái)內(nèi)，而綜合測(cè)試臺(tái)根據(jù)檢測(cè)缺陷的項(xiàng)目與機(jī)臺(tái)信息單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行項(xiàng)目檢測(cè)，如兩只濾棒在正常范圍內(nèi)，該輪取樣結(jié)束，如果異常，兩只濾棒分別對(duì)應(yīng)著該項(xiàng)指標(biāo)的兩個(gè)極限，即一大一小，該測(cè)量結(jié)束。如果兩只濾棒與某成型綜合測(cè)量臺(tái)缺陷項(xiàng)偏向一樣，該控制器調(diào)用報(bào)警器，提醒操作人員進(jìn)行介入，進(jìn)行設(shè)備保養(yǎng)或者結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整，并自動(dòng)定位該濾棒所在的濾棒盒以及所處的高度。

某臺(tái)綜合測(cè)試臺(tái)利用濾棒取樣裝置開始用正壓輸送濾棒時(shí)候，控制器采集正在裝濾棒的濾棒盒內(nèi)濾棒高度。N為從濾棒在線取樣點(diǎn)到濾棒裝盤機(jī)即將推送到濾棒盒內(nèi)的通道內(nèi)所有濾棒數(shù)量，根據(jù)KFD4成型機(jī)到裝盤機(jī)具體數(shù)量進(jìn)行設(shè)置。濾棒總數(shù)量S=（H1+H0-H2）×4600/H3+N。S>4600時(shí)，缺陷位置高度H4=[S-INT（S/4600）×4600]×H3/4600，濾棒缺陷所處于盒數(shù)：J+INT（S/4600）+1；S<4600時(shí)，缺陷位置高度H4=（S/ 4600）×H3，濾棒缺陷所處于盒數(shù)：J+1。人工在設(shè)備進(jìn)行停機(jī)保養(yǎng)的時(shí)候，根據(jù)控制顯示的濾棒缺陷所處于盒數(shù)與J顯示數(shù)據(jù)，便能判斷濾棒盒通道哪一盤是缺陷盤。

通過單獨(dú)設(shè)置綜合測(cè)試臺(tái)，與每臺(tái)成型機(jī)綜合測(cè)試臺(tái)進(jìn)行互動(dòng)，快速對(duì)缺陷項(xiàng)進(jìn)行二次驗(yàn)證，減少出現(xiàn)濾棒缺陷項(xiàng)就報(bào)警的情況出現(xiàn)，能自動(dòng)定位到取樣點(diǎn)缺陷濾棒所在濾棒盒位置以及在某一盒子的具體高度，方便進(jìn)行質(zhì)量追溯，降低濾棒被廢棄的數(shù)量。

3總結(jié)

隨著云平臺(tái)、5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、自動(dòng)化技術(shù)等在煙草行業(yè)的應(yīng)用，濾棒物理指標(biāo)在線測(cè)量系統(tǒng)每天將產(chǎn)生大約100組測(cè)量數(shù)據(jù)。我們應(yīng)借用機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)等理論對(duì)濾棒生產(chǎn)過程中各種物理指標(biāo)變化進(jìn)行智能預(yù)測(cè)，減少操作人員的干預(yù)程度，尤其是濾棒吸阻標(biāo)偏合格率、濾棒圓周Cpk合格率等指標(biāo)。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]冷和.濾棒成型機(jī)送絲噴頭改進(jìn)設(shè)計(jì)及性能實(shí)驗(yàn)研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2008.

【作者簡(jiǎn)介】

李乾，男，1988年出生，工程師，碩士，研究方向?yàn)榫頍煿に嚰百|(zhì)量管理。

（編輯：謝飛燕）