卷接機煙支質量檢測系統研究

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摘要:設計一種煙支質量檢測系統，采用紅外光電傳感器進行煙支缺嘴、松頭、翹邊的數據采集與轉換，轉換后的數據送入控制組件實現煙支質量在線控制，并把信號實時數據通過CAN通訊傳送至人機界面。實踐表明，該煙支質量檢測系統穩定性好，檢測準確度高，具有較好的市場應用和推廣價值。

關鍵詞：松頭；紅外；MAX脈沖；DSP、滑動平均

一、引言

質量就是生命[1]，企業為保證產品質量，贏得市場，在產品生產線上，廣泛采用各種技術手段進行產品質量控制。煙支的松頭、缺嘴、翹邊質量缺陷會引起消費者抱怨，嚴重影響產品在消費者心目中的形象。香煙的煙支質量檢測方式有機械檢測[2]、電容檢測[3]、光電檢測[4-6]、視覺檢測[7-8]等方式，機械檢測容易因彈簧疲勞應力下降導致誤檢，且機械接觸容易對煙支造成二次損傷。電容檢測因煙絲量變化引起的電容值變化較微弱，使得信號的環境穩定性差且信噪比差，檢測準確度低。光電檢測具有反應快、靈敏度高等優點被廣泛應用，本系統也將采用光電檢測方案進行煙支質量檢測，檢測穩定性好且準確度高。

二、系統組成

該系統主要由檢測裝置、控制組件和上位機三部分組成，系統原理框圖如圖1所示，檢測裝置主要有平行光源產生電路、光電檢測頭、光電傳感器、信號電纜等組成，控制組件由傳感器信號處理電路，機器脈沖信號處理電路、CAN通訊電路、DSP及其外圍電路組成，上位機由工控機和觸摸屏顯示器組成。當煙支在檢測鼓輪上依次通過檢測位置時，檢測裝置產生的電壓信號進入控制組件的信號處理電路。DSP采集卷接機MAX時鐘脈沖信號并在正確的時鐘相位上完成對傳感器信號的實時采集并計算信號的峰谷差值，判斷煙支是否存在質量缺陷，向卷接機組控制系統發送剔廢信號，并通過CAN總線將實時數據發送至上位機。剔廢執行機構接收剔廢信號并在正確的時鐘相位上將廢煙剔除。上位機通過CAN通信將門坎參數、剔廢測點距離參數下發至DSP，并接收DSP上傳的實時數據，生成信號實時曲線并形成廢品報告。

三、系統硬件設計

（一）檢測裝置。煙支在檢測鼓輪上依次通過，檢測組件檢測頭安裝在檢測鼓輪旁邊合適位置上，采用光電傳感器檢測煙支是否缺嘴、采用紅外光電方式檢測點燃端是否空松、采用平行光檢測煙支是否存在翹邊變形。缺嘴檢測采用收發一體的光電傳感器實現。松頭檢測采用四合一光纖檢測頭進行紅外光的檢測接收，微弱光信號經光電轉換、電流電壓轉換，電壓調理放大電路并最終輸出。翹邊檢測采用電流可調的恒壓源給發光二極管供電，二極管發出的光經涂有勻化材料的透鏡組處理后轉化為平行光，照射在待檢煙支上，在檢測端形成煙支外形的投影。在檢測接收端選擇精密光敏管進行檢測，并經精密運放進行光電流I/V變換。煙支的翹邊程度及點燃端空松程度轉化為模擬電壓信號表征，缺嘴與否轉化為數字量信號表征。檢測組件的電源輸入與檢測信號輸出通過信號電纜與控制組件連接。信號電纜由6芯電纜和連接器組成，6芯電纜的定義為1：+15V電源，2：GND，3:-15V電源，4：缺嘴信號，5：松頭信號，6：翹邊信號。（二）控制組件?？刂平M件外部輸入信號主要來自MAX碼盤脈沖，檢測組件缺嘴、松頭、翹邊信號、上位機下傳的門坎、測點距離等參數?？刂平M件向外部輸出信號主要是指示信號、剔廢信號及向上位機傳輸的實時檢測數據及廢品信息。如圖2所示，控制組件主要由供電、DSP控制、外部定時模塊、數據、程序存儲、數據通信等功能電路組成。其中供電電路由三路DC-DC模塊組成，負責供電、電源隔離、電源指示功能。DSP控制電路主要由32位DSP處理器TMS320F2812構成，利用其內部ADC、EVB、定時器T0等資源，對輸入的MAX碼盤信號、煙支缺嘴信號、松頭信號、翹邊信號進行測量，經數據處理運算，判斷待檢煙支是否為缺陷煙支，實現煙支質量檢測，同時完成CAN總線數據通信。外部定時模塊主要由3路定時器組成，分別由DSP控制發出缺嘴剔廢信號、松頭剔廢信號、翹邊剔廢信號，實現煙支剔廢功能。數據存儲電路主要由非易失性存儲器組成，實現程序、內部參數的掉電保存。數據通信電路主要由CAN收發器組成，與DSP內部的CAN控制器一起實現可靠的CAN總線數據通信。（三）上位機。上位機由工控機和顯示器組成，選擇西門子工控機IPC627和14.1英寸彩色液晶屏G121XN01，另外選用AMT9542觸摸屏使現場參數設置及檢測實時曲線查看更便捷。工控機內置CAN通訊卡，通過CAN通信電纜與控制組件相連。

四、系統軟件設計

（一）控制組件軟件設計?？刂平M件首先采集卷接機MAX碼盤MCP脈沖時鐘信號。單支煙的生產檢測需經過10個MCP脈沖周期，每個MCP脈沖周期內采樣8次，則單支煙檢測周期內共采集80組數據。將采集的數據送入CAN發送緩沖區，通過比較得到該檢測周期內的信號峰值與信號谷值，計算出當前信號的峰谷差值OTn。采用滑動平均算法計算當前時刻的峰谷差值平均值AVGn。滑動平均算法實現如下，記錄512個合格煙支的峰谷差值數據，累加和值和平均值根據這組數據計算，計算公式如下：SUMn=∑nn-511OTi（1）AVGn=SUMn/512（2）其中n為大于512的自然數，i為在區間[n-511,n]內的自然數。根據當前信號的峰谷差值OTn及計算的峰谷差值平均值AVGn結合上位機設置下發的絕對門坎、相對門坎參數判定當前煙支是否為正常煙支。如果為正常煙支，舍棄最早的一個峰谷差值數據，將當前峰谷差值數據保存并參與下次差值平均值計算。如果為缺陷煙支，控制組件根據MAX時鐘脈沖和上位機設置的剔廢測點距離參數，在正確的時鐘相位上發出剔廢脈沖及剔廢指示信號。如圖3所示為控制組件的軟件流程圖。（二）上位機軟件設計。如圖4所示為上位機軟件流程圖，首先進行系統初始化，當松頭門坎、松頭相對門坎、翹邊門坎、翹邊相對門坎、缺嘴剔廢測點距離、松頭剔廢測點距離、翹邊剔廢測點距離等參數人為改變時，觸發產生中斷，通過CAN通信將參數下發至控制組件；上位機還需要通過CAN通信接收檢測信號實時數據及廢煙信息，根據檢測信號實時數據繪制實時曲線，根據廢煙信息形成廢品報告。

五、結論

本文闡述了卷接機煙支質量檢測系統組成及軟硬件實現方法。經現場驗證，該煙支質量檢測系統檢測準確性高，避免了不合格煙支流入下一生產環節，具有較好的實用價值和市場推廣價值。

參考文獻：

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[8]章磊，李耀，劉光徽.基于機器視覺的煙支檢測系統的設計[J].電子技術應用,2012,(5):15-18.

作者:余祎 錢志國 張勇 單位:1.中國電子科技集團公司第四十一研究所 2.安徽中煙工業有限責任公司蚌埠卷煙廠