【摘 要】针对GD包装机在卷烟包装过程中出现条盒遗漏、外观变形、包装材料改变导致检测无效等缺陷，设计了一种光电式缺盒检测器，该检测器由控制器、上检测板和下检测板三部分组成，利用反射式红外光电管的收发特性，发射管向烟包持续发出强度固定的红外光，被烟包反射后在光电接收管中产生表征光电管和烟包之间距离的电流信号，将该信号和标准距离信号比较，就可实现对香烟生产过程出现的内在条盒遗漏、外观变形等缺陷产品的检测。实践表明，缺盒检测误检率<0.1%，缺盒检测准确度达100%。
【关键词】GD包装机；条盒；缺包；单片机
中图分类号：TP2 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）26-0020-003
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.007
Design of photoelectric lack-box detector for GD packer
ZHANG Jun1 LI Xiao-bin2
（1.Baoji cigarette factory， Baoji Shanxi 721000， China；
2.School of Electronics and Electric Engineering， Baoji University of Arts and Sciences， Baoji Shanxi 721016， China）
【Abstract】A new type of photoelectric lack-box detector is designed for the invalidity detection which is resulted from the missing of the strip box， the appearance deformation， and the change of the packaging material in the GD packaging machine. It consists of three parts， controller，top-plate and under-plate.The transceiver features of reflective infrared photocells are used here.The infrared emitter tube sends fixed light signal to the box and the light signal is reflected by the box. The reflected light signal is detected by the receiver and the signal is changed into current signal which is influenced by the distance between the phototube and the box.By comparing the current signal with the standard signal，the detector can detect the faulty products of the missing of the strip box， the appearance deformation，and the like.Practice shows that the lack of box detection error rate is less than 0.1%， and the detecting accuracy for the lack of box is as high as 100%.
【Key words】GD packing machine； Box； Pack missing； MCU
0 引言
当前国内大多数卷烟企业使用的包装机是意大利生产的 GDX1/GDX2，这种包装机对缺烟条包的检测方式是采用五个电容传感器作为检测探头，对包装完条皮纸后的条包进行检测。其原理是利用电容传感器对金属物质特别敏感的特性，通过检测条包内相应位置小包的内衬铝箔来判断产品是否合格。近年来，随着技术的不断进步，包装材料也在不断的改变，尤其是出现了环保型不带铝箔的内衬纸及含有金属成分的条皮纸后，这种检测方式已经失去了效用。另一方面卷烟包装机安装有小盒外观成像、条装缺盒等在线质量检测系统，有效提升了质量保障能力。但对小盒挤坏、变形还没有较好的检测装置，若自检未能发现，流入市场，会损害消费者利益[1]。
针对这种情况，为了更好的保证产品质量，在原GD包装机型设计加装一种新型的条包检测器-光电式条包缺包检测器，从根本上解决条包确保问题[2]。该检测器的设计思想是：利用原车框形予折叠器（成型仓）的结构，重新加工框形予折叠器的上下盖板，并在上下盖板中各植入一组带有微处理器的检测板，以20支红外光电管作为检测探头，根据光电管因反射光强度会产生不同电流的原理，来实现检测目的[1]。
1 系统总体设计
GD包装机光电缺盒检测系统由四个模块构成，如图1所示[3]。控制芯片采用AD89C52单片机，光电检测模块将烟包表面反射回来的光转变为电流信号，该电流信号调理后经AD转换模块后输入单片机，单片机通依據对电流信号的大小即可判断条包中有无缺包。
2 系统硬件电路设计
2.1 光电检测模块设计
检测器由三部分组成，分别是上检测板、下检测板和控制器。其中上下检测板是根据原车框形予折叠器上下盖板加工而成，并在其内部植入检测板，主要起检测作用；控制器负责对上下检测板的检测信号进行统一处理并对上下检测板的检测参数进行设置。
其具体检测电路示意图如图2所示，光电检测模块选用常见的ST188光电式传感器，它自身集成了一个红外发射管和红外接收管，相当于自身既是发射源，又是检测点。发射电路发出红外光，在经过待检测物体（烟包）的漫反射后，会有一部分红外光被反射回接收电路，就会在光电接受管中产生电流，该电流信号经过采样电阻R0后转变为电压信号Vout输出给AD转换电路[4-5]。光电管发出的红外光被检测物反射后，会因反射光的强度在光电管中产生不同电流，对于同一检测物，光电管和被检测物的距离越近，被反射回来的光线越强，光电管中产生的电流就越大。在工作之前，先通过控制器对检测探头进行设置，确定一个固定的检测距离为检测标准。在生产过程中，当待包的烟包被推入框形予折叠器的一段相位内，检测器对条包的完整度进行检测。如果任一探头在某一瞬间检测到检测物距离大于检测标准，则可判断出该条包中有缺包（有可能烟包变形）情况出现，检测装置会发出一个信号给外围装置将该条包剔除。
2.2 AD转换模块设计
AD转换模块选用ADC0832芯片，它是使用非常普遍的8位串行A/D转换器，其最高分辨可达256级，由于其片内有输入数据寄存器，故可以直接与单片机接口。其引脚定义如表1所示[6-7]。
一般情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但是，由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用[8-9]。其接口电路如图3所示。当要进行AD转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟（CLK）输入端输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。
3 系统软件设计[10-14]
系统软件流程图如图4所示。单片机首先进行系统初始化，完成模拟量输入通道、中间变量等设置，然后控制ADC0832的使能端为低电平，开始对选中的通道进行转换。最后对AD转换的数据量进行量纲转换，和标准距离值进行比较，判断是否满足标准距离，若满足则继续下一次读取数据操作，否则给后端PLC发送剔除控制信号，剔除缺包烟。
4 系统仿真[15-16]
在Proteus环境下进行建模仿真，仿真模型如图5所示。这里用声光报警代替缺包剔除工作。即当电流大于设定值时，表示检测到的物体距离大于标准距离，说明缺包，系统给出声光报警。用滑动变阻器来模拟缺包，当滑动变组器处于中间时，报警模块不工作（蜂鸣器和LED灯上接单片机的一端是红色，高电平，表示不工作）。当滑动变组器不处于中间时，报警模块工作，蜂鸣器发出响声，LED灯亮（蜂鸣器和LED灯上接单片机的一端是蓝色，低电平，表示工作）。
5 结束语
GD包装机光电缺盒检测器工程化后如图6所示。多个光电管对同一烟包进行检测，可靠性高，对任何形式的缺包都有精准的检测，杜绝了漏检。由于是距离测试，检测装置不受包装材料限制，适合各种品牌香烟。装置还具有不改变原车任何结构，安装方便的优点。
图6 GD包装机光电缺盒检测器
该装置在宝鸡卷烟厂投入运行3年以来性能稳定，取得了令人满意的效果。这种检测技术克服了传统技术因为材料变换导致无法检测的缺陷，不但对缺盒漏包检测准确，而且对严重变形的烟条同样检测无误。该装置实现了GD包装机型在关键生产流程对产品质量的监控（从CH再生料斗后端烟包堆叠检测到条盒包装成型生产环节缺少针对每一个烟包是否缺失的质量监测装置）[2]，缺盒检测误检率<0.1%，缺盒检测准确度达100%。
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