基于高精度位移传感器的条盒拉线检测装置设计与应用

罗海权

【摘 要】为解决GD包装机在生产过程中容易出现的条盒拉线缺失和拉线偏移的质量问题，本文基于高精度位移传感器，设计了条盒拉线检测装置。该装置主要由位移传感器、放大器、主控制器、报警器等組成，装置具有以下特点：（1）检测正确率高，基于条盒拉线的物理尺寸即厚度进行检测;（2）当出现质量缺陷产品时，报警器报警提醒;（3）使用寿命长，位移传感器的持续检测次数高达2亿次;（4）调试方便，一般只需校正零位即可;（5）相对于成像式检测装置，其成本较低。使用结果表明，该检测装置能准确识别生产过程中出现的条盒拉线缺失和偏移的不合格产品，有效防止不合格产品流入下游生产工序。

【关键词】GD包装机;条盒拉线;位移传感器

中图分类号： TB486文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）13-0061-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.028

The Design and Application of Barrel Pull Detection Device Based on High Accuracy Displacement Sensor

LUO Hai-quan

（China Tobacco Guangdong Industrial. Co.， Ltd.，Guangzhou Cigarette Factory， Guangzhou Guangdong 510000， China）

【Abstract】In order to solve the quality problems of the absence and deviation of barrel pull in the production process of GD packaging machine， a barrel pull detection device is designed based on the high accuracy displacement sensor in this paper. The device is mainly composed of displacement sensor， amplifier， main controller， alarm and so on. The device has the following characteristics： （1） High detection accuracy based on detecting the physical size （i.e. thickness） of the barrel pull. （2） Once quality defects of products appear， the alarm warns. （3） With long service life. （4） It's easy to debug by correcting zero position. （5） Compared with the imaging detection device， its cost is lower. The application results show that the detection device can accurately identify the unqualified products with the problems of the absence and deviation of barrel pull in the production process.

【Key words】GD packaging machine; Barrel Pull; Displacement Sensor

1 问题现状

现GD包装机拉线检测装置大多采用成像式检测原理，其CMOS损坏和处理器损坏为不可修复故障，且占比较大，出现这类故障时，需要更换一套新的拉线检测装置，购买价格约4万元/台。本文的技术关键，主要是基于高精度位移传感器，进行原创性的自主设计——条盒拉线检测装置。

2 设计思路

拉线是“粘附”在条盒透明纸的某一固定位置上，当“拉线偏移或缺失”时，该位置的厚度将变小。因此，判断条盒透明纸上方的条盒拉线是否缺失或偏移，可通过检测其整体厚度的变化量进行实现。本课题的设计方向是采用接触式的检测方式，利用高精度位移传感器对条盒拉线的厚度进行检测。

目前的位移传感器已向高精度发展，检测精度可达±1μm，分辨率小于等于0.5μm。而条盒拉线厚度范围为36—46μm，完全在位移传感器的测量范围内。

3 机构组成

3.1 位移传感器

拉线检测部分的工作流程：接触件与条盒拉线接触，条盒拉线缺失或偏移会导致轴承发生位移，感测元件检测到位移变化量，并把位移信号转换为电平信号通过连接电缆输出信号。

本课题的传感器选用的是基恩士型号为GT2-P12的位移传感器，其感测原理是光栅刻度尺脉冲式，配置滚轮型接触件;选用的放大器是基恩士型号为GT2-71P的放大器，具有与传感器良好配合，可靠性高，可设置零位、上下限等优点。其工作原理是：位移传感器不间断的检测拉线位置处的厚度，将厚度变化值转化为电压变化值，首先是和设定值进行比较，然后由信号处理器进行信号处理与判断，最后是信号输出给控制器。

3.2 主控制器

在本检测装置中，控制器需要处理的输入信号有5个，即位移传感器信号、人工复位信号、空机运行信号、基准脉冲信号和相位脉冲信号，需要输出的信号共有4个，即报警信号、停机信号、降速信号和剔除信号。本课题的控制器选用的是西门子S7-200系列型号为CPU224的PLC。

3.3 支架设计

支架主要分为位移传感器的固定支架部分和支撑部分。固定支架分为固定板和缓冲块，位移传感器被固定在固定板上，再连接上缓冲块以防止机器运行时的过度振动，缓冲块主要起缓冲作用。支撑部分是承载运动状态的条盒拉线和位移传感器接触件，采用滚轮支撑设计，由连接板和承载底轮两部分组成。

4 装置设计

4.1 I/O分配表

4.2 程序设计

4.3 装置组装图

5 使用效果

基于高精度位移传感器的条盒拉线检测装置，运行稳定，准确可靠。据统计，检测准确率达到了99.8%，安装及调试时长、使用寿命及成本等三大方面均优于原成像式检测装置。使用结果表明，该检测装置能准确识别生产过程中出现的条盒拉线缺失和偏移的不合格产品，有效防止不合格产品流入下游生产工序。

【参考文献】

[1]孙志强，贾会志.ZB45/ZB25型包装设备电气维修[M].郑州：河南科学技术出版社，2014.10.

[2]张翼.纸张类产品厚度在线检测仪[J].

[3]邓则名，谢光汉.电器与可编程控制器应用技术[M].机械工业出版社，2008.08.

[4]廖常初.S7-200 PLC编程及应用.机械工业出版社， 2018.01.