关于提升烟草物流分拣系统打码质量的探索

李蓓 吴昊

1．河南省烟草公司洛阳市公司 河南洛阳 471000

2．河南省烟草公司鹤壁市公司 河南鹤壁 458000

1 打码的必要性及重要性

2006年以来，在国家烟草专卖局打码到条及订单采集系统项目中，卷烟分拣环节需要对分拣卷烟实现打码到条，即在每条卷烟的表面进行“32位码”的标记。

近年来，国家烟草专卖局针对卷烟打码质量的要求越来越高。根据“国烟专〔2010〕324”号文件《国家烟草专卖局关于卷烟打码销售有关事项的通知》，要求各烟草商业公司销售卷烟必须打码到条，未打码到条的卷烟不得在市场上销售，对于特殊包装的卷烟在物流出库时也要求进行打码到条；另根据“国烟专2013-281号”文件《国家烟草专卖局关于进一步加强卷烟打扫码管理监督的通知》，也明确要求：行业内要严格执行卷烟打扫码管理规定，切实提高打扫码质量，各省级局要加强打扫码管理，促所属地市级局（公司）加强打扫码软硬件管理和维护，32位条烟码要严格按照要求、规范进行打码，确保打码效果和清晰度，要加大条烟打码的质量。

由此可见，国家烟草专卖对实现所有卷烟打码到条，以及保证打码的质量尤为重视。

2 现阶段打码存在的问题

经过广泛调研，就现有的分拣条件及环境而言，打码环节存在的问题存在以下情况：

（1）由于分拣线采用的仓道弹烟技术，以及不同品规的条烟重量不一致，决定了分拣线上条烟姿态存在随机性强，从而导致打码设备打在条烟表面的码段位置分布随意、角度各异甚至残码、无码，对市场的稽查管理和专卖工作的开展造成一定程度影响[1]。

（2）条烟进入打码状态前没有订单核对机制，导致打码串户的存在，严重影响分拣效率；

（3）在高度自动化集成的生产线上，皮带线经常存在间歇、启停等过程，当皮带线停机减速或者启动加速时，往往造成打码内容堆积、变形，甚至无法识别的情况；

（4）分拣效率的不断提升要求生产线大幅度提速、加之打码设备老旧及现有常用二氧化碳激光打码技术瓶颈等因素，导致打码清晰度低、打码线条不均匀、部分条烟覆膜被灼破、激光加工产生烟雾等影响打码质量和生产环境的情况时有发生；

（5）就目前打码到条系统功能设计的角度，也存在以下不足：

打码机只要求与中软打码控制系统进行软件通讯和联机报警，完成打码数据的通讯和执行条烟打码的工作即可，并未实现整个分拣系统联机报警，当打码机未收到中软打码控制系统下发的码段时，分拣线仍可以正常流转，导致输送过来的卷烟漏打码；

打码机没有误操作或设备本身故障的联机报警功能，设备在运行过程中一旦出现误操作关闭激光电源、激光器本身故障、扫描振镜故障等就会造成不出光漏打码的情况。

（6）维护不到位导致的设备效能下降，例如，光学镜头污染、打码焦距失调、打码软件未随使用工况改变及时调整等，均会出现激光能量转化率下降，未达到能尽其用，浪费现象多发。

3 打码质量提升方向探索

针对打码环节存在的问题，通过组织专班调研、分析和试验，针对性进行一些有益探索。

3.1 增加条烟输送姿态整形装置及订单核对系统

由于分拣线普遍存在着条烟姿态随机性强，相对接入角过大的特点，严重影响打码质量和分拣效率，同时也会降低订单核对系统识别精度。为了提高打码质量和识别精度，必须对分拣线上条烟进行姿态调整，使之以较小的接入角进入识别和打码区域[2]。

该装置安装于条烟打码之前，条烟经过姿态整形装置时，前端安装的拨正机构首先将条烟进行拨正，拨正后的条烟随后进入压紧差速皮带线内，通过两端的限位杆和双条差速海绵轮，实现对条烟进行压紧并拉开合适间距，经过整形后的条烟将以垂直于流水线方向且全部保持相同姿态，同时大幅度减小条烟接入角度进入订单核对系统以提高识别精度，最终实现打码码段位于条烟相同的位置区域，美观度辨识度得到提升。

订单核对系统包括条烟品规+姿态识别系统，由扫描器、高速相机、光电传感器组成，光电传感器检测每条烟的到达检测位置并触发扫码器和高速相机：扫码器从4个方向扫描识别条烟品规，并将识别结果传输至后台系统进行订单核对纠错。

经过条烟输送姿态整形装置及订单核对系统的纠偏纠错，既可实现打码码段本身整齐划一，又可减少串户现象发生，提升分拣效率，对于打码质量的提升裨益良多。

3.2 增加流水线实时速度检测感应器

在高度自动化集成的生产线上，皮带线经常存在间歇、启停等情况。当皮带线停机减速或者启动加速时，条烟如果经过激光打码区域，传感器触发信号后，打码机仍然按照设定的时钟频率，即匀速频率来进行打码，而此时流水线上的条烟是在减速到静止（或者从静止加速到设定速率）的变速过程中，时钟频率与皮带线的实际速率不匹配，往往造成打码内容堆积、变形，甚至无法识别的情况，这种情况下可通过在流水线电机轴侧安装高精度的旋转编码器，旋转编码器感应电机的转动速度来实时侦知流水线速度，可实时准确侦知流水线的速度变化，当流水线启动、停机过程中，旋转编码器将条烟运行速度信号反馈给激光打码机，激光打码机再进一步通过软件计算调整打码时钟频率，确保打码效果一致。

3.3 采用冷光源激光打码机

目前烟草行业打码到条普遍使用波长为10.6um的CO2激光打码机，但CO2激光热加工的特性，以及某些特殊包装卷烟吸收10.6um波长激光的特性，其主要存在以下方面的缺陷：

（1）打码线条不够均匀、标刻效果不够细腻，影响字形美观度；

（2）字符首尾及线条结合处受激光灼刻产生的热量影响，会有交叉点；

（3）激光热加工，对烟条表层进行灼刻，针对浅色（白色、金色等包装）卷烟，打码效果与包装盒表层无法形成色差，直观辨识度低；

（4）激光打码时热量扩散，在覆膜内层有起雾情况，影响打码效果；

（5）激光热加工破坏表层覆膜，影响卷烟防潮效果；

（6）激光灼刻时会产生一定的烟尘、异味等，不利于环保；

（7）激光灼刻时有细微明火，可能存在安全隐患。

而冷光源激光打码机利用高频特种激光穿过包装透明膜在卷烟包装盒最表层形成色差，可实现内容清晰的标记效果。其采用高可靠半导体二极管泵浦激光管和独特的腔体结构设计，机械性能稳固可靠，光束质量好、功率稳定性高，可实现超精细打码；紫外激光热影响区极小，可避免被加工材料的损伤，是激光标识领域的理想光源[3]。

冷光源激光打码机采用紫外激光器，波长为355nm，更加适应对复杂材质、底色花纹多样的包装材料的打码。紫外激光属于冷加工，其原理是通过高能光子将产品材料分子链破坏，产生化学变化，形成颜色对比的标记效果。较之CO2激光标识，紫外激光具备精细化、高辨识度、高清晰度的打码效果。

冷光源激光打码机同时拥有激光标识设备的所有特性，可以在高速流水线上实现在线飞行打码功能。紫外激光聚焦光斑极小，光束质量高，焦点小，更适合各种材料的超精细打码，可带来近乎完美的打码效果。

3.4 增加漏打码防护系统

针对现有打码到条系统功能设计的缺陷，通过增加漏打码防护系统，真正确保“打码到条，一条一码，条码正确”

漏打码防护系统是通过增加独立运行的逻辑判定系统，实现在分拣打码环节，实时检测打码机和中继器通讯是否正常、激光出光信号是否正常、振镜偏转信号是否正常等，一旦出现漏打码故障，即时停机并处理，结合旋转编码器可同时对输送线停机瞬时激光正在打码的问题进行优化，对故障通过人机界面进行显示、存储、分析，以确保激光打码质量，杜绝无码卷烟进入配送环节或流入市场进行销售。

漏打码防护系统采用增加独立逻辑判定的技术方式，实时侦听双方通讯及物理信号判断的综合判定，对激光打码机和中继器双方是否正常通讯，打码机激光出光和振镜偏转环节业务逻辑是否正常进行判定，使得控制系统对打码的输出更为准确，并符合生产线实际使用要求。

同时结合旋转编码器对打码段差速皮带采用自动控制方式，当分拣系统输出停机信号时，对激光是否正在打码或刚好触发打标信号的情况进行判定，输出打码段皮带线延时停机信号，确保打码信息完整。并直接与分拣线进行联机，出现故障即时停机纠错，确保打码质量。

（1）打码控制逻辑和报警输出。系统通过对光电信号、激光打标卡、打标软件、激光器电源、激光器故障、振镜电源、振镜故障、中软打码控制系统等进行IO和通讯报文采集，综合判定并在打码设备存在故障时，即时输出报警信号，发出声光报警使操作人员能够第一时间对问题进行解决。

（2）质量统计、分析。

漏码防护系统通过人机界面实现人机交互、统计。可实现：

激光打标机设备及光电等IO状态进行实时显示；

故障信息的统计、分类；

故障信息的报表日志导出。

3.5 加强系统设备维护力度

系统设备维护是企业日常管理工作中的核心内容之一，具体到打码环节，打码设备性能是否稳定安全的输出，对打码质量及分拣效率乃至企业成本均能产生巨大影响。因此，加强对打码系统设备的维护力度，采取有效的维护措施确保打码系统设备的能效最大化、使用完整性及先进性，最终提升打码质量，促进物流分拣系统工作高效高质的开展。具体措施罗列如下：

图1 系统工作流程

加强内部技术学习交流培训，技术部相关岗位人员实现熟练的使用设备，全面的了解设备原理，并掌握设备操作、维护及基本故障排除的技能，减少日常生产过程中停机时间，确保分拣效率；

依托外部技术力量，通过专业的技术指导，掌握设备使用及调整技巧，实现设备能效最大化生产，例如，使用激光打码机对烟条进行激光打码时，激光打码的效果是激光能量与激光作用时间的乘积，在激光能量一定的情况下，延长激光作用时间可实现打码更清晰及字型更工整，这就需要通过判断实际使用环境来调整打码参数实现，避免无谓的打码过快，使激光能量更合理地作用在条烟表面；

及时更换维修设备损耗件并定期对设备进行维护保养，例如，及时对功率不足的激光器进行充气修复，确保激光能量始终处于合理状态，同时考虑到打码设备的高频使用及所处的高尘环境，定期对诸如光学系统进行清洁保养、对打码焦距进行校对调整、对条烟检测装置进行适应性调整等，确保整套系统高效输出。