ZJ112A细支烟卷接机组卷烟纸拼接头检测装置的研制

王开行，张建新，王毓鹏，张同轻，吴鹏坤，张忠祥

山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂，山东省青岛市崂山区株洲路37号 266000

ZJ112A是在ZJ112卷接机组基础上改进的细支烟卷接设备，该机组的卷烟纸拼接头（以下简称接头）检测装置采用红外光电技术，利用红外光线的穿透性识别并剔除接头。但该装置的红外光斑直径大于2 mm，在生产中因无法调节检测精度而只能识别和剔除换盘接头，对于宽度和厚度均小于换盘接头的细支烟卷烟纸内部隐形接头无法识别和剔除。目前国内卷烟企业对于接头检测装置的研究主要针对常规卷接机组及滤棒成型机组［1-3］，对细支烟卷接机组接头检测装置的研究及改进则鲜见报道。倪敏等［4］采用高灵敏度红外传感器解决滤棒成型机组接头因积聚纸灰而产生误判误剔问题，但该装置只能准确检测并剔除含有大于3 mm 接头或纸浆块的滤棒。杨帆［5］通过加装对射式光纤和光纤放大器的方式解决接头漏剔误剔问题，但该方式具有局限性，且无法调节检测精度，不适用于细支烟接头检测。王国峰等［6］采用超声波穿透法检测GDX1/GDX2 包装机组内衬纸接头，但该方法对发射器和接收器的安装要求较高，且无法检测出结合紧密或无缝隙接头。为此，以ZJ112A细支烟卷接机组为对象，研制了一种新型卷烟纸接头检测装置用于细支烟卷烟纸内部隐形接头的识别与剔除，以期提高接头检测精度，提升烟支卷接质量。

1 问题分析

根据行业标准要求，卷烟纸定量为25.5～36.0 g/m2，纵向拉力为430～440 kN/m，透气度为30～80 CU，不透明度为68%～73%［7-9］。内部隐形接头质量要求为：A 级每盘纸内部隐形接头数量不多于1 个，B 级不多于2个，C级不多于4个；接头牢固，粘接处胶水不允许透层并有颜色标记；接头质量不影响卷烟生产。内部隐形接头见图1。

图1 卷烟纸内部隐形接头Fig.1 Hidden splice of cigarette paper

根据工艺要求，卷烟纸换盘时通常利用双面胶带将两盘纸粘接起来，卷烟纸重叠区域为8～10 mm，面积约为8 mm×19 mm，见图2。由于卷烟纸重叠面积较大且厚度增加2倍，检测装置利用红外光能够有效检测出卷烟纸换盘接头。而卷烟纸内部隐形接头是采用胶水将卷烟纸粘接后再进行辊压，接头厚度与单张卷烟纸厚度基本一致，卷烟纸重叠区域为2～3 mm，面积约为2 mm×19 mm，接头面积减少约75%，厚度降低约2/3，见图3。以青岛卷烟厂生产的“泰山（颜悦）”牌细支烟为例，ZJ112A机组使用的卷烟纸规格为透气度50 CU，宽度19 mm，定量27 g/m2，长度5500 m，卷烟纸定量与最小标准值25.5 g/m2相差1.5 g/m2，卷烟纸厚度变薄且生产中粘接使用的胶水为白色。当机组运行时，接头检测装置发射端发出的红外光透过内部隐形接头后被接收端接收并转换为电压信号，与换盘接头相比，存在电压幅值低、脉冲宽度窄的特点，容易出现接头漏剔问题，影响检测装置的灵敏度。

图2 换盘接头示意图Fig.2 Schematic diagram of splice originated from bobbin change

图3 内部隐形接头示意图Fig.3 Schematic diagram of hidden splice

2 系统设计

2.1 结构组成

新型ZJ112A 细支烟卷接机组卷烟纸接头检测装置主要由固定底板、红外光电检测单元、信号处理模块、可视化显示模块、指示灯等部分组成，见图4。改进后红外光电检测单元包含红外线发光源、光学透镜和红外线接收单元，见图5。光学透镜将红外线发光源发出的发散红外光汇聚，使红外光斑直径控制在2 mm 以内。信号处理模块与红外光电检测单元连接，对接收到的电压信号进行放大，并与门限值分析比较（门限值可通过电位器调整）。当卷烟纸接头通过检测区域时，测量值超过门限值，信号处理模块发出一个24 V 电压信号输送至PLC，从而实现隐形接头的检测与剔除。

图4 新型卷烟纸接头检测装置结构示意图Fig.4 Structure of cigarette paper splice detector

图5 改进前后红外光电检测单元结构示意图Fig.5 Structures of infrared photoelectric detection unit before and after modification

2.2 固定底板

为使改进前后检测装置整体外观保持一致，改进后将底板尺寸设计为147 mm×80 mm，2个固定端中心距离为135 mm（可微调），降低了安装难度，可以与原检测装置无缝替换。

2.3 光学透镜

根据透镜成像原理，透镜半径R设计为2.1 mm，长度为3.7 mm。制作5种不同重叠宽度的隐形接头进行模拟测试，模拟车速7000 支/min，测试转盘频率221.7 Hz，即转速为221.7 r/s，结果见表1。可见，5种不同重叠宽度的接头均可被准确识别和剔除，转盘每旋转一圈5 个接头均有脉宽为1.140 ms 的剔除脉冲产生。

表1 不同重叠宽度隐形接头的剔除结果Tab.1 Rejecting results of hidden splices of different overlap widths

2.4 信号处理模块

改进后检测装置增加了信号处理模块和可视化显示模块，见图4。信号处理模块电路板上安装了拨码开关、运行拼接剔除指示灯、电位器、复位按钮、操作按钮和接线端子，通过调节电位器的增益值可以调整检测装置的灵敏度。灵敏度过低容易产生隐形接头漏剔，过高则会误剔合格烟支，经过反复测试，当电位器的增益值调节为112%时，接头剔除效果最优。通过可视化显示模块可以实时显示红外信号的门限值和当前测量值，当测量值超过门限值时视为接头剔除。

3 应用效果

3.1 实验设计

材料：“泰山（颜悦）”细支烟（山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂提供）；全麻横纹卷烟纸［透气度50 CU，宽度19 mm，定量27 g/m2，长度5500 m，中烟摩迪（江门）纸业有限公司］。

设备：ZJ112A 细支烟卷接机组（常德烟草机械有限责任公司）。

方法：将定制的36盘专用卷烟纸均分为2组，每盘测试卷烟纸内设置2个内部隐形接头，分别对改进前后检测装置进行测试。测试时间各3个工作日，统计改进前后接头剔除率。

3.2 数据分析

由表2可见，改进前检测装置只能识别和剔除换盘接头，对内部隐形接头无法有效剔除。改进后能够将换盘接头和内部隐形接头全部剔除，剔除率达到100%，提高了烟支卷接质量。

表2 检测装置改进前后剔除接头数量Tab.2 Rejection rates of splices before and after modification of the detector （个）

4 结论

基于ZJ112A 细支烟卷接机组研制了一种新型卷烟纸拼接头检测装置，通过加装专用光学透镜，将红外检测光斑直径控制在2 mm以内；通过加装信号处理模块，将原机无法剔除的内部隐形接头全部剔除。采用定制的36盘专用卷烟纸对改进前后检测装置进行测试，结果表明：改进后能够将换盘接头和内部隐形接头全部剔除，剔除率达到100%，有效解决了接头漏剔问题，提升了卷烟产品生产质量。