论文摘要：烟箱缺条现象在烟草工业企业生产过程中普遍存在，本文对近年来国内常见的电子称重检测、射线检测、电感阵列检测三种方式进行分析比较，设计开发出基于电感检测技术的烟箱缺条检测装置，以实现对烟箱条盒内小包金属铝箔包装纸进行检测，判断是否缺条。
　　Abstract：Thephenomenonofcarton-missingexistsgenerallyintheproductionprocessoftobaccoindustrialenterprise.Thispaperanalyzedandcomparedtheelectronicweighingdetection，radiationdetection，inductancearraydetectionwhicharecommoninrecentyears，designedanddevelopedthecarton-missingdetectiondevicebasedoninductancedetection，inordertorealizethedetectiontoparcelmetalaluminium-foilwrappingpaperinsmokebox，andjudgewhetherthebarsarelack.

关键词：电感；烟箱缺条；金属铝箔纸
　　Keywords：inductance；carton-missing；metalaluminium-foilpaper
　　中图分类号：U261.14文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）18-0033-03

0引言
　　目前，随着新一轮卷烟生产设备的技术革新，卷烟生产线现已多为流水线生产作业，而由于卷烟设备、包装设备连续高速运行，执行、检测及计数机构不可避免地会出现差错或受到干扰，导致在条烟装封箱过程中或装封箱之后，偶尔出现缺条（烟箱内实际数量少于规定数量）的情况，烟箱缺条现象在卷烟工艺标准中被定为A类质量缺陷，属于极其严重的质量缺陷，必须予以杜绝。以川渝中烟绵阳分厂为例，在2012年共收到市场烟箱缺条反馈次数数次，而通过内部自检、抽检反馈回的烟箱缺条次数则高达数十次。这些缺条卷烟箱如果没有得到有效地控制而流入市场，在一定程度上将会影响卷烟企业的声誉和产品形象。因此，设计开发性能可靠的烟箱缺条检测装置，在条烟装封箱过程之后进行缺条检测，杜绝缺条烟箱流入下游工序、市场，提高产品的质量，是维护企业良好信誉的当务
　　之急。

1封装箱机封箱过程现状分析
　　以YP11封装箱机为例，工作示意图如图1所示，条烟经条烟横向收集装置1输送至烟箱堆垛2时，经由堆垛装置升降器和定位器相互作用，使堆垛层数达到预定要求。产品在进堆垛的同时，链式驱动的自动进料将纸箱从纸箱料斗5中送入装箱工位，并利用真空负压原理，将纸箱矫正成型[4]。在堆垛完成后，检测开关发出信号，控制入箱推手3将条烟堆垛通过扩口装置推入纸箱4。在入箱推手3动作两次后，完成条烟的入箱推进。装满产品的纸箱将沿着纸箱卸载轨道经过喷胶系统6进入压紧装置和卸料皮带装置，经过一定时间的延时后，纸箱在卸料皮带的拖动下，经过胶带自动粘贴装置7粘贴胶带后流入下游机。

2方案设计
　　2.1检测装置方案设计总要求烟箱缺条检测装置方案设计总体要求主要有三点：一是要保证检测准确、性能可靠，切实起到有效避免缺条烟箱流入下游工序的作用；二是要能满足日常成品烟箱自动封装的效率要求；三是尽量适应现有工艺流程和生产装备的相关要求，避免对现有流程和装备作过多的改造。
　　2.2检测方式的分析比较近年来国内先后出现了3种不同检测方式的烟箱缺条检测装置，它们分别是射线成像检测、电子称重式检测和电感阵列检测[1]。
　　2.2.1射线成像检测利用γ射线穿透物体成像原理，对烟箱内部烟条排列情况拍照成像后与标准图片进行对比，判断是否缺条。设备安装在装封箱过程完成后，占用场地不大，但需购进成套射线成像设备和显示屏设备。此种检测方式具有可视性好，可实时监控的优点，但是设备成本高，还存在辐射安全隐患，安全性较低，同时存在零点漂移需经常调整，维护不便。
　　2.2.2电子称重式检测电子称重式检测主要利用烟箱缺条引起的烟箱重量变化，判别是否缺条[2]。由于卷烟产品制作工艺的局限，以及卷烟材料和包装材料的波动性会导致烟箱本身重量存在一定的离散性，设定的标准烟箱重量本身就具有不稳定性，无法按此值进行比较。所以，利用该方法判别烟箱是否缺条显然存在很大困难，不论所采用的电子秤本身精度及稳定性如何，其漏报和误报的概率都会很高。
　　2.2.3电感阵列式检测利用电感对金属起敏感检测的功能，针对烟箱条盒内小包金属铝箔纸进行检测，判断是否缺条。目前，绝大多数香烟品牌采用金属铝箔纸作为小包内包装纸，铝箔的厚度大概为0.0065mm或0.006mm，每包香烟金属铝含量大约为0.284克[5]。根据法拉第电磁感应定律，金属物体在变化的磁场中会产生电压，此电压会反过来影响电感中检测线圈，并在线圈中产生一个感应电动势[3]，计算公式如下：
　　E=n■
　　式中：？准是通过线圈的交变磁场的磁通量；n是线圈的绕线圈数[6]；t是时间积累量。
　　通过检测该感应电动势即可对所检测的金属铝箔纸进行检测，即使普通电感检测开关也能实现对铝箔纸有无的检测，可靠性及稳定性极高。
　　综合以上分析比较，电感阵列式烟箱缺条检测设备在安全性、准确性、可靠性和稳定性等方面优势较为突出。因此，确定采用电感阵列式烟箱缺条检测设备。
　　2.3检测装置硬件设计及原理剖析
　　2.3.1检测装置安装位置的确定通过前面封装箱机工作原理的分析知道，装箱机在烟箱堆垛时带有的检测能在一定程度上避免出现缺条现象，但在封装箱机封箱完成后没有相关检测装置对烟箱缺条情况进行再次检测。而实际上仍存在检测器失效或者手动盘车等特殊情况，同样会导致缺条烟箱流入下游工序，产生质量隐患。所以为了能更加及时有效地检测出缺条烟箱，增加检测装置的可靠性，在综合考虑设备安装空间占用情况、设备布局合理性以及项目经济性等因素后，封装箱机胶带粘贴工序7（如图1所示）之后的出口侧是最合理的安装位置。
　　2.3.2检测装置硬件设计检测装置由传感器支架和电气系统两部分组成，电气系统又由信号采集单元、PLC控制单元、本地报警单元三个部分组成。其中，传感器支架主要实现电感检测器及烟箱到位检测的安装；信号采集单元主要完成对烟箱到位检测、动态扫描；PLC控制单元主要完成对采集信号的处理、逻辑分析判断及处理结果输出；本地报警单元主要完成检测到缺条后声光报警。检测传感器支架安装于一门型框架两立柱上，左右立柱各五个检测，每个检测分别对应烟箱内的一层条烟，具体检测支架安装示意图如图2所示。
　　检测装置采用10个金属检测对烟条进行检测，并利用两个到位检测形成一个工作区间，控制10个金属检测器信号采集时间，每个金属检测扫描烟箱内一层条烟；当烟箱到达到位检测（前）时，不采集信号，直至到位检测（后）检测到烟箱，才开始采集缺条信号；信号采集过程开始后，任意一个金属检测器信号断掉即判为缺条；由于利用工作区间，有效避免了因到位检测与缺条检测器启停时间不一致而造成的误判。
　　由于电感检测透过烟箱对条烟金属铝箔纸进行检测的，为了能选择合理的电感检测器件，必须考虑以下条件。
　　条件1：所选检测器的有效检测距离必需能穿透不同品牌的烟箱及烟箱内的最大空隙。
　　条件2：所选的检测器直径必需合适，既能保证有效避免由于每层相邻烟箱间存在间隙而造成误报警，又能在实际缺条时能有效检测出缺条，直径h必须要小于条烟的高度D。
　　条件3：同时，对所选检测器所能检测的最小范围也有要求。当烟箱内缺一条烟，总间隙为一条烟的宽度，如果此时剩余的四条条烟在烟箱内间距相同，缺条检测器必须能检测出这时出现条烟间的最小间隙，才能保证不漏检。其最小间隙d>W/5，W为烟条的宽度。
　　PLC控制单元按照PLC输入输出（I/O）点数是否满足实际需要，选择欧姆龙小型PLC系列产品中的CPM1A-30CDR-A-V1型号。采用该型号产品，程序响应频率快，工作可靠稳定，满足现场工业的复杂环境。由于电控元器件通用性强，使整个电控系统具有良好的兼容性和扩展性，同时完成数据采集功能，可与企业管理层的上位机联网，提高企业信息化水平。
　　2.3.3检测原理剖析根据上述系统的设计方案和要求，系统采用分层动态扫描检测方法采集信号，并对每一层传感器所采集的信号进行逻辑处理。烟箱缺条检测的原理框图如图3所示。
　　烟箱在封装箱机输送辊机上向下游设备输送时，烟箱首先触发到烟箱到位检测，为避免缺条检测在采集信号过程中误动作，必须当两个烟箱到位检测同时检测到烟箱时，才开始采集条烟信号；同时，由于每个检测传感器分别对应通过门型柱的烟条层，所以烟箱在向前输送时，只要烟箱一旦出现任何形式的缺条，可编程序控制器即可将收到检测传感器反馈回的异常信号进行处理，从而启动报警。
　　2.4该检测装置的创新点
　　2.4.1控制方式新利用两个到位检测形成一个工作区间，有效避免了因到位检测与金属检测之间启停时间不一致而造成的误判，提高了检测装置的控制精度。
　　2.4.2可靠性好由于电感检测元件具有背景高抑制性，能够适应不同品牌烟箱、不同颜色烟箱及条盒、小包包装纸；同时由于金属铝箔纸金属成分含量高，电感检测元件检测效果非常明显。
　　2.4.3性价比高本检测装置制造费用约为1.8万元，远远低于市场上同种功能的各检测装置（约为25万元～50万元）；同时设备的安装、维护比现有各检测装置方便，后续费用较低；而实现的缺条检测效果十分良好，故具有高性价比。

3实际运行效果验证
　　系统安装、调试正常并测试合格后，经过三个月的实际运行，统计结果表明（见表1）设备达到了检测准确、性能靠、运行稳定的目标，真正起到有效避免缺条烟箱流入市场的作用，维护了卷烟企业的声誉和形象。
　　设计添加YP11封箱机缺条检测后，完全杜绝了封箱机缺条烟箱进入下游设备，实现了预定要求。

4结论
　　本检测装置采用无辐射检测器件，通过对检测器件的巧妙布局，配合可编程序控制器，能精确检测烟箱是否缺条；由于检测器件的背景抑制特性[7]，不会因烟箱颜色的变化而出现误检，检测器工作期间，不会产生对人体有害的射线。实际应用证明，自2012年6月使用至今缺条检测装置系统具有很高的准确性、稳定性和可靠性，提出率达到100%。

参考文献：
　　[1]王杨.浅谈烟箱缺条的测控方法[J].中国科技信息，2010（17）：162.
　　[2]杨启成.射线扫描式烟箱缺条在线检测系统的开发及应用[J].核电子学与探测技术，2008，28（5）：1024-1028.
　　[3]常健.传感器与检测技术[M].北京：机械工业出版社.
　　[4]沈继斌.条烟装封箱机的工作原理[J].包装与食品机械，2006，24（6）：54-56.
　　[5]於建生.中国烟草包装铝箔的市场现状及展望[R].