卷煙硬包小盒拆檢裝置設計

王 兵，楊 振，蔣仕飛，李 治

（云南煙草機械有限責任公司，云南 昆明 650106）

0 引言

基于現有成品卷煙外觀質量檢測現狀為人工檢測[1-3]，由于個體差異及受工作環境和強度的影響，拆檢過程中可能對煙支存在不可預知的損傷，且拆解效率低下，對人工成本是一個極大的損失。不僅如此，人工檢測存在外觀缺陷判定尺度不一、檢測數據無法實時上傳、質檢員工作量大等問題，項目采用自動拆解、智能檢測的工藝方法，結合倍福IPC 控制技術、視覺識別技術以及深度學習算法技術[4-6]，對成品卷煙進行自動檢測及拆解，對檢測數據實時上傳及智能分析，達到助力卷煙質量智能化管控的目的。

將傳統依靠人工拆檢的工作交由機器代替，形成唯一的檢測標準，同時引入深度學習算法[5,6]，突破了現有在線檢測設備無法對缺陷進行分類以及對成像質量要求高的瓶頸，仿人類神經網絡系統，具有很高的智能性，可以用在實驗室作為替代質檢員的實驗室設備，一方面可以降低質檢員的工作強度，另一方面可以使得檢測結果量化，檢測數據自動存儲，快速發現質量缺陷煙的問題所在，提高質量管理水平。該設備的使用能夠保證質檢質量的穩定，有效降低企業用工成本和管理難度，實現標準化作業，實現煙草行業的智能制造[7]。

1 裝置原理及組成

1.1 裝置原理

基于成品煙支質量檢測平臺的前提下，卷煙硬包小盒拆檢裝置主要對已經去除玻璃透明紙的細支小包卷煙外殼進行無損拆除[8-10]。由圖1、圖2 可見，該裝置能分別完成對煙包的上蓋、鋁紙搭口、上鋁紙的依次剔除。通過光源與視覺檢測配合技術，全方位無死角檢測出煙包、白卡和上鋁紙、煙支排列及質量等問題；并搭配合理的電氣控制系統和深度學習算法[11,12]，根據實際工藝需要，對采集圖像進行處理分類。輸出并統計檢測結果。

501:翻蓋裝置；502:鋁紙檢測；503:鋁紙拉片拆除；530:拉片收集箱；537:白卡檢測相機；504:鋁紙撐張裝置；505:煙支端面檢測相機；506:擠壓裝置；507:煙盒收集箱；508:轉動輪盤；509:煙包模盒。圖1 小盒拆檢模型

1.2 裝置主要組成及工藝流程

裝置主要通過轉塔結構的順時針旋轉，依次進行8 個工位上的推入轉塔（15）、打開上蓋（16）、檢測白卡和上鋁紙（17）、鋁紙拉口展開和分離（18）、上鋁紙展開（19）、煙支排列和質量檢測（20）、倒出煙支（21）、盒廢料回收（22）等工藝流程，實現小盒的自動拆檢。并將拆除后的煙支整齊排列下方接煙槽。為后續工藝的煙支檢測做準備。如圖3 所示。

圖3 各流程小盒狀態

2 主要結構設計

2.1 第一工位

圖1 所示，第一工位煙包模盒正對煙包入口方向。煙包模盒509 用于放置煙包，模盒上設置壓緊氣缸，當煙包進入該工位后，壓緊氣缸用于壓住煙包模盒內的煙包，將煙包固定在煙包模盒中，避免轉動的時候掉落。

2.2 第二工位

圖4 所示：正對第二工位，在轉動輪盤508 周圍設置翻蓋裝置501，用于夾持煙包的翻蓋后翻轉。翻蓋裝置501 包括兩個夾持部510，夾持部510 與第一旋轉電機511 連接，第一旋轉電機511 能夠帶動夾持部510 旋轉，將煙包的翻蓋翻開，夾持部510 安裝在第一夾持部調整單元512 上，第一夾持部調整單元512 能夠帶動夾持部510 直線移動，夾緊煙包的端蓋，第一夾持部調整單元512 安裝在第二夾持部調整單元513 上，用于調整夾持部510 對準煙包的翻蓋，第二夾持部調整單元513 和第一夾持部調整單元512通過電機傳動或者氣缸傳動。第一夾持部調整單元512 和第二夾持部調整單元513 垂直設置，能夠在X軸方向和Y 軸方向調整夾持部510 對準翻蓋，然后通過第一旋轉電機511 帶動夾持部510 旋轉，將煙包的翻蓋翻開。該種結構能夠實現多維調整，精確度更高。

510:夾持部；511:第一旋轉電機；512:第一夾持部調整單元；513:第二夾持部調整單元。圖4 翻蓋裝置501

2.3 第三工位

第三工位煙包模盒正對鋁紙搭扣檢測相機502，通過光源與視覺檢測配合技術，主要檢測出煙包白卡和上鋁紙有無缺失、用錯、折疊、污損、定位圖案偏移錯位等質量問題[8-10]。

2.4 第四工位

圖5 所示：第四工位正對鋁紙拉片拆除裝置503，該裝置包括兩個毛刷531、夾持裝置532，毛刷531 與第二旋轉電機533 連接，第二旋轉電機533 能夠帶動毛刷531 旋轉，將煙包306 的鋁紙刷開，毛刷531 和夾持裝置532 安裝在第一毛刷調整單元535上，夾持裝置532 與拉力檢測裝置534 連接，夾持裝置532 用于夾緊鋁紙拉片，拉力檢測裝置534 用于檢測鋁紙拉片的拉力，第一毛刷調整單元535 能夠帶動夾持裝置532 移動，將鋁紙拉片拉開，拆除的鋁紙拉片放入鋁紙拉片收集箱530 中，第一毛刷調整單元535 安裝在第二毛刷調整單元536 上，用于調整毛刷531 和夾持裝置532 對準鋁紙拉片，第一毛刷調整單元535 和第二毛刷調整單元536 通過電機傳動或者氣缸傳動。第一毛刷調整單元535 和第二毛刷調整單元536 垂直設置，能夠在X 軸方向和Y 軸方向調整毛刷531 和夾持裝置532 對準鋁紙拉片。該種結構能夠實現多維調整，精確度更高。

531:毛刷；532:夾持裝置；533:第二旋轉電機；534:拉力檢測裝置；535：第一毛刷調整單元；536:第二毛刷調整單元。圖5 鋁紙拉片拆除裝置503

2.5 第五工位

如圖6 所示，第五工位鋁紙撐張裝置504 包括兩個撥片550，撥片550 安裝在第一撥片調整單元551上，第一撥片調整單元551 能夠帶動撥片550 往復直線運動，用于將鋁紙撐開，第一撥片調整單元551 安裝在第二撥片調整單元552 上，用于調整撥開對準鋁紙的位置，第二撥片調整單元552 安裝在第三撥片調整單元553 上。鋁紙撐張裝置504 通過固定座554 固定安裝。第一撥片調整單元551、第二撥片調整單元552 和第三撥片調整單元553 垂直設置，能夠在X 軸方向、Y 軸方向、Z 軸方向調整撥片550 對準鋁紙，然后通過撥片550 將鋁紙撐開。該種結構能夠實現多維調整，精確度更高。第一撥片調整單元551、第二撥片調整單元552 和第三撥片調整單元553 通過電機傳動或者氣缸傳動。

550:撥片；551:第一撥片調整單元；552:第二撥片調整單元；553:第三撥片調整單元；554:固定座。圖6 鋁紙撐張裝置504

2.6 第六工位

第六工位正對煙支端面檢測相機505，該相機設置在鋁紙撐張裝置504 工位的后邊且與煙包模盒對應位置。鋁紙撥開后，煙支端面檢測相機505 用于獲取煙支端面的外觀圖像（煙支端面檢測相機505 旁邊設置有光源）。主要用于檢測煙支是否有缺失、折損、污漬、排列情況等相關質量問題[15]。

2.7 第七工位

第七工位正對位置安裝擠壓裝置506，如圖7 所示：擠壓裝置506 包括兩個擠壓頭560，擠壓頭560安裝在第一擠壓頭調整單元561 上，第一擠壓頭調整單元561 用于帶動夾持部510 產生握持力，擠壓煙包306 后將煙包306 內的煙支倒出，第一擠壓頭調整單元561 安裝在第二擠壓頭調整單元562 上。擠壓裝置506 通過安裝座固定安裝。第一擠壓頭調整單元561和第二擠壓頭調整單元562 垂直設置，能夠在X 軸方向、Y 軸方向調整擠壓頭560 對準煙包306。該種結構能夠實現多維調整，精確度更高。第一擠壓頭調整單元561 和第二擠壓頭調整單元562 通過電機傳動或者氣缸傳動。

560：擠壓裝置；561：第一擠壓頭調整單元；562：第二擠壓頭調整單元。圖7 擠壓裝置506

2.8 第八工位

如圖1 所示，第八工位正對廢料箱507。當煙盒廢料到達該工位后。通過直線運動裝置將廢料推入廢料箱507 中。

3 裝置應用情況

目前，該裝置鑲嵌成品煙綜合質量檢測平臺一整套設備[1-3]，見圖8，已交付到玉溪卷煙廠，在質檢室運行兩個月，設備運行穩定，有效作業率≥85%，設備能夠對煙條、煙包進行穩定地無損拆解，煙支分離順暢，無卡煙現象發生。設備檢測功能方面，通過兩個月的積累，檢測系統已采集到近百種缺陷種類樣本，并建立了擬合度相對較高的深度學習算法模型，通過驗證，設備檢測準確率≥98%，通過設備長期地運行，采集的缺陷樣本不斷地累積，再加之深度學習算法的自學習能力，檢測準確率以及檢測項覆蓋率在日后都將會有較大的提升[5-6]。

圖8 成品煙綜合質量檢測平臺轉塔視角

4 結語

針對當下大量人工拆檢煙包煙支，導致浪費人力資源，效率低，無法形成統一的檢測路線和檢驗標準的情況，設計一種卷煙硬包小盒拆檢裝置。該設計綜合了更高精確度的拆解方式、光源視覺檢測配合技術以及深度學習算法的加持[8-10]，搭建了國內乃至世界首創的成品煙綜合質量檢測平臺[5-6]。從玉溪煙廠的良好應用反響以及前期調研的市場需求來看，該平臺具備較高推廣條件，該技術可為相關行業拆檢業務提供技術參考。