接装纸涂胶在线检测及剔除系统的设计应用

接装纸涂胶在线检测及剔除系统的设计应用
叶松涛
【摘要】为实时监测并剔除因接装纸涂胶不均、位置偏移等产生的缺陷烟支,根据接装纸涂胶量对微波电磁场能量参数造成的不同变化,设计了接装纸涂胶在线检测及剔除系统.该系统利用微波介质谐振器振荡器产生的微波信号,通过微波PIN单刀多掷开关将微波信号分时发送到微波谐振腔作为检测信号,根据谐振腔输出信号幅度值的变化可判断出接装纸涂胶质量是否有缺陷.应用效果表明,该系统实现了在线检测并剔除烟支接嘴端、搭口端未涂胶,接装纸涂胶量太少,位置发生偏移的缺陷烟支,检测最小缺胶面积2 mm×2 mm,有效剔除率达到96％,从而保证了接装纸涂胶质量及控制精度,提高了烟支外观质量.%In order to real-timely detect and reject the defective cigarettes caused by tipping paper with uneven gluing or misalignment, an online detecting and rejecting system was designed basing on the variations of electromagnetic energy parameter of microwave versus glue amount. The microwave signal generated by a microwave media resonator was time-sharingly sent to a microwave resonant cavity by a single-pole multiple-throw microwave PIN switch. The variation of output signal from the resonant cavity would indicate that whether the tipping paper was properly glued. The application results showed that the system could online detect and reject the cigarettes with tipping paper gluing defects, the smallest detectable area of glue missing was 2 m m × 2 mm, and the effective rejecting rate was up to 96%. The quality of tipping paper gluing was well controlled and appearance quality of cigarette was improved.
【期刊名称】《烟草科技》
【年(卷),期】2012(000)003
【总页数】3页(P25-27)
【关键词】接装纸;涂胶;微波介质谐振器振荡器;在线检测;烟支剔除
【作者】叶松涛
【作者单位】许昌烟草机械有限责任公司,河南省许昌市 461000
【正文语种】中文
【中图分类】TS433
接装纸涂胶是接装机生产过程中的重要工序，接装纸涂胶层的厚度、均匀性、形状及位置的正确性，会直接影响卷接机组的生产效率和烟支的搓接质量[1]。

如果烟
支接嘴端涂胶量过少，会造成滤嘴搓接不良或掉嘴；如果接装纸搭口端涂胶量过少，会使成品烟支的接装纸翘边。

另外，花胶辊上应该有胶的较小区域如果无胶或胶量不足同样会出现搓接不良现象；对于离线激光打孔的接装纸，如果在激光打孔处涂上了胶水，则会影响烟支径向气流量和稀释度；如果接装纸在运行过程中发生偏移，则会引起涂胶层的形状及位置变化。

对接装纸涂胶层进行质量检测与控制，可以在接装纸供给位置分别加装一个对射式光纤检测传感器检测接装纸的透光度，并根据透光度的变化输出信号判别涂胶质量[2]，也可以加装视觉成像系统对接装纸进行
在线图像检测[3]，但这两种方法都不能很好地检测出接装纸在运行过程中是否发
生偏移和离线激光打孔的接装纸打孔区是否涂胶。

为此，根据接装纸不同涂胶量会对微波电磁场能量参数造成变化的原理，设计了接装纸涂胶在线检测及剔除系统，
以进一步解决上述问题，提高烟支外观质量。

1 系统组成及检测原理
1.1 系统组成
接装纸涂胶在线检测及剔除系统利用微波介质谐振器振荡器（DRO，Dielectric Resonator Oscillator）产生微波信号，通过微波PIN单刀多掷开关将其分成3路或5路，分时发送到各个微波谐振腔作为检测信号，照射到接装纸上，见图1。

由于接装纸涂胶层的厚度不同，导致涂胶层水分子的介电常数有差异，使微波谐振腔的终端电容发生变化，从而使谐振频率及谐振幅度也发生变化。

微波谐振腔的输出信号经过微波PIN单刀多掷开关将3路或5路合为一路传送到检波放大器，检波放大器根据不同的微波信号检出直流电平，将其放大并将所需波动幅度范围内的电压值传送到信号处理电路。

图1 接装纸涂胶在线检测及剔除系统结构示意图
1.2 检测原理
微波是一种高频电磁波，当其在介电材料内部传播时，介质材料将发生极化现象[4]。

含有涂胶层的接装纸通过微波同轴谐振腔时，一方面电磁能被水分子吸收而使微波强度有所衰减，另一方面电磁对涂胶层中水分子的氧离子、氢离子的正反转化会影响谐振频率[5]。

基于微波的这种特性，设计了接装纸涂胶在线检测及剔除系统。

当接装纸在距离微波同轴谐振腔的底面一定距离的位置移动时，由于涂胶层和接装纸的介电常数不同，接装纸涂胶层的水分子介电常数较大，因此会对微波检测头的谐振频率和谐振幅度产生较大影响。

利用通过检波放大后输出的反映接装纸涂胶量的直流电压信号，在信号处理单元处理后可计算出接装纸的涂胶量，当不符合要求时利用原机剔除系统可在线将缺陷烟支剔除。

2 技术实现
2.1 微波介质谐振器振荡器
微波介质谐振器振荡器（DRO）产生单一频率的微波信号。

当微波谐振腔内没有接装纸（或放置无胶接装纸）时，输出信号幅度达到最大值；当微波谐振腔下方涂有胶水的接装纸通过时，由于微波谐振腔的谐振频率降低以及水分对微波能量的吸收，使输出信号幅度减小。

因此根据谐振腔输出信号幅度值的变化可分辨出接装纸表面涂胶质量是否有缺陷。

2.2 检测系统的安装
接装纸涂胶在线检测系统安装在接装机的上胶器与胶后加热器之间，见图2。

微波检测探头安装在经上胶器涂胶后的接装纸下方，共有5个检测区，其中T1和T5检测烟支接嘴端涂胶状况，T2和T4检测激光预打孔区涂胶状况，T3检测搭口端涂胶状况，见图3（以激光打孔接装纸为例）。

图2 接装纸涂胶检测系统安装示意图
图3 接装纸涂胶层微波检测探头安装示意图
2.3 微波单刀多掷PIN开关
将3～5个微波谐振探头并排安置在一起，如果同时工作，相互之间会产生干扰，所以必须采取分时工作的方法。

微波PIN开关的作用在于由外加TTL控制信号控制各个通道微波信号的工作周期，实现几个微波谐振探头的分时工作。

微波单刀三掷开关（SP3T）或微波单刀五掷开关（SP5T）可将微波信号在3个或5个通道内切换，并将微波信号输送到需要工作的通道内[6]。

微波PIN开关的导通或切断由TTL电平控制，由于采用单一频率源工作，必须使5个谐振腔的谐振频率调节到基本一致，并使空腔的输出幅度也尽可能接近。

2.4 数据处理电路
检测到的输出信号通过A/D转换为数字信号后，传送到数据处理器对数据进行处理。

定时采样电路用于控制采样速度和采样周期、PIN开关的通断状态。

2.5 接装纸与谐振腔表面不同距离时的输出电压
由于接装纸与谐振腔表面距离不同，对于无接装纸、涂胶接装纸及涂胶不均匀接装纸，微波通道探头的输出电压也不相同。

由表1和表2可见，当接装纸与谐振腔表面之间的距离一定时，对于同一个微波通道，涂胶量不同，输出的直流电压值也不相同；对于同一个微波通道，介质相同时，输出的直流电压值随接装纸与谐振腔表面之间的距离减小而增大。

表1 接装纸与谐振腔表面不同距离时的输出电压12345 2.46 2.44 1.40 1.50 1.20 2.33 2.13 1.49 1.49 1.37 2.83 2.53 1.82 1.77 1.66 1.85 1.78 1.12 1.13 0.89 1.58 1.70 0.92 1.02 0.98 1.41 1.58 0.97 0.99 0.79 0.92 1.13 0.65 0.74 0.65 0.78 0.95 0.48 0.39 0.46 0.39 0.47 0.25 0.29 0.23 0.50 0.63 0.58 0.65 0.73 0.49 0.56 0.52 0.38 0.47 0.28 0.30 0.26 0.29 0.29
表2 接装纸有胶区偏离微波探头边缘不同距离时的输出电压15 2.67 1.66 1.24 0.96 0.19 0.23 0.23 0.36 0.29 0.49 0.33 0.57 0.42 0.67
2.6 缺陷烟支的剔除
根据定标实验，该系统能够在线检测接装纸烟支接嘴端、搭口端和激光打孔处最小缺胶面积为2 mm×2 mm的缺陷烟支，并根据“步距”跟踪原理，准确地将涂胶缺陷烟支在剔除鼓轮处剔除。

另外，还具有检测接装纸切刀切割位置是否正确、接装纸运行过程中是否发生向内或向外偏移、对所有检测及剔除缺陷烟支分类计数等功能。

在连续检测到缺陷烟支时，该系统可发出报警信息并控制停机。

3 应用效果
该检测系统已应用于PASSIM 7000卷接机组，实现了接装纸烟支接嘴端、搭口端未涂胶，涂胶量太少等缺陷烟支的在线检测及剔除，检测最小缺胶面积可精确到2 mm×2 mm，同时能够准确剔除接装纸运行过程中向内或向外偏移量超出一定范围的缺陷烟支，有效剔除率达到96%，保证了接装纸涂胶质量及控制精度，提高了烟支外观质量。

该检测系统的微波发射功率小于10 mW。

按GB 5959.6—2008《工业微波加热设备的安全规范》和GB 10436—1989《作业场所微波辐射卫生标准》分别进行了检测，在距离设备外壳5 cm处使用RCO-1A微波漏能仪测量的漏能均值为0.01 mW/cm2，小于国家标准规定的微波泄露功率密度应不大于50 W/m2（5 mW/cm2）要求；在工作人员各作业点也分别进行了测量（以工作人员胸部为准），其平均功率密度均小于GB 12638—1990《微波和超短波通信设备辐射安全要求》规定的小于50 μW/cm2要求。

因此，工作时的散射微波辐射对环境及人体基本无污染，安全性较高，适用于在工业现场使用。

参考文献
【相关文献】
[1] 李新光，李德法，彭峋，等.YJ15-YJ25-YJ35卷接机组安装调试手册[G].许昌：许昌烟草工业机械厂，1993.
[2] 罗彩丽，王桂铝.接装纸、卷烟纸接头检测系统的设计[J].烟草科技，2005（10）：26-27.
[3] 杨国荣，杨煜文，苏剑云，等.卷烟机接装纸在线识别系统[J].烟草科技，2003（10）：20-21.
[4] 牛中奇，朱满座，卢智远.电磁场理论基础[M].北京：电子工业出版社，2001.
[5] 邱晔，彭金辉.微波谐振腔微扰技术快速检测含水率[J].烟草科技，2008（6）：38-40.
[6] 李玉忠.微波水分测量技术发展历史及微波水分计制造现状[J].分析仪器，2006（3）：40-52.。