卷烟硬包小盒拆检装置设计

王 兵，杨 振，蒋仕飞，李 治

（云南烟草机械有限责任公司，云南 昆明 650106）

0 引言

基于现有成品卷烟外观质量检测现状为人工检测[1-3]，由于个体差异及受工作环境和强度的影响，拆检过程中可能对烟支存在不可预知的损伤，且拆解效率低下，对人工成本是一个极大的损失。不仅如此，人工检测存在外观缺陷判定尺度不一、检测数据无法实时上传、质检员工作量大等问题，项目采用自动拆解、智能检测的工艺方法，结合倍福IPC 控制技术、视觉识别技术以及深度学习算法技术[4-6]，对成品卷烟进行自动检测及拆解，对检测数据实时上传及智能分析，达到助力卷烟质量智能化管控的目的。

将传统依靠人工拆检的工作交由机器代替，形成唯一的检测标准，同时引入深度学习算法[5,6]，突破了现有在线检测设备无法对缺陷进行分类以及对成像质量要求高的瓶颈，仿人类神经网络系统，具有很高的智能性，可以用在实验室作为替代质检员的实验室设备，一方面可以降低质检员的工作强度，另一方面可以使得检测结果量化，检测数据自动存储，快速发现质量缺陷烟的问题所在，提高质量管理水平。该设备的使用能够保证质检质量的稳定，有效降低企业用工成本和管理难度，实现标准化作业，实现烟草行业的智能制造[7]。

1 装置原理及组成

1.1 装置原理

基于成品烟支质量检测平台的前提下，卷烟硬包小盒拆检装置主要对已经去除玻璃透明纸的细支小包卷烟外壳进行无损拆除[8-10]。由图1、图2 可见，该装置能分别完成对烟包的上盖、铝纸搭口、上铝纸的依次剔除。通过光源与视觉检测配合技术，全方位无死角检测出烟包、白卡和上铝纸、烟支排列及质量等问题；并搭配合理的电气控制系统和深度学习算法[11,12]，根据实际工艺需要，对采集图像进行处理分类。输出并统计检测结果。

501:翻盖装置；502:铝纸检测；503:铝纸拉片拆除；530:拉片收集箱；537:白卡检测相机；504:铝纸撑张装置；505:烟支端面检测相机；506:挤压装置；507:烟盒收集箱；508:转动轮盘；509:烟包模盒。图1 小盒拆检模型

1.2 装置主要组成及工艺流程

装置主要通过转塔结构的顺时针旋转，依次进行8 个工位上的推入转塔（15）、打开上盖（16）、检测白卡和上铝纸（17）、铝纸拉口展开和分离（18）、上铝纸展开（19）、烟支排列和质量检测（20）、倒出烟支（21）、盒废料回收（22）等工艺流程，实现小盒的自动拆检。并将拆除后的烟支整齐排列下方接烟槽。为后续工艺的烟支检测做准备。如图3 所示。

图3 各流程小盒状态

2 主要结构设计

2.1 第一工位

图1 所示，第一工位烟包模盒正对烟包入口方向。烟包模盒509 用于放置烟包，模盒上设置压紧气缸，当烟包进入该工位后，压紧气缸用于压住烟包模盒内的烟包，将烟包固定在烟包模盒中，避免转动的时候掉落。

2.2 第二工位

图4 所示：正对第二工位，在转动轮盘508 周围设置翻盖装置501，用于夹持烟包的翻盖后翻转。翻盖装置501 包括两个夹持部510，夹持部510 与第一旋转电机511 连接，第一旋转电机511 能够带动夹持部510 旋转，将烟包的翻盖翻开，夹持部510 安装在第一夹持部调整单元512 上，第一夹持部调整单元512 能够带动夹持部510 直线移动，夹紧烟包的端盖，第一夹持部调整单元512 安装在第二夹持部调整单元513 上，用于调整夹持部510 对准烟包的翻盖，第二夹持部调整单元513 和第一夹持部调整单元512通过电机传动或者气缸传动。第一夹持部调整单元512 和第二夹持部调整单元513 垂直设置，能够在X轴方向和Y 轴方向调整夹持部510 对准翻盖，然后通过第一旋转电机511 带动夹持部510 旋转，将烟包的翻盖翻开。该种结构能够实现多维调整，精确度更高。

510:夹持部；511:第一旋转电机；512:第一夹持部调整单元；513:第二夹持部调整单元。图4 翻盖装置501

2.3 第三工位

第三工位烟包模盒正对铝纸搭扣检测相机502，通过光源与视觉检测配合技术，主要检测出烟包白卡和上铝纸有无缺失、用错、折叠、污损、定位图案偏移错位等质量问题[8-10]。

2.4 第四工位

图5 所示：第四工位正对铝纸拉片拆除装置503，该装置包括两个毛刷531、夹持装置532，毛刷531 与第二旋转电机533 连接，第二旋转电机533 能够带动毛刷531 旋转，将烟包306 的铝纸刷开，毛刷531 和夹持装置532 安装在第一毛刷调整单元535上，夹持装置532 与拉力检测装置534 连接，夹持装置532 用于夹紧铝纸拉片，拉力检测装置534 用于检测铝纸拉片的拉力，第一毛刷调整单元535 能够带动夹持装置532 移动，将铝纸拉片拉开，拆除的铝纸拉片放入铝纸拉片收集箱530 中，第一毛刷调整单元535 安装在第二毛刷调整单元536 上，用于调整毛刷531 和夹持装置532 对准铝纸拉片，第一毛刷调整单元535 和第二毛刷调整单元536 通过电机传动或者气缸传动。第一毛刷调整单元535 和第二毛刷调整单元536 垂直设置，能够在X 轴方向和Y 轴方向调整毛刷531 和夹持装置532 对准铝纸拉片。该种结构能够实现多维调整，精确度更高。

531:毛刷；532:夹持装置；533:第二旋转电机；534:拉力检测装置；535：第一毛刷调整单元；536:第二毛刷调整单元。图5 铝纸拉片拆除装置503

2.5 第五工位

如图6 所示，第五工位铝纸撑张装置504 包括两个拨片550，拨片550 安装在第一拨片调整单元551上，第一拨片调整单元551 能够带动拨片550 往复直线运动，用于将铝纸撑开，第一拨片调整单元551 安装在第二拨片调整单元552 上，用于调整拨开对准铝纸的位置，第二拨片调整单元552 安装在第三拨片调整单元553 上。铝纸撑张装置504 通过固定座554 固定安装。第一拨片调整单元551、第二拨片调整单元552 和第三拨片调整单元553 垂直设置，能够在X 轴方向、Y 轴方向、Z 轴方向调整拨片550 对准铝纸，然后通过拨片550 将铝纸撑开。该种结构能够实现多维调整，精确度更高。第一拨片调整单元551、第二拨片调整单元552 和第三拨片调整单元553 通过电机传动或者气缸传动。

550:拨片；551:第一拨片调整单元；552:第二拨片调整单元；553:第三拨片调整单元；554:固定座。图6 铝纸撑张装置504

2.6 第六工位

第六工位正对烟支端面检测相机505，该相机设置在铝纸撑张装置504 工位的后边且与烟包模盒对应位置。铝纸拨开后，烟支端面检测相机505 用于获取烟支端面的外观图像（烟支端面检测相机505 旁边设置有光源）。主要用于检测烟支是否有缺失、折损、污渍、排列情况等相关质量问题[15]。

2.7 第七工位

第七工位正对位置安装挤压装置506，如图7 所示：挤压装置506 包括两个挤压头560，挤压头560安装在第一挤压头调整单元561 上，第一挤压头调整单元561 用于带动夹持部510 产生握持力，挤压烟包306 后将烟包306 内的烟支倒出，第一挤压头调整单元561 安装在第二挤压头调整单元562 上。挤压装置506 通过安装座固定安装。第一挤压头调整单元561和第二挤压头调整单元562 垂直设置，能够在X 轴方向、Y 轴方向调整挤压头560 对准烟包306。该种结构能够实现多维调整，精确度更高。第一挤压头调整单元561 和第二挤压头调整单元562 通过电机传动或者气缸传动。

560：挤压装置；561：第一挤压头调整单元；562：第二挤压头调整单元。图7 挤压装置506

2.8 第八工位

如图1 所示，第八工位正对废料箱507。当烟盒废料到达该工位后。通过直线运动装置将废料推入废料箱507 中。

3 装置应用情况

目前，该装置镶嵌成品烟综合质量检测平台一整套设备[1-3]，见图8，已交付到玉溪卷烟厂，在质检室运行两个月，设备运行稳定，有效作业率≥85%，设备能够对烟条、烟包进行稳定地无损拆解，烟支分离顺畅，无卡烟现象发生。设备检测功能方面，通过两个月的积累，检测系统已采集到近百种缺陷种类样本，并建立了拟合度相对较高的深度学习算法模型，通过验证，设备检测准确率≥98%，通过设备长期地运行，采集的缺陷样本不断地累积，再加之深度学习算法的自学习能力，检测准确率以及检测项覆盖率在日后都将会有较大的提升[5-6]。

图8 成品烟综合质量检测平台转塔视角

4 结语

针对当下大量人工拆检烟包烟支，导致浪费人力资源，效率低，无法形成统一的检测路线和检验标准的情况，设计一种卷烟硬包小盒拆检装置。该设计综合了更高精确度的拆解方式、光源视觉检测配合技术以及深度学习算法的加持[8-10]，搭建了国内乃至世界首创的成品烟综合质量检测平台[5-6]。从玉溪烟厂的良好应用反响以及前期调研的市场需求来看，该平台具备较高推广条件，该技术可为相关行业拆检业务提供技术参考。