微波檢測(cè)剔除系統(tǒng)在膠囊復(fù)合濾棒檢測(cè)中的應(yīng)用

田 銳

（貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司貴定卷煙廠，貴州 黔南州 551300）

0 引言

近年來，復(fù)合濾棒逐漸在行業(yè)內(nèi)得到推廣及應(yīng)用，其功能從降焦減害逐步擴(kuò)展到改善卷煙感官質(zhì)量方面，特別是膠囊復(fù)合濾棒的興起，給行業(yè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，其多用于新品開發(fā)，由于新品牌的開發(fā)生產(chǎn)技術(shù)需要保密，因此，膠囊復(fù)合濾棒的生產(chǎn)工藝之間的交流較少。該公司推出的膠囊復(fù)合濾棒在濾棒中加入含有酒香的膠囊，這不僅對(duì)工藝提出了新的要求，而且也對(duì)濾棒的質(zhì)量檢測(cè)提出了新的挑戰(zhàn)?；谀z囊復(fù)合濾棒的特殊性，多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)都是通過設(shè)備改造來生產(chǎn)膠囊復(fù)合濾棒的，而設(shè)備隨著膠囊濾棒的新起不斷完善并持續(xù)改進(jìn)生產(chǎn)工藝。

該公司運(yùn)用的在線質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)是利用在線微波檢測(cè)技術(shù)的原理，對(duì)濾棒內(nèi)膠囊的有無、膠囊的位置是否偏移及膠囊質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。該公司生產(chǎn)的其中一種膠囊復(fù)合濾棒如圖1 所示。膠囊復(fù)合濾棒在實(shí)際制作過程中受各種因素的影響，會(huì)導(dǎo)致復(fù)合濾棒中出現(xiàn)膠囊缺失或放入位置不對(duì)的現(xiàn)象，使濾棒不符合要求，出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，這種情況人工很難識(shí)別。因此，應(yīng)用基于在線微波檢測(cè)技術(shù)微波檢測(cè)原理的在線質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)成型的膠囊復(fù)合濾棒進(jìn)行微波在線定位檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷濾棒時(shí)跟蹤控制并將其剔除，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。

圖1 膠囊復(fù)合濾棒示意圖

1 微波檢測(cè)復(fù)合濾棒缺陷的原理

該檢測(cè)系統(tǒng)是基于不同介質(zhì)通過微波裝置的諧振腔時(shí)，微波諧振信號(hào)的諧振頻率和諧振幅度發(fā)生變化來進(jìn)行檢測(cè)的。圖1 膠囊復(fù)合濾棒中A1段和A2段材質(zhì)的濾棒與B1和B2段材質(zhì)（含膠囊）的濾棒，在通過微波裝置的諧振腔部位時(shí)，會(huì)隨機(jī)產(chǎn)生微波諧振信號(hào)[2]，對(duì)其進(jìn)行信息數(shù)據(jù)分析和比對(duì)研究后，可以從微波諧振信號(hào)的變化中明顯分辨出A 段材質(zhì)濾棒與B 段材質(zhì)濾棒。分析結(jié)果如圖2所示。

圖2 中，U 表示微波諧振曲線振幅，F(xiàn) 表示微波諧振曲線頻率。1 處表示A 段材質(zhì)濾棒產(chǎn)生的微波信號(hào)，2 處表示B 段材質(zhì)濾棒產(chǎn)生的微波信號(hào)。

2 微波檢測(cè)剔除技術(shù)在濾棒檢測(cè)中的應(yīng)用

微波是無線電頻譜的一部分。指頻率在300 MHz～300 GHz，即波長(zhǎng)在0.1 mm～1 m 的電磁波。微波技術(shù)是基于微波的特點(diǎn)發(fā)展而成的一門技術(shù)。它的研究?jī)?nèi)容包括微波的產(chǎn)生、傳輸、傳播、輻射、檢測(cè)及應(yīng)用等方面。該系統(tǒng)利用濾棒經(jīng)過微波電磁場(chǎng)時(shí)，由于不同濾棒段或?yàn)V棒中物質(zhì)的密度及水分含量不同，導(dǎo)致微波電磁場(chǎng)的能量參數(shù)發(fā)生變化，以此來檢測(cè)不同的濾棒段，確保濾棒質(zhì)量。

2.1 系統(tǒng)組成架構(gòu)

該系統(tǒng)主要由專用微波源、諧振腔、檢波器、A/D 變換器、方波產(chǎn)生器、CPU 主件、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘處理單元、殼體組件、數(shù)據(jù)信號(hào)處理系統(tǒng)、顯示器、剔除執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。

2.2 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)分析

基于微波檢測(cè)的特性，其對(duì)被檢材料含水率差異變化反應(yīng)極其敏感，同時(shí)它對(duì)被檢測(cè)材料本身的物理特性不會(huì)產(chǎn)生任何影響，并且能在線、實(shí)時(shí)、快速、無損地檢測(cè)被檢測(cè)材料的特性、特點(diǎn)。

首先，系統(tǒng)的檢測(cè)控制精度和可靠性滿足生產(chǎn)工藝要求。該系統(tǒng)可以根據(jù)濾棒設(shè)備操作人員或維修技術(shù)人員的需要切換通電狀態(tài)，且不需要提前作預(yù)熱處理，也不需要作回零處理就能使系統(tǒng)的檢測(cè)控制精度和可靠性滿足生產(chǎn)工藝的要求。

其次，系統(tǒng)的微波檢測(cè)頭沒有安全問題。系統(tǒng)的微波檢測(cè)頭發(fā)射功率極?。▋H10 mW），對(duì)系統(tǒng)周圍的人員及環(huán)境無任何危害及影響[1]。

再次，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息處理單元便于安裝和維護(hù)。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息處理單元是集成在一個(gè)電控柜中的，便于安裝和維護(hù)。電控柜固定在濾棒成型機(jī)的頂部，控制器單獨(dú)安裝在濾棒設(shè)備的正面，方便觀看和操作。

最后，系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)較方便。整套檢測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過了一系列的檢驗(yàn)和測(cè)試，軟件和硬件均達(dá)到安全、穩(wěn)定、可靠的使用要求，且系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)也很方便。

2.3 系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

根據(jù)不同材料（或相同材料不同的密度）在微波環(huán)境中諧振頻率和振幅的差異，以在線非接觸方式監(jiān)測(cè)膠囊濾棒中的密度變化，并與各段的理論距離和膠囊濾棒的密度順序進(jìn)行比較，圖1 中當(dāng)出現(xiàn)以下3 種情況時(shí)輸出剔除信號(hào)。1）分辨相位偏移。當(dāng)A1段介質(zhì)與B1段介質(zhì)距離誤差不在設(shè)定值范圍內(nèi)時(shí)，判定該膠囊濾棒出現(xiàn)相位偏差，輸出剔除信號(hào)。2）分辨結(jié)構(gòu)錯(cuò)位。如A1段介質(zhì)之后的距離誤差不等于設(shè)定值時(shí)，判定該復(fù)合濾棒為結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤，輸出剔除信號(hào)。如果被測(cè)膠囊濾棒的密度時(shí)序與正常密度時(shí)序不一致，也剔除。3）設(shè)置參數(shù)?？赏ㄟ^人機(jī)界面修改膠囊濾棒的結(jié)構(gòu)參數(shù)、剔除門限值、剔除數(shù)量、剔除路徑時(shí)間等參數(shù)。

3 微波檢測(cè)剔除系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用

3.1 濾棒截面

該系統(tǒng)把每支濾棒按照工藝要求進(jìn)行截面等分。帶膠囊的濾棒通過微波檢測(cè)頭時(shí)，實(shí)時(shí)快速掃描濾棒的每個(gè)截面，并對(duì)濾棒的每個(gè)截面產(chǎn)生的微波信號(hào)進(jìn)行綜合處理，可實(shí)時(shí)判斷濾棒中膠囊的位置和膠囊存在的狀態(tài)。

3.2 膠囊位置

當(dāng)膠囊的位置偏出了工藝要求的位置時(shí)，系統(tǒng)判定該濾棒不合格。當(dāng)膠囊放置位置超出要求或放置位置漏放膠囊時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出剔除指令，剔除膠囊位置出錯(cuò)的濾棒。

3.3 參數(shù)設(shè)置

在膠囊濾棒微波檢測(cè)剔除系統(tǒng)的監(jiān)視界面中，可進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)（產(chǎn)品品牌、系統(tǒng)調(diào)試等）設(shè)置，顯示相關(guān)數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)）等[1]。

3.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

在2 個(gè)不同時(shí)段對(duì)微波進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)剔除系統(tǒng)中的膠囊復(fù)合濾棒進(jìn)行了測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下。

3.4.1 第1批次濾棒剔除測(cè)試數(shù)據(jù)

隨機(jī)在膠囊濾棒成型機(jī)組濾棒出口處對(duì)生產(chǎn)的成品濾棒進(jìn)行抽樣，共生產(chǎn)出18 500 支濾棒。其中人工手動(dòng)檢出13 支濾棒，機(jī)械剔除187 支濾棒。試驗(yàn)人員按濾棒內(nèi)膠囊的有無、位置偏移、破損等要求對(duì)機(jī)械剔除樣品進(jìn)行人工檢測(cè)判定，結(jié)果如下。1）無膠囊20 支。2）破損39 支。3）膠囊內(nèi)缺失內(nèi)含物34 支。4）膠囊位置偏移91 支。5）正常濾棒1 支。6）濾棒附帶有雜物2 支。

3.4.2 第2批次濾棒剔除測(cè)試數(shù)據(jù)

按照上述同樣的方法，對(duì)生產(chǎn)出的28 102 支濾棒進(jìn)行隨機(jī)抽樣試驗(yàn)。人工手動(dòng)檢出6 支濾棒，機(jī)械剔除96 支濾棒。對(duì)機(jī)械剔除樣品進(jìn)行人工檢測(cè)判定，結(jié)果如下。1）無膠囊9 支。2）破損13 支。3）膠囊內(nèi)缺失內(nèi)含物9 支。4）膠囊位置偏移63 支。5）正常濾棒1 支。6）濾棒附帶有雜物1 支。

綜合上述試驗(yàn)，對(duì)自動(dòng)剔除的283 支濾棒進(jìn)行人工檢測(cè)與分析，得出的測(cè)試結(jié)果是無膠囊29 支（占10.25%）、破損52 支（占18.37%）、膠囊內(nèi)缺失內(nèi)含物43 支（占15.19%）、位移154 支（占54.42%）、正常濾棒2 支（占0.71%）、有雜物3 支（占1.06%），該系統(tǒng)準(zhǔn)確剔除率≥99%。最后，在正常生產(chǎn)時(shí)，人為制造誤差，即特意生產(chǎn)存在質(zhì)量缺陷的濾棒（如缺珠、膠囊移位等），膠囊是否在濾棒中以及偏移量等都不在工藝范圍內(nèi)，觀察到缺陷濾棒均能被有效剔除，滿足膠囊濾棒工藝質(zhì)量的要求。

4 結(jié)語

由上述測(cè)試結(jié)果可知，微波檢測(cè)和剔除系統(tǒng)能夠在正常生產(chǎn)過程中有效地檢測(cè)出膠囊復(fù)合濾棒的各種質(zhì)量缺陷（缺珠、破損珠、半珠、膠囊移位），并及時(shí)剔除，合格率達(dá)到99% 以上。大大降低了人工檢測(cè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，使得產(chǎn)品的生產(chǎn)速度和產(chǎn)品的質(zhì)量都得到了很大提高。