1、引言
ZJ17卷接机组是目前较为主流的卷接设备。水松纸的上胶装置对烟支接嘴质量起着决定性作用，它采用的是辊式上胶系统。接装机的上胶装置如图1所示，胶缸由左右定位块固定在机车支架上，当胶水缸中的胶液位置下降到预订位置时，胶堆检测器发出信号，电磁阀打开供胶气路，向胶水桶中注入气压，胶液在气压的作用下，通过管道流入胶水缸。当胶水缸中的胶液上升到预订位置时，胶堆传感器发出信号，电磁阀关闭供胶气路，胶桶中的胶液停止向胶水缸中供胶，控胶辊与上胶辊对滚后，产生胶堆，只有胶堆存在，并且符合工艺标准，才能将控胶辊沟槽内的乳胶涂在上胶辊的外圆上，从而进一步由上胶辊涂在水松纸上。胶堆检测的作用是检测胶堆直径是否达到设定值，机车正常运转时，胶堆的直径大于10mm,胶堆检测指示灯亮，当胶堆检测直径下于10mm时，机车自动停止运转。因此胶堆检测是供胶系统的重要组成部分。
图1 接装机上胶装置示意图
在生产过程中时而发生如图2所示的“掉嘴”、“漏气”等A类质量缺陷。通过梳理卷接设备工艺流程，对“掉嘴”、“漏气”进行工艺质量问题查找，得出水松纸上胶系统工作的不稳定性是造成烟支掉嘴、漏气质量缺陷的主要原因。
图2 掉嘴、漏气缺陷
ZJ17卷接机原机采用德国SICK的WT18-3P610光电检测器(产品已停产，仅2020.04.30之前可以订购)。产品外形如图3所示。
图3 WT18-3P610外观图
WT18-3P610为反射式光电传感器，采用不可见的红外线光源，感应距离50mm-700mm,其检测范围及特征曲线如图4所示，其检测效果随检测对象的材质有关系，易受外界影响。原机使用的胶堆距检测距离约100mm左右，胶堆成直径约10mm圆柱。WT18-3P610光电检测器需要通过调节旋钮将光电检测距离调节在合适区域，因红外光人眼不可见，且胶堆形状实时变化，没有标准的位置参考，调试时需要反复进行有胶或无胶状态时进行状态确认。
图4a 检测范围示意图 图4b特征曲线(红外线，700mm)
图4 WT18-3P610检测范围及特征曲线
另外在正常生产交接班时，每班都要拆下胶缸进行清洗，操作人员在安装、拆卸胶缸或修理、保养机车时，经常会碰到胶堆检测，一旦检测点位置发生改变，检测失灵，机车在胶堆小于10mm的情况下运转，就会造成水松纸涂胶层上胶量过少，从而产生掉头、漏气。掉头、漏气属于严重质量缺陷，是工艺质量的重点排查项，因此提高胶堆检测稳定性及可靠性显得尤为重要[1]。
2、行业内解决方案
常德卷烟厂采用电容式传感器对水松纸上胶量进行在线检测，可从检测水松纸涂胶量的大小来检测出未涂胶的水松纸，从而避免掉嘴、漏气烟支的产生。德国HAUNI公司PROTOS-M系列的卷接机组已将水松纸的涂胶方式改为喷胶方式。
遵义卷烟厂二车间采用对PROTOS70型卷接机MAX水松纸涂胶电控系统升级改造，通过加装PLC进行重新编程控制设计，以实现该系统的“运行自诊断”功能。升级改造前，该机型MAX水松纸涂胶电控系统不具备“运行自诊断功能”。在实际生产过程中发现，因“胶缸安装未到位，胶轮电机也能正常开启”、“胶位检测失效导致胶缸缺胶”等系统设计缺陷，易引起烟支质量事故隐患。为此，车间组织电气维修技术组开展缺陷攻关，通过参照ZB45硬盒包机涂胶系统控制原理，为MAX水松纸涂胶电控系统加装了PLC外接控制源，采集原机信号的同时，实现了胶缸限位控制、注胶全过程及胶位、胶堆检测的自诊断功能，从而有效降低因涂胶电控系统缺陷产生漏气烟支[2]。
张家口卷烟厂通过对胶堆检测的支架进行加固设计，减少因支架形变造成检测点位置偏移造成的误检问题。
毕节卷烟厂二车间对卷接机水松纸胶水液位检测系统进行改造。卷接机胶缸处有两个光电检测开关，分别是液位检测和胶堆检测。液位检测负责控制胶水余量，胶堆检测负责监控上胶辊的胶堆情况，检测设计2秒未检测到胶堆，设备便会自动停机。但在实际生产中，胶堆检测会受精度影响，存在误判导致掉嘴、漏气等质量缺陷。针对这一问题，车间相关管理人员、技术人员及操作人员组成攻关小组，经过反复论证，最终确定通过修改电控系统程序对液位检测进行优化。该方案设置了停机“双保险”，在胶堆检测无胶停机功能上，增加了液位检测停机功能，即：当液位下降启动胶泵供胶，在设定时间内如果液位检测仍未检测到胶水，则立即停机，时间设置通过WINCC组态，在显示屏上进行差异性设置，并由技术人员论证。目前，该方案已应用于所有卷接机，经跟踪验证，改进后的水松纸胶水液位检测系统运行稳定，检测准确，掉嘴、漏气等质量缺陷得到有效控制[3]。
3、激光三角测距法检测胶堆原理
随着新材料的出现和加工精度的不断提高，对表面检测技术提出更多的要求，检测过程中常用的接触式检测很难对一些尺寸很小或柔软和脆性材料的工件进行测量。以激光作为光源的光电测距技术结合三角测距技术构成了激光三角测距传感器的技术基础。激光三角测距作为光电检测中的一种非接触式测量，具有测量速度快、精度高、抗干扰能力强、测量点小、适用范围广等优点，因此被广泛应用于现代的工业生产现场。
三角测距法的原理较为成熟，实现方式简单，而激光测距作为光电检测中的一种非接触式测量，具有测量速度快、精度高、抗干扰能力强、测量点小、适用范围广等优点，因此被广泛应用于工业生产现场，用于几何量的非接触式在线测量。胶堆在运行过程中的几何位置是实时发生变化的，由三角法原理可知三角测距测量是采用激光光点作为探头的，且非接触测量、测量速度快，加之计算机在测量中的应用，使得激光三角测量传感器在扫描测量方面也有长足的发展。采用激光三角测距法可以精确测量出胶堆的位置，可完全解决原机采用的SICK传感器的问题。
激光三角法测量目前是一种比较重要的非接触式位置测量手段，可以对位移，厚度，二、三维坐标，物体的形貌和轮廓，振动，速度以及加速度等等进行非接触式测量。激光三角法测量对被测物体表面照射光，并用光点位置检测器件接收其散射光，通过接收光的位置来求出被测物的位置。
卷接机的胶堆检测装置检测结果只与照射到胶堆上的光斑位置有关，与周围环境光及光斑亮度无关，可以对卷接机上胶辊的胶堆存量进行准确检测，且使用过程中无需进行调整。解决了现有光电检测开关受环境光影响大及光源衰减经常需要进行调整的问题，同时激光测距传感器能够实时显示胶堆的实际位置和基准位置。激光测距传感器设计思路如图5所示。
图5 采用激光测距方法检测胶堆
光源控制接口驱动激光二极管发射，并根据光强进行反馈，从而保证光源的稳定性。激光二极管发射出激光，经过聚光透镜聚焦之后垂直照射到被测胶堆的表面，形成很小的光斑，光斑经光学镜头成像到线阵CCD上，胶堆高度不同时，光斑成像后落在线阵CCD上的位置也不同。线阵CCD将接收到的光信号转换成电信号并经过放大后发送给单片机，控制器通过图像处理技术对放大后的图像数据进行处理并计算光斑位于线阵CCD上的位置，根据该计算结果判断胶堆的存量，当胶堆存量低于设定基准时，控制器向外发出报警信号。
4、原理样机实现
根据激光三角测距法检测胶堆的原理，实现了检测原理样机，如图6所示。
图6 激光测距传感器三维效果图
供电电源：24VDC±20%。
储存环境：温度范围为-20℃～55℃，相对湿度≤90%RH。
响应时间：25ms。
量程：100mm±30mm。
精度：0.5mm。
分辨率：0.1mm。
光源：红色激光。
操作按键：两个按键。按一下“+”基准值增加0.5mm，按一下“-”基准值减小0.5mm。
输出信号：1路PNP类型的输出信号，1路NPN类型的输出信号，用于发出状态信号。
5、实际使用效果
6、参考文献
[1]、刘芳,刘鹏.提高ZJ17卷接机组胶堆检测运行稳定性.商品与质量.2011.7.
[2]、李贵顺. 贵州中烟遵义卷烟厂二车间自主攻关实现水松纸涂胶电控“运行自诊断”.2017.04.11
[3]、李超.贵州中烟毕节卷烟厂二车间完成卷接机水松纸胶水液位检测系统改造.中国烟草专卖局网站.2013.10.23
