传感器在包装设备的三大应用

　　随着食品、饮料、消费品和制药公司不断开发出的五颜六色、形状各异的新型包装，包装设备企业也在不断制造能够满足他们需求的机器。更快、更准确、更自动化的包装机更适应创新的、不断变化的包装需求，而这，在一定程度上应归功于传感器技术的进步。

　　近日，行业杂志《Packaging World》面向4万多名读者进行了一项在线调查，调查显示，用于包装机的传感器在食品和饮料行业读者占比28%，其次是占比为10.8%的医疗保健行业和占比9.3%的消费品行业。那么，包装应用中哪种检测最依赖传感器呢？本期，我们将和位于美国明尼阿波利斯的 SICK公司一起寻找答案。

　　翻盖检测

　　调查结果显示，包装机的传感器前三大应用场景之一是翻盖检测，占29%。在包装的过程中，当箱子从生产线下来，运到封箱机处时，两个或四个顶盖必须全部向下，这样机器才能在无翻盖遮挡的情况下将箱子密封起来。待箱内装填完毕，机器必须折叠翻盖封口，这是一种非常适合自动化操作的可重复应用的方案。

　　在这样的装箱过程中，最常见的一个问题是某些类型的光电传感器无法准确稳定地检测出翻盖部分是向上还是向下的。当翻盖的角度不在正确位置时，这种传感器的光束不能百分百被检测到，会产生误读，最终“堵塞”生产线。带有背景抑制功能的光电传感器可以解决这一问题。

　　例如，SICK公司生产的背景抑制传感器配有一个定制的 ASIC芯片（专用集成芯片），可实现新的背景抑制水平。其中，OES3芯片有一个对数分段接收器阵列，能够在整个传感范围内提供可靠、稳定的调整公差。其还有一个独特的“有源区域管理”功能，用一个外接的试点LED模拟干扰和杂散反射，使其易于评估，消除传感器内的假跳现象。此外，该传感器还有一个自调光区功能，结合对数分段接收器阵列，自动调整光束强度，能针对几乎任何颜色或闪光，提供可靠的感知效果。其被动区域管理功能，允许传感器在检测到附近另一个类似频率的传感器时，调整自己的调制频率，切实消除干扰。

　　在翻盖检测应用中，这款传感器可以根据反射的光线量做出调整，还能确定翻盖的角度会否对外部密封操作造成妨碍。如果会，其将触发一个输出信号停下生产线，以便操作员上前纠正。包装机制造商及其客户也可以利用这些传感器的信息，对将箱子立起、包装并封口的机器微调，以减少或消除这些应用领域中可能产生的问题。

　　位置检测

　　包装机上的位置传感器包括限位开关、接近开关、线性编码器、磁柱传感器和光电传感器⸺所有这些都是用来显示各机器组件是否存在、位置在何处的。本次调查显示，位置检测是用于包装机的传感器第二常见的应用场景，占39%。这些传感器可以检测转向器、推杆和装盒机中的气缸、拼接刀、抓手、切割轮、护链上的标记以及许多其他零件的位置。绝大多数情况下，传感器检测的都是机器的金属零件。

　　调查结果显示，得到普遍应用的前三大位置传感器是检测机械零件结束停止位置的传感器、监视移动的机器零件位置的传感器以及检测贴标机位置的传感器。减少维护、寿命更长、易于更换是位置传感器的主要研发趋势，可以避免机械设备磨损或受到振动及压力的负面影响。与光电传感器一样，ASIC芯片的高端性能使得现在的传感器能够实现这些目标。其中，磁柱传感器和电感传感器这两种位置传感器都是可以提升包装机性能的理想选择。

　　磁柱传感器用于检测气缸中活塞的位置以及装盒机中气缸端部的位置，还能控制成型封包机的拼接刀和热封口机等应用。例如，MZ系列磁柱传感器使用专有的ASIC技术，具有数字化的功能，与传统的簧片开关不同，这种传感器无需移动零件。这种非接触式的解决方案因为不会磨损，使用寿命更长，又因为其更抗冲击、振动，可靠性更高。

　　电感式传感器几乎可被用于包括包装在内的工厂自动化的每个领域，其也是一种理想的非接触式解决方案，用于检测金属物体，比如密封盒子里的罐头数量是否正确。标准电感式传感器没有运动零件，但必须精确安装。市面上大多数电感式传感器的检测公差是±10%，新型电感式传感器内置一个ASIC芯片，与其他先进技术一起将检测公差降至±1%，令包装机制造商在安装传感器时有更多冗余。

　　边缘检测

　　包装机中，边缘检测占传感器应用的40%，最常见的三个应用场景是：贴标签、装盒、装箱。以前，许多包装机使用通束光或反射光电传感器来进行边缘检测，然而，无论上述哪种传感器，只要有一个包裹到达工序位置就会破坏光束，向自动化系统产生信号。反射光传感器在检测非常光亮的表面时容易出现问题，而通束光传感器在检测透明包装时会有失误。此外，产品的振动或冲击会导致反射器对不准，出现错误跳闸，致使生产线问题频发。

　　如今，包装的类型和尺寸越来越多，客户有时候希望通过让产品可以直接被消费者“看见”以抓住其注意力，促进销售，因此具有高反射效果的亮色的包装日益流行。这些趋势使得传统的传感器进行的边缘检测出现的问题愈发频繁：无法正确感知到产品，生产线容易产生堵塞，进而引发“多米诺骨牌效应”，令生产线中断，错误处理以及损坏产品的现象也时常发生；贴标操作对定位精准度要求比较高，传感器如果检测不到正确的边缘位置，容易贴错位置，甚至出现重复计数、双触发以及错误触发等问题。

　　以往，操作员会通过降低产线速度来减少传感器可能引发的问题，但随着严峻的市场压力，微调传感器变得不可行，制造商对于更灵活、更可靠的解决方案的需求增加。与传统传感器技术不同，背景抑制传感器使用光三角测量来检测和识别指定传感区域内的一切⸺包括目标和背景。

　　使用光三角测量和16个单元的接收器阵列，传感器的接收器即使在产品快速通过目标区域时虽然仍能“看到”被测物体后的背景，但会忽略它，这大大提高了检测的可靠性，并能在大多数应用中将误读率降低到近似为零。这些类型的传感器在解决边缘检测问题上也取得了很大进展。

　　小结

　　先进的传感器正在为满足机器制造商及其客户在包装机以及其他领域的应用需求而努力，如ASIC等先进技术正在提高传感器的精度和可重复性。传感器所采用的新设计，消除了运动零件带来的影响，提高了检测的可靠性、简化了维修过程、提高了抗冲击、抗振动能力。所有这些改进都使得包装机传感器能更好地适应包装材料、尺寸和形状的变化。

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