刘宝明 张广文

（1、河北联合大学机械工程学院，河北 唐山 063000 2、河北联合大学轻工分院，河北 唐山 063000）

食品安全认证要求食品生产企业在食品生产以及包装过程中积极应用自动化设备来保障食品生产过程对于质量的控制，减少生产过程的污染，提高食品质量安全。包装作为食品生产过程中的重要环节，其有效的质量控制对于企业的生存与发展有着重要的意义。自动封口包装机是食品生产中的重要设备，其主要依靠光感传感器来实现包装过程的自动化。自动封口包装的应用一方面提高了企业生产能力，另一方面也对企业生产过程的质量控制起到了极大的促进作用。

1 自动封口包装机基础分析

食品企业广泛应用的自动封口包装主要是进行粉剂分装、颗粒分装、块状食品分装等。其一般由物料储存部分、计量组件、光感传感器、裁刀、热封组件等部分组成。其中光感传感器作为整个系统是否同步的关键，其安装、调试、使用与维护对于食品包装的效率以及质量都有重要的影响。食品企业常用的自动封口光感系统主要是光电控制结合的系统，在一个包装袋内自动定位，对准光标，减少人工调节，提高包装材料使用率，同时具有测速功能，数码显示包装速度，并可以在设定数量包装后自动停机。食品用光感包装系统要求光感传感器与制袋系统同步，制袋精度高，误差小。

2 自动封口光电控制系统的设计

自动封口包装设备是通过光感传感器来实现光标定位，然后通过光控系统对包装系统进行同步控制，以此完成自动封口包装。用来实现定位控制的光电技术可提供一种用固定标志点结合线性或旋转运动部件来实现简单可重复运动的方法。它利用了与一对光电管并联工作的一个功率运放的快速响应时间。由此实现的一种元件数量很少的系统，能在明确规定的工作环境下，具有很高的可靠性、准确性以及可重复性。

2.1 自动封口光感传感器应用的基本原理

在自动包装过程中，由于商标印刷误差，薄膜变形不一，牵引辊打滑，送纸，拉纸，中封，横封各部分速度的差异，横封切断位置可能偏离规定部位，甚至因误差积累而切到商标图案上。为此，先进的包装机都配有光电跟踪自动控制系统，以控制封切位置使之保持正确，保证每次都在定位标记确定的位置处封接切断，不致于封切到图案上。这就是光感传感器在自动封口控制系统的主要应用。随着食品企业对于包装设备的要求越来越高，光电控制技术也必须跟上机械发展的要求进行合理的设计与开发。其基本原理是利用光电系统测定目标的位置，然后根据光电传感器所测位置进行包装袋的步进、封口、切割。该系统主要由发射部分、光电探测器，信号处理电路，A／D转换器和单片机、计算机显示器组成，然后通过热封、切割、包装袋步进系统等共同完成自动包装。

2.2 自动封口包装设备光感传感器控制系统的设计

自动封口包装设备的光发射电路主要由光源驱动器、光源(主要是半导体光源，包括LED(发光二极管)，LD(激光二极管)等)、光功率自动控制电路等部分组成。用脉冲发射电路来驱动激光器，为了使半导体激光器克服供电电源波动、器件老化等因素的影响，确保激光器输出功率稳定，还必须有自动功率控制电路。接收部分主要由四象限光电探测器组成，四象限光电探测器是把4个性能完全相同的光电二极管按照直角坐标要求排列而成的光电探测器件，目标光信号经光学系统后在四象限光电探测器上成像，然后通过信号放大，传送至单片机，经过单品机的分析后，将同步信号传送至包装控制的各个组件，完成自动封口包装的全过程。

3 关于光感传感器自动包装机械发展前景展望

随着科学技术的发展及市场竞争的加剧，各食品生产企业以及自动包装使用企业对于机械的要求也越来越高。要求新机械在自动包装时可以提高生产效率，以满足交货期和降低工艺流通成本的需要，对一些产品，还要求包装机械和生产机械相衔接。要求设备生产厂家可以在设备出现故障时能够进行远程诊断服务。另外还要求噪声要小、包装过程精度高、废弃物要少。针对这样的情况，自动化包装设计厂家正在根据客户的需求，不断进行创新与设计，通过将更加先进的光感传感器、光电控制技术等的应用来提高自动包装的效率与精准度。

未来食品包装过程中工艺流程自动化程度将会越来越高，几年前，自动化技术还只占包装机械设计的30%，现在已占50%以上，大量使用了微电脑设计和机电一体化控制。包装机械自动化程度不断提高，一是为了提高生产率；二是为了提高设备的柔性和灵活性；三是因为包装机械需要完成的动作复杂，多采用机械手来完成。光感传感器的发展也为自动包装机的发展提供的更加广阔的空间。新的光感控制系统在完成传统定位的工作职能外，还加强了对材质及厚度的高分辨能力以及对包装上印刷质量缺陷的甄别，在包装过程中，包装材料的厚度、材质变化以及印刷质量问题不易为人眼所辨别，所以在包装机械上常采用由电脑控制的摄像机和探测器来分辨。摄像机现已发展到能自行检查和辨别摄像的图片，并在显示屏上显示。当前机器在加工的转速是不能变的，今后应根据分辨后材料的变化改变转速，控制在最优化状态下工作，并且实现自动清理，自动消毒和自动清洁，自动剔除印刷不合格包材，减少因包材不合格出现的残次品。

光感传感器的应用为自动包装设备开辟了一个全新的发展空间。加上计算机技术的不断应用，未来自动包装设备将是集成了更多计算机技术以及光电控制技术的现代化包装机械。而计算机仿真设计技术的应用，为自动化机械的设计与发展提供了便利的条件，将各种机器元素以数据库存入计算机，把图纸数字化后输入计算机，计算机即可自动合成为三维模型，并根据生产要求将实际生产数据录入，进行模拟运行。科技的发展在自动包装机械行业得到了充分的体现，也为光电控制提供了良好的发挥平台。由光感传感器作为核心的计算机控制自动化包装机械将成为包装机械发展的主要方向。

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