0 引言

自动检重秤,又叫在线检重秤、动态检重秤、重量分选机、重量选别机等,是一种应用于自动化包装生产线上的对产品质量进行动态检验的自动分检衡器。[1]自动检重秤可以判别产品质量是否合格,自动筛选出漏装、多装、缺件等不合格产品,减少过量灌装或包装,为企业节省成本,替代人工称重,提高生产效率,另外还具有生产数据统计分析等功能。

自动检重秤最早出现在赛默飞世尔科技公司(ThermoFisherScientific),后由美国Illumatronic公司首次应用到商用衡器上。它在国内的起步较晚,之前主要在一些高端制造行业被应用,而且设备都是由国外进口而来的。近年来,随着我们国家制造业自动化水平的日益提高,自动检重秤也迎来了良好的发展机遇。目前在食品、日化、医药等行业的生产厂家都大量安装了自动检重秤,而且国产的自动检重秤也越来越被接受,在一些精度要求比较高的场合,国产设备性能甚至可以与国外一线产品相媲美。

1 JJF1070-2005对定量包装商品净含量的要求

本文所指的定量包装产品仅针对以质量为单位标注净含量的产品。依据JJF1070-2005《定量包装商品净含量计量检验规则》,在对一个检验批的产品进行检验时,接受该检验批的检验需要满足下列条件:[2]

(1)修正后的平均实际净含量大于等于标注净含量,即:

式中:—平均实际净含量;λ—修正因子;Qn—标注净含量;s—标准偏差,

当样本量小于10时,平均实际净含量不需要修正。不同检验批量的抽取样本数量、修正因子如表1 所示。

(2)不允许出现实际净含量负偏差小于两倍允许短缺量的样品。允许短缺量T与产品的标注净含量有关,具体计算方法如表2所示。

(3)实际净含量负偏差大于一倍小于等于两倍允许短缺量的样品数量不超过表1中的规定。

表1 计量检验抽样方案     下载原表

表2 允许短缺量     下载原表

2 自动检重秤上下限值设置方法

为了便于分析,将定量包装产品的质量值按区间进行划分,划分方法有三区间法和五区间法两种。[3]本文为了更加合理地设置检重秤的上下限值,采用五区间划分法,如图1所示。TU1、TU2、TO1、TO2分别表示合格区间最小值、超轻产品临界值、合格区间最大值、超重产品临界值,由此划分的区间分别为超轻区间、偏轻区间、合格区间、偏重区间、超重区间。质量值位于超轻区间和超重区间的产品为不合格产品,质量值位于合格区间内的产品为合格产品,其他区间为临界区间。

图1 产品质量区间划分   下载原图

TU1、TU2、TO1、TO2需满足:

(1)TU2<TU1<目标值<TO1<TO2。

(2)为了符合JJF1070-2005的规定,将质量负偏差大于一倍允许短缺量的产品定为超轻不合格产品,即TU2=目标值-允许短缺量。

(3)企业应结合产品特点、包装机或灌装机的准确度等级、生产成本和经济效益,制定一个合理的产品合格区间。

(4)由于产品被剔除后重新再加工将需要更多的生产成本,因此通常将TO2设置尽可能大一些。

自动检重秤的动态称量特性符合正态分布,即同一个产品被检重秤多次称量后会得到一组称量值,当称量次数足够多时,这些称量值会分布在正态分布曲线内,如图2所示。

图2 正态分布曲线   下载原图

正态分布概率密度函数为:

式中:μ—平均值;σ—标准偏差。

正态分布曲线在横轴区间(μ-σ,μ+σ)内的面积为68.26%,即P{X-μ<σ}=68.26%;在横轴区间(μ-2σ,μ+2σ)内的面积为95.44%,即P{X-μ<2σ}=95.44%;在横轴区间(μ-3σ,μ+3σ)内的面积为99.73%,即P{X-μ<3σ}=99.73%。

一般将±3σ定义为自动检重秤的精度。同一样品被检重秤测试的所有质量值分布在(μ-3σ,μ+3σ)的概率超过99.7%,通常认为样品测试的质量值几乎全部集中在(μ-3σ,μ+3σ)内,落在(μ-3σ,μ+3σ)外的概率不到千分之三,这在实际中几乎是不可能发生的。

在对检重秤的上下限进行设置时,设检重秤上限值为TO,下限值为TU。根据检重秤精度的不同,分为以下两种情况进行讨论:

当TU=TU2+3σ,TO=TO2-3σ时,能保证质量不合格区间的产品完全被剔除,但可能会有部分质量合格区间的产品误被剔除,且检重秤精度越大,误被剔除的概率越大,如图3所示。

图3 质量不合格产品完全被剔除的上下限值设置方法   下载原图

当TU=TU1-3σ,TO=TO1+3σ时,能保证质量合格区间的产品完全被通过,但可能会有部分质量不合格区间的产品误被通过,且检重秤精度越大,误被通过的概率越大,如图4所示。

图4 质量合格产品完全被通过的上下限值设置方法   下载原图

当TU2+3σ≤TU≤TU1-3σ，TO1+3σ≤TO≤TO2-3σ时，能保证质量合格区间的产品完全被通过，且质量不合格区间的产品完全被剔除，如图5所示。

图5 质量合格产品完全被通过、质量不合格产品完全被剔除的上下限值设置方法   下载原图

例如,某食品生产企业在一款饮料包装生产线上安装了自动检重秤,饮料的平均皮重为20g,标注净含量为280g,检重秤的分度值为0.1g。根据表2规定,该产品的允许短缺量为9g,则超轻产品质量临界值为291g,企业结规定该产品质量合格区间为(295～305)g,超重产品质量临界值定为320g。

若检重秤精度较大为±3g,当上、下限值分别设置为317g、294g,则超轻产品和超重产品完全会被剔除,但质量为(295～297)g区间内的合格产品可能会误被剔除;当上、下限值分别设置为308g、292g,则合格产品完全会被通过,但质量为(289～291)g区间内的超轻产品可能会误被通过。若检重秤精度较小为±1g时,当上、下限值分别设置为(306～319)g、(292～29)4g内的任意值,均能保证不合格产品完全被剔除,且合格产品完全被通过。

3 结束语

检重秤上下限值的设置需要综合考虑法律法规的要求、企业的生产成本、产品的特点、包装机或灌装机的准确度等级、检重秤的精度等多种因素,其他条件相同下,检重秤的精度越高,分选效果越好。当检重秤精度足够高时,通过合理设置上下限值,可以使质量合格区间的产品完全被通过,且质量不合格区间的产品完全被剔除。