一种烟支重量的超精密检测方法、装置以及卷烟机与流程

1.本技术涉及检测技术领域，更具体地，涉及一种烟支重量的超精密检测方法、装置以及卷烟机。


背景技术：

2.烟支重量是卷烟最重要的物理指标之一，如何精准地在线控制重量一直以来都是国内外烟草行业的研究重点。经过多年的技术发展，烟草行业现有重量控制系统是通过微波密度传感器对烟支重量进行检测，将实际重量信号反馈到控制系统，与给定重量比较，控制执行机构调节平准器上下移动，从而控制烟支重量。
3.因此，微波密度传感器是卷烟机最重要的质量检测传感器之一，是卷烟重量控制系统的核心元件，基于该检测系统构建的卷烟机重量控制系统极大地推动了卷烟制造技术的进步，改变了烟机重量控制只能依靠手动调节的制造模式。微波密度传感器可以进行在线重量检测，除控制外，还可实现重量总体异常和局部异常的剔除。因此，提高在线检测的精度，对卷烟品质的提升具有重要意义。但一直以来，一些高端设备、高端微波密度传感器还是以进口为主，技术和接口完全封锁。近年来，随着降本增效和数字化设计的需求，需要我们进一步拓展制造底层数据的挖掘，卷接装备和工序最重要的就是烟支内的检测数据一定要更加精准。
4.基于微波的烟支重量检测原理如图3所示，信号处理系统在轴编码器的两个定位脉冲之间对一支双倍长烟条(在烟机上后续分别被称之为前道烟条和后道烟条)进行128次密度采样，系统会计量轴编码器产生的定位脉冲和增量脉冲，并利用这两组脉冲计算出烟条的密度。
5.由上可知，每支烟条(前道烟条和后道烟条)的密度的采样点数为64个，将采样结果加权求和，就能够计算出单支烟条的重量。一般通过离线对比取样的方式对在线检测值进行校准，确保微波传感器的在线检测质量与离线仪器的检测是一致的。
6.但是，在根据采样结果计算烟条重量时，将烟条的圆周当做一个常量，即每个采样点处的半径是相同的，通过该常量结合烟条长度，求得烟条重量。但实际的烟条圆周是一个不断变化的量，且生产过程中也是需要不断通过控制才能使其围绕中心值波动。因此现有的计算方式势必造成较大的在线测量误差，导致校准时产生较大的校准误差。
7.另外，在根据采样结果计算烟条重量时，将烟支长度作为常量，即前道烟条和后道烟条的长度相同，但实际切割后二者的长度本身具有一定的误差，这会引起在线测量误差。举例来说，以54毫米单位长烟条，650毫克的烟支规格为例，可以近似地认为每毫米对应的重量是12毫克(虽然烟支内部的烟丝分布是不均匀的)。卷烟机第一切割是将烟条切割成双倍长烟条(包含前道和后道)，如果一切二后前道和后道烟条的长度有误差，假设前道长了1毫米(为55毫米)，后道短1毫米(53毫米)，则会造成计算出来的和实际的差值达到24毫克。在线测量误差会导致校准时产生较大的校准误差。


技术实现要素：

8.本技术提供一种烟支重量的超精密检测方法、装置以及卷烟机，在双倍长烟条设置多个采样点，利用所有采样点上检测到的密度、半径及其采样点宽度计算烟条的重量，避免将半径作为一个常量带来的在线测量误差，从而降低了校准误差。
9.本技术提供了一种烟支重量的超精密检测方法，包括：
10.接收双倍长烟条上多个采样点的密度和半径，双倍长烟条包含相互连接的前道烟条和后道烟条，每个采样点的采样点宽度是相同的；
11.依据所有采样点的密度、采样点宽度和半径计算前道烟条的第一重量和后道烟条的第二重量。
12.优选地，计算前道烟条的第一重量和后道烟条的第二重量，具体包括：
13.将所有采样点的前半部分作为前道烟条的采样点，将所有采样点的后半部分作为后道烟条的采样点，使得前道烟条和后道烟条的长度相等；
14.依据前道烟条的采样点及其对应的采样点宽度、密度和半径计算第一重量，依据后道烟条的采样点及其对应的采样点宽度、密度和半径计算第二重量。
15.优选地，超精密检测方法还包括：
16.接收双倍长烟条被切割为前道烟条和后道烟条后，前道烟条和后道烟条的第二长度，作为前道烟条和后道烟条的实际长度；
17.并且，依据前道烟条的实际长度对应的采样点及其对应的密度和半径计算第一重量，依据后道烟条的实际长度对应的采样点及其对应的密度和半径计算第二重量。
18.优选地，超精密检测方法还包括：
19.依据前道烟条和后道烟条的实际长度确定的第一重量和第二重量对烟支重量检测系统进行校准。
20.优选地，烟支重量检测系统包括安装在第一切割工位上的密度检测传感器和圆周检测传感器，分别用于检测每个采样点的密度和半径；
21.其中，第一切割工位用于切割出双倍长烟条。
22.优选地，烟支重量检测系统还包括一次分切工位上的长度传感器，用于检测前道烟条和后道烟条的第二长度；
23.其中，一次分切工位用于将双倍长烟条切割为前道烟条和后道烟条。
24.本技术还提供一种烟支重量的超精密检测装置，包括第一接收模块和计算模块；
25.第一接收模块用于接收双倍长烟条上多个采样点的密度和半径，双倍长烟条包含相互连接的前道烟条和后道烟条，每个采样点的采样点宽度是相同的；
26.计算模块用于依据所有采样点的密度、采样点宽度和半径计算前道烟条的第一重量和后道烟条的第二重量。
27.优选地，计算模块包括划分模块和第一重量计算模块；
28.划分模块用于将所有采样点的前半部分作为前道烟条的采样点，将所有采样点的后半部分作为后道烟条的采样点，使得前道烟条和后道烟条的长度相等；
29.第一重量计算模块用于依据前道烟条的采样点及其对应的采样点宽度、密度和半径计算第一重量，依据后道烟条的采样点及其对应的采样点宽度、密度和半径计算第二重量。
30.优选地，超精密检测装置还包括第二接收模块，第二接收模块用于接收双倍长烟条被切割为前道烟条和后道烟条后，前道烟条和后道烟条的第二长度，作为前道烟条和后道烟条的实际长度；
31.并且，计算模块包括第二重量计算模块，第二重量计算模块用于依据前道烟条的实际长度对应的采样点及其对应的密度和半径计算第一重量，依据后道烟条的实际长度对应的采样点及其对应的密度和半径计算第二重量。
32.本技术还提供一种卷烟机，包括烟支重量检测系统，烟支重量检测系统用于执行上述的超精密检测方法。
33.通过以下参照附图对本技术的示例性实施例的详细描述，本技术的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
34.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本技术的原理。
35.图1为本技术提供的烟支重量的超精密检测方法的流程图；
36.图2为本技术提供的烟支重量检测系统的一个优选实施例的结构图；
37.图3为密度检测传感器的原理框图；
38.图4为密度检测传感器的空腔和不同密度下的谐振曲线图；
39.图5为本技术提供的密度检测中的分段计算原理图；
40.图6为本技术提供的烟支重量的超精密检测装置的结构图。
具体实施方式
41.现在将参照附图来详细描述本技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。
42.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。
43.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
44.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
45.本技术提供一种烟支重量的超精密检测方法、装置以及卷烟机，在双倍长烟条设置多个采样点，利用所有采样点上检测到的密度、半径及其采样点宽度计算烟条的重量，避免将半径作为一个常量带来的在线测量误差，从而降低了校准误差。在此基础上，本技术中基于切割后前道烟条和后道烟条的实际长度计算各自的重量，避免将前道烟条和后道烟条的半径和长度作为常量带来的在线测量误差，从而降低了校准误差。
46.实施例一
47.如图1所示，本技术提供的烟支重量的超精密检测方法包括：
48.s110：接收双倍长烟条上多个采样点的密度和半径，双倍长烟条包含相互连接的
前道烟条和后道烟条，每个采样点的采样点宽度是相同的。
49.s120：依据所有采样点的密度、采样点宽度和半径计算前道烟条的第一重量和后道烟条的第二重量。
50.第一实施例
51.作为一个实施例，本技术中，烟支重量检测系统包括上位机(例如工控机，用于执行s110和s120)和安装在第一切割工位上的轴编码器(请参考图2中的标记1)、密度检测传感器(请参考图2中的标记2)和圆周检测传感器(请参考图2中的标记3)，分别用于检测每个采样点的密度和半径。其中，第一切割工位用于切割出双倍长烟条。图2中，4为切割装置，6为在第一切割工位进行切割后获得的双倍长烟支，7为在一次分切工位切割后获得的单倍长的前道烟条和后道烟条。该实施例中，依据每个采样点的密度、半径和采样点宽度来计算第一重量和第二重量。
52.密度检测传感器基于微波进行密度检测。如图3所示，微波信号由微波信号发生器产生,通过传输线将信号送到谐振腔组件，当被测烟条穿过谐振腔时，不同密度及含水率的烟条会引起微波电磁场能量参数发生不同程度的变化，通过对能量参数变化量的检测、分析和处理，得到烟条的密度信号并输出到烟支重量计算模块，实现烟支重量的检测。由检波器获得频域中的谐振曲线，该谐振曲线反映了当前腔体内的电磁特性。谐振曲线的顶点即为能量最高处，其所对应的频率则为该状态下的谐振频率。
53.当烟条穿过微波谐振腔空腔时,不同密度及含水量的烟条段会具有不同的介电常数，介电常数的实部引起了频率偏移(如图4的横轴所示)，虚部则引起有载品质因数(q值)的变化(如图4的纵轴所示)。测量谐振腔空腔(empty applicator)与有载(filled applicator)前后的谐振频率、品质因素的变化，就可以近似估算出介质的复介电常数。密度、湿度越大，则复介电常数越大，谐振曲线越低(q值越低)且谐振频率偏移越大。
54.微波扫描头通过ad采样获得采样数据，采样数据与烟丝密度之间的关系表示为：
55.ρi＝kwi+q
ꢀꢀ
(1)
56.ρi表示烟丝的密度；wi表示ad的采样数据；k、q为匹配系数。根据上式可以求出烟丝的密度。
57.上位机在轴编码器的两个定位脉冲之间对一支双倍长烟条(包含相互连接的前道烟条和后道烟条)进行预设次数n(例如256次、128次等)的密度采样，即将双倍长烟条划分成预设数量n的采样点，进行分段处理，每个采样点对应的采样点宽度都是相同的，如图5所示。
58.基于上述，s110中，密度检测传感器和圆周检测传感器利用轴编码器产生的定位脉冲和增量脉冲采集每个采样点上的密度和半径。
59.上位机通过同步总线8将密度检测传感器和圆周检测传感器采集到的所有密度和半径进行数据同步和数据匹配，即将同一采样点的密度和半径对应起来。
60.本实施例中，前道烟条和后道烟条的长度相等。因此，s120中，计算前道烟条的第一重量和后道烟条的第二重量，具体包括：
61.p1：将所有采样点的前半部分(第1至个采样点)作为前道烟条的采样点，将所有采样点的后半部分(第至n个采样点)作为后道烟条的采样点，使得前道烟条和后道烟
条的长度相等。
62.p2：依据前道烟条的采样点及其对应的采样点宽度、密度和半径计算第一重量w
前道1
，依据后道烟条的采样点及其对应的采样点宽度、密度和半径计算第二重量w
后道1
，即
[0063][0064][0065]
同时也可以计算双倍长烟条的总体重量w
总1
：
[0066][0067]
第二实施例
[0068]
在一种优选的实施例中，在上述基础上，烟支重量检测系统还包括一次分切工位上的长度传感器5，用于检测双倍长烟条被切割后获得的前道烟条和后道烟条的第二长度，作为前道烟条和后道烟条的实际长度l1和l2，如图2所示。其中，一次分切工位用于将双倍长烟条切割为前道烟条和后道烟条。
[0069]
作为一个实施例，长度传感器系统包括工业相机和led光源，led光源照射切割后的前道烟条和后道烟条，通过工业相机拍摄照片，进行机器视觉解析后获得长度信息。
[0070]
在该优选实施例中，烟支重量的超精密检测方法还包括：
[0071]
上位机接收双倍长烟条被切割为前道烟条和后道烟条后前道烟条和后道烟条的第二长度，作为前道烟条和后道烟条的实际长度。并且s120中，依据前道烟条的实际长度对应的采样点及其对应的密度和半径计算第一重量，依据后道烟条的实际长度对应的采样点及其对应的密度和半径计算第二重量，即
[0072][0073][0074]
该实施例考虑到了切割损耗，以预设数量n为128，每段采样点的采样点宽度为1毫米为例，若在第64段的中点切割，则第64段的前0.5毫米部分属于前道烟条，第64段的后0.5毫米部分属于后道烟条，则对于整个双倍长烟条来说，前道烟条的重量为第1-63段和第64段的前0.5毫米部分的重量，后道烟条的重量为第64段的后0.5毫米部分和65-128段的重量。由此，提高了重量检测的精度，并进一步提高控制性能，降低烟丝消耗。
[0075]
优选地，依据该优选实施例中前道烟条和后道烟条的实际长度确定的第一重量和第二重量对烟支重量检测系统进行校准，以尽可能地减小校准误差。
[0076]
如下给出两个实施例的实例：
[0077]
以zj17e卷烟机为例，产品的预设重量值为666毫克，生产速度为7000支/分钟，折合约112支/秒，烟条的圆周标准为24.2毫米，即直径约7.7毫米。为便于理解和计算展示，每个双倍长烟条测量128段，即每个单倍长烟条测量64段，单倍烟条长度规格设定为64毫米，即每个采样点测量的长度为1毫米。
[0078]
表1和2分别示出了第一实施例和现有技术的检测方法获得的前道烟条和后道烟条的检测数据：
[0079]
表1：前道烟条检测数据
[0080][0081]
表2：后道烟条检测数据
[0082][0083]
按照第一实施例：
[0084][0085][0086][0087]
按照现有技术，双倍长烟条的总体重量为1341.83毫克，前道烟条的重量约为672.08毫克，后道烟条的重量约为669.75毫克。
[0088]
若按照第二实施例，若在一次分切工位获得的切割后的前道烟条的长度l1为63.5毫米，后道烟条的长度l2为64.5毫米。由此可知，在第64段的中点进行了切割，则第64段的
前0.5毫米部分属于前道烟条，第64段的后0.5毫米部分属于后道烟条，则对于整个双倍长烟条来说，前道烟条的重量为第1-63段和第64段的前0.5毫米部分的重量，后道烟条的重量为第64段的后0.5毫米部分和65-128段的重量。由此：
[0089][0090][0091]
在校准过程中，若离线测量结果为w
前道取样
＝662.1毫克，w
后道取样
＝674.2毫克。
[0092]
由上可知，现有技术的在线检测结果与离线测量结果之间的差距大于第一实施例的在线检测结果与离线测量结果之间的差距，第一实施例的在线检测结果与离线测量结果之间的差距大于第二实施例的在线检测结果与离线测量结果之间的差距。相对于现有技术，第一实施例的在线检测结果比现有技术更精确；相对于第一实施例，利用第二实施例的在线测量结果既能发现烟支长短的问题，也能更加精准地校准烟支重量检测系统。
[0093]
为验证第二实施例的效果，进行预设重量烟支的取样验证(这是zj17e卷烟机具备的基本功能)，具体方法是，取样100支烟支，求其：1)平均值和预设重量值的偏离度：2)标准偏差。
[0094]
表3示出了采用第二实施例和现有技术获得的精准性。从表3可知，与现有技术相比，第二实施例在均值偏离和标准偏差方面均有显著下降，降幅分别为32.6％和12.6％。
[0095]
表3
[0096][0097]
实施例二
[0098]
基于上述超精密检测方法，本技术还提供一种烟支重量的超精密检测装置。如图6所示，超精密检测装置包括第一接收模块610和计算模块620。
[0099]
第一接收模块610用于接收双倍长烟条上多个采样点的密度和半径，双倍长烟条包含相互连接的前道烟条和后道烟条，每个采样点的采样点宽度是相同的。
[0100]
计算模块620用于依据所有采样点的密度、采样点宽度和半径计算前道烟条的第一重量和后道烟条的第二重量。
[0101]
优选地，计算模块620包括划分模块6201和第一重量计算模块6202。
[0102]
划分模块6201用于将所有采样点的前半部分作为前道烟条的采样点，将所有采样点的后半部分作为后道烟条的采样点，使得前道烟条和后道烟条的长度相等。
[0103]
第一重量计算模块6202用于依据前道烟条的采样点及其对应的采样点宽度、密度和半径计算第一重量，依据后道烟条的采样点及其对应的采样点宽度、密度和半径计算第二重量。
[0104]
优选地，超精密检测装置还包括第二接收模块630，第二接收模块630用于接收双倍长烟条被切割为前道烟条和后道烟条后，前道烟条和后道烟条的第二长度，作为前道烟条和后道烟条的实际长度。
[0105]
并且，计算模块620包括第二重量计算模块6203，第二重量计算模块6203用于依据前道烟条的实际长度对应的采样点及其对应的密度和半径计算第一重量，依据后道烟条的实际长度对应的采样点及其对应的密度和半径计算第二重量。
[0106]
实施例三
[0107]
基于上述，本技术还提供了一种卷烟机，其包括烟支重量检测系统，烟支重量检测系统用于执行上述超精密检测方法。
[0108]
虽然已经通过例子对本技术的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本技术的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本技术的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本技术的范围由所附权利要求来限定。

技术特征：
1.一种烟支重量的超精密检测方法，其特征在于，包括：接收双倍长烟条上多个采样点的密度和半径，所述双倍长烟条包含相互连接的前道烟条和后道烟条，每个采样点的采样点宽度是相同的；依据所有采样点的密度、采样点宽度和半径计算前道烟条的第一重量和后道烟条的第二重量。2.根据权利要求1所述的烟支重量的超精密检测方法，其特征在于，计算前道烟条的第一重量和后道烟条的第二重量，具体包括：将所有采样点的前半部分作为前道烟条的采样点，将所有采样点的后半部分作为后道烟条的采样点，使得前道烟条和后道烟条的长度相等；依据前道烟条的采样点及其对应的采样点宽度、密度和半径计算所述第一重量，依据后道烟条的采样点及其对应的采样点宽度、密度和半径计算所述第二重量。3.根据权利要求1所述的烟支重量的超精密检测方法，其特征在于，还包括：接收所述双倍长烟条被切割为前道烟条和后道烟条后，前道烟条和后道烟条的第二长度，作为前道烟条和后道烟条的实际长度；并且，依据前道烟条的实际长度对应的采样点及其对应的密度和半径计算所述第一重量，依据后道烟条的实际长度对应的采样点及其对应的密度和半径计算所述第二重量。4.根据权利要求3所述的烟支重量的超精密检测方法，其特征在于，还包括：依据所述前道烟条和后道烟条的实际长度确定的第一重量和第二重量对烟支重量检测系统进行校准。5.根据权利要求4所述的烟支重量的超精密检测方法，其特征在于，所述烟支重量检测系统包括安装在第一切割工位上的密度检测传感器和圆周检测传感器，分别用于检测每个采样点的密度和半径；其中，所述第一切割工位用于切割出双倍长烟条。6.根据权利要求5所述的烟支重量的超精密检测方法，其特征在于，所述烟支重量检测系统还包括一次分切工位上的长度传感器，用于检测前道烟条和后道烟条的第二长度；其中，所述一次分切工位用于将双倍长烟条切割为前道烟条和后道烟条。7.一种烟支重量的超精密检测装置，其特征在于，包括第一接收模块和计算模块；所述第一接收模块用于接收双倍长烟条上多个采样点的密度和半径，所述双倍长烟条包含相互连接的前道烟条和后道烟条，每个采样点的采样点宽度是相同的；所述计算模块用于依据所有采样点的密度、采样点宽度和半径计算前道烟条的第一重量和后道烟条的第二重量。8.根据权利要求7所述的烟支重量的超精密检测装置，其特征在于，所述计算模块包括划分模块和第一重量计算模块；所述划分模块用于将所有采样点的前半部分作为前道烟条的采样点，将所有采样点的后半部分作为后道烟条的采样点，使得前道烟条和后道烟条的长度相等；所述第一重量计算模块用于依据前道烟条的采样点及其对应的采样点宽度、密度和半径计算所述第一重量，依据后道烟条的采样点及其对应的采样点宽度、密度和半径计算所述第二重量。9.根据权利要求7所述的烟支重量的超精密检测装置，其特征在于，还包括第二接收模
块，所述第二接收模块用于接收所述双倍长烟条被切割为前道烟条和后道烟条后，前道烟条和后道烟条的第二长度，作为前道烟条和后道烟条的实际长度；并且，所述计算模块包括第二重量计算模块，所述第二重量计算模块用于依据前道烟条的实际长度对应的采样点及其对应的密度和半径计算所述第一重量，依据后道烟条的实际长度对应的采样点及其对应的密度和半径计算所述第二重量。10.一种卷烟机，其特征在于，包括烟支重量检测系统，所述烟支重量检测系统用于执行权利要求1-6所述的超精密检测方法。

技术总结
本申请公开了一种烟支重量的超精密检测方法、装置以及卷烟机，超精密检测方法包括：接收双倍长烟条上多个采样点的密度和半径，双倍长烟条包含相互连接的前道烟条和后道烟条，每个采样点的采样点宽度是相同的；依据所有采样点的密度、采样点宽度和半径计算前道烟条的第一重量和后道烟条的第二重量。本申请在双倍长烟条设置多个采样点，利用所有采样点上检测到的密度、半径及其采样点宽度计算烟条的重量，避免将半径作为一个常量带来的在线测量误差，从而降低了校准误差。从而降低了校准误差。从而降低了校准误差。


技术研发人员：张利宏 余清 章军 李斌 李钰靓 杨帅 周小忠 汪建伟 范礼峰 张弛 刘万里 朱强 章俊杰 叶蔚 庄雅娟
受保护的技术使用者：常德烟草机械有限责任公司 中国烟草总公司郑州烟草研究院
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/7/25