CN101082595A - 烟包密度在线检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟包密度在线自动检验装置及方法，该装置包括若干个检测单元、支架、位置传感器、数据采集处理系统等，该检测单元包括若干个放射源或X射线源和若干个射线探测器，所述放射源和探测器分别安装在被检测烟包两侧的支架上，并一一相对应构成若干个检测单元，对烟包若干个检测点的密度进行检测，根据检测若干点的密度值计算出：密度最大值与平均值的最大偏差a＝(密度最大值－密度平均值)/密度平均值和密度最小值与平均值的最大偏差b＝(密度最小值－密度平均值)/密度平均值，根据a、b绝对值中的最大值≤给定值进行判断，对大于给定值的不合格的烟包由剔除装置剔除。该装置及方法实现了在线无损检测，具有检测精度高，稳定可靠等特点。

Description

烟包密度在线检测装置及方法

技术领域

本发明涉及在线检测技术，尤其是一种烟包密度在线检测装置及方法。

背景技术

烟包密度的均匀性是影响烟包存储发酵(醇化)质量的重要因素之一。目前，各烤烟厂均采用静态9点取样方法对烟包密度进行检测，即将9点取样板(如图1)放在烟包上面，压下15mm，用密度取样器对准样板的9点，分别压取样品，压取样品的深度为600mm或500mm，分别取出9个样品，装入同质量的塑料袋中并加注标号，而后，分别用天平称出各点样品的重量，并计算出9个点的密度值、平均值、最大值、最小值、密度最大值与平均值的最大偏差a＝(密度最大值-密度平均值)/密度平均值、密度最小值与平均值的最大偏差＝(密度最小值-密度平均值)/密度平均值，而后用a，b绝对值中的最大值≤给定值(0.1)进行判断，小于或等于给定值为合格产品，大于该值的产品视为不合格产品。每批次各等级产品按2％抽检，不足100箱的也要抽检2箱。

现有技术存在如下缺点：

(1)人工取样检测费时、费力；

(2)对产品进行的是破坏性检测，造成浪费；

(3)2％的抽检率不能真实地反应出100％产品的实际产品质量；

(4)在成品库中取样检测，这种滞后取样不能将检测的信息及时反馈到打包机进行调整。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种烟包密度在线检测装置及方法，该装置及方法能在生产中不破坏烟包的情况下，快速检测出各监测点密度，从而可检测出不合格产品，由剔除装置予以剔除，并同时将不合格产品的信息反馈给打包机，以便于对打包机进行实时调整。

为达到上述目的，本发明提供的烟包密度在线检测装置包括：若干个检测单元、支架、数据采集处理系统，其特征在于，所述若干个检测单元，包括若干个放射源或X射线源和若干个射线探测器，所述放射源或X射线源和射线探测器一一对应安装在被测烟包两侧的支架上，所述若干个检测单元的探测器通过电缆与数据采集处理系统相连接。

上述烟包密度在线检测装置，其特征在于，该装置还包括位置传感器，该位置传感器安装在检测单元前方输送带的两侧，位置传感器的安装位置要保证每个检测单元与检测点相对应。

上述烟包密度在线检测装置，其特征在于，该装置还包括剔除装置，所述剔除装置包括机座、驱动器、推杆及位置传感器。当检测装置检测出不合格烟包时，处理系统发出信号启动剔除装置，当不合格烟包移至剔除装置的位置传感器处时，位置传感器发出信号，停止输送带，由剔除装置的驱动器驱动推杆将不合格烟包剔除。

上述烟包密度在线检测装置，其特征在于，所述放射源可选用⁶⁰Co、¹³⁷Cs、²⁴¹Am或X光源可选用X光管。

上述烟包密度在线检测装置，其特征在于，所述射线探测器选用Na I闪烁计数器或塑料闪烁计数器或电离室或正比计数管或G-M管。

上述烟包密度在线检测装置，其特征在于，所述位置传感器采用光电位置传感器。

为达到发明的目的，本发明还提供了一种烟包密度在线检测方法，包括以下步骤：

步骤一、检测前预先标定：对多个检测单元在空带运行时其探测器单位时间内的计数N₀进行标定，用已知密度烟叶对检测单元采用的数学模型的物料标定系数k进行标定；具体如下

(1)按下列数学模型编程，多个检测单元则采用多个同样的数学模型。

$\mathrm{\ρ}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{KLn}\left(\frac{N_i}{N_0}\right)/n$

(2)标定N₀：

空带运行，每秒采集一次N_i，n秒共采集n次，求出n秒N_i的平均值，即得： $N_0=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{N}_i/n,$ 多个检测单元则分别标出各自的N₀值。

(3)标定K值：

假设一个K值，并输入计算机，将烟包某检测点置于检测单元处进行检测，t秒后测得某检测单元处的烟叶密度ρ_测值，用静态取样器取出该测量点的烟叶并称重，经计算得出该点的密度ρ_标值，此后用ρ_测、ρ_标对K进行修正；K_修＝K(ρ_标/ρ_测)，将K_修值输入计算机。多个检测单元则分别标出各自的K_修值。

步骤二、在线检测：多个检测单元对被测烟包完成烟包多个检测点的烟包密度在线检测，测出其各点的密度值。

步骤三、数据处理：数据采集处理系统根据采集检测单元检测的多个检测点的烟包密度值，计算出多点的密度平均值、最大值、最小值、密度最大值与平均值的最大偏差a＝(密度最大值-密度平均值)/密度平均值、密度最小值与平均值的最大偏差b＝(密度最小值-密度平均值)/密度平均值。

步骤四、判断烟包是否合格：用a，b绝对值中的最大值≤给定值进行判断，小于或等于给定值为合格产品，大于该值的产品视为不合格产品，不合格产品由剔除装置予以剔除。

本发明实现了烟包密度非破坏性在线自动检测，解决了烟包密度在线检测长期未解决的难题，与现有技术相比具有如下效益：

非破坏性在线自动监测代替了破坏性人工取样检测，节省了人力、物力，提高了自动化水平；

烟包实现了100％的监测，确保了烟包质量；

实时将检测结果反馈给打包机，使打包机及时调整工作参数，提高了烟包合格率，降低了生产成本，提高了经济效益。

附图说明

图1a、图1b时静态抽样检测九点法取样板示意图；

图2a、图2b是同时检测烟包九个检测点密度在线检测装置示意图；

图3a、图3b是分步移动检测烟包密度检测装置示意图；

图4a、图4b、图4c是分步移动检测过程示意图；

图5是本发明烟包密度在线检测方法流程图。

其中附图标记为：

10-取样板

11-取样孔

21-支架

22-放射源或X射线源

23-烟包

24-烟包传送带

25-探测器

26-数据采集处理系统

27-剔除装置

28、28‘、28“-位置传感器

具体实施方式

下面结合附图进一步详细说明本发明的技术方案：

参考图2a、2b和图3a、3b，本发明的烟包密度在线检测装置包括若干个检测单元，该检测单元包括若干个放射源或X射线源22及若干个探测器25、支架21、位置传感器28(28‘、28“)、数据采集处理系统26及剔除装置27(为便于说明，假设为m个放射源或X射线源及m个探测器)。其中放射源22和探测器25分别安装在支架21上。探测器25、位置传感器28和剔除装置27用电缆与数据采集处理系统26相连接，烟包在放射源22与探测器25之间通过接受检测。m个放射源或X射线源22，及m个探测器25分别安装在被测烟包的两侧(上下或左右或前后)，具体位置由被测烟包所需要检测点的位置决定，且放射源或X射线源22与探测器25一一对应，构成m个检测单元。m的大小是由烟包密度检测点的多少来决定的，检测单元的分布及相互之间的位置也是由烟包需要检测点的分布与相互之间的相对位置决定，并且二者一一相对应。例如：对应目前静态检测用的9点取样法，则m＝9。9个检测单元，如A、B、C、D、E、F、G、H、I就要与9个检测点a、b、c、d、e、f、g、h、i一一对应。即A-a，B-b，C-c，D-d，E-e，F-f，G-g，H-h，I-i。

对烟包需要检测的m个点，如m＝9或12或16，则分别形成3×3、3×4、4×4点阵式排列，一次同时检测出m个点。如图2所示。

为了减少检测单元的数量，采用烟包分步移动检测，参考图3a、3b和图4a、4b、4c，如m＝3(或4、5)，3个检测单元一字排开，并且要求与烟包移动方向相垂直，烟包每移动一次，检测3个点(a、b、c)，再移动一步检测出d、e、f点，最后一步检测出g、h、i点的值。

烟包分步移动是由位置传感器28控制确定，如m＝3，有A、B、C三个检测单元，受检测点9点，据此，在烟包受检处前方相应位置上安装有位置传感器28、28‘、28“，，位置传感器28的安装要保证检测单元A、B、C与检测点a、b、c一一相对应，位置传感器28的安装位置要保证检测单元A、B、C与检测点d、e、f一一相对应，位置传感器28”的安装位置要保证检测单元A、B、C与检测点g、h、i一一相对应，当烟包受检时，烟包移动到位置传感器28位置时，位置传感器28发出信号停止输送带，数据处理系统发出信号A、B、C检测单元开始对a、b、c三个检测点进行检测，检测完毕后发出信号启动输送带，烟包开始移动，当烟包移动到位置传感器28‘时，位置传感器28‘发出信号停止输送带，数据处理系统发出信号A、B、C检测单元开始对d、e、f三个检测点进行检测，检测完毕后发出信号启动输送带，烟包开始移动至位置传感器28“时，位置传感器28“发出信号停止输送带，A、B、C检测单元开始对g、h、i三个检测点进行检测，烟包移动三次A、B、C检测单元完成9个检测点的检测。

烟包密度在线检测装置中的剔除装置27是由机座、驱动器、推杆及位置传感器组成，在数据采集处理系统26检测出不合格烟包时，发出信号启动剔除装置开始工作，在不合格烟包移至剔除装置27的位置传感器处时，位置传感器发出信号停止输送带，剔除装置27的驱动器开始工作，带动推杆将不合格烟包推出输送带外。

烟包密度在线自动检测装置所用的放射源可选用⁶⁰Co、¹³⁷Cs、²⁴¹Am；X光源选用X射线发生器(X光管)；探测器可选用Na I闪烁计数器或塑料闪烁计数器或电离室或正比计数管或G-M管。

该检测装置检测单元采用的数学模型是根据物质对射线吸收定律建立的，射线吸收定律有两种表述形式：F＝k ln(N_i/N₀)和F＝k[ln(N_i/N₀)]^1+δ，本发明以F＝k ln(N_i/N₀)为例进行阐述。

为了消除统计涨落的影响，增加检测时间在t秒时间采样n次，所以m个检测单元的数学模型如下：

$F_1=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_1\mathrm{Ln}\left(\frac{N_{i1}}{N_{01}}\right)}{n}------\left(1\right)$

$F_2=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_2\mathrm{Ln}\left(\frac{N_{i2}}{N_{02}}\right)}{n}------\left(2\right)$

………

$F_{m-1}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_{m-1}\mathrm{Ln}\left(\frac{N_{\mathrm{im}-1}}{N_{0m-1}}\right)}{n}------(m-1)$

$F_m=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_m\mathrm{Ln}\left(\frac{N_{\mathrm{im}}}{N_{0m}}\right)}{n}------\left(m\right)$

式中F₁～F_m分别是烟包检测点处单位面积上的烟叶重量(g/cm²)；N₀₁～N_0m为无物料时探测器单位时间的计数(个/秒)；N_i1～N_im为有物料时探测器单位时间的计数(个/秒)；k₁～k_m为物料标定系数；n为采样次数。

假如探测器测得烟包检测点处的底面积为S，烟包的高度为H，因为烟包高度一致，所以H＝常数，则被检测烟叶的体积为V＝S·H；检测烟叶的重量W＝F·S，烟叶的密度 $\mathrm{\ρ}=\frac{W}{V}=\frac{\mathrm{FS}}{\mathrm{SH}}=\frac{F}{H},$ 由此可得出烟包的密度数学模型为：

${\mathrm{\ρ}}_1=\frac{F_1}{H}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_1\mathrm{Ln}\left(\frac{N_{i1}}{N_{01}}\right)/n\·H$

${\mathrm{\ρ}}_2=\frac{F_2}{H}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_2\mathrm{Ln}\left(\frac{N_{i2}}{N_{02}}\right)/n\·H$

………

${\mathrm{\ρ}}_{m-1}=\frac{F_{m-1}}{H}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_{m-1}\mathrm{Ln}\left(\frac{N_{i_{m-1}}}{N_{\mathrm{om}-1}}\right)/n\·H$

${\mathrm{\ρ}}_m=\frac{F_m}{H}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_m\mathrm{Ln}\left(\frac{N_{\mathrm{im}}}{N_{0m}}\right)/n\·H$

由此可见，ρ与F成正比关系，所以，检测F也意味着检测ρ。

令K₁＝k₁/H；K₂＝k₂/H；K_M-1＝k_M-1/H；K_M＝k_M/H；

则上式可变为：

${\mathrm{\ρ}}_1=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{K}_1\mathrm{Ln}\left(\frac{N_{i1}}{N_{01}}\right)/n------\left(1\right)$

${\mathrm{\ρ}}_2=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{K}_2\mathrm{Ln}\left(\frac{N_{i1}}{N_{01}}\right)/n---\left(2\right)$

------

${\mathrm{\ρ}}_{m-1}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{K}_{m-1}\mathrm{Ln}\left(\frac{N_{i1}}{N_{01}}\right)/n------(m-1)$

${\mathrm{\ρ}}_m=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{K}_m\mathrm{Ln}\left(\frac{N_{i1}}{N_{01}}\right)/n------\left(m\right)$

(1)’、(2)’、------、(m-1)’、(m)’既是本发明所用的烟包密度检测的数学模型。

该数学模型在检测前需对N₀₁...N_Om进行标定和用已知密度的烟叶分别对K₁...、K_m进行标定。

m个检测单元对烟包m个检测点的烟叶密度进行测量，数据处理系统利用测得的各个检测点的烟叶的密度值计算出m个检测点的密度平均值、最大值、最小值、a＝(密度最大值-密度平均值)/密度平均值、b＝(密度最小值-密度平均值)/密度平均值。而后用a、b绝对值中的最大值≤给定值进行判断，不合格的烟包被剔除装置给予剔除，同时将测得的烟叶密度最大值和最小值及其所处位置等信息反馈给打包机，对打包机的工作参数进行调整，以确保烟包的质量。

以下结合目前各烤烟厂用静态密度9点法取样检测为例，说明本发明的烟包密度检测装置的具体实现方法：

本实施例的烟包密度检测装置包括三个¹³⁷Cs放射源，该放射源强度为50mci(毫居)点源；3个NaI闪烁计数器，其中NaI尺寸为Φ50mm×50mm；带外壳的支架；3个光电位置传感器；含电动或气动驱动器及光电位置传感器的剔除装置；含S₇-300CPU，A/D、D/A、开入/，开出模块、TP-27触摸屏的PLC数据采集处理系统组成。其中3个放射源与3个探测器分别安装在烟包输送带的上方支架与下方支架上，且一一相对应组成3个检测单元A、B、C，三个检测单元的相互间尺寸与9点取样板的取样点a、b、c相对应，3个光电位置传感器安装在检测单元A、B、C的前方，输送带的两侧上方，距输送带的距离为360mm，光电位置传感器28安装位置距检测单元A、B、C所在平面的距离为127mm，光电位置传感器28、28‘、28“之间的距离相等，均为381mm，光电位置传感器安装位置要确保移动检测时，A、B、C检测单元与检测点a、b、c；d、e、f；g、h、i相对应，剔除装置安装在光电位置传感器28“的后边输送带侧面适当位置。

检测单元的探测器、光电位置传感器、剔除装置用电缆与PLC数据采集处理系统相连，PLC输出信号至打包机。如图3a、图3b所示

采用本装置便可实现移动式烟包密度在线检测。以下参考图5结合本检测装置进一步阐述本发明提供的烟包密度在线测量方法，步骤如下：

步骤1：检测前预先标定。该步骤进一步包括

步骤101，3个检测单元采用数学模型为：

${\mathrm{\ρ}}_1=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{K}_1\mathrm{Ln}\left(\frac{N_{i1}}{N_{01}}\right)/n$

${\mathrm{\ρ}}_2=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{K}_2\mathrm{Ln}\left(\frac{N_{i1}}{N_{01}}\right)/n$

${\mathrm{\ρ}}_3=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{K}_3\mathrm{Ln}\left(\frac{N_{i1}}{N_{01}}\right)/n$

根据以上数学模型进行编程。

步骤102，标定N₀₁、N₀₂、N₀₃

无物料，输送带空带运行，数据采集处理系统采集射线探测器输出信号N_i1、N_i2、N_i3，经t秒，例如t＝60秒测得N_i的平均值即N₀₁、N₀₂、N₀₃值，假设测得N₀₁＝5000个/秒、N₀₂＝5100个/秒、N₀₃＝5150个/秒，零点标定完毕。

步骤103，标定K₁、K₂、K₃

用已知密度烟叶对K₁、K₂、K₃进行标定：

选烟包a检测点处的烟叶密度为已知密度进行标定，首先标定K₁，即将烟包a检测点置于检测单元A的相对应处，先假定一个K₁值，如K₁＝70，输入数据采集处理系统，此时检测单元A的数学模型为： $\mathrm{\ρ}=70\mathrm{lm}\left(\frac{N_i}{5000}\right)$

标定开始，数据采集处理系统采集一次N_i如N_i＝2500，计算一次ρ_i＝0.673，经过t秒如t＝60S，测得： ${\mathrm{\ρ}}_1=\underset{i=1}{\overset{60}{\mathrm{\Σ}}}70\mathrm{Ln}\left(\frac{N_i}{5000}\right)/60=0.68g/{\mathrm{cm}}^3;$ 同样将烟包a检测点置于检测单元B相对应处标定K₂，同样假设K₂＝70，并输入计算机，标定时间也为60秒，测得ρ₂＝0.70g/cm³，同样烟包a检测点置于检测单元C相对应处测得ρ₃＝0.69g/cm³.

用9点法取样板，取样器对准a测量点处取样，对取样品进行称重，经过计算取得a点处烟包密度ρ_标准＝0.45g/cm³。

用ρ_标准及ρ₁、ρ₂、ρ₃对K进行修正得：

将K_1修、K_2修、K_3修、输入数据采集处理系统，完成了对K₁、K₂、K₃的标定。

步骤2，在线检测：

检测单元A、B、C根据上述ρ₁、ρ₂、ρ₃的数学模型进行在线检测。输送带启动带动烟包向前移动，当烟包达到光电位置传感器28时，光电位置传感器28发信号输送带停止，此时检测单元A、B、C对准a、b、c检测点进行检测，如测量时间t＝30秒，测得：ρ_a＝0.451g/cm³、ρ_b＝0.448g/cm³、ρ_c＝0.459g/cm³，测量完毕启动输送带，烟包向前移动，烟包移到光电位置传感器28‘时，光电位置传感器28‘发出信号输送带停止，检测单元A、B、C对准d、e、f检测点进行检测，测量时间t＝30秒，测得：ρ_d＝0.445g/cm³、ρ_e＝0.452g/cm³、ρ_f＝0.442g/cm³，测量完毕启动输送带，烟包向前移动，烟包移到光电位置传感器28“时，光电位置传感器28“发出信号输送带停止，同样测得：

ρ_g＝0.458g/cm³、ρ_e＝0.452g/cm³、ρ_i＝0.455g/cm³.

步骤3，数据处理：

待数据采集处理系统测完9个测量点的密度值后，进行数据处理，对侧得的ρ_a、ρ_b、ρ_c、ρ_d、ρ_e、ρ_f、ρ_g、ρ_e、ρ_i值进行计算，得出ρ_平均＝0.4503；ρ_max＝ρ_c＝0.459；ρ_min＝ρ_f＝0.442；a＝(ρ_max-ρ_平均)/ρ_平均＝(0.459-0.4503)/0.4503＝0.02；同样算出b＝-0.018。

步骤4，判断：

a、b绝对值中最大值为a＝0.02，用a＝0.02与给定值进行比较，如给定值为0.1，则a小于给定值，此烟包为合格品通过检测，如果a大于给定值，则判断其为不合格产品，数据处理系统启动剔除装置工作，当烟包移至剔除装置的光电位置传感器时，光电位置传感器发出信号输送带停止，剔除装置驱动器工作，带动推杆将烟包推出输送带外。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1、一种烟包密度在线检测装置，包括若干个检测单元、支架、数据采集处理系统，其特征在于，所述检测单元包括若干个放射源或X射线源和若干个射线探测器，所述放射源或X射线源和探测器一一对应安装在被测烟包两侧，所述检测单元的探测器通过电缆与数据采集处理系统相连接。

2、根据权利要求1所述的烟包密度在线检测装置，其特征在于，该装置还包括至少一个位置传感器，该位置传感器安装在检测单元前方输送带的两侧，位置传感器的安装位置要保证每个检测单元与检测点相对应。

3、根据权利要求1所述的烟包密度在线检测装置，其特征在于，该装置还包括剔除装置，该剔除装置包括机座、驱动器、推杆及位置传感器，当数据处理系统检测出不合格烟包时，处理系统发出信号启动剔除装置，在不合格烟包移至剔除装置的位置传感器处时，位置传感器发出信号停止输送带，由剔除装置的驱动器驱动推杆将不合格烟包推出输送带外。

4、根据权利要求1所述的烟包密度在线检测装置，其特征在于，所述放射源选用⁶⁰Co、¹³⁷Cs、²⁴¹Am，所述X射线源选用X射线发生器。

5、根据权利要求1所述的烟包密度在线检测装置，其特征在于，所述探测器选用NaI闪烁计数器或塑料闪烁计数器或电离室或正比计数管或G-M管。

6、根据权利要求2或3所述的烟包密度在线检测装置，其特征在于，所述位置传感器采用光电位置传感器。

7、一种烟包密度在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、检测前预先标定：对多个检测单元在空带运行时其探测器单位时间内的计数进行标定，用已知密度烟叶对检测单元采用的数学模型的物料标定系数进行标定；

步骤二、在线检测：多个检测单元对被测烟包完成烟包多个检测点的烟包密度在线检测，测出其各点的密度值。

步骤三、数据处理：数据采集处理系统根据采集检测单元检测的多个检测点的烟包密度值，计算出多点的密度平均值、最大值、最小值、密度最大值与平均值的最大偏差＝(密度最大值-密度平均值)/密度平均值、密度最小值与平均值的最大偏差＝(密度最小值-密度平均值)/密度平均值。

步骤四、判断烟包是否合格：用密度最大值与平均值的最大偏差和密度最小值与平均值的最大偏差之绝对值中的最大值≤给定值进行判断，小于或等于给定值为合格产品，大于该值的产品视为不合格产品，不合格产品由剔除装置予以剔除。

8、根据权利要求7所述的烟包密度在线检测方法，其特征在于，当采用一次同时在线检测时，所述步骤二中检测单元数目与烟包检测点数目相等。

9、根据权利要求7所述的烟包密度在线检测方法，其特征在于，当采用分步移动在线检测时，所述步骤二中检测单元数目小于烟包检测点数目。

Images