CN101750426A - 一种烟箱内片烟结块检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟箱内片烟结块检测装置及其方法，包括设置于屏蔽外壳中的支架、输送机、辐射源、辐射探测器、同步移动机构、数据采集与控制系统，辐射源、辐射探测器安装在同步移动机构上，同步移动机构固定在输送机两侧的机架上；辐射源和辐射探测器在同步移动机构上同步移动，对从同步移动机构中间通过的由输送机输送的被测烟箱进行测量，数据采集与控制系统采集辐射探测器输出的信号，并根据结块判断标准对信号进行分析，获取被测烟箱内片烟的结块情况。本装置可更准确的测量出烟箱片烟密度偏差DVR值及判断烟箱内结块是否存在并给出结块的大小及其位置；并且本装置是无损检测，具有检测精度高、稳定可靠等特点。

Description

一种烟箱内片烟结块检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及核技术测量领域，特别是涉及通过烟包密度的测量实现烟箱内片烟结块检测装置及其检测方法。

背景技术

专利申请号为200610012088.4的专利申请文件中描述了了烟包密度在线检测装置及其方法，它仅是用非破坏性检测代替破坏性静态九点检测，它给出的仍是烟包九个点密度值，并据此计算出九个点的密度偏差。这不能完全表征整个烟箱密度分布状况，因而就不可能准确的给出整个烟箱密度的偏差值，更不能检测出结块的存在与其具体位置和大小。在制丝过程中，结块的存在(有时还伴随霉变)造成松片、回潮时片烟难以松散，或产生片烟造碎问题，严重地影响着制丝的质量。为了消除结块的影响，有的烟厂采用人工挑拣的方法，还有的烟厂采用快速照相剔除的方法，但这些方法都没有彻底解决这个问题，尤其是为了保留和提高烟叶品位采用低温回潮的新工艺，结块对其影响将更为严重，因此结块的检测与消除成为世界烟草企业迫切需要解决的问题。

针对上述情况，有必要提出一种片烟结块检测装置及判断方法，以判断出结块是否存在以及烟块的大小和具体位置。该装置能检测出烟箱结块的存在并能及时得到剔除，对提高制丝质量有着重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种烟箱内片烟结块检测装置及其检测方法，用于解决现有技术无法检测出结块的存在与其具体位置及大小而严重地影响着制丝质量的问题。其中解决的要点在于：

1)分析结块产生原因，测试结块性能，找出表征结块特征的技术参数，以此建立结块判断标准；

2)研发出能测量整个烟箱底面积上片烟密度大小与分布的测量装置；

3)根据测量片烟的密度值找出表征结块技术参数的测量值；

4)根据结块技术参数的测量值与结块技术参数标准值进行比较判断确定结块存在与否，对存在结块的烟箱予以剔除。

为了实现上述目的，本发明提供的一种烟箱内片烟结块检测装置，包括设置于屏蔽外壳中的支架、输送机、辐射源、辐射探测器、同步移动机构、数据采集与控制系统，其特征在于，所述辐射源、所述辐射探测器安装在所述同步移动机构上，所述同步移动机构固定在所述输送机两侧的机架上；

所述辐射源和所述辐射探测器在所述同步移动机构上同步移动，对从所述同步移动机构中间通过的由所述输送机输送的被测烟箱进行测量，所述数据采集与控制系统采集所述辐射探测器输出的信号，并根据结块判断标准对所述信号进行分析，获取所述被测烟箱内片烟的结块情况。

上述的烟箱内片烟结块检测装置，其中，所述辐射源与所述辐射探测器通过如下组合形式之一构成测量单元；

1)多个所述辐射源、多个所述辐射探测器的测量单元；

2)一个固定的所述辐射源、多个所述辐射探测器的测量单元或二个固定的所述辐射源、二组多个所述辐射探测器的测量单元；

3)一个所述辐射源、多个所述辐射探测器的测量单元；

4)一个所述辐射源、一个所述辐射探测器的同步移动扫描测量系统或二个所述辐射源、二个所述辐射探测器的同步移动扫描测量系统；

当以所述第4)种形式组合时，一个所述辐射源和一个所述辐射探测器分别位于所述输送机的上方和下方；或二个所述辐射源中的一个辐射源和和二个所述辐射探测器中的一个辐射探测器位于所述输送机的上方或下方，另一辐射源和另一个辐射探测器位于所述输送机的左边或右边。

上述的烟箱内片烟结块检测装置，其中，还包括：位置探测器，安装在所述输送机两侧的机架上，用于当所述输送机将所述被测烟箱输送至所述位置探测器时，发出信号驱使所述输送机停止运行，此时所述辐射源和所述辐射探测器启动对所述被测烟箱进行测量。

上述的烟箱内片烟结块检测装置，其中，所述同步移动机构包括支架、丝杠、丝杠托块、导轨、伺服电机、固定连杆；所述辐射源固定在所述丝杠托块上，并通过所述固定连杆与所述辐射探测器固定在一起；

所述伺服电机驱动所述丝杠运动，所述丝杠带动所述丝杠托块上的所述辐射源、所述辐射探测器沿所述导轨同步移动扫描所述被测烟箱。

上述的烟箱内片烟结块检测装置，其中，所述同步移动机构包括支架、上下丝杠、齿轮皮带、上下齿轮皮带带轮、上下丝杠托块、导轨、伺服电机；所述辐射源安装在所述上丝杠托块上，所述辐射探测器安装在所述下丝杠托块上，所述上齿轮皮带带轮固定在所述上丝杠上，所述下齿轮皮带带轮固定在所述下丝杠上；

所述伺服电机驱动所述上丝杠、所述上齿轮皮带带轮运动，所述上丝杠带动所述上丝杠托块上的所述辐射源沿所述导轨移动，所述上齿轮皮带带轮带动所述齿轮皮带运动，所述齿轮皮带带动所述下齿轮皮带带轮、所述下丝杠运动，所述下丝杠带动所述下丝杠托块上的所述辐射探测器沿所述导轨移动，所述辐射源与所述辐射探测器沿所述导轨同步移动扫描所述被测烟箱。

上述的烟箱内片烟结块检测装置，其中，所述辐射源选择Cs¹³⁷或Am²⁴¹或X射线装置；所述辐射探测器采用电离室或闪烁计数器或G-M管或高压充气陈列电离室或闪烁晶体陈列探测器；所述位置探测器采用光电位置探测器或行程开关；所述数据采集与控制系统采用PLC进行数据采集，采用工控机进行系统控制。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种烟箱内片烟结块检测方法，其特征在于，该方法包括：

步骤一，建立结块判断标准；

步骤二，通过由辐射源和辐射探测器构成的测量单元在同步移动机构上同步移动，对从所述同步移动机构中间通过的由输送机输送的被测烟箱进行测量；

步骤三，通过数据采集与控制系统采集所述辐射探测器输出的信号，并根据所述结块判断标准对所述信号进行分析，获取所述被测烟箱内片烟的结块情况。

上述的烟箱内片烟结块检测方法，其中，所述步骤一具体包括：

步骤8.1，所述数据采集与控制系统采集所述辐射探测器当所述输送机上无被测烟箱时在测量时间内输出的信号，获取该测量时间内该信号的平均值，以得到第一零点值；

步骤8.2，将已知密度的被测烟箱置于所述测量单元中，所述数据采集与控制系统采集所述辐射探测器在测量时间内输出的信号，并根据如下公式对K进行标定：

ρ_i＝Kln(N_i/N₀)

ρ_测＝ρ_i平均＝ρ_i/t

K₁＝K(ρ_标/ρ_测)

t，测量时间；

N_i，所述辐射探测器在测量时间Δt内输出的信号；

N₀，所述第一零点值；

ρ_i，所述被测烟箱在测量时间Δt内的密度测量值；

ρ_测，所述被测烟箱的密度测量值；

ρ_i平均，ρ_i在测量时间t内的平均值；

ρ_标，所述被测烟箱的已知密度值；

K，标定前值；

K₁，标定后值；

步骤8.3，对多个包括有结块烟箱和无结块烟箱分别进行整箱测量和切割测量，得到相应的第一组测量数据、第二组测量数据，根据所述K₁对所述第一组测量数据、所述第二组测量数据进行分析比较，确定所述结块标准。

上述的烟箱内片烟结块检测方法，其中，所述步骤8.3中，所述第一组测量数据包括：烟箱片烟的密度测量最大值、最小值、烟箱片烟密度偏差值及其变化范围、不同密度测量值等高线面积大小及变化范围；所述第二组测量数据包括：结块产生的密度测量值及其变化、结块产生的烟箱片烟密度偏差值及其变化范围、结块大小及其变化范围。

上述的烟箱内片烟结块检测方法，其中，所述步骤8.3中，进一步包括：以如下公式确定所述结块标准：

ρ_imax≥ρ_结＝a；

DVR≥DVR_结＝b；

ρ＝ρ_结时切割的等高线面积S≥S_结＝c；

ρ_i＝ρ_结+nΔρ(n＝0，1，2......n)时切割得到的结块体积V≥V_结＝d

a，结块密度标准；

b，结块密度偏差值标准；

c，结块等高线面积标准；

d，结块体积标准；

ρ_imax，被测烟箱密度的最大测量值；

DVR，被测烟箱密度偏差的测量值(DVR＝ρ_sd/ρ_i平均)；

ρ_sd，密度值的标准偏差；

ρ_i平均，密度值的平均值；

S(ρ＝ρ_结)，烟箱密度等高线的面积测量值；

V，ρ_i＝ρ_结+nΔρ(n＝0，1，2......n)时切割得到的结块体积测量值；

ρ_结，产生结块的密度测量值；

DVR_结，产生结块的烟密度偏差值；

S_结，产生结块的密度等高线面积；

V_结，产生结块的体积。

上述的烟箱内片烟结块检测方法，其中，所述步骤三中，进一步包括：

所述数据采集与控制系统通过判断对所述密度测量最大值是否大于所述结块密度标准，和/或所述密度偏差值是否大于所述结块密度偏差值标准，和/或所述密度等高线面积是否大于所述结块等高线面积标准确定所述被测烟箱是否存在结块的步骤。

上述的烟箱内片烟结块检测方法，其中，所述步骤三中，进一步包括：

当所述密度测量最大值大于所述结块密度标准时，则进一步判断所述密度偏差值是否大于所述结块密度偏差值标准，否则进入下一步工序处理，继续对所述被测烟箱进行测量；

当所述密度偏差值大于所述结块密度偏差值标准时，则进一步判断所述密度等高线面积是否大于所述结块等高线面积标准，否则进入下一步工序处理，继续对所述被测烟箱进行测量；

当所述密度等高线面积大于所述结块等高线面积标准时，则确定所述被测烟箱存在结块，并对所述烟箱作剔除处理，否则继续对所述被测烟箱进行测量。

本发明的有益技术效果在于：

与现有技术相比，本发明在烟箱生产过程中采用本装置能够更精确地测出烟箱片烟密度偏差DVR，更准确地判断烟箱是否是合格产品，大大提高了烟箱生产质量。在制丝回潮松片中采用本装置判断结块存在可以对结块烟箱达到及时处理，提高制丝质量，提升卷烟品位，为企业带来较大经济效益。本发明的烟箱片烟结块检测装置以及检测目前在世界上尚属空白。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1a是本发明含有多个辐射源、多个探测器的测量单元示意图；

图1b是本发明含有一个辐射源、多个探测器的测量单元示意图；

图1c是本发明含有一个辐射源移动扫描、多个探测器的测量单元示意图；

图1d是本发明含有一个辐射源、一个探测器的同步移动扫描测量单元示意图；

图1e是本发明含有两个辐射源、两个探测器的同步联动扫描测量单元示意图；

图1f是本发明含有两个辐射源、两组多个探测器的测量单元示意图；

图2a是本发明烟箱片烟结块二维检测装置的主视图；

图2b是本发明烟箱片烟结块二维检测装置的左视图；

图2c是本发明烟箱片烟结块二维检测装置的俯视图；

图3a是本发明丝杠驱动同步移动机构示意图；

图3b是本发明双丝杠一齿型皮带联动同步移动机构示意图；

图4a是本发明烟箱空间坐标示意图；

图4b是本发明烟箱x-y平面测量点示意图；

图5是本发明二维检测装置的测量单元示意图；

图6a是本发明在线检测装置的测量单元示意图；

图6b是本发明在线检测装置的另一类型测量单元示意图；

图7是本发明烟箱内片烟结块检测方法流程图。

图8是建立结块判断标准框图。

其中，附图标记为：

屏蔽外壳                     1

支架                         2

烟箱                         3

辐射源                     4(S1、S2、Sn、Sx、Sz......)

探测器                     5

辐射探测器                 51(D1、D2、Dn、Dx₁、Dx_n、Dz₁、Dz_n......)

位置探测器                 52

输送机                     6

同步移动机构               7

数据采集与控制系统         8

丝杠                       9

丝杠托块                   10

导轨                       11

伺服电机                   12

固定连杆                   13

齿轮皮带                   14

下皮带带轮                 15

上皮带带轮                 16

辐射源前准直器             17

探测器前准直器             18

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。

如图1a-图1f描述了本发明检测装置的多种类型。该检测装置是用于对烟箱3内的片烟结块进行检测的装置，该检测装置是由屏蔽外壳1、支架2、烟箱3、一个或多个辐射源4、一个或多个辐射探测器51、一个或多个位置探测器52、输送机6、同步移动机构7、数据采集与控制系统8等组成。

进一步地，同步移动机构7固定在输送机6的机架上，一个辐射源4和一个探测器51相应地安装在同步移动机构7上，位于输送机6的上方和下方，或者二个辐射源4和二个辐射探测器51相应的安装在同步移动机构7上，一组位于输送机6的上方或下方；另一组位于输送机6的左边或右边，并可在同步移动机构7上同步移动，由输送机6输送的烟箱3从同步移动机构7中间通过；位置探测器52安装在输送机6两侧的机架上。

一个辐射源4和多个辐射探测器51(或陈列探测器)；一个辐射源4固定在输送机6上方的机架上，多个辐射探测器51固定在输送机6下方的机架上，或二个辐射源4、二组多个辐射探测器51(或陈列探测器)，一组的一个辐射源4和多个辐射探测器51安装在输送机6的上方或下方的机架上；另一组的一个辐射源4和多个辐射探测器51分别安装在输送机6的左边和右边的机架上，输送机6输送的烟箱3从辐射源4和辐射探测器51中间通过。

辐射源4和辐射探测器51可有多种型式组合，因此可形成诸多类型测量单元。

1)多个辐射源和多个辐射探测器的测量单元；

2)一个固定辐射源和多个辐射探测器的测量单元或二个固定辐射源和二组多个辐射探测器的测量单元；

3)一个辐射源和多个辐射探测器的测量单元；

4)一个辐射源和一个辐射探测器的同步移动扫描测量单元或两个辐射源和两个辐射探测器的同步移动扫描测量单元。

辐射源4和辐射探测器51的组合型式并不限于上述四种类型。

在图1a中，检测装置含有多个辐射源4(S1、S2、Sn)、多个辐射探测器51(D1、D2、Dn)构成的测量单元。

在图1b中，检测装置含有一个辐射源4多个辐射探测器51构成的测量单元。

在图1c中，检测装置含有一个辐射源4(S)、多个辐射探测器51(D1、D2、Dn)构成的移动扫描测量单元。

在图1d中，检测装置含有一个辐射源4(S)、一个辐射探测器51(D)构成的同步移动扫描测量单元。

在图1e中，检测装置含有二个辐射源4(S1、S2)、二个辐射探测器51(D1、D2)构成的同步移动扫描测量单元。

在图1f中，检测装置含有二个辐射源4(Sx、Sz)、二组多个辐射探测器51(Dx₁-Dx_n；Dz₁-Dz_n)构成的测量单元。

同步移动机构7的构成也可以是多种方式，具体地：

(1)同步移动机构7是由支架、丝杠9、丝杠托块10、导轨11、伺服电机12、固定连杆13等组成；

其中，辐射源4固定在丝杠托块10上，固定连杆13将辐射源4与探测器5固定在一起，保证二者同步移动扫描。

(2)同步移动机构7是由支架、上下丝杠9、上齿轮皮带带轮15、下齿轮皮带带轮16与齿轮皮带14、上下丝杠托块10、导轨11、伺服电机12等组成；

其中，辐射源4安装在上丝杠托块10上，辐射探测器51安装在下丝杠托块10上，上齿轮皮带带轮15固定在上丝杠9上，下齿轮皮带带轮16固定在下丝杠9上；上、下丝杠9与齿轮皮带14联动，确保辐射源4与探测器同步移动。

进一步地，辐射源4采用Cs¹³⁷源或Am²⁴¹源或X射线装置。

进一步地，辐射探测器51是电离室或闪烁计数器或G-M管或高压充气陈列电离室或闪烁晶体陈列探测器。

上述辐射源4和辐射探测器51的多种组合方式中，第2)和第4)种构成的测量单元为较佳技术方案，下面将以它为例叙述如下；

图2a-图2c是本发明烟箱片烟结块二维检测装置的主视图、左视图、俯视图。

烟箱结块检测装置是由屏蔽外壳1、支架2、辐射源4、辐射探测器51、位置探测器52、输送机6、同步移动机构7、数据采集与控制系统8等组成。

同步移动机构7固定在输送机6的机架上，辐射源4和辐射探测器51相应的安装在同步移动机构7上，位于输送机6的上方和下方，并可在同步移动机构7上同步移动；由输送机6输送的烟箱3从同步移动机构7中间通过；位置探侧器52安装在输送机6两侧的机架上，辐射探测器51和位置探测器52的输出信号分别与数据采集与控制系统8相连接，如图2a-图2c所示。

如图3a所示，是丝杠驱动同步移动机构示意图。在该图中，在同步移动机构7上安装有辐射源4与探测器辐射探测器51，同步移动机构7由支架、丝杠9、丝杠托块10、导轨11、伺服电机12、固定连杆13等组成，辐射源4和辐射探测器51用固定连杆13连接在一起，伺服电机12驱动丝杠9运动，丝杠9带动丝杠托块10上的辐射源4和辐射探测器51沿导轨11做同步移动，如图3a所示。

同步移动机构7可有多种类型，如采用双丝杠齿轮皮带联动机构，如图3b所示。

在图3b中，伺服电机12驱动上丝杠9、上齿轮皮带带轮15运动，上丝杠9带动丝杠托块10及其上的辐射源4沿导轨11移动，同时上齿轮皮带带轮15带动齿轮皮带14运动，齿轮皮带14带动下齿轮皮带带轮16及下丝杠9运动，下丝杠9带动丝杠托块10及其上的辐射探测器51移动，上下丝杠9与齿轮皮带14联动，确保了辐射源4与辐射探测器51同步移动。

辐射源4和辐射探测器51构成了测试单元，根据物质吸收原理，可按下式测量出烟箱3内的烟叶密度：

ρ_i＝Kln(N_i/N₀)                            (1)

式中ρ_i为单位面积烟叶的面密度；因为烟箱3高度为常数，故ρ_i可表征烟叶的密度；

N₀，指无烟箱3时，辐射探测器51输出的信号个/秒；

N_i，指有烟箱3时，辐射探测器51输出的信号个/秒；

K，指物质(烟叶)标定系数，该值可用已知烟叶的密度值进行标定得出。

辐射源4可采用Cs¹³⁷或Am²⁴¹或X射线装置；探测器5可采用电离室或闪烁计数器或G-M管或高压充气陈列电离室或闪烁晶体陈列探测器，位置探测器52，可采用光电位置探测器或行程开关等。

数据采集与控制系统8进行数据采集采用PLC，进行系统控制采用工控机。

采用该装置可测量烟箱3的底面积(x、y面)各点的面密度值或密度。假设烟箱3在空间的坐标如图4a所示，输送机6沿y方向将烟包输送至位置探测器52时，位置探测器52发出信号使输送机6停止运行，此时启动测量单元，沿x方向以一定速度V扫描，假设烟箱3的宽度为L_x，则扫描一个行程所需时间为T＝L_x/V，采样周期t_T＝t_间隔+t_采样，一个行程所测的点数N＝T/t_T，当测到第N点的密度值ρ_i后，测量单元停止移动，此时输送机6输送烟箱3沿y方向前进一定距离(距离＝烟箱y的方向长度L_y/y方向需要检测点M)停止，此时启动测量单元回扫至开始点，并又测出N个点的密度值ρ_i后停止移动，此时输出烟箱3又沿y方向前进一定距离......如此来回多次扫描，最终测得烟箱3的底面积(x-y面积)上N、M个点的密度ρ_i，如图4b所示。

根据N·M点的密度值可以获得如下信息：

①，得到片烟密度N.M点的ρ_min，ρ_max；

②，计算得到片烟密度偏差DVR＝ρ_sd/ρ_平；式中ρ_sd是N·M点的密度值的标准偏差；其中，ρ_平是N.M点的密度值的平均值；

③，根据x-y平面各点的ρ_i值做成的在Z方向显示的柱状图，用不同ρ_i值的等高面切割柱图得到不同ρ_i值等高线图，从而可得不同密度值时(等高线)的位置及其面积S大小(面积＝等高线含有点数乘测量点的面积)和体积V大小(体积＝等高线含有测量点数乘测量点体积)；

④，将x-y平面各点ρ_i值进行灰度变换转换成不同灰度值显示的x-y平面的灰度图示。

根据以上信息与结块判断标准比较可检测出烟箱3是否存在结块，所以以上信息是检测结块是否存在的基础。

如图5所示，是本发明二维检测装置的测量单元示意图。该图描述了烟箱片烟结块二维检测装置，该检测装置是在上述烟箱片烟结块检测装置中再增加一个Z方向扫描的测量单元。

在图5中，测量单元的辐射源4与辐射探测器51分别安装在同步移动机构7上，位于输送机6左边和右边，并随烟箱3的x方向的扫描测量单元(辐射源4探测器6)同步联动扫描，输送机6输送烟箱3沿y方向移动，x方向扫描测量单元测量出烟箱3的y-x平面上N·M点的ρ_i值，z方向的扫描测量单元测量出烟箱3的y-z平面上N·M点的ρ_i值，据此可得到y-z平面y-x平面相同的信息，根据二个平面的信息可更加清楚地、更加准确地检测出结块的存在并给出结块在三维空间的位置大小。

上述检测装置中，测量时间较长，不适应在线测量。为了减少测量时间，在上述“烟箱片烟结块检测装置”中，用一个辐射源4和N个辐射探测器51(或陈列探测器)代替移动扫描测量单元，一个辐射源4固定在输送机6上方的支架上，N个辐射探测器51固定在输送机6下方的支架上，构成烟箱结块在线检测装置，如图6a所示。N个辐射探测器51(51-1、51-2、51-3......n-1、n)输出信号送至数据采集与控制系统8。数据采集与控制系统8可以一次同时采集N个信号。

输送机6以一定的速度V运送烟箱3(V＝烟箱y方向长度L_y/M·t_T，其t_T＝t_间隔+t_采样)，当烟箱3行至位置探测器52时，数据采集与控制系统8以采样周期t_T进行采集N个探测器信号，一个采集周期ts可测出N个点ρ_i值，采样M个t_T，可测出x-y平面上N·M点ρ_i值。如上所述，根据各点的ρ_i同样可以得到上述同样的信息，用以判断结块的存在与否。当然也可以在本检测装置10中再增加一个辐射源4和多个辐射探测器51，它们分别安装在输送机6的左边和右边，完成Z方向的N个点测量任务，输送机6输送烟箱3以一定速度V前进，数据采集与控制系统8以采样周期t_s(t_s＝t_间隔+t_采样)进行间隔式采集N个探测器信号，采集M个t_s周期可测出y-z平面上M.N点的密度值(ρ_i)根据二个平面ρ_i值及其信息可以显示结块在三维空间的位置及其大小，可以更加清楚、更加准确地检测出结块的存在。

如图6b所示，为本发明在线检测装置的另一类型测量单元的具体实施方式的示意图。

检测装置的测量单元可有多种类型，如图1，但其实质与工作原理相同，在此就不一一叙述。

下面结合具体实施例进一步说明本发明技术方案：

如图3a所示，是丝杠驱动同步移动机构示意图。在该图中，在同步移动机构7上安装有辐射源4与探测器，它是由支架2、丝杠9、辐射源4、丝杠托块10、导轨11、伺服电机12、固定连杆13及辐射探测器51组成。辐射探测器51通过固定连杆13与辐射源4固定在一起，伺服电机12驱动丝杠9转动，丝杠9带动丝杠托块10、辐射源4与辐射探测器51同步移动达到由辐射源4与辐射探测器51构成的测量单元沿x方向移动扫描的目的。

在本实施例中，辐射源4选取X射线装置，其参数为：管流0.3-0.6mA，高压30-80Kv；辐射探测器51选择塑料闪烁计数器，闪烁体尺寸为Φ20*20mm；输送机6由步进电机或伺服电机12驱动；数据采集与控制系统8进行数据采集采用PLC，进行系统控制采用工控机，位置探测器52采用光电位置探测器。

采样时间、测量点数、x方向扫描速度的确定：

①’，被测烟箱的尺寸，参见图3c所示；

②’，确定测量点数：

x方向，N＝8

y方向，M＝18

③’，确定采样周期：

假设采样周期T＝5秒，其间隔时间t_间＝2秒，采样时间t_采＝3秒，T＝2+3＝5秒

④’，确定扫描速度(边缘处各留30mm)

扫描速度V＝(660-60)/8x5＝15mm/秒

⑤’，烟箱y方向步进距离确定

y方向，边缘二边各留58mm

y方向，每步前进距离S＝(1060-160)/18＝50mm/秒

⑥’，测量点面积为：

x方向，15mm/行*3秒＝45mm＝4.5cm

y方向，50mm＝5cm

测量点面积4.5*5＝22.5cm²

烟箱x-y平面上共有M*N＝8*18＝144个测量点

由此检测装置可以测量出烟箱底面积上144个测量点的片烟密度值，根据144个点的密度值可以求出表征结块的技术参数，并与结块存在的判断标准比较，判断结块的存在。

下面具体地阐述烟箱内结块检测方法，它包括如下步骤：

步骤7.1，建立结块判断标准，该步骤具体包括以下子步骤：

步骤7.1.1，预先标定步骤；

a)标定一个或多个检测单元的N₀值

标定“检测装置”一个或多个测量单元的N₀值。测量单元采用的数学模型是：

ρ_i＝Kln(N_i/N₀)                   (1)

在对烟箱内片烟测量前要对N₀值进行标定。

标定N₀方法：空带运行，数据采集与控制系统8每秒采集一次N_i值，采集n秒有n个N_i，求出N_i平均值即得N₀，多个测量单元需分别标出各自N₀值。

b)标定K

用一个已只密度值＝ρ_标的被测片烟置于测量单元之中，预先假定一个K值，并将该K值输入到数据采集与控制系统8中，该数据采集与控制系统8每秒采集一次N_i值，按公式(1)计算一次ρ_i值，测得t秒的ρ_i平均＝ρ_测，根据ρ_测、ρ_标及ρ_i平均＝ρ_测对K进行修正得：K₁＝K(ρ_标/ρ_测)输入数据采集与控制系统8，多个测量单元分别标出各自的K₁值。

步骤7.1.2，按下列程序建立结块判断标准(见图8)；

A1)选择若干个烟箱3，这些烟箱3中包括有结块烟箱和无结块烟箱；

检测装置检测各烟箱得到如下信息：

a1·烟箱片烟ρ_min、ρ_max；

a2·DVR大小及变化范围；

a3·不同ρ_i值等高线面积S与体积V大小及变化范围。

切割烟箱实测烟箱测得数据：

b1·结块产生的ρ_i结值大小及其变化；

b2·结块产生的烟箱DVR大小及其变化范围；

b3·结块大小及其变化范围。

A2)分析、对比二者关系，确定判断标准：

c1)ρ_imax≥ρ_结＝a；

c2)DVR≥DVR_结＝b；

c3)ρ＝ρ_结＝c时的等高线面积S≥S_结；

c4)ρ≥ρ_结时的等高线上体积V≥V_结；

假设在本实施例中确定的结块标准为：

ρ_结＝a＝500kg/m³DVR_结＝b＝20％

S_结＝c＝200cm²V_结＝500cm³

A3)将结块标准a、b、c、d输入数据采集与控制系统8。

步骤7.2，生产中对烟箱片烟结块检测；该步骤具体包括(见图7)：

步骤7.2.1，检测装置自动校正零点(测量N₀值)；

步骤7.2.2，烟箱3进检测装置的测试区，检测装置对烟箱3进行测量；测得烟箱3的底面积M乘N个测量点的密度ρ_i1.........ρ_MN，假设其中ρ_iMax＝550kg/m³计算得DVR＝25％，用ρ_i＝ρ_结+n*Δρ(n＝0，1，2，3...)切割ρ_i柱状图得到S_i与V_i值如下：

a，测量点面积ΔS＝ΔX*ΔY＝4.5cm*5cm＝22.5cm²；

b，测量点体积ΔV＝ΔX*ΔY*ΔZ＝4.5cm*5cm*1cm＝22.5cm³(Z坐标轴1cm代表10kg/m³现Δρ＝10kg/m³所以ΔZ＝1cm)。

N	ρi＝ρ结+n*Δρ(Δρ＝10kg/m3)	N(等高线内占有的测量点数)	Si(cm2)S＝N*Δ□	Vi(cm3)V＝N*Δ□
					n＝0	ρ＝500kg/m3	10	225cm2	225cm3
n＝1	ρ＝510kg/m3	8	180cm2	180cm3
					n＝2	ρ＝520kg/m3	7	157.5cm2	157.5cm3
n＝3	ρ＝530kg/m3	6	135cm2	135cm3
					n＝4	ρ＝540kg/m3	4	90cm2	90cm3
n＝5	ρ＝550kg/m3	2	45cm2	45cm3
					n＝6	ρ＝560kg/m3	1	22.5cm2	22.5cm3
∑		38	855cm2	855cm3

从表中可以得到：

ρ＝ρ_结时等高线面积S_i＝225cm²；

ρ≥ρ_结时等高线体积V_i＝855cm³。

步骤7.2.3，根据结块判断标准及烟箱测试数据判断结块是否存在，如果结块存在，则对结块烟箱进行处理，否则进行下一步生产工序：具体地：

7.2.3.1判断ρ_imax是否大于ρ_结，当ρ_imax＝550kg/m³＞ρ_结＝500kg/m³时，则进一步判断DVR是否大于DVR_结；否则进入下一步工序处理，并转入步骤7.2.2；

7.2.3.2在判断DVR是否大于DVR_结的步骤中，当DVR＝25％＞DVR_结＝20％时，则进一步判断S是否大于S_结；否则进入下一步工序处理，并转入步骤7.2.2；

7.2.3.3在判断S是否大于S_结的步骤中，当S＝225cm²＞S_结＝200cm²时，则进一步判断V是否大于V_结；否则进入下一步工序处理，并转入步骤7.2.2。

7.2.3.4在判断V是否大于V_结的步骤中，当V＝855cm³＞V_结＝500cm³时，则判断烟箱片烟存在结块，因此对该烟箱做剔除处理，否则进入下一步工序处理，并转入步骤7.2.2

在此就完成了烟箱片烟结块检测与判断任务。

实施例2，下面进一步描述在线检测装置的技术方案。

如图6所示，描述本发明在线烟箱片烟密度结块检测装置的技术方案，该实施例与实施例1不同的是，该技术方案仅以一个辐射源4和多个辐射探测器51代替了其一个辐射源4和一个辐射探测器51的同步移动扫描测量单元。在该装置中一个辐射源4安装在输送机6的上方支架上，多个辐射探测器51安装在输送机6下方的支架上，在辐射源4前装有准直器17(即辐射源前准直器)，在辐射探测器51前装有准直器18(即探测器前准直器)，安装准直器17、准直器18作用是使辐射探测器51仅接收从二个准直器17、18射过来的射线，而其方向均被准直器17、18阻挡。

在本实施例中，辐射源4选择C_s-137γ射线源，其能量＝0.66mev源强150-300毫居，多个辐射探测器51选择Na闪烁计数器，尺寸为Φ40×40，该多个辐射探测器51也可选择陈列探测器，如高压充气陈列电离室；位置探测器52则可选择行程开关；数据采集与控制系统8进行数据采集采用PLC，进行系统控制采用工控机。

在检测装置中，输送机6输送烟箱3沿y方向以一定速度行进。数据采集与控制系统8以间隔采样方式进行测量，在一个采样周期可同时测出N个点ρ_i值，在采样M个周期可测出x-y平面上N.M点的ρ_i值。根据各个点的ρ_i值计算出DVR值，根据各个点的ρ_i值中的ρ_imax值，DVR值，S值，V值等与结块判断标准比较，完成结块判断工作。

在本实施例中其采样周期、检测点数、扫描速度的确定均与上述实施例1相同，在此不再叙述。本发明已以较佳实施例揭示如上，由于测量单元形成不同，以及结块判断标准差异(由于烟叶种类，储存条件，工艺条件等方面的不同，所以造成结块的差异，因此在选定结块判断标准参数及其数值时可略有不同，但其精神实质是一样的)，可形成多个实施例，但其工作原理与精神实质是相同的。

本发明提出了一种烟箱内片烟结块检测装置及其检测方法，该装置可更准确的测量出烟箱片烟密度偏差DVR值及判断烟箱内结块是否存在并给出结块的大小及其位置，并且本装置进行的检测可以是无损检测，具有检测精度高、稳定可靠等特点。

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 (12)

1.一种烟箱内片烟结块检测装置，包括设置于屏蔽外壳中的支架、输送机、辐射源、辐射探测器、同步移动机构、数据采集与控制系统，其特征在于，所述辐射源、所述辐射探测器安装在所述同步移动机构上，所述同步移动机构固定在所述输送机两侧的机架上；

所述辐射源和所述辐射探测器在所述同步移动机构上同步移动，对从所述同步移动机构中间通过的由所述输送机输送的被测烟箱进行测量，所述数据采集与控制系统采集所述辐射探测器输出的信号，并根据结块判断标准对所述信号进行分析，获取所述被测烟箱内片烟的结块情况。

2.根据权利要求1所述的烟箱内片烟结块检测装置，其特征在于，所述辐射源与所述辐射探测器通过如下组合形式之一构成测量单元；

1)多个所述辐射源、多个所述辐射探测器的测量单元；

2)一个固定的所述辐射源、多个所述辐射探测器的测量单元或二个固定的所述辐射源、二组多个所述辐射探测器的测量单元；

3)一个所述辐射源、多个所述辐射探测器的测量单元；

4)一个所述辐射源、一个所述辐射探测器的同步移动扫描测量系统或二个所述辐射源、二个所述辐射探测器的同步移动扫描测量系统；

当以所述第4)种形式组合时，一个所述辐射源和一个所述辐射探测器分别位于所述输送机的上方和下方；或二个所述辐射源中的一个辐射源和和二个所述辐射探测器中的一个辐射探测器位于所述输送机的上方或下方，另一辐射源和另一个辐射探测器位于所述输送机的左边或右边。

3.根据权利要求1所述的烟箱内片烟结块检测装置，其特征在于，还包括：位置探测器，安装在所述输送机两侧的机架上，用于当所述输送机将所述被测烟箱输送至所述位置探测器时，发出信号驱使所述输送机停止运行，此时所述辐射源和所述辐射探测器启动对所述被测烟箱进行测量。

4.根据权利要求1、2或3所述的烟箱内片烟结块检测装置，其特征在于，所述同步移动机构包括支架、丝杠、丝杠托块、导轨、伺服电机、固定连杆；所述辐射源固定在所述丝杠托块上，并通过所述固定连杆与所述辐射探测器固定在一起；

所述伺服电机驱动所述丝杠运动，所述丝杠带动所述丝杠托块上的所述辐射源、所述辐射探测器沿所述导轨同步移动扫描所述被测烟箱。

5.根据权利要求1、2或3所述的烟箱内片烟结块检测装置，其特征在于，所述同步移动机构包括支架、上下丝杠、齿轮皮带、上下齿轮皮带带轮、上下丝杠托块、导轨、伺服电机；所述辐射源安装在所述上丝杠托块上，所述辐射探测器安装在所述下丝杠托块上，所述上齿轮皮带带轮固定在所述上丝杠上，所述下齿轮皮带带轮固定在所述下丝杠上；

所述伺服电机驱动所述上丝杠、所述上齿轮皮带带轮运动，所述上丝杠带动所述上丝杠托块上的所述辐射源沿所述导轨移动，所述上齿轮皮带带轮带动所述齿轮皮带运动，所述齿轮皮带带动所述下齿轮皮带带轮、所述下丝杠运动，所述下丝杠带动所述下丝杠托块上的所述辐射探测器沿所述导轨移动，所述辐射源与所述辐射探测器沿所述导轨同步移动扫描所述被测烟箱。

6.根据权利要求1、2或3所述的烟箱内片烟结块检测装置，其特征在于，所述辐射源选择Cs¹³⁷或Am²⁴¹或X射线装置；所述辐射探测器采用电离室或闪烁计数器或G-M管或高压充气陈列电离室或闪烁晶体陈列探测器；所述位置探测器采用光电位置探测器或行程开关；所述数据采集与控制系统采用PLC进行数据采集，采用工控机进行系统控制。

7.一种烟箱内片烟结块检测方法，其特征在于，该方法包括：

步骤一，建立结块判断标准；

步骤二，通过由辐射源和辐射探测器构成的测量单元在同步移动机构上同步移动，对从所述同步移动机构中间通过的由输送机输送的被测烟箱进行测量；

步骤三，通过数据采集与控制系统采集所述辐射探测器输出的信号，并根据所述结块判断标准对所述信号进行分析，获取所述被测烟箱内片烟的结块情况。

8.根据权利要求7所述的烟箱内片烟结块检测方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：

步骤8.1，所述数据采集与控制系统采集所述辐射探测器当所述输送机上无被测烟箱时在测量时间内输出的信号，获取该测量时间内该信号的平均值，以得到第一零点值；

步骤8.2，将已知密度的被测烟箱置于所述测量单元中，所述数据采集与控制系统采集所述辐射探测器在测量时间内输出的信号，并根据如下公式对K进行标定：

ρ_i＝Kln(N_i/N₀)

ρ_测＝ρ_i平均＝ρ_i/t

K₁＝K(ρ_标/ρ_测)

t，测量时间；

N_i，所述辐射探测器在测量时间Δt内输出的信号；

N₀，所述第一零点值；

ρ_i，所述被测烟箱在测量时间Δt内的密度测量值；

ρ_测，所述被测烟箱的密度测量值；

ρ_i平均，ρ_i在测量时间t内的平均值；

ρ_标，所述被测烟箱的已知密度值；

K，标定前值；

K₁，标定后值；

步骤8.3，对多个包括有结块烟箱和无结块烟箱分别进行整箱测量和切割测量，得到相应的第一组测量数据、第二组测量数据，根据所述K₁对所述第一组测量数据、所述第二组测量数据进行分析比较，确定所述结块标准。

9.根据权利要求8所述的烟箱内片烟结块检测方法，其特征在于，所述步骤8.3中，所述第一组测量数据包括：烟箱片烟的密度测量最大值、最小值、烟箱片烟密度偏差值及其变化范围、不同密度测量值等高线面积大小及变化范围；所述第二组测量数据包括：结块产生的密度测量值及其变化、结块产生的烟箱片烟密度偏差值及其变化范围、结块大小及其变化范围。

10.根据权利要求9所述的烟箱内片烟结块检测方法，其特征在于，所述步骤8.3中，进一步包括：以如下公式确定所述结块标准：

ρ_imax≥ρ_结＝a；

DVR≥DVR_结＝b；

ρ＝ρ_结时切割的等高线面积S≥S_结＝c；

ρ_i＝ρ_结+nΔρ(n＝0，1，2……n)时切割得到的结块体积V≥V_结＝d

a，结块密度标准；

b，结块密度偏差值标准；

c，结块等高线面积标准；

d，结块体积标准；

ρ_imax，被测烟箱密度的最大测量值；

DVR，被测烟箱密度偏差的测量值(DVR＝ρ_sd/ρ_i平均)；

ρ_sd，密度值的标准偏差；

ρ_i平均，密度值的平均值；

S(ρ＝ρ_结)，烟箱密度等高线的面积测量值；

V，ρ_i＝ρ_结+nΔρ(n＝0，1，2……n)时切割得到的结块体积测量值；

ρ_结，产生结块的密度测量值；

DVR_结，产生结块的烟密度偏差值；

S_结，产生结块的密度等高线面积；

V_结，产生结块的体积。

11.根据权利要求10所述的烟箱内片烟结块检测方法，其特征在于，所述步骤三中，进一步包括：

所述数据采集与控制系统通过判断对所述密度测量最大值是否大于所述结块密度标准，和/或所述密度偏差值是否大于所述结块密度偏差值标准，和/或所述密度等高线面积是否大于所述结块等高线面积标准确定所述被测烟箱是否存在结块的步骤。

12.根据权利要求11所述的烟箱内片烟结块检测方法，其特征在于，所述步骤三中，进一步包括：

当所述密度测量最大值大于所述结块密度标准时，则进一步判断所述密度偏差值是否大于所述结块密度偏差值标准，否则进入下一步工序处理，继续对所述被测烟箱进行测量；

当所述密度偏差值大于所述结块密度偏差值标准时，则进一步判断所述密度等高线面积是否大于所述结块等高线面积标准，否则进入下一步工序处理，继续对所述被测烟箱进行测量；

当所述密度等高线面积大于所述结块等高线面积标准时，则确定所述被测烟箱存在结块，并对所述烟箱作剔除处理，否则继续对所述被测烟箱进行测量。

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