CN101799274A - 烟草加工业中棒状物直径的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟草加工业中棒状物直径的检测装置，其包括密封盒；可转动地支撑在密封盒内的转轴，其具有沿转轴轴向延伸的棒状物过孔和在棒状物过孔两侧形成的光线过孔；光电检测单元，其包括设置于转轴的光线过孔一侧的平行光照射器和位于光线过孔另一侧的图像传感器；以及摆动机构，其包括固定至密封盒的步进电机、与步进电机连接的第一带轮、套设在转轴上的第二带轮以及齿形传动带。根据本发明的检测装置，体积小巧精致，安装和拆卸方便，便于维修和清洁，并且与使用工况非常吻合，适于推广应用。

Description

烟草加工业中棒状物直径的检测装置

技术领域

本发明涉及一种烟草加工装置，尤其涉及烟草加工的检测装置。

背景技术

烟草加工业中“棒状物”主要是指带有过滤嘴和不带过滤嘴的烟卷、过滤嘴以及其它棒状物烟草类物品如小雪茄、雪茄等，并且与上述制品处于何种生产工艺步骤无关。另外，“棒状物”还包括无端条，该无端条在确定的制造步骤中作为整个或已切断的条段，例如用于制造上述香烟制品。

卷烟行业中，特别是在制造香烟和过滤嘴时，烟草制品的直径是一个十分重要的质量指标，因此在生产的过程中必须加以监控。通常是将棒状物制品沿着其纵轴线的方向连续地或断续地输送并通过一个测量系统来实现测量。

然而，直径精确测量的难点在于烟草制品的“不圆性”，即烟草制品的横截面或多或少的偏离圆形。

在已有技术中，用于检测烟草加工业中棒状物直径的检测装置是根据不同的操作原理设计的。

英国专利申请NO/888.478披露了一种气压式直径测量方法，由香烟制造机器制成的一系列连续棒状制品连续通过一个供有恒压气体的腔室。气体经由若干通气孔逸出，棒状制品经过这些通气孔进入或离开腔室。

很明显，棒状制品横截面尺寸的变化会导致空气逸出所通过的孔口面积的变化，也就是腔室内的压力变化。因此这个压力就给出在任何给定时刻的处于腔室中的棒状制品的横向尺寸和长度的指示。该气压式直径检测方法的缺点为：气路搭建复杂、测量精度低、噪声大、受环境温度影响大。

欧洲专利申请NO.0057992披露了一种机械接触式直径检测方法，其利用柔性测头检验棒状制品横向尺寸。这种测头的一端与一个固定支座连为一体，而另一端与连续棒状制品保持接触，用于测量测头压力变化的装置输出一个电信号，该信号反映出棒状制品的圆周尺寸，这种装置能用于完成预期的校正测量。

该机械接触式直径检测方法的缺点是：测头紧绕棒状制品的滑动容易引起棒状制品的损坏，更重要的是，由于连续棒状制品的滑动所造成的测头的振动会增加检测的误差，而这种误差转而导致棒状制品圆周尺寸校正的错误。

德国专利DE19523273A1披露了烟草加工业中的棒状物特别是香烟的直径的测量方法和装置，其中棒状物在输送时转动通过精致的测试设备，在转动期间光束间断，该光束相应检测至少通过棒状物产生的阴影的大小并转换成电测量信号，且由多个这样的测量信号形成该棒状物的直径信号。

上述检测装置提高了测量精度，但是该装置特别不适合于测量烟草加工业中不产生绕其纵轴转动的无端条的直径，因此这种检测装置在实际应用中很受限制。

中国专利CN100334424C披露了一种用于同时测量至少两根烟草加工业中棒状物直径的装置，其至少具有两个并排设置的测试设备，每一个测试设备用于测量一棒状物的直径，并且包括一用于照射该棒状物的照射装置和一检测装置，该检测装置用于检测由该棒状物形成的阴影的大小并产生表明该棒状物直径的信号，其中该棒状物在该照射装置和检测装置之间的光束中定位或由该光束掠过，并且所述测试设备的用于有选择地改变该光束的定向的装置彼此同步工作。

上述检测装置不仅能测量不圆的棒状物的直径，还可以测量不绕纵轴转动的无端条的直径。但是，其具有两个并排设置的测试设备，机械结构复杂臃肿，对那些结构紧凑、空间狭小的棒状物制造设备来说不适合采用。

发明内容

本发明目的在于提供一种烟草加工业检测装置，以适合在结构紧凑、空间狭小的棒状物制造设备中使用。

为此，本发明提供了一种烟草加工业中棒状物直径的检测装置，其包括密封盒；可转动地支撑在密封盒内的转轴，其具有沿转轴轴向延伸的棒状物过孔和在棒状物过孔两侧形成的光线过孔；光电检测单元，其包括设置于转轴的光线过孔一侧的平行光照射器和位于光线过孔另一侧的图像传感器；以及摆动机构，其包括固定至密封盒的步进电机、与步进电机连接的第一带轮、套设在转轴上的第二带轮、以及齿形传动带。

进一步地，上述平行光照射器包括顺次固定至镜筒中的光源、光阑和双胶合透镜。

进一步地，上述第一带轮上设置有永磁体，与第一带轮位置相对的密封盒上设置有两霍尔传感器。

进一步地，上述密封盒包括由底壁和四周侧壁构成的盒体以及位于盒体顶部的挡尘板或盖，上述档尘板或盖的内侧具有转轴支承板，该转轴支承板在盒体顶部的部分截面内延伸。

进一步地，上述转轴上套装有安装座，平行光照射器和图像传感器固定至安装座上。

进一步地，上述检测装置还包括位于转轴的棒状物过孔前端的棒状物导入套。

进一步地，上述检测装置还包括导向套，该导向套具有在转轴的棒状物过孔中延伸的导向部和支承于密封盒或密封盒的转轴支撑板的支承部。

进一步地，上述检测装置还包括气流冲洗结构，其包括：气流环槽，位于导向套的支承部和转轴的端部之间；与气流环槽相连通的多个冲洗槽，位于导向套的导向部和转轴之间；在转轴的棒状物过孔两侧的光线过孔中设置的挡尘玻璃；以及与外界的压缩气源相连通的气管接头，与气流环槽相连通。

进一步地，上述气流冲洗结构还包括在上述导向套上开设的气孔，气孔连通气流环槽和导入套的导入口。

进一步地，上述导入套的过孔四周设有冲洗槽。

根据本发明的检测装置，其体积小巧精致，安装和拆卸方便，便于维修和清洁，与使用工况非常吻合，易于推广应用。

除了上面所描述的目的、特征、和优点之外，本发明具有的其它目的、特征、和优点，将结合附图作进一步详细的说明。

附图说明

构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：

图1示出了根据本发明优选实施例的烟草加工业中棒状物直径的检测装置的俯视图，其中，去除了密封盒的顶部挡尘板；

图2示出了图1所示检测装置的A-A剖视图，其中，密封盒带有挡尘板；

图3示出了图2所示检测装置的B-B剖视图；

图4示出了根据本发明优选实施例的烟草加工业中棒状物直径的检测装置的光电检测单元的光路原理图；

图5示出了图4所示光电检测单元的平行光照射器的结构示意图；

图6是图2所示检测装置的局部示意图，其示出了位于转轴的棒状物导入端的气流冲洗结构；

图7示出了图6所示导入套的端面视图；以及

图8示出了图6所示检测装置的气流冲洗结构的气流环槽与气管接头之间的连接关系。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1示出了根据本发明优选实施例的烟草加工业中棒状物直径的检测装置的俯视图，其中，去除了密封盒的顶部挡尘板。图2示出了图1所示检测装置的A-A剖视图，其中，密封盒带有挡尘板。图3示出了图2所示检测装置的B-B剖视图。

如图1至图3所示，在本优选实施例中，棒状物检测检测装置包括密封盒11；可转动地支撑在密封盒11内的转轴33，其具有沿转轴轴向延伸的棒状物过孔33a和在棒状物过孔33a两侧形成的光线过孔33b；光电检测单元40，包括设置于转轴33的光线过孔33b一侧的平行光照射器41和位于光线过孔33b另一侧的图像传感器44；以及摆动机构20，其包括固定至密封盒11的步进电机21、与步进电机连接的第一带轮23、套设在转轴33上的带轮26、以及齿形传动带22。

转轴33上固定套设有安装座16，随转轴转动，光电检测单元40的平行光照射器41和的图像传感器44均固定连接在安装座16上。

在图1中，圆形轨迹S是安装座16绕转轴摆动所产生的轨迹，摆动角度为180°，这样就保证了被检测物的全周长范围内的尺寸检测。

步进电机21紧配合在电机安装板12上，步进电机21与电机驱动器13电连接，电机驱动器13和图像传感器44电连接至接口板17。

优选地，密封盒11包括由底壁111和四周侧壁112、113、114、115构成的盒体以及位于盒体顶部的挡尘板或盖118。该盒体可为铝合金铸件、锌合金铸件、或塑料成型件等。

盒体的侧壁114上设有若干螺栓117，用于检测装置螺接至相应的待检测部分。

档尘板或盖118的内侧具有转轴支承板14，该转轴支承板14在盒体顶部的部分截面内延伸。

优选地，本发明的检测装置还包括位于转轴33的棒状物过孔33a前端的棒状物导入套31，该导入套31固定至转轴支承板14上。

优选地，本发明的检测装置还包括导向套32，导向套32具有在转轴33的棒状物过孔33a中延伸的导向部322和支承于转轴支撑板14的支承部323。

为了避免电机启动点的位置变化导致摆动极限位置超过限制位置现象的发生，电机带轮23上设置有永磁体24，与电机带轮23位置相对的密封盒11上设置有两霍尔传感器25。

通过设置由两个霍尔传感器和一块永磁体所构成的霍尔开关，实现了对电机转动的极限位置的检测，避免了位置超限。

图4示出了根据本发明优选实施例的烟草加工业中棒状物直径的检测装置的光电检测单元的光路原理图，图5示出了图4所示光电检测单元的平行光照射器的结构示意图。

如图4和图5所示，平行光照射器41包括顺次固定至镜筒417中的光源411、光阑412、和双胶合透镜416。

其中，镜筒417的后部设有光源座414，光源411固定在光源座414中，光源411前部的光阑412由光阑压环413固定。

双胶合透镜416的光线入射侧设有透镜光阑415，双胶合透镜416的前侧设有透镜压圈418。

下面对本发明的检测装置的工作过程进行详细描述。

本发明的棒状物直径检测装置是一个密封的方形装置，其光电检测单元和电路处理系统都安装在密封盒内，当然，电路处理系统也可以外置。转轴形成棒状物向后传输的过孔，光电检测单元就是在棒状物通过空心转轴的过程中进行检测的。

位于密封盒内的转轴上的光电检测单元，由步进电机通过第一带轮及齿型传动带带动转轴带轮(第二带轮)按固定的传动比摆动，光电检测单元与转轴带轮固连为一体，转轴带轮通过平键带动转轴实现与光学检测单元的同步旋转摆动，摆动角度为180°。

正常工作时，当棒状物通过空心转轴时，由光电检测单元的光源向接收端的图像传感器(优选为CCD图像传感器)发出一道光束，光束经过准直透镜(优选为双胶合透镜)后成为平行光，平行光线覆盖了整个棒状物的直径，由于棒状物会遮挡一部分光线的入射，这样在光电检测单元的接收端CCD光敏面元上就会形成包含棒状物直径信息的光学图像，CCD通过驱动电路就可以把入射到像元上的光强度转换成相应的视频信号。

视频信号中每一个离散电压信号的大小对应着该光敏元上图像的光强，而信号输出的时序则对应该光敏元在CCD上的空间位置。通过信号处理电路对CCD输出的视频信号进行处理后，将棒状物的直径从背景中检测出来，并将此值通过总线传递给上位机，由上位机进行相关运算，从而控制直径调节机构进行动作。

因被检测的物体为烟草制品，因此不可避免有细小的纤维灰尘，如长期使用纤维灰尘会在通道中形成堆积造成通道阻碍和光电检测单元的检测精度下降。

为此，在检测装置中形成了气流冲洗结构，以清除通道中的灰尘。

图6是图2所示检测装置的局部示意图，其示出了位于转轴的棒状物导入端的气流冲洗结构；图7示出了图6所示导入套的端面视图，图8示出了图6所示检测装置的气流冲洗结构的气流环槽与气管接头之间的连接关系。

如图6至图8所示，气流冲洗结构包括：气流环槽51，形成于导向套32的支承部323和转轴33的端部之间；与气流环槽51相连通的多个冲洗槽52，形成于导向套32的导向部322和转轴33之间；挡尘玻璃42、43，设置在转轴33的棒状物过孔33a两侧的光线过孔33b中，防止气流进入密封盒11中；与外界的压缩气源相连通的气管接头15，设置于转轴支承板14上，并与气流环槽51相连通。

优选地，导向套32上开设有气孔321，气孔321连通气流环槽51和导入套31的导入口313，其中导入套31的过孔的四周设有冲洗槽311。

下面对气流冲洗结构的工作过程进行详细描述。

在棒状物直径的检测装置中，压缩空气通过外部气管(未示出)及气管接头进入棒状物导向套中，棒状物导向套设计为外方内圆结构，外方四个面上开有四个通气冲洗槽，转轴与之相配为内方孔，在转轴上的两光线过孔形成两检测窗口，优选地以宝石玻璃封闭，进入导向套中的压缩空气通过导向套四个通气冲洗槽冲洗转轴内方孔四壁，纤维灰尘顺着气流方向带出通道。同时，气流还经由导向套的气孔到达导入套的导入口，如此可起到预防纤维灰尘进入导向套中的作用，通过一定的间隔时间气流冲洗，可以保证通道清洁。

本发明的检测装置具有以下特点：

一、检测装置为一密封的盒体结构，其体积小巧精致，安装和拆卸方便，便于维修和清洁。

二、整体检测装置中独特的气流冲洗结构。独特的气流冲洗结构可以保证烟草棒状物传输通道的清洁，降低了纤维灰尘对光电检测单元所造成的干扰。

三、整体检测装置中光电检测单元传动方式的设计。特殊的传动方式可以保证被检测物的全周长范围内的尺寸检测。

四、整体检测装置中霍尔开关的设计。采用霍尔开关用以检测电机转动的极限位置，避免位置超限。

五、光电检测单元可以围绕棒状物纵轴的方向旋转，因此可以测量烟草加工业中那些不绕其纵轴转动的无端条的直径。

六、采用双胶合透镜，改善了平行光线的平行度和单色性，大幅度的提高了测量的精度。

本发明的测试设备只有一个，体积较小，而棒状物直径的检测一般只需要一个测试设备，且安装测试设备的空间有限，因此从体积上讲，本发明的棒状物检测装置与使用工况更吻合，适于推广应用。

本发明通过实验证明确实可行，而且其在工作期间运行良好、性能稳定、测量精度达到0.02um，能很好的达到预期的效果。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于烟草加工的检测装置，其特征在于包括：

密封盒(11)；

转轴(33)，可转动地支撑在所述密封盒(11)内，所述转轴(33)具有沿轴向延伸的棒状物过孔(33a)和在所述棒状物过孔(33a)两侧形成的光线过孔(33b)；

光电检测单元(40)，包括设置于所述光线过孔(33b)一侧的平行光照射器(41)和位于所述光线过孔(33b)另一侧的图像传感器(44)；以及

摆动机构(20)，包括固定至所述密封盒(11)的步进电机(21)、与所述步进电机(21)连接的第一带轮(23)、套设在所述转轴(33)上的带轮(26)、以及齿形传动带(22)。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于所述平行光照射器(41)包括顺次固定至镜筒(417)中的光源(411)、光阑(412)、和双胶合透镜(416)。

3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于所述转轴(33)上套装有安装座(16)，所述平行光照射器(41)和图像传感器(44)固定至所述安装座(16)上。

4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于所述第一带轮(23)上设置有永磁体(24)，与所述第一带轮(23)位置相对的密封盒(11)上设置有两霍尔传感器(25)。

5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于所述密封盒(11)包括由底壁(111)和四周侧壁(112、113、114、115)构成的盒体以及位于所述盒体顶部的挡尘板或盖(118)，所述档尘板或盖(118)的内侧具有转轴支承板(14)，所述转轴支承板(14)在所述盒体顶部的部分截面内延伸。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的检测装置，其特征在于还包括位于所述棒状物过孔(33a)前端的棒状物导入套(31)。

7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于还包括导向套(32)，所述导向套(32)具有在所述棒状物过孔(33a)中延伸的导向部(322)和支承于所述密封盒或所述密封盒的转轴支撑板(14)的支承部(323)。

8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于还包括气流冲洗结构，其包括：

气流环槽(51)，位于所述导向套(32)的支承部(323)和所述转轴(33)的端部之间；

多个冲洗槽(52)，与所述气流环槽(51)相连通，位于所述导向部(322)和所述转轴(33)之间；

挡尘玻璃(42、43)，设置在所述光线过孔(33b)中；以及

气管接头(15)，与所述气流环槽(51)相连通。

9.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于所述气流冲洗结构还包括在所述导向套(32)上开设的气孔(321)，所述气孔(321)连通所述气流环槽(51)和所述导入套(31)的导入口(313)。

10.根据权利要求9所述的检测装置，其特征在于所述导入套(31)的过孔四周设有冲洗槽(311)。

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