CN103529164B

CN103529164B - 用于卷烟引燃倾向测试的卷烟自动标记装置

Info

Publication number: CN103529164B
Application number: CN201310532616.9A
Authority: CN
Inventors: 赵继俊; 冯茜; 李志刚; 胡启秀; 向兰康; 范黎; 蒋锦锋; 杨荣超
Original assignee: Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC
Current assignee: Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC
Priority date: 2013-11-02
Filing date: 2013-11-02
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2033-11-02
Also published as: CN103529164A

Abstract

一种用于卷烟引燃倾向测试的卷烟自动标记装置，包括进样和夹持单元、图像采集单元、样品存放和自动画线单元以及用于控制上述各单元动作的数据处理和控制单元。其工作原理如下：通过进样装置完成烟支进样，驱动电机使烟支燃烧端到达画线的基准位置，图像采集获取卷烟图像信息，然后控制步进电机驱动烟支转动使卷烟纸接缝位于烟支图像中间；烟支定位完成后，由步进电机驱动烟支转动180度，再由步进电机驱动定位平台运动，完成烟支的摆放；最后，步进电机驱动画线装置并实现激光画线功能。本发明为卷烟引燃倾向测试的卷烟标识提供了一种自动化的解决方案，大幅提高了烟支画线效率，能一次性地对20支卷烟样品进行标记。

Description

用于卷烟引燃倾向测试的卷烟自动标记装置

技术领域

本发明属于卷烟测试技术领域，具体涉及一种用于卷烟引燃倾向测试的卷烟自动标记装置。

背景技术

据美国消防协会多年的火灾统计资料表明，美国绝大多数灾难性火灾都是由点燃卷烟落在软垫家具或纺织品上引起的，造成的直接财产损失高达几十亿美元。2002年，美国制订了相关标准（ASTM E 2187“卷烟引燃倾向标准测试方法”）。继美国纽约州率先通过法令，要求该州从2004年6月28日起所有市售卷烟的全长燃烧比例不能超过25％，成为世界上第一个强制施行降低卷烟引燃性标准的地区，随后，加拿大、美国加州等也相继公布了相同的卷烟防火安全标准。截至目前，美国所有的50个州均通过立法来减少卷烟引起的火灾，欧盟、澳大利亚、南非等国也已完成相关法规的制定。2008年3月，欧盟发布2008/264/EC指令“欧洲议会和欧盟理事会有关制订欧盟标准必须符合2001/95/EC中关于防火安全的要求”。

2010年9月13日,国际标准化组织（ISO）正式发布了《卷烟引燃倾向评价方法标准》（ISO 12863:2010）。该标准中规定：测试前，应对卷烟样品进行标记，标记时使用软黑铅笔或其他标记装置，在将被点燃卷烟的（5±1）mm和（15±1）mm处进行标记。这些标记分别用来确定预燃烧开始与结束的位置。因此，标记在测试过程中应可看见，比如：标记在卷烟纸接缝上。

但目前尚无可实现卷烟自动化标记画线功能的装置，也未见有相关的文献报道。

发明内容

本发明的目的正是基于上述现有技术状况而提供的一种用于卷烟引燃倾向测试的卷烟自动标记装置，可实现在使用ISO 12863:2010或ASTM E 2187方法中对卷烟样品的标记操作，且操作步骤方便快捷。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种用于卷烟引燃倾向测试的卷烟自动标记装置，包括进样和夹持单元、图像采集单元、样品存放和自动画线单元以及用于控制上述各单元动作的数据处理和控制单元；

所述进样和夹持单元包括由进样步进电机驱动的进样滚轮和设置在进样滚轮下方且即可轴向转动又可轴向前后移动的烟支夹持座组成，烟支夹持座上连接有可将烟支吸附在夹持座上的负压发生器，烟支夹持座通过一联轴器由夹持座旋转电机控制转动，烟支夹持座通过夹持座位移步进电机实现在落料位置和照相画线位置之间的前后往复移动，在照相画线位置的烟支试样前端位置处设有光电开关。

所述夹持座通过旋转电机与夹持座底板连接固定，夹持座底板通过一丝杠与夹持座位移步进电机连接。

烟支夹持座上设有与烟支周径匹配的半圆形凹槽，该凹槽槽底开设有与负压发生器相连通的孔道。

进样和夹持单元是能够实现烟支的自动进样、夹持固定、轴向移动和轴向转动。该模块主要包括步进电机M1、M1电机联轴器、进样滚轮、待标记样品存放区、负压发生器、夹持座、M2电机联轴器、步进电机M2、光电开关、步进电机M5、丝杠2、夹持座底板等。进样滚轮的作用是将待标记样品存放区中的烟支输送到夹持座上，然后通过负压发生器产生一定压力的负压，使得烟支通过负压可以吸附固定在夹持座上。步进电机M2通过联轴器与夹持座连接，夹持座可以随着步进电机M2的转动而旋转，这样一来，卷烟试样就可以实现圆周方向360度转动，便于图像采集系统识别卷烟的卷烟纸接缝处。夹持座通过电机M2与夹持座底板连接固定，夹持座底板通过一丝杠与夹持座位移步进电机连接。在卷烟试样的前端设有光电开光，步进电机M5通过丝杠2带动夹持座前后运动，当光电开关探测到卷烟试样燃烧端移动至该位置时停止运动，此时的位置为作为画线单元的基准位置。

所述图像采集单元设置在夹持座照相画线位置的上方，由CCD相机和LED光源组成，CCD 相机的功能是采集卷烟样品的数字图像，经过必要的滤波降噪等前期处理，再通过图像相关处理算法，实现卷烟纸接缝处的识别和定位。LED光源提供必要的光源，便于图像的识别和判断。

所述样品存放和自动画线单元设置在夹持座照相画线位置的下方，包括设置在底座上的定位平台，底座通过一丝杠与底座步进电机连接以实现底座的上下位移，定位平台上并排设有多个烟支放置凹槽并由定位平台步进电机驱动水平位移，实现每一烟支放置凹槽与相对夹持座下落烟支位置的承接，在底座上设置有激光画线装置；所述激光画线装置为两个，沿烟支轴向位置布置，分别距光电开光位置5mm和15mm。

所述的样品存放和自动画线单元能够实现烟支的自动摆放和自动画线功能。该模块主要包括定位平台、步进电机M3、激光画线装置、激光画线装置底座、步进电机M4、丝杠1。当进样和夹持单元将卷烟试样移动到基准位置并旋转，将试样的卷烟纸接缝处定位在自动画线单元垂直方向后即正对图像采集单元镜头，夹持单元将卷烟试样旋转180度，步进电机M4旋转推动定位平台向上运动，待其上升到一定高度后，负压发生器停止工作，此时烟支落入定位平台中。烟支落入定位平台的凹槽后，步进电机M5开始旋转，使进样和夹持单元开始二次进样工作。同时，步进电机M4旋转，使定位平台回到原来的位置；步进电机M3旋转，使定位平台为下次放置烟支留出一个凹槽。如此重复20次，完成20支烟支的定位。用于画线的两个激光装置分别与卷烟燃烧端相距5mm和15mm，激光画线装置对定位好的烟支进行画线时，步进电机M3带动定位平台运动，使定位平台上的烟支匀速依次通过激光画线装置，完成烟支的自动画线。

所述数据处理和控制单元与进样和夹持单元、图像采集单元、样品存放和自动画线单元电连接并控制各单元运动部件动作及信号触发传递。数据处理和控制单元包括计算机和相应的数据处理与控制模块：具体控制方式为：计算机通过电机驱动器控制步进电机M1带动进样装置完成烟支的进样；计算机通过电机驱动器驱动步进电机M5带动卷烟前后移动其移动至准确的基准位置；计算机通过控制LED灯的开闭为图像采集提供合适的照明环境；计算机对图像采集卡采集到的图像经过相关算法处理，并驱动电机M2转动，确定卷烟实验夹持座的转动角度；计算机通过电机驱动器驱动步进电机M4转动，完成定位后烟支的摆放；计算机通过控制单元控制电机驱动器驱动步进电机M3带动定位平台运动，最后计算机启动激光画线装置实现烟支的自动画线功能。

本发明的工作原理如下：通过进样装置完成烟支的进样工作后，控制步进电机驱动烟支使烟支燃烧端到达画线的基准位置；利用特定的照明条件获取卷烟图像信息，通过图像相关算法处理后确定烟支的卷烟纸接缝处位置，然后控制步进电机驱动烟支转动使卷烟纸接缝位于烟支图像中间；烟支定位完成后，由步进电机驱动烟支转动180度，再由步进电机驱动定位平台运动，完成烟支的摆放；最后，步进电机驱动画线模块使激光画线装置实现画线功能。

本发明的工作步骤如下：

开启本装置电源，将卷烟试样有规律的放入待标记样品存放区内；自动进样装置完成烟支的进样工作；烟支夹持模块控制烟支移动至光电开关处，自动完成烟支前后方向的定位。步进电机旋转带动烟支旋转，CCD相机采集卷烟的图像信息，当烟支的卷烟纸接缝处位于中间位置时（即正对图2中的图像采集镜头）步进电机停止转动。烟支定位完成后，将烟支延圆周方向转动180度，再由步进电机驱动定位平台运动，完成烟支的摆放，如此重复多次（最多20次）。激光画线装置不动，由步进电机带动定位平台匀速运动，依次完成画线功能。功能完成后，取出烟支，关闭装置电源。

附图说明

图1是装置结构原理图。

图2是本发明结构示意图（夹持座位于照相与画线位置）。

图3是本发明中进样滚轮与夹持座和负压发生器装置初始的相对位置图（夹持座位于进样滚轮下方的落料位置）

图4是进样滚轮的结构示意图。

图5负压发生器结构示意图.

图6是定位平台装置示意图。

图1-5中标号为：1、工控机，2 、数据处理与控制模块，3 、步进电机M1，4、 M1电机联轴器，5、进样滚轮，6、待标记样品区，7、 LED光源，8、CCD相机，9、夹持座，10、负压发生器，11、卷烟试样，12、定位平台，13、步进电机M3，14、光电开关，15、激光画线装置，16、底座，17、丝杠Ⅰ，18步进电机M4，19、联轴器，20、步进电机M2，21、夹持座底板，22、丝杠Ⅱ，23、步进电机M5。

具体实施方式

本发明以下结合附图做进一步描述：

如图1-5所示：本装置主要首先通过进样装置完成烟支的自动进样，利用设置在夹持座9上的负压发生器10对卷烟试样11进行夹持和固定（参见图3），步进电机M5旋转通过丝杠22带动卷烟试样11进行运动，光电开关14检测到卷烟燃烧端的位置（参见图2），通过数据采集单元和控制模块2自动完成定位。步进电机M2通过联轴器19与夹持座9连接，通过夹持座9带动卷烟试样11旋转， LED光源7对卷烟试样11进行照明，CCD相机8采集卷烟试样11的图像信息，通过数据采集单元和控制模块2进行处理，确定试样卷烟纸接缝处的位置。当烟支的卷烟纸接缝处位于中间位置时，步进电机M2转动180度。步进电机M4旋转推动定位平台向上运动，待其上升到一定高度后，负压发生器停止工作，此时烟支落入定位平台的凹槽中（参见图6）。烟支落入凹槽后，步进电机M5开始反向旋转，使进样和夹持单元开始二次进样工作。同时，步进电机M4反向旋转，使定位平台回到原来的位置；步进电机M3旋转，使定位平台为下次放置烟支预留出一个凹槽。如此重复多次（最多20次），完成多支画线烟支的摆放。最后，激光画线装置旋转至一批试样烟支上部，步进电机M3旋转带动定位平台匀速运动，完成卷烟试料的画线。

本装置的使用方法包括以下步骤：

（1）开启装置电源。

（2）通过进样装置将烟支放入夹持座上，夹持座通过负压发生器将烟支夹持固定。

（3）步进电机M5旋转带动卷烟进行运动，等到光电开关检测到烟支燃烧端时，步进电机M5就停止运动，此时烟支的轴向自动定位完成。

（4）步进电机M2旋转，CCD相机采集卷烟的图像信息，当烟支的卷烟纸接缝处位于中间位置时，步进电机M2再次转动180度。

（5）步进电机M4旋转推动定位平台向上运动，待其上升到一定高度后，负压发生器停止工作，此时烟支落入定位平台的凹槽中。

（6）烟支落入凹槽后，步进电机M5开始反向旋转，使夹持座返回到初始位置，准备下次进样工作。同时，步进电机M4反向旋转，使定位平台回到原来的位置；步进电机M3旋转，使定位平台为下次放置烟支预留出一个凹槽。

（7）重复步骤（2）～（6），最多可重复20次。

（8）步进电机M3旋转使放烟平台匀速移动，同时激光画线装置打开，完成烟支的画线工作。

（9）完成画线工作后，取出卷烟样品。

（10）如需对下一批烟支试样进行画线，重复步骤（2）～（9）。

（11）关闭设备电源。

Claims

1.一种用于卷烟引燃倾向测试的卷烟自动标记装置，其特征在于：包括进样和夹持单元、图像采集单元、样品存放和自动画线单元以及用于控制上述各单元动作的数据处理和控制单元；

所述进样和夹持单元包括由进样步进电机驱动的进样滚轮和设置在进样滚轮下方且即可轴向转动又可轴向前后移动的烟支夹持座组成，烟支夹持座上连接有可将烟支吸附在夹持座上的负压发生器，烟支夹持座通过一联轴器由夹持座旋转电机控制转动，夹持座通过旋转电机与夹持座底板连接固定，夹持座底板通过一丝杠与夹持座位移步进电机连接，烟支夹持座通过夹持座位移步进电机实现在落料位置和照相画线位置之间的前后往复移动，在照相画线位置的烟支试样前端位置处设有光电开关；

所述图像采集单元设置在夹持座照相画线位置的上方，由CCD相机和LED光源组成；

所述样品存放和自动画线单元设置在夹持座照相画线位置的下方，包括设置在底座上的定位平台，底座通过一丝杠与底座步进电机连接以实现底座的上下位移，定位平台上并排设有多个烟支放置凹槽并由定位平台步进电机驱动水平位移，实现每一烟支放置凹槽与相对夹持座下落烟支位置的承接，在底座上设置有激光画线装置，激光画线装置为两个，沿烟支轴向位置布置，分别距光电开光位置5mm和15mm；

所述数据处理和控制单元与进样和夹持单元、图像采集单元、样品存放和自动画线单元电连接并控制各单元运动部件动作及信号触发传递。

2.根据权利要求1所述的用于卷烟引燃倾向测试的卷烟自动标记装置，其特征在于：烟支夹持座上设有与烟支周径匹配的半圆形凹槽，该凹槽槽底开设有与负压发生器相连通的孔道。