CN104995659B - 评估多孔杆内的孔隙度分布 - Google Patents

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Abstract

在用于评估多孔制品(例如卷曲的过滤嘴、烟草成型件、或香烟)内的孔隙度分布的方法中，获得该制品的横向区域的数字图像并针对该制品的该横向区域的多个相同尺寸的子区域中的每一个确定孔隙面积分数。这提供了多个孔隙面积分数。所述多个孔隙面积分数使得能够评估该多孔制品的横向区域内的局部孔隙度分布。在其内计算出孔隙面积分数的每一个子区域都与至少一个相邻子区域重叠介于10％与95％之间。用于定量评估孔隙度分布的该方法可用于控制用于制造多孔制品的过程。

Description

评估多孔杆内的孔隙度分布
技术领域
本专利说明书涉及一种用于评估多孔制品内的孔隙的方法。本专利说明书可具体涉及一种用于评估吸烟制品(例如香烟)的本体内的孔隙度分布、或者由聚拢的材料片形成的杆(例如过滤嘴)内的孔隙度分布的方法。
背景技术
用于在吸烟制品中使用的过滤嘴可例如通过卷曲一片适当的材料并随后将该材料聚拢在一起以便形成带有沿过滤嘴杆的纵向轴线的孔隙的连续杆的过程来形成。该杆可随后被在适当的长度处切断以便形成各个过滤嘴杆节段。该过程的本质意指过滤嘴杆节段可在杆长上具有材料的大致均匀的重量分布。此外，如果将通过该方法生产的一组过滤嘴节段切割成相同的长度，则它们会具有非常窄的重量分布。即使用于形成过滤嘴杆的片材的密度和厚度在该片材的宽度上是大致均匀的，使得过滤嘴之间的整体孔隙度的变化是小的，该过滤嘴内的卷曲且聚拢的片材的形态也会极大地改变，从而导致过滤嘴的截面上的孔隙面积分数的分布的大幅变化。多孔制品(例如卷曲且聚拢的过滤嘴)的孔隙面积分数的截面分布可便利地被称之为“孔隙度分布”或“局部孔隙度分布”。孔隙度分布的宽度可由多个孔隙面积分数中的标准偏差表示。一般来说，如果孔隙遍及该多孔制品的长度具有相同的尺寸和形态，则根据本发明测量到的孔隙度分布将几乎表示整个多孔制品。
孔隙度分布的这种变化会极大地影响过滤嘴的功效。作为一种示例，如果该片材被聚拢成杆，使得该杆的一部分截面几乎不具有孔隙度，并且该杆的截面的不同部分具有几乎100％的孔隙度，则该过滤嘴可能并不按照预期的方式起作用。诸如抽吸阻力之类的特性也会受到该局部孔隙度分布的强烈影响。
一些吸烟制品(例如加热的成烟制品)可包括烟草成型件，这些烟草成型件通过将一片处理过的烟草材料卷曲和聚拢成连续杆，并在适当的长度处切断该杆以形成各个烟草成型件。以此方式形成的烟草成型件的结构可与通过卷曲和聚拢一片适当的过滤嘴材料生产的过滤嘴的结构相似。令人满意的是，物理性质从一个烟草成型件到另一烟草成型件具有低变化性。一批成型件中的成型件都优选地具有相似的重量使得它们含有相似的烟草材料量，并且都应该还具有相似的内部形态。该烟草成型件的形态对于确定它在加热的成烟的吸烟制品内起到多好的作用会是重要的。
传统香烟可通过生产由被包裹在香烟纸中的烟丝构成的连续杆、并随后在适当的长度处切断该连续杆以形成呈香烟形式的各个烟草棒或烟草杆来形成。对于过滤嘴而言，将其施加于烟草杆的一端以形成最终的香烟产品是典型的。该香烟的至少一端是宽松端或开放端，并且该杆的本体内所包含的烟丝会在该端部处从该杆中掉出。如果香烟并未形成有恰当的烟丝密度，则材料会更有可能掉出该开放端，并且这种香烟会具有低品质。评估已经在该香烟的该端部掉出的材料量的一种方法可以是评估该香烟在该开放端处的孔隙度分布。
一种用于确定多孔制品(例如多孔杆)内的孔隙度分布的均匀度的方法在定量地确定和控制产品(例如过滤嘴、烟草成型件、和香烟)的品质时会是有用的。
EP0518141公开了一种用于确定何时烟包中的香烟是不适用的、例如被不适当地装填、破损或短缺的方法。所公开的方法测量从一包传统香烟发出离开端面的冷光。测量与由光敏传感器(即，CCD)的每一个像素接收到的光量相对应的产生的信号，并且在从0-255的灰度等级上调整该信号。来自每一个像素的经过灰度等级调整的测量信号被绘制出并且从这包香烟测量到的冷光的标准偏差被计算出以便提供阈值来确定是否丢弃掉该整个烟包。EP0518141并未确定孔隙度分布的均匀度。
DE19753333公开了一种用于确定是否成批的香烟被充分装填的方法。表示一批香烟的前端的信号强度被利用电荷耦合器件(CCD)照相机进行测量。低于特定阈值的相邻像素的数目被视为是具有不充分装填的香烟的区域的指示。DE19753333并未公开一种方法以便在遍及烟草杆均匀地分布的孔隙与所有的孔隙已经合并成不充分地装填的香烟的一个大孔隙或者合并到其一个大区域中的情况之间进行区分。
EP0747855公开了一种增强数字图像的方法。创建了多幅局部直方图以提高自然景物图像的子区域内的可视化局部对比度。
发明内容
在一个方面中，用于评估多孔制品(例如多孔杆)内的孔隙度分布的定量方法包括下列步骤：获得该制品的横向区域的数字图像；确定该制品的横向区域的多个相同尺寸的子区域中的每一个内呈现的孔隙面积分数，从而获得多个孔隙面积分数；以及利用这多个孔隙面积分数来评估该制品的该横向区域内的孔隙面积分数的截面分布，其在本文中将还被称之为孔隙度分布。每一个子区域都与至少一个相邻子区域重叠优选地介于10％与95％之间。
用于评估多孔制品(例如多孔杆)内的孔隙度分布的定量方法可包括下列步骤：获得该制品的横向区域的数字图像；确定该制品的该横向区域的多个相同尺寸的子区域中的每一个内呈现的孔隙面积分数，从而获得多个孔隙面积分数；以及确定孔隙面积分数的标准偏差。在这种情况下，孔隙面积分数的标准偏差会表示孔隙度分布的宽度。每一个子区域都与至少一个相邻子区域重叠优选地介于10％与95％之间。
如在本文中所使用的那样，“制品的横向区域”指的是制品的位于大致垂直于该制品的纵向尺寸的平面中的区域。例如，该制品可以是杆并且该横向区域可以是该杆的沿该杆在任意长度处获取的截面，或者该横向区域可以是该杆的端面。该横向区域无需从完全垂直于该杆的纵向方向的平面获取，而是从优选地处于垂直于该杆的纵向尺寸的约45°的范围内的平面获取。优选地，该横向区域处于大致垂直于该杆的纵向方向的平面中。
如在本文中所使用的那样，术语“孔隙”指的是多孔制品的没有材料的区域。例如，卷曲的过滤嘴的横向区域将包括聚拢片材的多个部分和作为位于聚拢片材的这多个部分之间的空隙的多个部分。在这种情况下，孔隙指的是位于该片材之间的空隙。
如在本文中所使用的那样，术语“孔隙度”指的是多孔制品中的空隙空间的体积分数。
如本文中使用的那样，术语“总体孔隙度”指的是多孔制品的整个截面(例如多孔杆的截面)中的孔隙的分数。
如在本文中所使用的那样，术语“子区域”指的是该制品的横向区域中的小于该制品的横向区域并包含该制品的横向区域的至少一部分的区域。
如在本文中所使用的那样，术语“孔隙面积分数”指的是子区域内的孔隙的分数。孔隙面积分数是局部孔隙度(即子区域内的孔隙度)的量度。用于孔隙面积分数的另一术语可以是局部孔隙度。
如在本文中所使用的那样，术语“孔隙度分布”指的是不同孔隙面积分数的变化的量度。换句话说，孔隙度分布是该制品的横向区域上的孔隙度的分布的定量量度。如在本文中所使用的那样，“孔隙度分布”和“局部孔隙度分布”具有相同的含意。该孔隙度分布的宽度可被表示成多个孔隙面积分数的标准偏差。
局部孔隙度分布或孔隙度分布可被仅通过构成制品的单个横向区域的孔隙面积分数计算出。可将与任一单个制品相关的局部孔隙度分布与另一单个制品的局部孔隙度分布相比较。该局部孔隙度分布可被看成为单个制品的孔隙度的均匀度的量度。例如，如果一制品的多个孔隙面积分数的标准偏差都是低的，则该制品内的孔隙很可能被均匀地分布在该制品的该横向区域上。然而，如一制品的多个孔隙面积分数的标准偏差都是高的，则孔隙并未被均匀地分布在该制品的该横向区域上。
局部孔隙度分布或孔隙度分布可被通过源自多个不同制品(例如一组制品)的横向区域的孔隙面积分数计算出。来自一组制品的该局部孔隙度分布可用于评估一组制品与另一组制品之间的孔隙度的品质。
如在本文中所使用的那样，术语“成烟制品”和“吸烟制品”指的是一种包括成烟基质的制品，该成烟基质能够释放出可形成烟雾的挥发性化合物。例如，成烟制品可以是一种产生烟雾的吸烟制品，该烟雾可通过用户的嘴被直接吸入到该用户的肺中。成烟制品可以是用完即可丢弃的。
成烟制品或吸烟制品可以是一种加热的吸烟制品，它是一种包括成烟基质的吸烟制品，该成烟基质意在被加热而非使其燃烧，以便释放出可形成烟雾的挥发性化合物。与通过成烟基质的燃烧或热降解产生的己知有害成分相比，通过加热该成烟基质形成的烟雾可包含较少的已知有害成分。
如在本文中所使用的那样，术语“成烟基质”指的是一种能够释放出可形成烟雾的挥发性化合物的基质。这种挥发性化合物可通过加热该成烟基质而被释放出来。成烟基质可便利地是成烟制品或吸烟制品的一部分。成烟基质可包括烟草成型件或呈烟草成型件的形式。例如，由聚拢的均质烟草材料的片材形成的烟草成型件可形成成烟制品的成烟基质。
如在本文中所使用的那样，“卷曲的过滤嘴”指的是一种通过将一片过滤材料(例如纸质材料或聚合材料)卷曲和聚拢成杆的过程形成的过滤嘴。该杆可被包装材料围绕住。卷曲的过滤嘴具有沿该杆的纵向方向的开放孔隙。
如在本文中所使用的那样，“烟草成型件”指的是一种通过将一片处理过的或均质的烟草材料卷曲和聚拢成杆的形式的过程形成的由烟草构成的成型件。该聚拢的烟草材料可被包装材料(例如香烟纸)围绕住以形成该烟草成型件。该烟草成型件具有沿该杆的纵向方向的开放孔隙。
多孔制品可以是多孔杆。如在本文中所使用的那样，术语“多孔杆”指的是一种具有沿该杆的纵向尺寸延伸的开放孔隙的杆或材料。多孔杆可以是卷曲的过滤嘴、或烟草成型件或传统香烟。多孔杆可具有介于5mm与10mm之间的直径，例如约7mm或约8mm的直径。
获得该多孔制品的横向区域的数字图像的步骤可由任一适当的方法实施。例如，可利用数码相机拍摄或利用扫描仪扫描该多孔制品的横向区域。照片可利用传统相机拍摄而成并且所产生的图像可随后被扫描和转换成数字图像。该横向区域的子区域是包含一些横向区域但是并非包含所有横向区域的区域。子区域的面积小于该横向区域的面积。该子区域需要具有足够大的尺寸以便表示该子区域内的局部形态。该子区域也需要是足够小的以便检测该横向区域内的孔隙度和密度的局部变化。在某些优选实施例中，该子区域的宽度介于正在测量的多孔制品的宽度的约四分之一到十分之一之间。在该制品(例如烟草成型件或过滤嘴杆节段)的横向区域大致呈圆形的情况下，优选的是，该杆的子区域是矩形的，该矩形具有大约介于该成型件直径的五分之一与该成型件直径的十分之一的量级之间、例如约为该成型件直径的六分之一或该成型件直径的七分之一或该成型件直径的八分之一的量级的高度和宽度。
子区域的孔隙面积分数通过将该子区域内的孔隙的面积分数除以该子区域的总面积来确定。由此，该孔隙面积分数是该子区域内的表示空隙由该子区域的总面积除的面积分数。
由于这多个孔隙面积分数都通过该横向区域的相同尺寸的子区域计算出，因此这多个孔隙面积分数可用于评估该多孔制品的该横向区域内的孔隙度分布。例如，诸如平均孔隙面积分数和最高孔隙面积分数以及最低孔隙面积分数之类的参数可由这多个孔隙面积分数确定。可确定孔隙面积分数的标准偏差。与该孔隙度分布相关的数据可确定该多孔制品的该横向区域内的孔隙度的均匀度。由于每一个子区域都与至少一个相邻子区域重叠，因此确保具有代表性的孔隙面积分数针对该多孔制品的整个横向区域被确定。
优选地，该横向区域的数字图像包括多个像素，并且构成该横向区域的每一个像素都被包含在这多个子区域中的至少一个内。优选的是，该横向区域的数字图像为至少500像素乘以500像素。
会是有利的是，每一个子区域都与至少一个相邻子区域重叠介于70％与90％之间，例如重叠约80％。
该方法可包括计算所述多个孔隙面积分数的标准偏差的步骤。孔隙面积分数的该标准偏差可提供一种对于该多孔制品内的孔隙度分布的均匀度的表示。
该方法可被一次在超过一个多孔制品上执行。例如，数字图像可从多个多孔杆中的每一个中获得，这多个多孔杆形成或被称之为一组杆，并且可针对整组的杆来评估该孔隙度分布。可获得包含多个多孔杆的横向区域的图像的数字图像，在该情况下，该方法可包括另一步骤：检测单个杆的单个图像并操纵该图像以便排除掉并未落入在这多个多孔杆中的任一个的横向区域内的像素。
同时获得多个多孔杆的图像会是特别有利的。例如，可对多个香烟的端面成像并且每一个单个端面(为横向区域)的图像都可被利用适当的图像处理软件进行识别和选择。
优选的是，该方法是尽可能自动进行的。例如，优选的是，方法步骤(例如确定区域、计算该孔隙面积分数、以及评估该孔隙度分布)作为处理步骤由在软件中实现的算法来执行。
该方法对于确定卷曲的过滤嘴或一组卷曲的过滤嘴内的该孔隙度分布而言会是特别有利的。该方法对于确定或评估卷曲且聚拢的烟草成型件或一组这种成型件内的孔隙度分布而言也会是特别有利的。该方法对于确定传统香烟或一组香烟中的宽松端的比例而言会是特别有利的。
由此，该方法可以是一种用于评估由聚拢的材料片形成的连续杆、例如由烟草材料的聚拢片材形成的或包括烟草材料的聚拢片材的烟草成型件、或由非烟草材料(例如聚乳酸)的聚拢片材形成的过滤嘴或元件内的孔隙度分布的方法。该连续杆可包括从下列组中选择的片材，该组包括金属箔、聚合片材、以及大致无孔隙的纸或纸板。该连续杆可包括从下列组中选择的片材，该组包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚乳酸(PLA)、纤维素醋酸酯(CA)、和铝箔。该连续杆可包括一种片材，，该片材是无孔隙的纸，或可生物降解的聚合物，例如聚乳酸或级(一种市场上可买到的淀粉基共聚多酯的族)。
该连续杆的横向区域是该连续杆的截面或端面。该方法包括下列步骤：获得该连续杆的横向区域的数字图像，确定在该横向区域的多个相同尺寸的子区域中的每一个内呈现的孔隙的面积分数，从而获得多个孔隙面积分数，以及计算这多个孔隙面积分数的标准偏差以便评估该多孔制品的该横向区域内的孔隙度分布，其中，每一个子区域都与至少一个相邻子区域重叠介于10％与95％之间。
本发明的第二方面可提供一种控制用于制造多孔制品(例如多孔杆)的过程的方法，该方法包括下列步骤：运行制造过程以便产生至少一个多孔制品，利用上述任一方法评估该至少一个多孔制品内的该孔隙度分布，以及利用该孔隙度分布控制用于制造进一步的多孔制品的过程的一个或多个过程参数。例如，该至少一个多孔制品的孔隙度分布可用于确定是否改变用于制造进一步的多孔制品的过程的一个或多个过程参数。一次评估超过一个多孔制品的孔隙度会是优选的。如果定期地或不断地进行对多孔制品内的孔隙度的评估以便向生产多孔制品的方法提供持续的反馈，这会是有利的。
本发明可提供一种用于控制多孔制品(例如多孔杆)的孔隙度的方法，该方法包括下列步骤：利用用于制造多孔制品的过程形成多孔制品，利用上述任一方法评估该至少一个多孔制品内的该孔隙度分布，以及控制用于制造多孔制品的过程的一个或多个过程参数以便形成具有预期孔隙度分布的进一步的多孔制品。
用于制造多孔制品的该过程可以是一种用于制造卷曲且聚拢的过滤嘴的过程，该多孔制品为由过滤材料构成的杆。例如，用于制造该杆的过程可包括通过卷曲辊供给片材并随后将卷曲片材聚拢成聚拢的连续杆。该聚拢的连续杆可被包装材料围绕住以便产生连续的过滤嘴杆。该过滤嘴杆可随后被断开以便产生单个由过滤材料构成的杆。在用于控制过程的方法中，可定期地选择所生产的单个过滤嘴并且根据上述任一方法评估选定杆的孔隙度分布。被成像用于评估的该杆的横向区域可以是该过滤嘴的垂直于过滤嘴纵向方向的一个或另一端部。
该过滤嘴内的孔隙度分布的评估结果可表明正由该制造过程生产的过滤嘴杆的品质。如果评估的孔隙度偏离令人满意的程度，则可改变该制造过程的参数以便改变该孔隙度分布。例如，可改变卷曲辊之间的距离，或者可改变将该片材供给到聚拢装置中所处的速度。通过提供反馈，生产具有均匀的孔隙度分布和预期特性的更为一致的过滤嘴会是可能的。
用于制造该多孔制品的过程可以是一种用于制造烟草成型件的过程，并且该多孔制品可因此是由烟草构成的杆。烟草杆或烟草成型件的形成可以与用于生产过滤材料的上述形成类似。例如，为了生产烟草杆，可将一片均质材料供给通过卷曲辊并聚拢成连续杆。该连续杆可被包装材料围绕住并且随后被断开以便形成各个烟草杆或烟草成型件。如果可根据本发明来监控如此生产的烟草成型件的均匀度并且如果对孔隙度的均匀度的监控向该制造过程提供反馈，用于改变该制造过程的一个或多个参数，以便改进如此形成的烟草成型件的品质，这会是特别有利的。
用于制造多孔制品的该过程可以是一种香烟制造过程，并且该多孔制品可以是一种标准的传统香烟。通过监控选定香烟的端部的孔隙度，可控制该制造过程参数以便在该香烟的该端部处导致较低比例的宽松端。这可提高所生产的产品的品质。
上述方法可用于生产具有预定特性的多孔制品。例如，一种制品的某些特性可能是合乎要求的，并且评估该孔隙度分布的方法可用于提供反馈以使用户能够控制过程参数并产生具有合乎要求的特性的制品。
例如，形成一种具有纵向开放孔隙的杆会是合乎要求的，并且对于该杆而言，提供某种预定的过滤效率会是合乎要求的。通过在生产杆的同时评估杆的孔隙度分布，控制过程参数以获得该预定过滤效率会是有可能的。
作为另一示例，在制品由烟草材料形成(例如由重组烟草的一个或多个片材形成的杆)的情况下，规定该制品的孔隙度以便在该制品的使用期间提供预定的尼古丁输送水平会是合乎要求的。通过在生产烟草制品的同时评估烟草制品的孔隙度分布，控制过程参数以获得该预定的尼古丁输送会是有可能的。
作为另一示例，在制品是由生切烟叶形成的传统香烟的情况下，评估香烟的端部处的孔隙度分布并反馈该信息以便控制过程参数并降低宽松端的比例会是有可能的。
控制用于制造多孔制品的方法或控制多孔制品的孔隙度的方法可包括下列步骤：将评估孔隙度分布与参考孔隙度分布相比较并响应于该比较来控制一个或多个过程参数。
在多孔制品是由聚拢的材料片形成的杆的情况下，一种方法可包括下列步骤：利用安装在用于形成该杆的生产线中的相机获得该杆的横向区域的数字图像，使得可在制造期间实时评估该杆的孔隙度分布，其中，该横向区域为该杆的端面。作为选择，对于该杆的孔隙度分布进行的评估可在制造该杆之后利用离线装置实施，该离线装置包括数字图像捕获装置和用于评估该杆的孔隙度分布的处理单元。可将一批杆供给到这种装置中，用于对杆的孔隙度分布或整批杆的孔隙度分布进行评估。
可提供用于评估孔隙度分布的装置。该装置可根据上述任一方法来评估孔隙度分布。该装置可包括用于捕获该制品的横向区域的数字图像的装置和用于分析该数字图像并计算该孔隙度分布的处理器。用于捕获数字图像的该装置优选地是数码相机。
该装置可包括用于为该制品的横向区域照明的光源。例如，光源可以是聚光灯或闪光装置。该光源提供对于多孔制品的均匀照明是优选的。优选的光源可以是围绕相机的镜头布置或布置于与该多孔制品相距预定距离处的环状发光体或环状闪光体，以便提供对于该制品的均匀照明。
该装置可包括传感器，该传感器用于确定该多孔制品的位置并在该多孔制品位于预定位置处或通过该预定位置时触发用于捕获数字图像的装置。例如，数字图像可在形成该多孔制品时或在对包括该多孔制品的产品进行装配的同时获得。传感器可在适当地定位该多孔制品时触发该图像捕获。
装置可被嵌入地安装在用于形成该多孔制品的生产线中用于实时评估制品的孔隙度分布。作为选择，该装置可以是一种独立装置。
用于吸烟制品的多孔杆(例如烟草成型件和过滤嘴)以高速制造成连续杆。该连续杆是一种管状制品，它可在某些点处被切割成较小的杆状制品。例如，用于在吸烟制品中使用的包括烟草的聚拢片材的多孔制品被首先制造成一个长的杆状制品，该长的杆状制品在多个步骤中被切割成用于结合到该吸烟制品中的最终杆长。生产线中的杆状制品通常通过滚筒或滚动元件传递。
杆状的多孔制品可例如利用商用制杆机制成。该管状的连续制品可首先被切割成规则的节段，每一个规则的节段都具有超过一个最终杆状制品的尺寸，例如包括最终杆状制品的十倍长度的长杆，随后进行一个或多个切割步骤以最终获得具有最终长度的杆状制品。在这种制杆装置的输出端处，杆可在被放置在平缓弯曲段上之前通过滚动元件。可在将该杆输出到该平缓弯曲段上的同时产生该杆的横向截面的数字图像。该横向截面将是该杆的端面。
制杆机的线性速度可以是100米/分钟(m/min)或更大。例如，制杆机的线性速度可以是150m/min或200m/min。一个或多个杆的横截面的数字图像可利用数码相机获得。优选地，使用高速相机。在一个具体实施例中，一种适当的相机可以是带有相对快门8并且HF25SA物镜在2+5mm的伸长度下开启的索尼XCD-V60。可使用其它相机，例如具有HF25物镜或HF35HA-1B物镜的索尼XCD-SX90。对于具有约7.5mm的直径的多孔杆而言，该相机的分辨率应该是足够高的以确保每一个多孔杆的截面的图像都被以至少约500像素乘以500像素来表示。
在一个实施例中，该相机被水平地定位，以便为在制杆机的该滚动元件与该弯曲段之间穿过的杆的端面成像。由于将杆精确地放置在该滚动元件内，因此获得了杆的端面与该相机之间的恒定距离。传感器可用于控制该相机的快门以便在将该杆最佳地定位在该相机的镜头的前面并暴露出端面时获得该杆的截面的数字图像。作为选择，相机的快门可由滚动元件触发。
作为选择，该装置可将该杆自动地定位在正确的位置中以捕获数字图像。对于具有约7.5mm的直径的多孔杆而言，该位置的精度应该为至少±0.2mm。
对杆的端面进行的照明可利用成45°的角度设置的聚光灯(例如Schott聚光灯)来完成。作为选择，可使用功率更大的光源，例如沃尔皮(Volpi)的IntraLED 3。
杆的端面的数字图像也可在装配该最终产品之前在组合器上产生。例如，如果杆状过滤嘴或烟草成型件将被结合在吸烟制品中，则该杆状过滤嘴或烟草成型件的端面的图像可在该吸烟制品的装配期间获得。该多孔杆的图像也可在装配到该最终产品中之后(例如在该多孔杆的截面是暴露的时)获得。为了控制例如包括烟草杆和过滤嘴的吸烟制品的品质，可获得一个或多个数字图像，例如用于为该烟草成型件成像的一个端面和为该过滤嘴成像的另一端面。
诸如如过滤嘴之类的某些多孔材料可具有反射截面表面。为了获得这种制品的截面的品质数字图像，在其中暴露出该截面的位置的周围需要单色光。照明可通过白光(例如一种白色光源LED Schott LSS A20960)来完成。根据形成多孔杆的材料，可将照明设定于不同的等级。例如，照明等级在捕获包括烟草的杆的数字图像时可被设定于100％，或者在过滤材料的情况下可被设定于30％。照明也可通过环状发光体、例如环状发光体A08660(Schott)来完成。该光源与该多孔杆之间的距离优选地根据光源和杆的材料进行优化。本领域技术人员将明白的是，基于该多孔制品的材料，会要求对该光源和光功率进行改进。
可利用处理器、例如通过利用个人计算机(PC机)计算多孔杆内的孔隙度分布。
对于用于该多孔制品的该制造装置或生产线的反馈可通过改变该生产过程的某些参数(例如输入材料的卷曲)来实现。例如，包含聚乳酸的过滤嘴可包括卷曲且聚拢的片材，并且该反馈可改变在聚拢之前执行的卷曲该片材的程度。反馈也可被进行以自动地丢弃或逐出具有不满足预定规格的孔隙度分布的多孔制品。在装配线处，由该处理器提供的反馈可被用于丢弃该最终产品。
该装置优选地具有一种用户接口，如，例如键盘、条形码读取器或触感屏幕或其它装置，以便与外部数据处理或编程设备通信。
附图说明
现在将参照视图描述本发明的具体实施例，附图中：
图1是多孔烟草杆的横向区域的图像。该图像被示出为具有叠置的子区域。
图2是图1中所示的烟草杆的横向区域，示出了该横向区域的不同部分中的子区域。
图3是图示了图1的横向区域并示出了该横向区域的第三不同部分中的子区域的图像。
图4图示了图3的子区域被另一子区域重叠的程度。
图5图示了另一子区域与图4的子区域重叠的程度。
图6图示了图1的横向区域并示出了被定位成使得该子区域的大部分并未处于该横向区域内的子区域。
图7是图示了一组烟草成型件中的总体孔隙度的分布的曲线图。
图8是图示了用于一组烟草成型件的局部孔隙度分布的曲线图。
图9是用于在在线孔隙度分布评估中使用的图像捕获装置的示意图。
图10是图示了用于执行在线孔隙度分布评估的装置的部件的示意图。
具体实施方式
现在将参照用于评估烟草成型件内的孔隙度分布的方法描述本发明的具体实施例。
图1图示了通过卷曲和聚拢一片均质的烟草材料的过程而形成的烟草成型件10的端面。图1的图像是一种数字图像，该数字图像已被处理成使得所有的白色像素都与烟草20相对应，位于该杆30的外部圆周的外侧的黑色像素与背景相关，并且处于该成型件40的圆周内的黑色像素与孔隙相对应。该图像通过获取该烟草成型件的端面的图像并数字化地处理该成型件的横向区域的图像以便识别出处于该杆的横向区域内的像素来获得。随后将阈值施加于该图像，使得处于该横向区域内的像素或者是白色的(表示烟草材料)或者是黑色的(表示孔隙)。在图1中，该烟草成型件是大致呈圆形的并具有约7mm的直径。处于该烟草成型件的外部圆周内的整个区域为横向区域。图1图示了定位在该横向区域内的第一子区域100。该第一子区域是具有1mm乘以1mm的尺寸的矩形区域。
在图1中，该第一子区域100被图示为位于局部孔隙度低的位置中。换句话说，该孔隙面积(图1的第一子区域100内的黑色像素)与第一子区域的总体面积(1mm2)相比是小的。
图2图示了图1中图示的相同横向区域相同。图2示出了定位在具有较高局部孔隙度的区域中的第二子区域200，如由该对应的子区域内的较高孔隙面积所反映的那样。定位在该横向区域的不同区域中的不同子区域将具有不同的孔隙面积分数。通过评估用于该横向区域内的多个子区域的孔隙面积分数，获得孔隙度分布是可能的。
该孔隙度分布通过局部地计算这多个子区域中的每一个中的孔隙度(即，孔隙面积分数)来获得。对于每一个单个烟草子区域，计算该图像的子区域的孔隙面积分数，其可被称为局部孔隙度。局部孔隙度可通过方程Pl＝N空隙局部/N局部计算出，式中，Pl是该子区域内的局部孔隙度，N空隙局部是表示该子区域内的空隙空间的像素的数目，并且N局部是该子区域中的总像素数。子区域被施加于该杆的数字图像并且被通过在软件中具体体现的迭代算法越过该数字图像进行平移。为了获得多个局部孔隙度读数，子区域被有效地通过该图像按顺序进行平移，并且计算该子区域占据的每一个位置中的局部孔隙度。该子区域占据的每一个位置都与被该子区域占据的至少一个其它位置重叠。该过程在图3至图5中图示出。
图3图示了该烟草成型件的横向区域，其中，第三子区域300被重叠在该成型件的左侧上。在该子区域中计算该局部孔隙度。随后，将该子区域向右平移越过该横向区域。图4图示了叠置在该烟草成型件的数字图像上的第四子区域400。图4还示出了(以虚线)第三子区域300的位置。可看出的是，第四子区域400与第三子区域300的位置重叠。在该第四子区域中计算局部孔隙度并且将该子区域再次平移越过该横向区域。图5图示了示出第五子区域500的横向区域。图5还示出了(以虚线)第三子区域300的位置和第四子区域400的位置。针对该第五子区域500获得局部孔隙度值并且将该子区域再一次平移通过该结构。该过程继续进行直到该结构内的所有像素都已经被包括在一个或多个子区域中为止。
在此处的该示例中，如果子区域内的至少90％的像素同样处于该横向区域内，则仅计算该子区域内的局部孔隙度。优选地，该子区域内的至少50％的像素处于该横向区域内。图6图示了该烟草成型件的横向区域并且示出了叠置在该数字图像上的第六子区域600。该第六子区域600的不到90％的像素位于该横向区域内，即位于该烟草成型件内的该区域内。由此，并不相对于该第六子区域计算局部孔隙度。这避免了针对下列子区域来计算局部孔隙度，在这种子区域中，对于局部孔隙度而言，不存在足够大的区域来表示该局部烟草结构。
针对每一个子区域的局部孔隙度的计算值被存储在一个数组中。该局部孔隙度的平均值和标准偏差可随后被针对该烟草成型件进行计算。该局部孔隙度的标准偏差可被用作孔隙度分布的宽度的量度。这给出了烟草在该成型件中分布得如何均匀的数值。低标准偏差表示均匀的成型件，而高标准偏差表示不均匀的成型件。
该方法可被用于同时计算多个烟草成型件的孔隙度分布。例如，可获得示出了多个烟草成型件的横向区域的数字图像，并且该数字图像可被进行处理以识别每一个单个烟草成型件并以上述方式从每一个单个烟草成型件获得孔隙度分布。可随后针对每一个单个烟草成型件并且也针对多个烟草成型件获得孔隙度分布。作为一种示例，多个烟草成型件可被放置在平板扫描仪上并被扫描以产生示出了这多个烟草成型件中的每一个的端面的数字图像。注意，该数字图像获取可通过任一适当的方法来完成，例如通过利用数码相机或计算机断层摄影来完成。图像可通过任一适当的图像格式，以全RGB(红-绿-蓝)色彩、灰度等级、或二进制(黑色和白色)表示法来表示。优选地，任何图像中的背景都是均匀的，以便有助于在图像处理期间检测和移除该背景。任何图像的分辨率都应该是足够高的以便精确地解析该烟草成型件的形态。
在获得图像之后，如果它们是彩色图像，则它们可被转换为灰度等级，并且对比度可被调整以提高烟草区域与孔隙区域之间的差异。
如果图像并非已经是二进制的，则将它们转换为二进制的。在优选实施例中，获取多个烟草成型件的图像的负像，其中，黑色像素表示实体而白色像素表示孔隙或空隙空间，以便有助于自动检测该图像中的烟草成型件。该负像中的与烟草成型件中的实体材料相对应的连贯的黑色区域被识别出并被以数字进行标注，该数字被存储在列表中。在一个实施例中，针对每一个标注的连贯的黑色区域计算最小的可能的矩形边界区域。计算每一个矩形边界区域的面积和纵横比，并且从该列表中移除具有高或低纵横比的矩形边界区域中的连贯的黑色区域。由于烟草成型件是大致呈圆形的，因此环绕烟草成型件的每一个矩形边界区域都应该具有约1:1的纵横比。所有检测到的黑色区域随后被按照递减尺寸排序，使得表示烟草成型件的区域应该在该列表的开始处或其附近出现。面积大致超过或低于为测量的制品(即，烟草成型件)所预期的面积的矩形边界区域中的连贯的黑色区域可被另外从连贯的黑色区域的列表中移除。在某些优选实施例中，移除面积比该矩形边界区域的预期面积大或小50％、或者更为优选地比该矩形边界区域的预期面积大或小30％的边界区域中的连贯的黑色区域。检测到的黑色区域的面积还可用作边界区域的替代物。在替代实施例中，该边界区域可呈现出不同的形状，例如圆形；多边形，例如八边形、三角形、正方形、长斜方形等；或其组合。
为了确定该列表上的哪些区域与烟草成型件相对应，可选地在预期数量的成型件的全长上检查区域尺寸的变化量。例如，如果该图像中的成型件的预期数量以字母n给出，则该列表中的区域1到n的尺寸变化量可被计算出并被存储在一个数组中。由于成型件区域可并不必然是该负像中最大的黑色区域，因此尺寸变化量计算针对区域2到n+1、3到n+2等进行。这是持续进行的，直到越过该列表中剩余的所有连贯的黑色区域测量该变化量为止。为了确定第一成型件区域在该列表中出现的位置，对计算变化量的最小值进行识别。与其它烟草成型件相对应的区域应该是可随后进行识别的，这是由于成型件的尺寸应该是几乎相同的。
一组成型件的图像中的单个成型件均可通过其它装置定位。构成一组成型件的多个成型件可都具有它们自身的数字图像，这消除了对于提取各个成型件的图像的需要。
可使用二进制掩码功能，在这种情况下，烟草成型件具有数值一，或者换句话说，该横向区域所述的地方是数值一并且围绕该烟草成型件的区域具有数值零。
可随后在每一个横向区域上执行孔隙度计算。每一个烟草成型件的横向区域都被利用阈值转换为二进制图像。在该二进制图像中，黑色像素表示空隙空间并且白色像素表示烟草材料。根据等式：Po＝N空隙/N总通过面积分数计算总体孔隙度，式中，Po是横向区域的总体孔隙度，N空隙是表示该横向区域内的空隙空间的像素的数目并且N总是横向区域中的总像素数。对于一组烟草成型件，源自每一个成型件的总体孔隙度可被绘制在与图7中所示的曲线图相似的曲线图上。图7示出了一组烟草成型件具有位于介于0.2与0.4之间的狭窄分布内的总体孔隙度。
可根据如在上文中关于图1至6所述的方法针对该组内的每一个烟草成型件计算孔隙度分布。除了提供用于每一个单个成型件的孔隙度分布之外，用于该组成型件的总体孔隙度分布可被确定，如在图8的曲线图中示出的。用于不同组烟草成型件的累积的孔隙度分布可被相互比较以便提供对于不同批次之间的品质差异的指示。
来自如上文中关于单个多孔杆或一组多孔杆所述的孔隙度评估的结果可被用于控制用于制造多孔杆的过程。由此，用于评估孔隙度的方法可提供关于何时设定过程参数以便生产出不合规格的多孔杆的反馈并且使得过程参数能够被修正以生产出处于容许规格内的多孔杆。
用于评估多孔制品(例如，由烟草材料的聚拢片材形成的烟草成型件、或由PLA的聚拢片材形成的过滤嘴)的孔隙度分布的装置可被集成为多孔制品制造的一部分。用于评估该孔隙度分布的装置需要图像捕获装置(例如数码相机)和用于执行所需的处理步骤以便对该多孔制品的所获得的数字图像进行分析的处理器。该装置优选地还包括用于为该多孔制品照明的光源。
图9图示了图像捕获装置的构造，其中，相机910被设置成捕获烟草杆920的端面921的数字图像。该烟草杆920通过卷曲并聚拢一片均质的烟草材料并利用包装材料围绕该聚拢片材以生产出杆来形成。相机910的镜头911被设定成与烟草杆920的端面921相距预定的距离。
为了提供对于烟草杆920的端面921的均匀照明，在相机镜头911与烟草杆920之间设置环状发光体930，例如Schott环状发光体A08660。该环状发光体930优选地定位成与相机镜头911相比更为接近烟草杆920。
图10图示了用于评估多孔杆(例如烟草杆)的孔隙度分布的装置或系统1000。该装置或系统1000包括具有镜头1011的数码相机1010、以及联接于环状发光体1021的光源1020。相机的快门通过可检测多孔杆的位置的传感器1030进行控制。对由相机1010获得的数字图像进行的处理由PC机1040内的处理器执行。传感器、光源、相机、和PC机被通过控制器1050连接到一起。该PC机还包括键盘1050和监视器1060。具有图10中所示的部件的系统或装置可被结合到杆制造设备中以便在形成杆时实时评估杆中的孔隙度分布。该系统或装置1000可被结合在香烟或吸烟制品装配线中，并且随着香烟或吸烟制品被组装时评估香烟或吸烟制品的部件部分中的孔隙度分布。作为选择，具有图10的部件的该系统或装置可形成用于离线评估成批的多孔杆中的孔隙度分布的独立式评估装置的一部分。

Claims (40)

1.一种用于评估多孔制品内的孔隙度分布的方法，所述方法包括下列步骤：
获得所述制品的横向区域的数字图像，
确定在所述横向区域的多个相同尺寸的子区域中的每一个内呈现的孔隙的面积分数，从而获得多个孔隙面积分数，以及
利用所述多个孔隙面积分数来评估所述多孔制品的所述横向区域内的所述孔隙度分布，
其中，每一个子区域都与至少一个相邻子区域重叠介于10％与95％之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述多个孔隙面积分数的标准偏差，并且由所述多个孔隙面积分数的所述标准偏差表示所述孔隙度分布的宽度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述横向区域的所述数字图像包括多个像素，并且构成所述横向区域的每一个像素都被包含在所述多个子区域中的至少一个内。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述横向区域的所述数字图像至少为500像素乘以500像素。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，每一个子区域都与至少一个相邻子区域重叠介于70％与90％之间。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，如果任一单个子区域的超过50％处于所述制品的所述横向区域内，则仅包括所述任一单个子区域的所述面积分数用于评估所述孔隙度分布。
7.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括确定所述制品的所述横向区域内呈现的孔隙的总面积分数的步骤。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，从多个制品中的每一个获得数字图像，所述多个制品形成一组制品，其中，针对整个组的制品来评估孔隙度分布。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，获得包含多个制品的横向区域的图像的数字图像，所述方法包括下列步骤：检测各个制品的图像并掩蔽住所述图像以排除并未落在所述多个制品中的任一个的所述横向区域内的像素。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多孔制品呈具有多个开放孔隙的杆的形式，所述开放孔隙纵向地延伸穿过所述杆。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多孔制品是由聚拢的材料片形成的连续杆，所述制品的所述横向区域是所述连续杆的截面或端面。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述连续杆为包括烟草材料的聚拢片材的烟草成型件。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述连续杆为由烟草材料的聚拢片材形成的烟草成型件。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述连续杆为由非烟草材料的聚拢片材形成的过滤嘴或元件。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述非烟草材料为聚乳酸。
16.一种控制用于制造多孔制品的过程的方法，所述方法包括下列步骤：运行所述用于制造多孔制品的过程以产生至少一个多孔制品，
利用上述根据权利要求1到15中的任一项所述的方法评估至少一个多孔制品内的孔隙度分布，以及
利用所述孔隙度分布来控制用于制造多孔制品的所述过程的一个或多个过程参数。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，用于制造多孔制品的所述过程是香烟制造过程并且所述多孔制品是香烟。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，用于制造多孔制品的所述过程是过滤嘴制造过程并且所述多孔制品是由过滤材料构成的杆。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述多孔制品是由聚拢的材料片形成的过滤嘴。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，用于制造多孔制品的所述过程是烟草成型件制造过程并且所述多孔制品是由烟草构成的成型件。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述由烟草构成的成型件由聚拢的材料片形成。
22.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法包括下列步骤：将评估的孔隙度分布与参考孔隙度分布相比较并响应于所述比较来控制一个或多个过程参数。
23.根据权利要求16所述的方法，其中，所述多孔制品是由材料的聚拢片材形成的杆，所述方法包括下列步骤：利用安装在用于形成所述杆的生产线中的相机获得所述杆的横向区域的数字图像，使得在制造期间能够实时评估所述杆的孔隙度分布，其中，所述横向区域是所述杆的端面。
24.根据权利要求16所述的方法，其中，所述多孔制品是由聚拢的材料片形成的杆，其中，在制造所述杆之后利用离线装置实施对所述杆的孔隙度分布的评估，所述离线装置包括数字图像捕获装置和用于评估所述杆的孔隙度分布的处理单元。
25.一种用于控制多孔制品的孔隙度的方法，所述方法包括下列步骤：
利用用于制造多孔制品的过程来形成多孔制品，
利用上述根据权利要求1到15中的任一项所述的方法评估所述多孔制品内的孔隙度分布，以及
控制用于制造多孔制品的所述过程的一个或多个过程参数来形成进一步的多孔制品，所述进一步的多孔制品具有预期孔隙度分布。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，用于制造多孔制品的所述过程是香烟制造过程并且所述多孔制品是香烟。
27.根据权利要求25所述的方法，其中，用于制造多孔制品的所述过程是过滤嘴制造过程并且所述多孔制品是由过滤材料构成的杆。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述多孔制品是由聚拢的材料片形成的过滤嘴。
29.根据权利要求25所述的方法，其中，用于制造多孔制品的所述过程是烟草成型件制造过程并且所述多孔制品是由烟草构成的成型件。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述由烟草构成的成型件由聚拢的材料片形成。
31.根据权利要求25所述的方法，其中，所述方法包括下列步骤：将评估的孔隙度分布与参考孔隙度分布相比较并响应于所述比较来控制一个或多个过程参数。
32.根据权利要求25所述的方法，其中，所述多孔制品是由材料的聚拢片材形成的杆，所述方法包括下列步骤：利用安装在用于形成所述杆的生产线中的相机获得所述杆的横向区域的数字图像，使得在制造期间能够实时评估所述杆的孔隙度分布，其中，所述横向区域是所述杆的端面。
33.根据权利要求25所述的方法，其中，所述多孔制品是由聚拢的材料片形成的杆，其中，在制造所述杆之后利用离线装置实施对所述杆的孔隙度分布的评估，所述离线装置包括数字图像捕获装置和用于评估所述杆的孔隙度分布的处理单元。
34.根据权利要求16-33中的任一项所述的方法的用途，所述用途为用于生产具有预定过滤效率的多孔制品。
35.根据权利要求16-33中的任一项所述的方法用于生产吸烟制品或用于吸烟制品的烟草成型件的用途，其中，对局部孔隙度分布进行控制以便在所述吸烟制品的使用期间提供预定的尼古丁输送。
36.根据权利要求17或26所述的方法的用途，其中，对过程参数进行控制以便降低具有宽松端的香烟的比例。
37.一种用于利用根据权利要求1到15中的任一项所述的方法评估多孔制品内的孔隙度分布的装置，其中，所述装置包括用于捕获所述制品的横向区域的数字图像的装置和用于分析所述数字图像并计算所述孔隙度分布的处理器。
38.根据权利要求37所述的装置，其中，所述装置包括用于为所述制品的所述横向区域照明的光源。
39.根据权利要求37或38所述的装置，其中，所述装置包括传感器,所述传感器用于确定所述多孔制品的位置并在所述多孔制品位于预定位置或通过所述预定位置时触发所述用于捕获数字图像的装置。
40.根据权利要求37所述的装置，所述装置用于嵌入地安装在用于形成所述多孔制品的生产线中以便实时评估制品的孔隙度分布。
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