CN109230757A - 高速卷接机的水松纸和盘纸拼接头检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速卷接机的水松纸和盘纸拼接头检测装置及方法，利用同轴安装的红外线发光源、汇聚透镜和红外光接收单元，汇聚透镜位于红外线发光源和红外光接收单元之间，且汇聚的光斑在汇聚透镜和信号转换与反馈单元之间的轴心中间点位置平面上，将红外光接收单元接收的红外光强度转换为电信号，比较转换而来的电信号与预设值结果，根据比较结果调节红外线发光源的发光强度以实时满足接收的光强度趋于预设值。

Description

高速卷接机的水松纸和盘纸拼接头检测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种高速卷接机的水松纸和盘纸拼接头检测装置及方法。
背景技术
盘纸是烟支中烟丝的外部包裹材料，水松纸是烟支中过滤嘴的外部包裹材料，他们都是卷烟生产中的必不可少的成分，且都是由纸浆经过加工而来。水松纸和盘纸单盘展开长度都在5000米左右，其内部是由相同长度的水松纸和盘纸拼接而成，这种拼接由于是机器自动完成，所以纸的重叠宽度在3mm左右，这种接头成为内部拼接头，粘合的材料为胶水。
在卷烟的连续生产过程中，水松纸和盘纸都通过外部拼接连续的供给机器进行生产，这种拼接通过人工操作完成，其重叠的宽度在12mm左右，粘合的材料为双面胶。
近几年烟草企业主要卷接设备从PRTOS70机型(额定生产速度每分钟7000只)向YJ112机型(额定生产速度每分钟12000只)大量升级。水松纸也从原来的单色品种(淡黄色)发展到多色产品，并且多色产品比例逐年提高，高档香烟上出现了烫金水松纸和金属镀膜水松纸。
现有的水松纸和盘纸拼接头检测设备，一般通过检测水松纸和盘纸的透光性来检测拼接头是否存在，其基本原理是：通过一个固定发光强度的发光源在一侧照射水松纸或者盘纸，在另一侧通过光强度检测器件来检测透过的光强度。当有拼接头通过光照射区时，透过的光强度会减弱，通过设置不同的光强度阈值来识别出拼接头，并发出相关的信号。但这种检测方式是基于构成材料只有纸和浅色颜料的水松纸和盘纸设计的，并且对生产速度有一定的要求。当被检测的纸的颜色加深时，需要人工来调整光的强度使透过的光能被检测到，当纸有烫金或者有金属膜覆盖时，能够透射的光非常少，现有的基于材料是纸和浅色颜料设计的检测器识别率很低；如果再此基础上再增加生产速度，会造成拼接头通过检测器的时间进一步变短，造成透过光强的变化十分微弱，检测器的识别率会进一步降低，从而导致大量不合格品流入市场。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种高速卷接机的水松纸和盘纸拼接头检测装置及方法，本发明能够自动调整发光强度并保证接收强度趋于恒定，可以避免材料和生产速度对检测效果的影响。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高速卷接机的水松纸和盘纸拼接头检测装置，包括检测单元和信号处理单元，所述检测单元包括：红外线发光驱动单元、红外线发光源、汇聚透镜、信号转换与反馈单元和红外光接收单元，其中：
所述红外线发光源、汇聚透镜和红外光接收单元同轴心安装，汇聚透镜位于红外线发光源和红外光接收单元之间，且汇聚的光斑在汇聚透镜和信号转换与反馈单元之间的轴心中间点位置平面上，所述信号转换与反馈单元将接收的红外光强度转换为电信号送给信号处理单元；
所述信号处理单元比较转换而来的电信号与预设值结果，并将比较结果通过信号转换与反馈单元反馈给红外线发光驱动单元，红外线发光驱动单元调节红外线发光源的发光强度以实时满足接收的光强度趋于预设值。
进一步的，所述信号转换与反馈单元以及所述红外线发光驱动单元之间设置有间隙。
进一步的，所述红外线发光源和汇聚透镜位于同一侧，所述红外光接收单元位于另一侧，红外光接收单元与汇聚透镜之间具有间距。
进一步的，所述红外线发光源、汇聚透镜和红外光接收单元位于同一水平面。
进一步的，所述汇聚透镜和信号转换与反馈单元之间的中间点的所在平面上放置被检测的水松纸或/和盘纸。
进一步的，所述汇聚透镜位于红外线发光源的前方，红外线发光源所发射的光汇聚到检测平面上的2mm直径以内的区域内。
一种高速卷接机的水松纸和盘纸拼接头检测方法，利用同轴安装的红外线发光源、汇聚透镜和红外光接收单元，汇聚透镜位于红外线发光源和红外光接收单元之间，且汇聚的光斑在汇聚透镜和信号转换与反馈单元之间的轴心中间点位置平面上，将红外光接收单元接收的红外光强度转换为电信号，比较转换而来的电信号与预设值结果，根据比较结果调节红外线发光源的发光强度以实时满足接收的光强度趋于预设值。
进一步的，当有纸接头通过检测区时，纸的厚度增加，透过纸的红外光的强度降低，达不到预设值，通过比较反馈机制，红外线发光驱动单元增大红外线发光源的驱动电流，以满足接收光强度趋于预设值的条件。
进一步的，当纸接头通过检测区域后，纸的厚度恢复原值，透过纸的红外光的强度增大，超过预设值，通过比较反馈机制，红外线发光驱动单元减少红外线发光源的驱动电流，以满足接收光强度趋于预设值的条件。
进一步的，在纸接头通过检测区域的过程中，红外线发光源的驱动电流出现增大的过程，其增大的程度和纸接头遮挡检测区域的程度成正比，即当纸接头开始遮挡检测区域时，驱动电流开始增大，当纸接头的中心线与检测区域的圆心交汇时，驱动电流最大，随后驱动电流开始减小，当纸接头离开遮挡检测区域时，驱动电流恢复原值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明使用自动调整红外光源的驱动电流，可全程覆盖红外光源的额定功率区域。提高了动态适应能力。并使用汇聚透镜，将原本发散形态的光，汇聚到一个固定的检测区域，增大了检测区域的光强度。光的强度越大，其穿透的能力就越强，能够适应的纸的种类就越多。
本发明由于将检测光斑控制在2mm直径以内的圆形区域内，水松纸和盘纸内部的纸张重叠区域在3mm左右的纸接头通过检测区域时能够实现对检测区域的全遮挡。能够在驱动电流上体现出明显的波动，从而有效识别出纸拼接头。
本发明使用自动调整驱动电流和汇聚检测光的检测方式，在双重增加光强的方法下，本检测装置经过实测可以识别出140g重以下重叠宽度在3mm以上的纸接头，包含了市面上除了普通水松纸和盘纸以外的烫金水松纸和金属镀膜水松纸等含有金属材料的新型水松纸。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本实施例的主视图。
图2为检测单元局部剖视图，主要展示红外发射光源、汇聚透镜、红外接收单元之间的位置关系。
其中,1.信号处理单元，2.光电检测单元，3.信号转换与反馈单元，4.红外线发光驱动单元，5.红外线发光源，6.汇聚透镜，7.红外光接收单元，8.通过汇聚透镜和光电转换单元之间的中间点的平面，被检测的水松纸和盘纸也运行在此平面。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
图1和图2所示，本实施例公开了一种采用自动调整发光强度的纸接头检测装置，包括红外光电检测单元2和信号处理单元1。红外检测单元2包括：红外线发光驱动单元4，红外线发光源5，汇聚透镜6，信号转换与反馈单元3，红外光接收单元7。红外线发光源5、汇聚透镜6、红外光接收单元7同轴心安装，汇聚透镜6位于红外线发光源5和红外光接收单元7之间，且汇聚的光斑在通过汇聚透镜和光电转换单元之间的中间点的平面8上的光斑大小在2mm左右。信号处理单元1通过电缆与红外光电检测单元2连接。
本实施例的汇聚透镜6位于红外线发光源5的前方安置，可以将红外线发光源5所发射的光汇聚到检测平面8上的2mm直径以内的区域内，该区域的光强度安装汇聚透镜6是不安装汇聚透镜6的4倍以上(不安装汇聚透镜6，平面8上的光斑直径在4mm以上)。
信号转换与反馈单元3，将接收的红外光强度转换为电信号送给信号处理单元1，信号处理单元1比较转换而来的电信号与预设值(恒定值)结果，并将比较结果通过信号转换与反馈单元3反馈给红外线发光驱动单元4，红外线发光驱动单元4调节红外线发光源5的发光强度以实时满足接收的光强度趋于预设值(恒定值)。
当有纸接头通过检测区时，纸的厚度增加，透过纸的红外光的强度降低，达不到预设值，通过比较反馈机制，红外线发光驱动单元4会增大红外线发光源5的驱动电流，以满足接收光强度趋于预设值(恒定值)的条件。
当纸接头通过检测区域后，纸的厚度恢复原值，透过纸的红外光的强度增大，超过预设值，通过比较反馈机制，红外线发光驱动单元4会减少红外线发光源5的驱动电流，以满足接收光强度趋于预设值(恒定值)的条件。
在纸接头通过检测区域的过程中，红外线发光源5的驱动电流会出现一个短时增大的过程，其增大的程度和纸接头遮挡检测区域的程度成正比，即当纸接头开始遮挡检测区域时，驱动电流开始增大，当纸接头的中心线与检测区域的圆心交汇时，驱动电流最大，随后驱动电流开始减小，当纸接头离开遮挡检测区域时，驱动电流恢复原值。
信号处理单元1通过分析红外线发光源5的驱动电流来识别纸接头。识别出纸接头后，信号处理单元1发出表示纸接头出现的隔离脉冲信号，供后续各种控制系统处理。
本实施例由于使用了自动调整红外光源5的驱动电流，可全程覆盖红外光源的额定功率区域。较之固定发光强度的检测方式，本实施例的动态适应能力提到了最高。并使用了汇聚透镜，将原本发散形态的光，汇聚到一个固定的检测区域，增大了检测区域的光强度。光的强度越大，其穿透的能力就越强，能够适应的纸的种类就越多。
本实施例由于将检测光斑控制在2mm直径以内的圆形区域内，水松纸和盘纸内部的纸张重叠区域在3mm左右的纸接头通过检测区域时能够实现对检测区域的全遮挡。当机器的生产速度从7000支/分钟提升到12000支/分钟时，遮挡现象仍然存在，光电转换器件工作在线性区，并能够在驱动电流上体现出明显的波动，从而有效识别出纸拼接头。而没有采用汇聚透镜时的检测光斑直径大于4mm，3mm左右的纸接头通过检测区域时不能够实现对检测区域的全遮挡，在固定光强度的照射下，接收器接收到的光强度与纸接头通过检测区域的时间成反比。当机器的生产速度从7000支/分钟提升到12000支/分钟时，纸接头通过检测区域的时间变短为原来的58％，再加上接收器光在不能全遮挡的情况下，工作状态在近饱和区，对光强度的变化的转化有一定的惰性，其检测的识别率大大降低。
本实施例使用了自动调整驱动电流和汇聚检测光的新型检测方式，在双重增加光强的方法下，本检测装置经过实测可以识别出140g重以下重叠宽度在3mm以上的纸接头，包含了市面上除了普通水松纸和盘纸以外的烫金水松纸和金属镀膜水松纸等含有金属材料的新型水松纸。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种高速卷接机的水松纸和盘纸拼接头检测装置，其特征是：包括检测单元和信号处理单元，所述检测单元包括：红外线发光驱动单元、红外线发光源、汇聚透镜、信号转换与反馈单元和红外光接收单元，其中：
所述红外线发光源、汇聚透镜和红外光接收单元同轴心安装，汇聚透镜位于红外线发光源和红外光接收单元之间，且汇聚的光斑在汇聚透镜和信号转换与反馈单元之间的轴心中间点位置平面上，所述信号转换与反馈单元将接收的红外光强度转换为电信号送给信号处理单元；
所述信号处理单元比较转换而来的电信号与预设值结果，并将比较结果通过信号转换与反馈单元反馈给红外线发光驱动单元，红外线发光驱动单元调节红外线发光源的发光强度以实时满足接收的光强度趋于预设值。
2.如权利要求1所述的一种高速卷接机的水松纸和盘纸拼接头检测装置，其特征是：所述信号转换与反馈单元以及所述红外线发光驱动单元之间设置有间隙。
3.如权利要求1所述的一种高速卷接机的水松纸和盘纸拼接头检测装置，其特征是：所述红外线发光源和汇聚透镜位于同一侧，所述红外光接收单元位于另一侧，红外光接收单元与汇聚透镜之间具有间距。
4.如权利要求1所述的一种高速卷接机的水松纸和盘纸拼接头检测装置，其特征是：所述红外线发光源、汇聚透镜和红外光接收单元位于同一水平面。
5.如权利要求1所述的一种高速卷接机的水松纸和盘纸拼接头检测装置，其特征是：所述汇聚透镜和信号转换与反馈单元之间的中间点的所在平面上放置被检测的水松纸或/和盘纸。
6.如权利要求1所述的一种高速卷接机的水松纸和盘纸拼接头检测装置，其特征是：所述汇聚透镜位于红外线发光源的前方，红外线发光源所发射的光汇聚到检测平面上的2mm直径以内的区域内。
7.一种高速卷接机的水松纸和盘纸拼接头检测方法，其特征是：利用同轴安装的红外线发光源、汇聚透镜和红外光接收单元，汇聚透镜位于红外线发光源和红外光接收单元之间，且汇聚的光斑在汇聚透镜和信号转换与反馈单元之间的轴心中间点位置平面上，将红外光接收单元接收的红外光强度转换为电信号，比较转换而来的电信号与预设值结果，根据比较结果调节红外线发光源的发光强度以实时满足接收的光强度趋于预设值。
8.如权利要求7所述的一种高速卷接机的水松纸和盘纸拼接头检测方法，其特征是：当有纸接头通过检测区时，纸的厚度增加，透过纸的红外光的强度降低，达不到预设值，通过比较反馈机制，红外线发光驱动单元增大红外线发光源的驱动电流，以满足接收光强度趋于预设值的条件。
9.如权利要求7所述的一种高速卷接机的水松纸和盘纸拼接头检测方法，其特征是：当纸接头通过检测区域后，纸的厚度恢复原值，透过纸的红外光的强度增大，超过预设值，通过比较反馈机制，红外线发光驱动单元减少红外线发光源的驱动电流，以满足接收光强度趋于预设值的条件。
10.如权利要求7所述的一种高速卷接机的水松纸和盘纸拼接头检测方法，其特征是：在纸接头通过检测区域的过程中，红外线发光源的驱动电流出现增大的过程，其增大的程度和纸接头遮挡检测区域的程度成正比，即当纸接头开始遮挡检测区域时，驱动电流开始增大，当纸接头的中心线与检测区域的圆心交汇时，驱动电流最大，随后驱动电流开始减小，当纸接头离开遮挡检测区域时，驱动电流恢复原值。
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