CN1099259C - 卷烟和嘴棒圆周在生产中的测量和控制法 - Google Patents

Abstract

卷烟和嘴棒圆周在生产中的测量和控制法。本发明属于对在线生产的卷烟和过滤嘴圆周的测量和控制方法。本方法是在卷烟和过滤嘴生产设备的封口室与下烟枪之间装一测量传感器，将它们之间的间隙变化转换为相应的电信号，经信号处理电路对该电信号处理，将间隙值转换为圆周值，在显示器上将烟支圆周直径显示出，再旋转调节旋钮来改变间隙值，实现对在线生产中的卷烟和过滤嘴圆周的测量和控制。本发明方法简单，所用测量装置安装容易，制造成本低，可在生产中连续测量及调整。

Description

卷烟和嘴棒圆周在生产中的测量和控制法

本发明属于卷烟和过滤嘴生产领域，特别是对在线生产的卷烟和过滤嘴圆周的测量和控制方法。

在卷烟和过滤嘴生产过程中，卷烟和过滤嘴的圆周控制是非常重要的。卷烟和过滤嘴的圆周尺寸是卷烟行业在生产过程中要求严格控制的质量指标之一。目前公知的用于测量卷烟和过滤嘴圆周的主要方法有(1)拉带法；(2)气动法；(3)激光轨迹法。其中能够用于生产在线测量卷烟和过滤嘴圆周的方法是气动法。拉带法和激光轨迹法由于在测量过程要求卷烟和过滤嘴不能有轴向运动，因此目前无法用于卷烟和过滤嘴生产中对卷烟和过滤嘴的圆周进行连续的在线测量。根据气动法制造的卷烟和过滤嘴圆周在线测量装置存在着以下的问题：(1)由于气动法本身存在的缺陷，卷烟纸和过滤嘴成型纸的透气度变化会影响测量的精度；(2)结构、安装复杂，制造成本较高，而且受现场干扰因素大。由于目前国内绝大多数卷烟和过滤嘴生产设备未配置圆周的在线测量设备，对在线生产中控制卷烟和过滤嘴圆周带来了很大的不便。通常采用的方法是对在线生产的产品取样，在实验室对样品的圆周进行测量，操作人员依据取样测量的结果和经验来对在线生产的卷烟和过滤嘴圆周进行调整控制，这种方法一是不具备测量控制的实时性，二是在线调整控制圆周带有很大的盲目性。

本发明的目的是提供一种卷烟和嘴棒圆周在生产中的测量和控制法，本方法所采用的测量控制装置具有安装体积小，制造成本相对现有产品较低，不受卷烟纸和过滤嘴成型纸的透气度影响，测量和控制精度较高，可实时对在线生产的烟支进行测量和控制的特点。

本发明是这样实现的：在卷烟和过滤嘴生产设备的封口室与下烟枪之间装一测量传感器，通过该测量传感器来测量封口室与下烟枪之间的间隙，并转换为相应的电信号，在信号处理电路中对该电信号进行处理，实现封口室与下烟枪之间间隙相对烟支圆周的函数关系，将间隙值转换为圆周值，在显示器上将烟支圆周(直径)显示出，对照显示器调节装在封口室上的调节旋钮来改变封口室与下烟枪之间的间隙，同时实现对在线生产中的卷烟和过滤嘴圆周的测量和控制。

本发明实现的原理是，卷烟和过滤嘴在线生产时的圆周是由卷烟和过滤嘴生产设备上的封口室与下烟枪之间的间隙决定的。这个间隙与生产的卷烟和过滤嘴的圆周有明显的对应关系。经过观察和实验发现该间隙的大小(σ)与卷烟和过滤嘴的圆周(C)之间存在着这样的函数关系：

C＝k×(σ+x)          ——公式(1)

公式(1)中x和k是待确定的常数。

为了得到x、k的值，设计了这样一个实验：在一台卷烟机上用量块来固定σ的值(在本实验中生产第一组样品是采用σ1＝2mm的标准量块，生产第二组样品是采用σ2＝2.5mm的标准量块)生产两组样品，在σ1＝2mm的时候取第一组样品200支；在σ2＝2.5mm的时候取第二组样品200支。在实验室中用符合卷烟国标规定的标准卷烟圆周测量仪器测量出样品的圆周数值。测量得到的卷烟圆周的平均值即为公式(1)中C的值。在本实验中得到的第一组样品的圆周平均值C1＝24.2mm，第二组样品的C2＝25.4mm。将测量第一组样品得到的C1代入公式(1)，将测量第二组样品得到的C2代入公式(1)得到以下的方程组：

C1＝k×(σ1+x)

C2＝k×(σ2+x)

解方程组得到x＝8.0833，k＝2.4。代入公式(1)得：

C＝2.4×(σ+8.0833)

需要指出的是：由于卷烟和过滤嘴生产设备机型的不同和每台设备之间存在的差异，公式(1)中x和k的值对于每一台设备不是完全相同的，但均可通过上述设计的实验方法得到每台设备的x和k的数值。同时，我们知道：公式(1)这样的函数运算在电子电路中是可以实现的。

下面依照说明书附图提供的本发明的几个具体实施例，对其技术方案作进一步描述。

图1为本发明的测量和控制方法流程图；

图2为本发明的测量和控制装置结构示意图；

图3为本发明电位式传感器的实施方案流程图；

图4为本发明电涡流传感器的实施方案流程图；

图5为本发明差动变压器式传感器测量电路原理图；

图6为本发明差动变压器式传感器的实施方案流程图；

图7为本发明霍尔效应位移传感器的实施方案流程图。

图1中的各标号依次表示：调节旋钮 1、测量传感器 2、封口室 3、间隙 4、下烟枪 5、下烟枪支架6。

本发明提出的对卷烟和过滤嘴圆周在生产过程中进行测量控制的具体方法是：在卷烟和过滤嘴生产设备的封口室与下烟枪之间安装一个测量传感器(在实施例1中给出了使用电位器式传感器的实施方案；在实施例2中给出了电涡流式传感器的实施方案；实施例3中给出了使用差动变压器式传感器的实施方案，在实施例4中给出了使用霍尔效应位移传感器的实施方案)，通过传感器测量封口室与下烟枪之间的间隙σ，并将其转换成相应的电阻、电压信号，通过信号处理电路中的零点调节放大器、增益放大器来实现公式(1)所示的函数关系，同时用上述设计的实验方法在零点调节放大器和增益放大器上对每台卷烟和过滤嘴生产设备的k和x的值进行精确设定，把封口室与下烟枪之间的间隙σ转换为卷烟和过滤嘴的圆周C，用显示器将圆周(直径)显示出来。根据显示器显示的数据通过调节安装在封口室上的调节旋钮来调整和控制卷烟和过滤嘴生产设备上的封口室与下烟枪之间的间隙，达到对卷烟和过滤嘴的圆周进行生产在线测量和控制的目的(详见图1、图2)。

实施例1在本发明中使用电位器式传感器的实施方案

见图3，在封口室和下烟枪之间安装一个电位器式传感器，对传感器的固定电阻输入端供给稳定的直流工作电压。当旋转封口室上的调节旋钮时，封口室和下烟枪之间的间隙产生变化，带动传感器输入端产生机械运动，传感器的输出电阻和电压发生相应的变化。通过干扰抑制电路对传感器输出的信号进行消噪和温度补偿处理，消除传感器输出信号在测量和传输过程中因电气干扰、温度变化等因素产生的干扰信号后将信号传输到信号处理电路。在信号处理电路中一个用运算放大器组成的加法器通过对信号叠加一个可调整的外部电压对信号进行零点调整，将经过零点调整的信号传送到增益放大器，对信号进行放大。将放大后的信号传送到一个由运算放大器组成的后级加法器中，这个后级加法器的作用是对经上述运算处理得到的圆周值与通过实验室测量得到的圆周平均值相比较，进行误差修正，消除测量的系统误差。到此，完成了对传感器输出信号的处理，经过处理的信号从信号处理器的输出端将信号传送到显示器电路，通过显示器显示在线生产过程中卷烟和过滤嘴的圆周(直径)值。实施例1的流程图如附图3所示。

实施例2在本发明采用电涡流传感器的实施方案

见图4，电涡流传感器是利用金属导体的涡流效应制作的传感器，电涡流传感器由于具有灵敏度高、抗干扰能力强、可进行非接触测量的特点，因此在生产实践中得到了广泛的应用。电涡流传感器的测量原理是这样的：通过在一个邻近金属导体的线圈上通入高频正弦交流电流，当线圈与金属导体之间的位置发生变化时，线圈的有效阻抗Z会产生相应的变化。电涡流传感器就是利用线圈阻抗的变化来反应传感器与被测金属之间的位置变化的。在本发明中采用电涡流传感器进行间隙测量的实施方案是：在封口室上安装一个电涡流传感器，把传感器线圈接入LC谐振回路，由于下烟枪是用金属加工制成的，当封口室与下烟枪之间的间隙σ发生变化时，电涡流传感器线圈的有效阻抗Z发生变化，使回路中的谐振频率产生相应的变化，通过高频放大器、限幅器和频率-电压转换器的处理，将频率转换为直流电压值U输出，然后经过实施例1中所述的信号处理电路，对信号进行零点调整、放大和误差修正处理，最后把处理后的信号输入到显示器，通过显示器将卷烟和过滤嘴的圆周(直径)值显示出来。附图4给出了采用电涡流传感器的实施方案流程图。

实施例3本发明中采用差动变压器式传感器的实施方案。

见图5、图6，差动变压器式传感器是由铁芯、衔铁、2个激磁线圈和2个输出线圈组成的，在工作的时候，将差动变压器的2个激磁线圈串联并供给交流激磁电压，2个输出线圈按电势反相串联。它是通过衔铁在铁芯中的位置发生变化时，破坏输出线圈中感应电势的平衡，在输出线圈上产生一个与衔铁位移和方向相对应的交流输出电压。由于差动变压器式传感器具有结构简单、灵敏度高、分辨率大、重复性好、线性度优良的特点，因此适用于本发明中对封口室和下烟枪之间的间隙进行测量。具体的实施方案如下：在封口室上安装一个差动变压器式传感器，使传感器的测量头与下烟枪相接触。当封口室与下烟枪之间的间隙σ发生变化时，带动传感器的测量头上下移动，使传感器输出一个与间隙σ相对应的交流输出电压Usc。通过一个由相敏检波电路组成的传感器测量电路(附图5)的处理，把传感器输出的交流电压信号转换为直流电压信号U，将此信号输入到实施例1所述的信号处理电路进行信号处理，然后将处理后的信号输入显示器，通过显示器把被测量的卷烟和过滤嘴的圆周(直径)值显示出来。附图6给出了采用差动变压器式传感器的实施方案流程图。

实施例4  在本发明中采用霍尔效应位移传感器的实施方案

霍尔效应位移传感器是目前广泛用于精确测量小位移的一种根据霍尔效应原理制成的新型传感器。为方便使用，传感器制造商在传感器内部集成了相关的半导体集成电路，包括电压放大器、温度补偿电路等，传感器可以直接输出电压信号。同时霍尔效应传感器结构简单、体积小、响应速度快，在使用过程中非常容易安装，因此可在本发明的具体实施中用于测量封口室与下烟枪之间的间隙。在封口室上安装一个霍尔效应位移位移传感器，通过调整传感器的安装位置使传感器的测量头与下烟枪保持紧密的接触。当调节封口室与下烟枪之间的间隙时，封口室带动传感器测量头上下移动，传感器输出一个与间隙变化相对应的电压信号。将传感器输出的电压信号直接输入到实施例1所述的信号处理电路，通过对传感器输出信号进行零点调节、放大和误差修正处理，将处理后的信号输入显示器，通过显示器显示卷烟和过滤嘴的圆周(直径)值。附图7给出了采用霍尔效应位移传感器的实施方案流程图。

通过本发明的上述技术方案可见，方法简单易行，它所用的测量装置可很方便地装在封口室上方，并且采用现有的很成熟的测量装置，故具有安装体积小，制造成本相对现有产品较低，安装容易的特点；由于直接装在封口室上，因此可在生产中连续测量及调整，不受卷烟纸和过滤嘴成型纸的透气度影响，测量和控制精度较高，可实时对在线生产的烟支进行测量和控制。

Claims (6)

1、一种卷烟和嘴棒圆周在生产中的测量和控制法，其特征是在卷烟和过滤嘴生产设备的封口室与下烟枪之间装一测量传感器，通过该测量传感器来测量封口室与下烟枪之间的间隙，并转换为相应的电信号，在信号处理电路中对该电信号进行处理，实现封口室与下烟枪之间间隙相对烟支圆周的函数关系，将间隙值转换为圆周值，在显示器上将烟支圆周(直径)显示出，对照显示器调节装在封口室上的调节旋钮来改变封口室与下烟检之间的间隙，同时实现对在线生产中的卷烟和过滤嘴圆周的测量和控制。

2、按权利要求1所述的卷烟和嘴棒圆周在生产中的测量和控制法，其特征是信号处理电路对来自测量传感器的电信号叠加一个可调整的外部电压，进行零点调整，再将经零点调整的信号送到增益放大器进行放大处理，最后再传送到一个由运算放大器组成的后级加法器中，对经上述运算处理得到的圆周值与实验室测得的平均值比较，进行误差修正，消除测量的系统误差。

3、按权利要求2所述的卷烟和嘴棒圆周在生产中的测量和控制法，其特征是测量传感器采用的是电位式传感器，传感器的输出信号通过干扰抑制电路进行消噪和温度补偿处理，再传送到信号处理电路和显示器。

4、按权利要求2所述的卷烟和嘴棒圆周在生产中的测量和控制法，其特征是测量传感器采用的是电涡流传感器，传感器线圈接入LC谐振回路，再依次接入高频放大器、限幅器和频率-电压转换器进行处理，再传送到信号处理电路和显示器。

5、按权利要求2所述的卷烟和嘴棒圆周在生产中的测量和控制法，其特征是测量传感器采用的是差动变压器式传感器，该传感器由铁芯、衔铁、二个激磁线圈和二个输出线圈组成，在工作的时候，将差动变压器的二个激磁线圈串联并供给交流激磁电压，二个输出线圈按电势反相串联，传感器的测量头与下烟枪接触，与测量头移动相对应的传感器输出电压Usc先经相敏检波电路处理，又由低通滤波电路将交流电压信号转变为直流电压信号U，再传送到信号处理电路和显示器。

6、按权利要求2所述的卷烟和嘴棒圆周在生产中的测量和控制法，其特征是测量传感器采用的是霍尔效应位移传感器，其测量头与下烟枪相接触，将传感器输出的电压信号直接传送到信号处理电路和显示器。

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