CN111213910B - 基准棒重量在线检测及开松后卷曲度在线间接表征方法 - Google Patents

Abstract

本发明其中一个目的在于提供一种滤棒在线生产过程基准棒重量在线检测的方法，该方法能够以一定的时间间隔计算单支干棒的重量；本发明的另一个目的在于提高一种表征在线开松后丝束卷曲特性或指数的方法，进而使得滤棒在线生产过程的实时管控得到进一步加强，促进滤嘴卷烟的品质进一步提升。

Description

基准棒重量在线检测及开松后卷曲度在线间接表征方法

技术领域

本发明涉及烟草行业滤棒成型机，具体涉及滤棒在线生产过程基准棒重量在线检测方法及开松后卷曲度在线间接表征方法。

背景技术

在国内外烟草行业，滤棒成型工艺是组成整个卷烟制作工艺的一个很重要的组成部分。滤棒的主要成分包括：醋酸纤维丝束、增塑剂、成型纸及胶水。在烟草行业，包含上述全部4种全部成分的滤棒叫做湿棒，包含滤棒醋酸纤维丝束、成型纸及胶水而不包括增塑剂的叫做干棒，也叫基准棒。滤棒成型工艺主要包括：开松并加增塑剂过程(丝束开包和定位、丝束提取、开松、添加增塑剂)、成型过程(丝束条成型、上粘胶剂、卷制、上搭口胶)以及输出过程(切断、输送、装盘、固化)。开松的工艺过程的主要任务是，丝束的开松是指将一束卷曲的纤维通过开松辊和空气开松器的作用达到横向和纵向的展开，打乱丝束的排序，便于增塑剂的施加以及滤棒均匀网状结构的形成，空气开松：通过空气开松器进行横向开松。机械开松：通过开松辊进行纵向拉伸开松与横向开松。丝束开松宽度和开松程度，其对滤棒吸阻的稳定性、硬度、过滤效率、外观、均会产生较大的影响。比如，开松不足会使滤棒重量过重，吸阻变大；开松过量会是滤棒重量过轻，将导致断丝、飞花、缠辊，吸阻变小，过滤效率降低。简言之，如文献(刘诗健，滤棒重量与吸阻_硬度的关系研究和滤棒吸阻的调校方法CN103750557)都较为明确地指出了滤棒吸阻与重量的强相关关系，其中，该重量指的是滤棒中醋酸纤维丝束的净重量，即所谓的基准棒。

在实际生产的过程中，当使用某种规格的丝束原材料进行生产时，首先要做的事情，就是做出该规格丝束的特性曲线(如文献王坤明，KDF4_AF4成型机组醋纤丝束成型特性曲线分析)，按照该文献的描述(当然也是当前烟草行业的普遍做法，在绘制特性曲线时，增塑剂的施加是必须关闭的，否则会成为干扰项)，来确定滤棒吸阻设计的中心值所对应的该规格丝束的基准棒重量。当确定基准棒重量之后，再根据所添加的增塑剂的比例，来确定整支滤棒的重量。在滤棒成型工艺的过程控制中，目前一般采取离线样品的抽样检验方式，来观察整支滤棒的重量、吸阻是否有异常，进而来判断设备是否要调整上述开松部分的一系列参数。在当前技术条件下，由于基准棒重量的无法在线测量(如当前行业的滤棒在线取样检测系统究其只是解决了滤棒检测的自动取样问题，在检测过程中，还是整根滤棒来进行检测的，究其还是无法直接做到基准棒的重量检测)，所以基准棒的重量就是出于开环控制的技术状态。

微波检测和核扫描的传感器技术在烟草行业应用已久，是卷接机组重量控制系统的核心传感器，其作用就是用来在线实时检测烟支的重量，进而卷烟机才实现了重量控制，该技术已有大量的文献报道(如：汪功明.基于微波检测技术的卷烟机烟支重量控制系统设计[J].食品与机械,2015,31(06):113-116.)，在此，作为行业的公知，具体技术背景的细节不再展开。

近年来，随着技术的进步，微波检测技术在滤棒成型机工艺过程也开始得到在线应用，当前的主要应用是在2个方向：1)在线检测复合滤棒的缝隙，以保障产品质量，如一种用于复合滤棒的微波在线检测剔除方法-CN201210118327.X，该文献涉及一种用于复合滤棒的微波在线检测剔除方法，该方法采用微波检测技术实现了复合滤棒拼接间隙、滤棒错位和相位偏移缺陷的在线检测及剔除。本发明方法能快速、可靠、安全地对烟支复合滤棒的拼接间隙、滤棒错位和相位偏移缺陷进行检测并实时剔除；具有检测速度快，测量结果准确，可靠性高，对操作者人体安全的特点；可对各种复合滤棒进行在线检测并实时剔除有质量缺陷的产品。2)在线检测爆珠滤棒的质量，如微波检测爆珠滤棒质量缺陷的方法及其装置-CN201811361880.X，该公开了一种微波检测爆珠滤棒质量缺陷的方法，具有如下工艺步骤：用具有谐振腔的微波发生器及示波器，先对多种滤棒进行断层扫描，制作标准图表；接着将爆珠滤棒在微波发生器内移动，采用微波对移动的爆珠滤棒进行断层扫描采集图形；然后与标准图表比对，确定滤棒中爆珠分布的形态。本发明的装置构造简单，微波发生器中部具有谐振腔，轴向移动轨道穿越圆柱形谐振腔；采用无损检测，无需剥开或者剖切滤棒，就能快速检测出爆珠滤棒中的爆珠分布状态。

从上述技术背景我们可以得知，单支滤棒(也就是湿棒)的重量是可以经由传感器在线计算得到的，也就是说单支湿棒的重量是可以在线计算的。包括文献一种用于滤棒成型机滤棒成分检测的微波检测装置-CN201821496638.9，也公开了一种用于滤棒成型机的装置。但是上述文献，依然没有述及到干棒(基准棒)的在线实时检测方法。

醋酸纤维丝束卷曲度也是一个影响成型工艺的主要技术性能参数，文献(烟用丝束理化性能的测定第四部分：丝束卷曲指数及丝束卷曲弹性回复率)阐述了这一性能指标的离线测试方法；除此之外，文献(丝束卷曲特性与滤棒物理特性的关系，常纪恒等)阐述了丝束卷曲特性与滤棒物理特性的关系。但是，在线测试均无文献述及。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明其中一个目的在于提供一种滤棒在线生产过程基准棒重量在线检测的方法，该方法能够以一定的时间间隔计算单支干棒的重量；

本发明的另一个目的在于提高一种表征在线开松后丝束卷曲特性或指数的方法，进而使得滤棒在线生产过程的实时管控得到进一步加强，促进滤嘴卷烟的品质进一步提升。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一些实施方式提供一种滤棒在线生产过程基准棒重量在线检测方法，该方法包含以下步骤：

步骤1：成型机在正式生产前，完全关闭增塑剂喷洒装置；此时所生产的滤棒全部都是基准棒，然后，通过设定不同的开松比，取得2个以上的测试点，拟合重量传感器检测值X和基准棒实际重量Y之间的拟合曲线，即Y＝AX+B；

步骤2：成型机进入正常生产，各工艺条件就位，开始生产湿棒；

步骤3：控制器发出基准棒检测指令，通过车速控制器使得成型机运转速度下降至设定值v；

步骤4：控制器控制增塑剂喷洒装置入流阀门迅速关闭一个时间间隔t，在此时间间隔t内不再有增塑剂进入生产流程，此时进入下一流程的滤棒即为即基准棒；控制器需设定滤波，以免有部分因关闭不及时而产生的带有少许增塑剂的滤棒被当作基准棒纳入计算范畴；

步骤5：经过一个时间间隔t之后，控制器控制增塑剂喷洒装置再次打开，并且控制该时间间隔内的t之内的基准棒全部从鼓轮剔除器传递到取样装置，生产可以即刻恢复正常，取样并进行离线检验器进行检验的流程是为了校准传感器拟合曲线；因此当需要校验时，执行步骤7；如不需校验，直接执行步骤6，可求得基准棒重量的均值；在该事件间隔内走过的滤棒条的长度为v*t mm

步骤6：控制器获取到该时间间隔内基准棒经过重量传感器的v*t mm滤棒条的累计测量值X1，将其变换为规格长度l长度的滤棒的重量测量值X，此时，将其带入公式Y＝AX+B得到y1值，即基准棒重量；

步骤7：同时，该取样装置需要取样到离线测试仪器中，得到所取样滤棒的平均质量y2mg，若y1＝y2，则无需校准，若y1≠y2，则对B值进行及时修正，以便后续得到最精准的重量测量值Y；

步骤8：固定时间间隔重复上述步骤，每次换丝束包时，额外执行步骤7。

本发明另一些实施方式提供一种开松后丝束卷曲度的在线表征方法，包含以下步骤：

步骤1：使用权利要求1所述的方法，在时间间隔t内，连续获得单位长度的丝束重量数组，即线密度数组(d1～dn)；

步骤2：将数组按照为m个单位长度进行分段，得到每段线密度数组的平均线密度[Z1～Z(n/m)])

步骤3：将Z₂/Z₁,Z₃/Z₂,Z₄/Z₃，……，Z(n/m)/Z[(n/m)-1]进行比较，并得到每连续两段的线密度比值，认定为卷曲度；

步骤4：将上述卷曲度进行排列，得到开松后卷曲度连续曲线；求平均，则得到平均卷曲度。

本发明的另一些实施方式提供一种滤棒在线生产过程基准棒重量在线检测系统，该系统包括滤棒成型机，滤棒成型机包括控制器，该系统还包括：

重量传感器，其设置在成型机上，所述的重量传感器用于检测基准棒的重量；

车速控制器，其设置在成型机上，所述的车速控制器用于控制成型机的运转速度；

所述的控制器与重量传感器以及车速控制器控制配合；

控制器发出基准棒检测指令，通过车速控制器使得成型机运转速度下降至设定值v，控制器控制增塑剂喷洒装置入流阀门关闭时间间隔t后打开；

控制器获取到该时间间隔内基准棒经过重量传感器的v*t mm滤棒条的累计测量值X1，将其变换为规格长度l长度的滤棒的测量值X，将其带入重量传感器检测值X和基准棒实际重量Y之间的拟合曲线Y＝AX+B得到y1值，即基准棒重量。

通过本发明，可以在线检测基准棒的单位长度重量的检测；进一步地，通过单位长度重量的检测，计算固定长度基准棒的重量；再进一步地，通过单位长度重量的检测，可以应用于评价成型丝束的卷曲度。

本发明提供的在线检测方法通过在成型机设置一个重量传感器与车速控制器即可以实时获得基准帮的重量与成型丝束的卷曲度，无需离线取样检测，极大提高生产效率，显著降低了基准棒重量与卷曲度检测以及计算时间。

此外，本发明所述及的方法可以用于滤棒实际生产过程的在线质量控制。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的在线检测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例2提供的基准棒重量在线检测方法流程框图；

图3为本发明实施例3提供的丝束重量数组列表；

图4为本发明实施例3提供的段重量卷曲曲线。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案及目的，以下结合说明书附图对本发明的实施方式作进一步描述。

实施例1

请参阅图1，本实施例选择在烟草行业最常见的KDF2型滤棒成型机上实施，滤棒成型机包括增塑剂喷洒装置、控制器；滤棒的成型工序包括丝束开松、上增塑剂及形成滤棒条；

本实施例提供一种滤棒在线生产过程基准棒重量在线检测系统，成型机是上需部署一个微波作为重量传感器1用于检测基准棒的重量，用编码器作为车速控制器2用于控制成型机的车速使其达到设定值v，鼓轮剔除器3使用FESTO高速剔废阀，其中重量传感器部署于开松、上增塑剂及形成滤棒条之后；

KDF2的开松一般有4个辊，其中，预张力辊速度为表示为v0、喂丝辊速度为v1、比速辊速度表示为v2以及输出辊速度表示为v3，成型机主机速度表示为vkdf，v0-v3，开松比是指v1/v0,v2/v1,v3/v2,v1/vkdf；

所述的控制器与重量传感器1、车速控制器2控制配合；

控制器发出基准棒检测指令，通过车速控制器使得成型机运转速度下降至设定值v，控制器控制增塑剂喷洒装置入流阀门关闭时间间隔t后打开；

控制器获取到该时间间隔内基准棒经过重量传感器的v*t mm滤棒条的累计测量值X1，将其变换为规格长度l长度的滤棒的测量值X，将其带入重量传感器检测值X和基准棒实际重量Y之间的拟合曲线Y＝AX+B得到y1值，即基准棒重量。

实施例2

本实施例中，滤棒单支长度l为100mm

以实施例1提供的系统为基础，请参阅图2，本实施例提供一种滤棒在线生产过程基准棒重量在线检测方法，其实例包含以下步骤和数据：

步骤1：成型机已经处于关闭增塑剂的测试生产工况状态，以KDF2为例，车速控制器2检测到车速达到标准速度值400米/分钟，分别设定不同的2套(v1/v0,v2/v1,v3/v2,v1/vkdf)参数，得到一条传感器检测值X和基准棒实际重量Y之间的拟合曲线，即Y＝0.9X+103；

步骤2：成型机进入正常生产，各工艺条件就位，开始生产湿棒；

步骤3：控制器发出基准棒检测指令，通过车速控制器使得成型机运转速度下降至设定值v＝100米/分钟(约1667毫米/秒)，采用转速下降的原因是为了更加迅速且平稳地得到所需要的基准棒样本，并且过程消耗可以更小；

步骤4：控制器控制增塑剂喷洒装置入流阀门迅速关闭一个时间间隔t(1秒)，即在此时间间隔t(1秒)内不再有增塑剂进入生产流程，此时进入下一流程的滤棒即为即基准棒，此时控制器需设定一定的滤波，以免有部分因关闭不及时而产生的带有少许增塑剂的滤棒被当做基准棒纳入计算范畴；

步骤5：经过一个时间间隔t之后，控制器控制增塑剂喷洒装置再次打开，并且控制该时间间隔内的t之内的基准棒全部从鼓轮剔除器3传递到取样装置或直接剔除，生产可以即刻恢复正常；其中，直接剔除的目的是为了避免没有增塑剂的滤棒进入下一个工艺流程，取样并进行离线检验器进行检验的流程是为了校准传感器拟合曲线。因此当需要校验时，执行步骤7。如不需校验，直接执行步骤6，可求得基准棒重量的均值。在该事件间隔内走过的滤棒条的长度为v*t＝1667mm；

步骤6：控制器获取到该时间间隔内基准棒经过传感器1的1667mm滤棒条的累计测量值8668.4，将其变换为规格长度l＝100mm滤棒的测量值X＝520，此时，将其带入公式Y＝0.9X+103得到y1值为570，即基准棒重量为570mg；

步骤7：同时，该取样装置可以是人工取样装置，也可以是自动取样装置，总之需要取样到离线测试仪器中，得到所取样滤棒的平均质量y2＝571mg，若y1＝y2，则无需校准，若y1≠y2，则对B值进行及时修正，以便后续得到最精准的重量测量值Y；

步骤8：固定时间间隔(比如1小时或10分钟等)隔重复上述步骤，每次换丝束包时，额外执行步骤7；

在该实施例中，我们进行了10次计算周期的数据的获取，为测量线性度，每次以约5mg为分段进行数据测试，所得数据如表1所示：

表1

如上表所述，本实施例提供的在线检测基准棒重量与现有技术中提供的离线测量值相比，最大偏离度为1.6mg，相关系数为99.79％，即我们可以明确的获知，通过本发明在线瞬时获得的基准棒重量检测结果能够用于指导生产。

综上所述，本发明所述及的方法计算精度较高，可以用于1)在线检测基准棒的单位长度重量的检测；2)通过单位长度重量的检测，计算固定长度基准棒的重量；3)该方法每次进行检测计算时所需消耗很少；具备较强的实际应用价值。

实施例3

以实施例2得到的结果，本实施例提供一种开松后丝束卷曲度的在线间接表征方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：请参阅图3，在时间间隔1秒内，连续获得1667mm单位长度为1mm的丝束重量数组，即线密度数组(d₁～d₁₆₆₇)；

步骤2：将数组按照为166个单位长度进行分段(最后多余的7个单位长度进入最后一组)，得到每段线密度数组的平均线密度[Z₁～Z₁₀])，详见表2；

表2

序号	Z1	Z2	Z3	Z4	Z5	Z6	Z7	Z8	Z9	Z10
											均值	5.34	5.29	5.31	5.28	5.31	5.29	5.29	5.30	5.33	5.27

步骤3：将Z₂/Z₁,Z₃/Z₂,Z₄/Z₃，……，Z₁₀/Z₉进行比较，并得到每连续两段的重量比值，认定为开松后段与段的卷曲度，如下表3所示，

表3

步骤4：将上述卷曲度进行排列，得到开松后卷曲度连续曲线；求平均，则得到平均卷曲度；请参阅图4，得到1667mm中以166个值为连续排列的十个卷曲度的曲线。

Claims (3)

1.一种滤棒在线生产过程基准棒重量在线检测方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

步骤1：成型机在正式生产前，完全关闭增塑剂喷洒装置；此时所生产的滤棒全部都是基准棒，然后，通过设定不同的开松比，取得2个以上的测试点，拟合一条重量传感器检测值X和基准棒实际重量Y之间的拟合曲线，即Y＝AX+B；

步骤2：成型机进入正常生产，各工艺条件就位，开始生产湿棒；

步骤3：控制器发出基准棒检测指令，通过车速控制器使得成型机运转速度下降至设定值v；

步骤4：控制器控制增塑剂喷洒装置入流阀门迅速关闭一个时间间隔t，在此时间间隔t内不再有增塑剂进入生产流程，此时进入下一流程的滤棒即为 基准棒；控制器需设定滤波，以免有部分因关闭不及时而产生的带有少许增塑剂的滤棒被当作基准棒纳入计算范畴；

步骤5：经过一个时间间隔t之后，控制器控制增塑剂喷洒装置再次打开，并且控制该时间间隔内的t之内的基准棒全部从鼓轮剔除器传递到取样装置，生产可以即刻恢复正常，取样并进行离线检验器进行检验的流程是为了校准传感器拟合曲线；因此当需要校验时，执行步骤7；如不需校验，直接执行步骤6，可求得基准棒重量的均值；在该时间间隔内走过的滤棒条的长度为v*t,mm；

步骤6：控制器获取到该时间间隔内基准棒经过重量传感器的v*t,mm滤棒条的累计测量值X1，将其变换为规格长度l长度的滤棒的重量传感器测量值X₁，此时，将其带入公式Y＝AX+B得到y1值，即基准棒重量；

步骤7：同时，该取样装置需要取样到离线测试仪器中，得到所取样滤棒的平均质量y2，mg，若y1＝y2，则无需校准，若y1≠y2，则对B值进行及时修正，以便后续得到最精准的重量测量值Y；

步骤8：固定时间间隔重复上述步骤，每次换丝束包时，额外执行步骤7。

2.一种开松后丝束卷曲度的在线表征方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1：使用权利要求1所述的方法，在时间间隔t内，连续获得单位长度的丝束重量数组，即线密度数组d1～dn，n为单位长度丝束的个数；

步骤2：将数组按照为m个单位长度进行分段，得到每段线密度数组的平均线密度[Z1～Z(n/m)]；

步骤3：将Z₂/Z₁,Z₃/Z₂,Z₄/Z₃，……，Z(n/m)/Z[(n/m)-1]进行比较，并得到每连续两段的线密度比值，认定为卷曲度；

步骤4：将上述卷曲度进行排列，得到开松后卷曲度连续曲线；求平均，则得到平均卷曲度。

3.一种执行权利要求1或2所述的方法的在线检测系统，该系统包括滤棒成型机，滤棒成型机包括控制器，其特征在于，该系统还包括：

重量传感器，其设置在成型机上，所述的重量传感器用于检测基准棒的重量；车速控制器，其设置在成型机上，所述的车速控制器用于控制成型机的运转速度；所述的控制器与重量传感器以及车速控制器控制配合；

控制器发出基准棒检测指令，通过车速控制器使得成型机运转速度下降至设定值v，控制器控制增塑剂喷洒装置入流阀门关闭时间间隔t后打开；

控制器获取到该时间间隔内基准棒经过重量传感器的v*t,mm滤棒条的累计测量值X1，将其变换为规格长度l长度的滤棒的测量值X₁，将其带入重量传感器检测值X和基准棒实际重量Y之间的拟合曲线Y＝AX+B得到y1值，即基准棒重量。

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