CN111323183B - 通过插值法零点标定无损检测卷烟小盒包装密封度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过插值法零点标定无损检测卷烟小盒包装密封度的方法，包括：将标准模具置于检测装置盒体的置物空腔；使置物空腔内的气压迅速降至初始负压，记录气压变化以获得系统标定曲线；在不同初始负压下多次重复前述步骤，获得系统标定曲线组；对系统标定曲线组进行插值运算，获得三次样条插值函数；将烟包小盒更换到置物空腔；使置物空腔内的气压迅速降至初始负压值(P₀)并记录气压变化，获得烟包样品检测曲线；将P₀代入三次样条插值函数，获得系统零点校正曲线；将烟包样品检测曲线减去系统零点校正曲线，获得去差曲线；和对去差曲线进行拟合，获得薄膜透气度、有效扩散系数和溢出孔面积。所述方法只需要定期对检测装置进行标定检测，即可保证检测的准确性。

Description

通过插值法零点标定无损检测卷烟小盒包装密封度的方法

技术领域

本发明涉及卷烟包装检测技术领域，更具体地，涉及一种通过插值法零点标定来无损检测卷烟小盒包装密封度的方法。

背景技术

卷烟包装是成品卷烟的最后一个生产环节，卷烟小盒包装的密封度对卷烟的品质有着重要的影响。卷烟小盒包装密封度的准确检测，不仅是保证消费者利益的前提，同时也是指导卷烟生产企业改进卷烟包装工艺、提高卷烟产品品质的前提。

中国专利(公开号：CN 104792470 A)公开了一种卷烟小盒包装密封度的测量方法，该方法是基于压力传感的卷烟包装密封度检测，且能够辨别出漏气点位置。中国专利(公开号：CN 207662572 U)公开了一种卷烟包装密封度检测装置，包括测试主机A和热封仪B，能够直观断定卷烟包装密封度和泄露部位。然而，上述方法均需要对烟包进行打孔，是有损检测；并且检测过程中需要将烟盒浸入水中，测量完后的正常的卷烟产品也不能回收使用，这与烟草行业高质量发展中节能降耗的要求不符。

中国专利(公开号：CN 103969423 B)公开了一种基于压力传感的卷烟包装透明纸密封度检测方法和装置，使烟包内、外部环境产生压差；实时采集烟包外部环境压强值，直到烟包内、外部压强达到平衡；根据各个时刻的烟包外部环境压强值，获取压强变化曲线；根据压强变化速率确定卷烟包装透明纸密封度。该检测方法虽然属于非破坏性检测，但是其存在两个显著缺陷，一是卷烟包装透明纸密封度的检测指标是烟包外压强的变化速率，该物理量对于不同的烟包来说差异性较小；二是在达到烟包内外压力平衡的过程中由于系统的密封性、负压装置和管路的死体积等，会产生较大的系统误差，该方法没有提出消除系统误差的方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种通过插值法零点标定来无损检测卷烟小盒包装密封度的方法，所述方法能够有效地消除检测过程中的系统误差，并且仅定期对检测装置进行标定即可保证检测准确性。

根据本发明的密封度检测方法使用密封度检测装置进行检测，所述密封度检测装置包括盒体、连接到盒体且可相对于盒体打开和关闭的盖板、连接到盒体的压差传感器和与压差传感器相连的计算机，其中盒体设置有置物空腔和形成在置物空腔相对的两个侧壁上的两个通孔，所述两个通孔中的一个通孔为负压气体出口以连接到负压系统，所述两个通孔中的另一个通孔通过气体管路与压差传感器相连，所述方法包括：

步骤1：将具有烟包尺寸的标准模具放置在置物空腔内，盖上盖板并保持置物空腔相对于盖板密封；

步骤2：通过负压系统使置物空腔内的气压迅速降低到初始负压，其中所述初始负压为相对于大气压的负压值；

步骤3：实时记录置物空腔内的气压变化，从而获得系统标定曲线；

步骤4：多次重复步骤2和步骤3，分别获得不同初始负压下的多条系统标定曲线以获得系统标定曲线组；

步骤5：以系统标定曲线组为插值条件，通过三次样条插值法对系统标定曲线组进行插值运算，获得三次样条插值函数；

步骤6：打开盖板并取出标准模具，将烟包小盒放置到置物空腔内，然后关闭盖板并保持置物空腔相对于盖板密封；

步骤7：通过负压系统使置物空腔内的气压迅速降低到负压，记录为初始负压值，并实时记录置物空腔内的气压变化，获得烟包样品检测曲线；

步骤8：将所述初始负压值代入步骤5获得的三次样条插值函数中，获得系统零点校正曲线；

步骤9：将烟包样品检测曲线减去系统零点校正曲线，以获得消除系统误差后的去差曲线；和

步骤10：通过计算机根据物理模型对去差曲线进行拟合，以获得表征烟包小盒的密封度的薄膜透气度(α)、有效扩散系数(k)和溢出孔面积(A)。

可选地，所述步骤3可以进一步包括：启动压差传感器以实时感测置物空腔内的压力与大气压的压差并将该压差传送到计算机，直到置物空腔内的压力趋于稳定为止，从而获得系统标定曲线。

可选地，所述步骤7可以进一步包括：启动压差传感器以实时感测置物空腔内的压力与大气压的压差并将该压差传送到计算机，直到置物空腔内的压力趋于稳定为止，从而获得烟包样品检测曲线。

另外，所述步骤10可以进一步包括分别根据以下物理模型对去差曲线进行拟合：

(1)达西定律模型：

(2)有效扩散理论模型：

(3)分子运动理论模型：

其中，P_t为盒体外的测量压力，p_t0为盒体外的初始测量压力，p_e为盒体内外气压平衡时的最终测量压力，P₀为盒体内的初始压力，S为烟包小盒的表面积，V₁为烟包小盒的外体积，t为时间，L为有效距离，K_B为玻尔兹曼常数(1.38×10^-23J/K)，T为理想气体的绝对温度，m为空气的平均分子质量(29×1.67×10^-27Kg)。

根据一个实施例，在所述步骤4中可以获得5条系统标定曲线。

可选地，系统零点校正曲线可以为在-2000Pa～-4000Pa之间的初始负压下的标定曲线。

根据本发明的另一个实施例，盒体的上表面可以围绕置物空腔设置有密封圈，以便在关闭盖板进行检测期间保持置物空腔相对于盖板密封。

附图说明

本发明的上述及其它方面和特征将从以下结合附图对实施例的说明清楚呈现，其中：

图1为根据本发明的一个示例性实施例的密封度检测装置的结构示意图；

图2显示采用图1所示的密封度检测装置无损检测卷烟小盒包装密封度所获得的曲线图，其中示出插值法获得的系统标定曲线组、系统零点校正曲线、样品检测曲线和去差曲线；

图3A为根据达西定律模型对图2所示的去差曲线拟合获得的拟合曲线；

图3B为根据有效扩散理论模型对图2所示的去差曲线拟合获得的拟合曲线；以及

图3C为根据分子运动理论模型对图2所示的去差曲线拟合获得的拟合曲线。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本发明的说明性、非限制性实施例，对根据本发明的无损检测卷烟小盒包装密封度的方法进行进一步说明。

根据本发明的无损检测卷烟小盒包装密封度的方法使用密封度检测装置对卷烟小盒样品进行检测。如图1所述，所述密封度检测装置包括盒体1、连接到盒体且能够相对于盒体打开和关闭的盖板3、连接到盒体1的压差传感器7和与压差传感器7相连的计算机9。盒体1设置有置物空腔2和形成在置物空腔相对的两个侧壁上的两个通孔，所述两个通孔中的一个通孔5为负压气体出口以连接到负压系统，所述两个通孔中的另一个通孔6通过气体管路与压差传感器7相连。

具体地，根据本发明的无损检测方法通过插值法零点标定来检测卷烟小盒包装的密封度，所述方法包括：步骤1：将具有烟包尺寸的标准模具放置在置物空腔内，盖上盖板并保持置物空腔相对于盖板密封；步骤2：通过负压系统使置物空腔内的气压迅速降低到初始负压，其中所述初始负压为相对于大气压的负压值；步骤3：实时记录置物空腔内的气压变化，从而获得系统标定曲线；步骤4：多次重复步骤2和步骤3，分别获得不同初始负压下的多条系统标定曲线，以获得系统标定曲线组；步骤5：以系统标定曲线组为插值条件，通过三次样条插值法对系统标定曲线组进行插值运算，获得三次样条插值函数；步骤6：打开盖板并取出标准模具，将烟包小盒放置到置物空腔内，然后关闭盖板并保持置物空腔相对于盖板密封；步骤7：通过负压系统使置物空腔内的气压迅速降低到负压，记录为初始负压值(P₀)，并实时记录置物空腔内的气压变化，获得烟包样品检测曲线；步骤8：将初始负压值P₀代入步骤5获得的三次样条插值函数中，获得系统零点校正曲线；步骤9：将烟包样品检测曲线减去系统零点校正曲线，以获得消除系统误差后的去差曲线；和步骤10：通过计算机根据物理模型对去差曲线进行拟合，以获得表征烟包小盒的密封度的薄膜透气度(α)、有效扩散系数(k)和溢出孔面积(A)。

根据本发明的密封度检测方法不需要对待测的烟包小盒进行打孔，因此可以在不破坏烟包小盒的外观的前提下进行检测，从而在检测完成后可以回收使用已检测的卷烟产品，由此实现节能降耗。另外，根据本发明的密封度检测方法分别对标准模具和烟包小盒进行检测，其中对标准模具多次重复检测，在不同气压下得到多条系统标定曲线，然后通过三次样条插值法对该多条系统标定曲线进行插值计算，获得三次样条插值函数，进而获得系统零点校正曲线。然后将对烟包小盒检测后获得的样品检测曲线减去对标准模具检测后获得的系统零点校正曲线，从而获得消除系统误差后的去差曲线。对去差曲线进行拟合，可得到表征烟包小盒的密封度的薄膜透气度(α(cm/min或CU))、有效扩散系数(k(m²/s))和溢出孔面积(A(m²))。α越大，则烟包小盒的薄膜透气度越好，即烟包小盒包装的密封度越差；k越大，则烟包小盒包装的气体扩散越容易，即密封度越差；A越大，则烟包小盒包装的气体溢出孔面积越大，即密封度越差。根据本发明的检测方法只需要定期(例如，每个季度标定一次)对检测装置进行标定检测，即可保证检测的准确性。

进一步可选地，所述步骤3可以进一步包括：启动压差传感器以实时感测置物空腔内的压力与大气压的压差并将该压差传送到计算机，直到置物空腔内的压力趋于稳定为止，从而获得系统标定曲线。

可选地，所述步骤7可以进一步包括：启动压差传感器以实时感测置物空腔内的压力与大气压的压差并将该压差传送到计算机，直到置物空腔内的压力趋于稳定为止，从而获得烟包样品检测曲线。

根据本发明的一个实施例，所述步骤10可以进一步包括分别根据以下物理模型对去差曲线进行拟合：

(1)达西定律模型：

(2)有效扩散理论模型：

(3)分子运动理论模型：

其中，P_t为盒体外的测量压力，p_t0为盒体外的初始测量压力，p_e为盒体内外气压平衡时的最终测量压力，P₀为盒体内的初始压力，S为烟包小盒的表面积，V₁为烟包小盒的外体积，t为时间，L为有效距离，K_B为玻尔兹曼常数(1.38×10^-23J/K)，T为理想气体的绝对温度，m为空气的平均分子质量(29×1.67×10^-27Kg)。

下面将参照图1-图3C说明根据本发明的一个示例性实施例的卷烟小盒包装密封度的检测方法。

在图1的示例性实施例中，用于无损检测卷烟小盒包装的密封度的检测装置包括盒体1、连接到盒体且可相对于盒体打开和关闭的盖板3、连接到盒体1的压差传感器7和与压差传感器7相连的计算机9。盒体1设置有置物空腔2，所述置物空腔的尺寸比烟盒的尺寸略大，以便于在检测期间放入标准模具8或者待测的卷烟小盒。置物空腔2的腔体在相对的两个侧壁上形成两个通孔，其中一个通孔5为负压气体出口以连接到负压系统，另一个通孔6通过气体管路与压差传感器7相连。根据一个优选实施例，置物空腔2在另外两个相对的内壁上可以分别形成有半圆形凹槽10，以便于烟盒取出。在一个示例中，盒体1的上表面围绕置物空腔2可以设置有密封圈4，以便在关闭盖板3进行检测期间保持置物空腔相对于盖板密封。压差传感器7可以以无线或有线连接方式与计算机9相连，以便将传感器感测到的压差传送给计算机并由计算机上的软件实时读取压力并记录和绘制曲线。

接下来，将详细说明根据本发明的采用上述示例性实施例的检测装置对烟包小盒包装密封度进行检测的方法。

首先对检测装置进行零点标定。具体地，打开盖板3，此时置物空腔2内的气压与大气压相等，将标准模具8放置于置物空腔2内，盖上盖板3并锁定以保持置物空腔相对于盖板密封。标准模具8的尺寸与待测烟包的尺寸相同，并且由不易形变且不易产生气体吸附的硬质材料形成，例如铝合金、不锈钢、有机玻璃等。然后，通过负压系统经由负压气体出口5对置物空腔施加负压(即，小于大气压)，使置物空腔内的气压迅速降低到初始负压。例如，初始负压可以为-2000Pa。此时，启动压差传感器7，连续记录置物空腔2中的气压与大气压的压差并将该压差传送到计算机9，直到置物空腔内的压力趋于稳定为止，例如图2中所示的曲线接近平直，从而获得系统标定曲线1。重复上述操作，例如分别得到不同压力下的系统标定曲线2-5，例如在-2500Pa、-3000Pa、-3500Pa和-4000Pa下的系统标定曲线。这五条曲线构成系统标定曲线组。接下来，通过三次样条插值法对所述系统标定曲线组进行插值计算，获得三次样条插值函数。例如，系统零点校正曲线可以为在-2000Pa～-4000Pa之间的任意气压(精度0.1Pa)下的标定曲线。在此要提及的是，三次样条插值法为本领域常用的插值法，在此将不再赘述。如上获得的多条系统标定曲线表征整个检测系统在不同的初始压差下，由于系统密封不严、存在气体吸附、测量管路存在死体积等原因而产生的系统误差。根据本发明，检测装置只需定期(例如，每个季度)对检测装置进行一次标定，即可保证检测的准确性。将所述系统标定曲线组输入Matlab，并与插值函数进行关联以进行插值计算，从而获得系统零点校正曲线。

接着打开盖板3并取出标准模具8，将待测的烟包小盒放置到置物空腔2内，然后关闭盖板3并保持置物空腔相对于盖板密封。然后，通过负压系统经由负压气体出口5对置物空腔施加负压(即，小于大气压)，使置物空腔内的气压迅速降低到负压，记录为初始负压值P₀，从而使置物空腔内的气压与大气压的差值为在-2000Pa～-4000Pa之间的压差，例如-3698.5Pa。此时，记录该压差并启动压差传感器7，实时感测置物空腔内的压力与大气压的压差并将该压差传送到计算机，直到置物空腔内的压力趋于稳定为止，例如图2中所示的曲线接近平直，从而获得烟包样品检测曲线。接下来，将初始负压值P₀代入如上获得的三次样条插值函数中，获得系统零点校正曲线。

再用获得的烟包样品检测曲线减去系统零点校正曲线，即获得消除系统误差后的检测曲线，记作去差曲线。然后通过计算机，根据物理模型对所述去差曲线进行拟合，以获得表征烟包小盒的密封度的薄膜透气度(α)、有效扩散系数(k)和溢出孔面积(A)。

尽管对本发明的示例性实施例进行了说明，但是显然本领域技术人员可以理解，在不背离本发明的精神和原理的情况下可以对这些实施例进行改变，本发明的保护范围在权利要求书及其等效形式中进行了限定。

Claims (6)

1.一种通过插值法零点标定无损检测卷烟小盒包装密封度的方法，所述方法使用的密封度检测装置包括盒体、连接到所述盒体且能够相对于所述盒体打开和关闭的盖板、连接到所述盒体的压差传感器和与所述压差传感器相连的计算机，其中所述盒体设置有置物空腔和形成在所述置物空腔相对的两个侧壁上的两个通孔，所述两个通孔中的一个通孔为负压气体出口以连接到负压系统，所述两个通孔中的另一个通孔通过气体管路与所述压差传感器相连，所述方法包括：

步骤1：将具有烟包尺寸的标准模具放置在所述置物空腔内，盖上所述盖板并保持所述置物空腔相对于所述盖板密封；

步骤2：通过所述负压系统使所述置物空腔内的气压迅速降低到初始负压，其中所述初始负压为相对于大气压的负压值；

步骤3：实时记录所述置物空腔内的气压变化，从而获得系统标定曲线；

步骤4：多次重复步骤2和步骤3，分别获得不同初始负压下的多条系统标定曲线以获得系统标定曲线组；

步骤5：以所述系统标定曲线组为插值条件，通过三次样条插值法对所述系统标定曲线组进行插值运算，获得三次样条插值函数；

步骤6：打开所述盖板并取出所述标准模具，将烟包小盒放置到所述置物空腔内，然后关闭所述盖板并保持所述置物空腔相对于所述盖板密封；

步骤7：通过所述负压系统使所述置物空腔内的气压迅速降低到负压，记录为初始负压值(P₀)，并实时记录所述置物空腔内的气压变化，获得烟包样品检测曲线；

步骤8：将所述初始负压值(P₀)代入步骤5获得的三次样条插值函数中，获得系统零点校正曲线；

步骤9：将所述烟包样品检测曲线减去所述系统零点校正曲线，以获得消除系统误差后的去差曲线；和

步骤10：通过所述计算机，根据物理模型对所述去差曲线进行拟合，以获得表征所述烟包小盒的密封度的薄膜透气度(α)、有效扩散系数(k)和溢出孔面积(A)；所述物理模型为:

(1)达西定律模型：

(2)有效扩散理论模型：

(3)分子运动理论模型：

其中,P_t为所述盒体外的测量压力，p_t0为所述盒体外的初始测量压力，p_e为所述盒体内外气压平衡时的最终测量压力，P₀为所述盒体内的初始压力，S为所述烟包小盒的表面积，V₁为所述烟包小盒的外体积，t为时间，L为有效距离，K_B为玻尔兹曼常数(1.38×10^-23J/K)，T为理想气体的绝对温度，m为空气的平均分子质量(29×1.67×10^-27Kg)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤3进一步包括：

启动所述压差传感器以实时感测所述置物空腔内的压力与大气压的压差并将该压差传送到所述计算机，直到所述置物空腔内的压力趋于稳定为止，从而获得所述系统标定曲线。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤7进一步包括：

启动所述压差传感器以实时感测所述置物空腔内的压力与大气压的压差并将该压差传送到所述计算机，直到所述置物空腔内的压力趋于稳定为止，从而获得所述烟包样品检测曲线。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤4中获得5条系统标定曲线。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述系统零点校正曲线为在-2000Pa～-4000Pa之间的初始负压下的标定曲线。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述盒体的上表面围绕所述置物空腔设置有密封圈，以便在关闭所述盖板进行检测期间保持所述置物空腔相对于所述盖板密封。

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