CN111521727A - 机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法，将待检测卷烟样品采用机械手夹持，启动控制系统、摄像头及打光光源；拍摄燃烧前样品图片后点燃卷烟，点燃样品卷烟后，开始实时采集卷烟燃烧图像；检测卷烟静态持灰率时，机械手可在与平面保持‑90‑90度的固定静止位置进行多角度静态持灰率测试；检测动态持灰率时，通过多个自由度机械手仿真人体卷烟抽吸动作；采集检测样品烟支在燃烧至烟蒂长度过程中的持灰性能，并进行量化表示。本发明通过机械手对人体抽吸动作进行静态抽吸和仿真抽吸两种模式，对卷烟燃烧图像实时采集和数据化，能准确客观地对样品进行评价和对比，同时得到的数据更能满足科学统计、研究、质检的要求。

Description

机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法

技术领域

本发明属于卷烟检测技术领域，具体涉及一种机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法，特别涉及一种机械手仿真人体抽吸多角度静态或动态测定卷烟燃烧持灰率的方法。

背景技术

卷烟在燃烧抽吸过程中会形成卷烟灰柱，如果灰柱持灰效果好，则不容易发生断裂，反之，则容易断裂。一方面，卷烟灰柱易断裂会造成火灾安全隐患，另一方面随着消费水平的不断提升，消费者对卷烟抽吸品质要求不断提升，在消费者抽吸卷烟过程中，如果灰柱易断裂，会在开车、思考、谈话等常见的生活场景条件下发生断裂，从而造成令人恼怒的烧损、脏污衣服情况，大大降低抽吸品质体验感。还有，从卷烟开发配伍性上来讲，在某种程度上持灰性能还能反映出卷烟烟草填充得合理与否以及卷烟纸的包覆性能好坏。可见，关注和考察卷烟持灰性能对提升卷烟质量具有特定意义。

目前，卷烟行业对持灰性能的考察没有较为统一和系统的测试方法，常用的方法是将卷烟点燃后水平放置，在没有抽吸条件下观察卷烟燃烧灰柱持灰长度。上述方法由于没有抽吸条件，且基于静态水平测试，而消费者在实际静态持烟时，为了避免烟熏手指，都会让卷烟自然上翘呈一定角度。所以，常见的静态测试方法不能模拟消费者静态抽吸动作。另一方面，消费者在抽吸过程中包括一系列动作，并非静止状态，因此，为了客观精确地检测卷烟在实际抽吸过程中的持灰性能，需要人体仿真抽吸过程动作的介入检测更为科学。

此外，目前方法中主要通过技术人员的目视法来采集卷烟持灰长度，这样容易受到观测人员的技术水平、经验和主观意识的影响，从而影响评价结果的准确性和客观性。

针对上述存在的问题，目前在行业技术中尚没有很好的解决方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种机械手仿真人体抽吸多角度静态或动态测定卷烟燃烧持灰率的方法。通过全视觉实时采集待检测卷烟样品燃烧时的图像，对采集到的图像进行算法处理和数据分析，得到待检测卷烟样品静态持灰率和动态持灰率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法，所述的卷烟燃烧持灰率包括静态持灰率和动态持灰率，包括如下步骤：

将待检测卷烟样品采用机械手夹持，置于夹持位置的烟支轴向方向与摄像头和打光光源垂直；控制系统分别与机械手、摄像头相连，用于控制机械手工作，还用于采集摄像头拍摄的图片进行处理和计算；启动控制系统、摄像头及打光光源；拍摄燃烧前样品图片后，点燃卷烟样品，之后按照静态检测模式或动态检测模式进行检测，检测过程中实时拍摄燃烧后样品图片；其中，摄像头和打光光源均有多个；

静态检测模式下，机械手按照设定的卷烟静态抽吸角度和卷烟抽吸模式进入检测工位，开始进行图像采集检测；

动态检测模式下，机械手按照人体抽吸卷烟动作在设定卷烟抽吸模式下，开始进行图像采集检测；所述的人体抽吸卷烟动作不包括弹烟灰动作；

卷烟持灰率采用检测样品烟支在燃烧至烟蒂长度过程中的持灰性能进行量化表示；其中，所述的烟蒂长度为卷烟燃烧端距离接装纸3mm的距离长度。

进一步，优选的是，卷烟持灰率按照公式C＝L/L₀*100％进行计算，其中，C为卷烟持灰率，静态持灰率和动态持灰率分别采用Cα和Cm来表示；L为卷烟测试过程中断裂灰柱长度，L₀为测试卷烟未检测前长度减去烟蒂长度的值。

进一步，优选的是，静态持灰率Cα测定时，设定机械手持烟角度与水平面保持-90°～90°的固定静止位置进行测试，α表示测定时卷烟与平面角度，C₉₀，C₀，C_-90三个静态持灰率分别表示从卷烟滤嘴至卷烟燃烧锥方向分别垂直向上、平行水平面、垂直向下三个角度的静态检测值。

进一步，优选的是，待检测卷烟样品在测定前按照GB/T 16447标准进行样品前处理。

进一步，优选的是，摄像头有3个，且以烟支为中心对称设置。

进一步，优选的是，打光光源有3个，且以烟支为中心对称设置。

进一步，优选的是，采用ISO、FTC、Massachusetts或加拿大深度抽吸模式。

进一步，优选的是，图像采集每间隔2s控制系统自动采集图像一次进行处理。

进一步，优选的是，摄像头感光元件尺寸≥15mm²，相数尺寸≥1.22μm×1.22μm；打光光源色温≥4500K。

本发明同时提供一种通过卷烟燃烧持灰率检测卷烟持灰性能的方法，采用上述的机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法测定待检测卷烟样品的静态持灰率和动态持灰率；

其中，静态持灰率测定时，机械手持烟角度与水平面保持30°的固定静止位置；

根据测定的静态持灰率和动态持灰率，通过表1，得到待检测卷烟样品的持灰性能等级；

表1

若待检测卷烟样品的静态持灰率和动态持灰率在不同等级，则以动态持灰率所在等级为最终等级。

本发明中L₀为测试卷烟未检测前长度减去烟蒂长度的值，即卷烟有效燃烧长度。

本发明为了考察不同样品在特定条件下的卷烟燃烧持灰率，可按照设定平衡条件进行前处理，也可以对样品进行直接测定，从而分析不同条件下持灰率差异。

设备以不少于3个摄像头为佳，均匀分布在与烟支垂直方向(轴向中心间隔120°夹角)，保证烟支各面能全面采集。3个打光光源也均匀地与摄像头间隔分布(轴向中心间隔120°夹角)，保证烟支打光均匀，光照度按照实验环境要求选择调整，应满足采集图像清晰。优选，3个摄像头、3个打光光源间隔设置，即60°一个。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

1.目前，卷烟行业对持灰性能的考察没有较为统一和系统的测试方法，常用的方法是将卷烟点燃后水平放置，在没有抽吸条件下观察卷烟燃烧灰柱持灰长度。上述方法由于没有抽吸条件，且基于静态水平测试，而消费者在实际静态持烟时，为了避免烟熏手指，都会让卷烟自然上翘呈一定角度。所以，常见的静态测试方法不能模拟消费者静态抽吸动作。

2.本发明实现了-90-90度的固定静止位置进行静态持灰率测试，为研究优化不同条件下卷烟静态持灰性能提供了测试平台。

3.本发明通过机械手仿真人体抽吸过程动作，实现了动态持灰率的检测，提高了持灰性能检测和评价的客观性和精确度，更好地指导卷烟产品开发研究工作。

4.当前方法中主要通过技术人员的目视法来采集卷烟持灰长度，这样容易受到观测人员的技术水平、经验和主观意识的影响，从而影响评价结果的准确性和客观性；本发明克服了这一弊端，结果客观准确。

5.多个摄像头实现了待检测卷烟样品的全视觉图像数据采集，避免单面采集图像由于拍摄角度受限，且碳线闭环整齐度不一，造成采集图像片面化，不能准确测定样品多角度动、静态持灰率。

附图说明

图1为测定方法示意图；

图2为测定卷烟燃烧持灰率图像采集图；

其中，1、机械手；2、打光光源；3、摄像头；4、烟支。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

实施例1

机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法，所述的卷烟燃烧持灰率包括静态持灰率和动态持灰率，包括如下步骤：

将待检测卷烟样品采用机械手夹持，置于夹持位置的烟支轴向方向与摄像头和打光光源垂直；控制系统分别与机械手、摄像头相连，用于控制机械手工作，还用于采集摄像头拍摄的图片进行处理和计算；启动控制系统、摄像头及打光光源；拍摄燃烧前样品图片后，点燃卷烟样品，之后按照静态检测模式或动态检测模式进行检测，检测过程中实时拍摄燃烧后样品图片；其中，摄像头和打光光源均有多个；

静态检测模式下，机械手按照设定的卷烟静态抽吸角度和卷烟抽吸模式进入检测工位，开始进行图像采集检测；

动态检测模式下，机械手按照人体抽吸卷烟动作在设定卷烟抽吸模式下，开始进行图像采集检测；所述的人体抽吸卷烟动作不包括弹烟灰动作；

卷烟持灰率采用检测样品烟支在燃烧至烟蒂长度过程中的持灰性能进行量化表示；其中，所述的烟蒂长度为卷烟燃烧端距离接装纸3mm的距离长度。

卷烟持灰率按照公式C＝L/L₀*100％进行计算，其中C为卷烟持灰率，L为卷烟测试过程中断裂灰柱长度；

摄像头有多个，静态持灰率和动态持灰率的结果均为多个摄像头拍摄图像计算的结果均值。

实施例2

机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法，所述的卷烟燃烧持灰率包括静态持灰率和动态持灰率，包括如下步骤：

待检测卷烟样品在测定前按照GB/T 16447标准进行样品前处理；

将待检测卷烟样品采用机械手夹持，置于夹持位置的烟支轴向方向与摄像头和打光光源垂直；控制系统分别与机械手、摄像头相连，用于控制机械手工作，还用于采集摄像头拍摄的图片进行处理和计算；启动控制系统、摄像头及打光光源；拍摄燃烧前样品图片后，点燃卷烟样品，之后按照静态检测模式或动态检测模式进行检测，检测过程中实时拍摄燃烧后样品图片；

静态检测模式下，机械手按照设定的卷烟静态抽吸角度和卷烟抽吸模式进入检测工位，开始进行图像采集检测；

动态检测模式下，机械手按照人体抽吸卷烟动作在设定卷烟抽吸模式下，开始进行图像采集检测；所述的人体抽吸卷烟动作不包括弹烟灰动作；

卷烟持灰率采用检测样品烟支在燃烧至烟蒂长度过程中的持灰性能进行量化表示；其中，所述的烟蒂长度为卷烟燃烧端距离接装纸3mm的距离长度。

卷烟持灰率按照公式C＝L/L₀*100％进行计算，其中，C为卷烟持灰率，静态持灰率和动态持灰率分别采用Cα和Cm来表示；L为卷烟测试过程中断裂灰柱长度，L₀为测试卷烟未检测前长度减去烟蒂长度的值。

摄像头有3个，且以烟支为中心对称设置；静态持灰率和动态持灰率的结果均为多个摄像头拍摄图像计算的结果均值。

打光光源有3个，且以烟支为中心对称设置。

采用ISO、FTC、Massachusetts或加拿大深度抽吸模式。

图像采集每间隔2s控制系统自动采集图像一次进行处理。采集时间间隔可以按照测试需求进行自定义，精确至0.1s。

摄像头感光元件尺寸≥15mm²，相数尺寸≥1.22μm×1.22μm。

打光光源色温≥4500K。

实施例3

机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法，所述的卷烟燃烧持灰率包括静态持灰率和动态持灰率，包括如下步骤：

待检测卷烟样品在测定前按照GB/T 16447标准进行样品前处理；

将待检测卷烟样品采用机械手夹持，置于夹持位置的烟支轴向方向与摄像头和打光光源垂直；控制系统分别与机械手、摄像头相连，用于控制机械手工作，还用于采集摄像头拍摄的图片进行处理和计算；启动控制系统、摄像头及打光光源；拍摄燃烧前样品图片后，点燃卷烟样品，之后按照静态检测模式或动态检测模式进行检测，检测过程中实时拍摄燃烧后样品图片；

静态检测模式下，机械手按照设定的卷烟静态抽吸角度和卷烟抽吸模式进入检测工位，开始进行图像采集检测；

动态检测模式下，机械手按照人体抽吸卷烟动作在设定卷烟抽吸模式下，开始进行图像采集检测；所述的人体抽吸卷烟动作不包括弹烟灰动作；

卷烟持灰率采用检测样品烟支在燃烧至烟蒂长度过程中的持灰性能进行量化表示；其中，所述的烟蒂长度为卷烟燃烧端距离接装纸3mm的距离长度。

卷烟持灰率按照公式C＝L/L₀*100％进行计算，其中，C为卷烟持灰率，静态持灰率和动态持灰率分别采用Cα和Cm来表示；L为卷烟测试过程中断裂灰柱长度，L₀为测试卷烟未检测前长度减去烟蒂长度的值。

静态持灰率Cα测定时，设定机械手持烟角度与水平面保持-90°～90°的固定静止位置进行测试，通常采用人体卷烟抽吸过程中常见的30°角为检测标准)，α表示测定时卷烟与平面角度，C₉₀，C₀，C_-90三个静态持灰率分别表示从卷烟滤嘴至卷烟燃烧锥方向分别垂直向上、平行水平面、垂直向下三个角度的静态检测值。

摄像头有3个，且以烟支为中心对称设置；静态持灰率和动态持灰率的结果均为多个摄像头拍摄图像计算的结果均值。

打光光源有3个，且以烟支为中心对称设置。

采用ISO、FTC、Massachusetts或加拿大深度抽吸模式。

图像采集每间隔2s控制系统自动采集图像一次进行处理。采集时间间隔可以按照测试需求进行自定义，精确至0.1s。

摄像头感光元件尺寸≥15mm²，相数尺寸≥1.22μm×1.22μm。

打光光源色温≥4500K。

实施例4

一种通过卷烟燃烧持灰率检测卷烟持灰性能的方法，其特征在于，采用实施例3所述的机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法测定待检测卷烟样品的静态持灰率和动态持灰率；

其中，静态持灰率测定时，机械手持烟角度与水平面保持30°的固定静止位置；

根据测定的静态持灰率和动态持灰率，通过表2，得到待检测卷烟样品的持灰性能等级；

表2

若待检测卷烟样品的静态持灰率和动态持灰率在不同等级，则以动态持灰率所在等级为最终等级。

应用实例1

检测样品：本测定方法适用于全部烟支规格样品，在本实例中以常规烟支24.0mm圆周，84.0mm长度为测定样品说明。

测试配置：控制系统：分析软件：FZ-PanDA(OMRON日本)；打光光源：JL-LR-100X30(嘉励国产)；摄像头型号：FH-SC04(日本OMRON)，镜头型号：3Z4S-LE(日本OMRON)。

测试环境：温度：(22±2)℃，相对湿度：(60±5)％。

静态持灰率检测具体操作步骤如下：

1.测定样品卷烟在测定前按照GB/T 16447标准要求，平衡48h。

2.将样品放置于测试位置，置于测定位置的烟支轴向方向与摄像头和打光光源垂直。

3.启动控制系统、打光光源、摄像头。

4.在控制系统人机界面中确认样品测定位置定位准确。本实例选择测试模式采用静态检测模式，机械手持烟角度与水平面保持30°的固定静止位置，在ISO标准抽吸模式下进行检测。

5.检测开始，在拍摄采集燃烧前样品图片后，检测样品抽吸点火后在标准抽吸模式下进行静态检测。图像采集每间隔2s控制系统自动采集图像一次。

6.当样品卷烟燃烧至烟蒂处时，停止对灰柱图像的采集。

7.在人机界面上，图像处理软件对采集前后图像灰柱区域进行灰柱长度检测处理后，对烟支燃烧多角度静态持灰率C₃₀进行计算：三个摄像头在选择范围内的多角度β(0<β<360°)静态持灰率分别为C¹、C²、C³，C¹、C²、C³分别是测试样品三面实时采集数据的加权平均值，测试卷烟样品的静态持灰率按照C₃₀＝(C¹+C²+C³)/3进行计算。C₃₀越大说明测定样品的静态持灰率越大，卷烟燃烧外观美观度越好。

8.待检测卷烟样品的持灰性能等级如表3所示。

表3不同样品静态持灰率检测结果(α＝30°)

应用实例2

检测样品：本测定方法适用于全部烟支规格样品，在本实例中以17.0mm圆周，100.0mm长度细支卷烟和20.0mm圆周，88.0mm长度中支卷烟为测定样品说明。

测试配置：控制系统：分析软件：FZ-PanDA(OMRON日本)；打光光源：JL-LR-100X30(嘉励国产)；摄像头型号：FH-SC04(日本OMRON)，镜头型号：3Z4S-LE(日本OMRON)。

测试环境：温度：(22±2)℃，相对湿度：(60±5)％。

动态持灰率检测具体操作步骤如下：

1.测定样品卷烟在测定前按照GB/T 16447标准要求，平衡48h。

2.将样品放置于测试位置，置于测定位置的烟支轴向方向与摄像头和打光光源垂直。

3.启动控制系统、打光光源、摄像头。

4.在控制系统人机界面中确认样品测定位置定位准确。本实例选择动态检测模式，采用机械手仿真人体抽吸动作进行测试，但测试过程中不进行弹烟灰动作。

5.检测开始，在拍摄采集燃烧前样品图片后，卷烟点燃后采用ISO标准抽吸模式，图像采集每间隔2s控制系统自动采集图像一次。

6.当样品卷烟燃烧至烟蒂处时，停止对灰柱图像的采集。

7.在人机界面上，图像处理软件对采集前后图像灰柱区域进行灰柱长度检测处理后，对烟支燃烧动态持灰率Cm进行计算：三组摄像头在选择范围内的动态持灰率分别为C¹、C²、C³，C¹、C²、C³分别是测试样品三面实时采集数据的加权平均值，测试卷烟样品的动态持灰率按照Cm＝(C¹+C²+C³)/3进行计算。Cm越大说明测定样品的动态持灰率越大，卷烟燃烧外观美观度越好。

8.待检测卷烟样品的持灰性能等级如表4所示。

表4不同样品动态持灰率检测结果

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法，所述的卷烟燃烧持灰率包括静态持灰率和动态持灰率，其特征在于，包括如下步骤：

将待检测卷烟样品采用机械手夹持，置于夹持位置的烟支轴向方向与摄像头和打光光源垂直；控制系统分别与机械手、摄像头相连，用于控制机械手工作，还用于采集摄像头拍摄的图片进行处理和计算；启动控制系统、摄像头及打光光源；拍摄燃烧前样品图片后，点燃卷烟样品，之后按照静态检测模式或动态检测模式进行检测，检测过程中实时拍摄燃烧后样品图片；其中，摄像头和打光光源均有多个；

静态检测模式下，机械手按照设定的卷烟静态抽吸角度和卷烟抽吸模式进入检测工位，开始进行图像采集检测；

动态检测模式下，机械手按照人体抽吸卷烟动作在设定卷烟抽吸模式下，开始进行图像采集检测；所述的人体抽吸卷烟动作不包括弹烟灰动作；

卷烟持灰率采用检测样品烟支在燃烧至烟蒂长度过程中的持灰性能进行量化表示；其中，所述的烟蒂长度为卷烟燃烧端距离接装纸3mm的距离长度。

2.根据权利要求1所述的机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法，其特征在于，卷烟持灰率按照公式C=L/L₀*100%进行计算，其中，C为卷烟持灰率，静态持灰率和动态持灰率分别采用Cα和Cm来表示；L为卷烟测试过程中断裂灰柱长度，L₀为测试卷烟未检测前长度减去烟蒂长度的值。

3.根据权利要求2所述的机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法，其特征在于，静态持灰率Cα测定时，设定机械手持烟角度与水平面保持-90°~90°的固定静止位置进行测试，α表示测定时卷烟与平面角度，C₉₀，C₀，C_-90三个静态持灰率分别表示从卷烟滤嘴至卷烟燃烧锥方向分别垂直向上、平行水平面、垂直向下三个角度的静态检测值。

4.根据权利要求1所述的机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法，其特征在于，待检测卷烟样品在测定前按照GB/T 16447标准进行样品前处理。

5.根据权利要求1所述的机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法，其特征在于，摄像头有3个，且以烟支为中心对称设置。

6.根据权利要求1所述的机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法，其特征在于，打光光源有3个，且以烟支为中心对称设置。

7.根据权利要求1所述的机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法，其特征在于，采用ISO、FTC、Massachusetts或加拿大深度抽吸模式。

8.根据权利要求1所述的机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法，其特征在于，图像采集每间隔2s控制系统自动采集图像一次进行处理。

9.根据权利要求1所述的机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法，其特征在于，摄像头感光元件尺寸≥15 mm²，相数尺寸≥1.22μm×1.22μm；打光光源色温≥4500K。

10.一种通过卷烟燃烧持灰率检测卷烟持灰性能的方法，其特征在于，采用权利要求1-9任意一项所述的机械手仿真人体抽吸测定卷烟燃烧持灰率的方法测定待检测卷烟样品的静态持灰率和动态持灰率；

其中，静态持灰率测定时，机械手持烟角度与水平面保持30°的固定静止位置；

根据测定的静态持灰率和动态持灰率，通过表1，得到待检测卷烟样品的持灰性能等级；

表1

若待检测卷烟样品的静态持灰率和动态持灰率在不同等级，则以动态持灰率所在等级为最终等级。

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