CN111766217A - 一种烟支爆珠在线检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种烟支爆珠在线检测系统及方法，该系统包括连续太赫兹波发生单元、光学整形聚焦单元、太赫兹透射波采集成像单元和影像分析显示单元，光学整形聚焦单元可将连续太赫兹波发生单元发出的连续太赫兹波整形聚焦后入射到待检测的烟支样品上，太赫兹透射波采集成像单元采集透射过烟支样品后的太赫兹波并形成烟支样品的透射影像，影像分析显示单元将透射影像与烟支样品标准透射图像进行比对并将比对结果显示于人机界面上。优点为，采用连续太赫滋波，具有输出功率高、运行稳定、成本低等特点；直接对透射波进行探测并成像，信号强且得到的为更加直观二维影像，不需要在烟支样品的背光侧设置反射基底，适用性更好，能够更好的实现高速检测。
Description
技术领域
本发明属于烟支生产领域，具体涉及一种烟支爆珠在线检测系统及方法。
背景技术
爆珠香烟生产时，需要生产设备生产出来的爆珠香烟进行全检，检测内容包括烟支滤棒内部爆珠的有无、数量、位置、以及是否破损等参数指标。据了解，目前有效的检测手段基本均是基于X射线的检测，没有其他更好的方法，而X射线辐射造成的安全隐患并没有被烟草行业所接受。中国发明专利CN110849842A公开了一种香烟爆珠的太赫兹检测系统及方法，其利用太赫兹时域光谱透射滤棒，然后对透射后反射的太赫兹光波进行探测，然后光信息采集及处理单元对信息进行处理生成滤棒光照强度位置分布曲线，随后诊断单元将上述曲线与标准曲线对比以判断爆珠在滤棒中的状态。上述技术的不足之处在于：1)光源为太赫兹时域光谱，是脉冲波，需要用到较贵的飞秒激光器，其没有连续续太赫兹光源的输出功率高，运行也没后者稳定，且设备相对复杂、体积大、成本高，不易在现有烟草生产设备中进行集成和推广；2)由于是对反射的太赫兹波的光强进行探测和分析，故需要在烟支样品背面设置反射基底，使得适用的场景受限，基本只能对在平面内平移的烟支样品进行检测，不利于高速检测，另外，反射的太赫兹光可能有部分会再次透射烟支样品或者需要相对较大的安装距离和合适的角度才能避免再次透射烟支样品，若反射光再透射烟支样品则信号变弱，对光源输出功率及探测设备的灵敏度要求高；3)最终得到的是滤棒样品光照强度的位置分布曲线而非直观的图像数据。
发明内容
本发明提供一种烟支爆珠在线检测系统及方法，旨在克服现有技术的不足，提供一种适用性更好、运行更稳定、结构更简洁紧凑且检测结果更直观以便于其更好的在现有烟草生产设备中进行集成和推广的检测系统和方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种烟支爆珠在线检测系统，其包括连续太赫兹波发生单元、光学整形聚焦单元、太赫兹透射波采集成像单元和影像分析显示单元，所述太赫兹透射波采集成像单元和影像分析显示单元连接，所述光学整形聚焦单元可将所述连续太赫兹波发生单元发出的连续太赫兹波整形聚焦后入射到待检测的烟支样品上，所述太赫兹透射波采集成像单元采集透射过烟支样品后的太赫兹波并形成所述烟支样品的透射影像，所述影像分析显示单元将所述透射影像与烟支样品标准透射图像进行比对并将比对结果显示于人机界面上。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述连续太赫兹波发生单元为基于电子学方法的连续太赫兹波光源(比如可以为输出光谱分辨率在3-10MHz、光谱范围在160-260GHz的BWO连续太赫兹波光源)。
采用上述进一步结构改进的好处为，基于电子学方法的连续太赫兹波光源结构相对简单、整体体积较小，成本低。适用的BWO连续太赫兹波光源并不局限于上述光谱分辨率及光谱范围，只要适合作为透射和反射成像的BWO太赫兹波光源均是可选的所述连续太赫兹波发生单元。
进一步，所述光学整形聚焦单元包括平面反射镜一和平面反射镜二，所述平面反射镜一和平面反射镜二依次对所述连续太赫兹波发生单元发出的太赫兹波进行反射调整并最终照射向所述烟支样品。
采用上述进一步结构改进的好处为，当光线较强且较为汇聚时，直接通过两次反射调整后投射至烟支样品，结构简单。
进一步，所述光学整形聚焦单元包括平面反射镜一、平面反射镜二和离轴椭球柱面反射镜，所述平面反射镜一将所述连续太赫兹波发生单元发出的太赫兹波反射向所述离轴椭球柱面反射镜，所述离轴椭球柱面反射镜对太赫兹波整形聚焦后反射向所述平面反射镜二，所述平面反射镜二将聚焦后的太赫兹波反射向所述烟支样品。
采用上述进一步结构改进的好处为，通过离轴椭球柱面反射镜的聚焦作用让光线汇聚再反射调整后投射烟支样品，保证光线更汇聚，确保信号更强。
进一步，所述太赫兹透射波采集成像单元为太赫兹相机，所述太赫兹相机包括依次连接的太赫兹探测器、信号放大模块、滤波模块和信息处理模块。
采用上述进一步结构改进的好处为，太赫兹相机为市售产品，其具有探测采集太赫兹波并成像的作用，成像效果好且结构紧凑。
进一步，还包括设置于卷烟机的辊轮下方的检测台，所述检测台的台面上固定设置有所述太赫兹相机和安装盒，所述辊轮的圆柱面上沿周向均匀间隔设有用于吸附抓取烟支样品的凹槽且烟支样品的滤棒伸出至所述辊轮靠近所述安装盒一侧的圆形端面以外，所述太赫兹相机固定于所述台面上位于所述辊轮和所述安装盒之间的区域，所述安装盒用于固定安装所述连续太赫兹波发生单元和光学整形聚焦单元。
采用上述进一步结构改进的好处为，使用相对封闭的安装盒固定安装所述连续太赫兹波发生单元和光学整形聚焦单元，可避免外界尘埃进入而污染太赫兹波发生单元和光学整形聚焦单元的相应镜片上，保证较好的发光效果。
进一步，所述连续太赫兹波发生单元、平面反射镜一和离轴椭球柱面反射镜固定于所述安装盒内，所述平面反射镜二通过支撑框固定于所述安装盒外且所述支撑框沿水平方向伸向所述辊轮，所述平面反射镜二固定于所述支撑框靠近所述辊轮的一端，所述安装盒上开设有供所述平面反射镜一反射的太赫兹波射向所述平面反射镜二的通孔，所述连续太赫兹波发生单元位于所述平面反射镜一的正上方，所述平面反射镜一、平面反射镜二及离轴椭球柱面反射镜位于同一水平高度，所述平面反射镜二位于所述太赫兹相机的正上方且所述辊轮转动时其上的所述烟支样品的滤棒从所述平面反射镜二和所述太赫兹相机之间经过。
采用上述进一步结构改进的好处为，采用上述方式对各部件进行安装和固定，能够最大程度的节省安装空间，使整个检测系统结构较为紧凑且与现有的卷烟机能够很好的配合。
进一步，所述支撑框为两端开口的长筒状，其一端开口与所述安装盒的所述通孔对准，另一端开口由倾斜设置的平面反射镜二封口，所述支撑框的底板为透太赫兹波的高阻硅窗片或石英窗片。
采用上述进一步结构改进的好处为，有利于将安装盒做的更薄，整体体积更小，支撑框的度板采用透太赫兹波的材料制成，便于平面反射镜二向下反射的太赫兹波穿透底板照射从下方经过的烟支样品。
进一步，所述检测台底部靠近所述卷烟机一侧设有用于与所述卷烟机底座侧壁固定连接的连接件。
采用上述进一步结构改进的好处为，整个检测系统通过连接件固定安装于现有的卷烟机一侧，不需要另外设置地面支撑和固定结构，保证安装方便且不占用厂区地面的工作空间。
本发明还提供了一种烟支爆珠在线检测方法，其包括如下步骤：
S1.启动连续太赫兹波发生单元，其发出的太赫兹波经过光学整形聚焦单元整形聚焦后对烟支样品进行照射；
S2.太赫兹透射波采集成像单元采集透射过烟支样品的太赫兹波并形成透射影像；
S3.影像分析显示单元将所述透射影像与烟支样品标准透射图像进行比对并将比对结果显示于人机界面上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用连续太赫兹波发生单元发出的连续太赫滋波为光源，其具有输出功率高、运行稳定、结构简单紧凑、成本低等特点，易在现有烟草生产设备中进行集成和推广；直接对透射过烟支样品滤棒的太赫兹波进行探测并成像，信号强且得到的二维影像(实物形状而非曲线图)，更加直观，不需要在烟支样品的背光侧设置反射基底，故不限于对平移的烟支样品进行检测，适用性更好，特别是能够对卷烟机转动的辊轮凹槽内的烟支样品进行检测，辊轮可以较高速度旋转，故能够实现对烟支样品的高速检测。
附图说明
图1为本发明提供的一种烟支爆珠在线检测系统的示意图；
图2为图1所示检测系统光学整形聚焦单元采用离轴椭球柱面反射镜时的示意图；
图3为图1所示烟支爆珠在线检测系统组装后的轴测图；
图4为图3所示检测系统主要部件及其安装位置的示意图；
图5为图3所示烟支爆珠在线检测系统的光学整形聚集单元及其下方的太赫兹透射波采集成像单元的轴测图；
图6为图3中所示烟支爆珠在线检测系统的安装盒轴测图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、连续太赫兹波发生单元；2、光学整形聚焦单元；3、太赫兹透射波采集成像单元；4、影像分析显示单元；5、烟支样品；6、辊轮；7、检测台；8、台面；9、安装盒；10、支撑框；11、连接件；20、平面反射镜一；21、平面反射镜二；22、离轴椭球柱面反射镜；30、太赫兹探测器；31、信号放大模块；32、滤波模块；33、信息处理模块。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
在本发明的描述中，若用到“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位的术语，其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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1和2所示，本发明提供一种烟支爆珠在线检测系统，其包括连续太赫兹波发生单元1、光学整形聚焦单元2、太赫兹透射波采集成像单元3和影像分析显示单元4，所述太赫兹透射波采集成像单元3和影像分析显示单元4连接，所述光学整形聚焦单元2可将所述连续太赫兹波发生单元1发出的连续太赫兹波整形聚焦后入射到待检测的烟支样品5上，所述太赫兹透射波采集成像单元3采集透射过烟支样品5后的太赫兹波并形成所述烟支样品5的透射影像，所述影像分析显示单元4将所述透射影像与烟支样品5标准透射图像进行比对并将比对结果显示于人机界面上。
需要说明的是，本发明采用的检测光源(连续太赫兹波发生单元1)为BWO连续太赫兹波光源(优选为先锋科技出售的QS1-260系列光源，比如QS1-260-DT，输出光谱分辨率在3-10MHz、光谱范围在160-260GHz)，其为市售产品，整体不大，相比时域光谱发生装置而言，其结构更简单且更易安装维护，成本相对更低；所述太赫兹透射波采集成像单元3为太赫兹相机，其为市售产品，能够直接生成太赫兹波影像，所述太赫兹相机包括依次连接的太赫兹探测器30、信号放大模块31、滤波模块32和信息处理模块33，探测器用于接收透射过烟支样品滤棒的透射太赫兹波并将其转换为电信号，信号放大模块用于对相应电信号进行放大处理，滤滤模块用于消除电信号里的杂波干扰，信息处理模块对电信号进行模数转换形成透射影像。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，当连续太赫兹波发生单元发出的太赫兹波较强且出射时已为长条状光斑时(条形面状光源)，所述光学整形聚焦单元2包括平面反射镜一20和平面反射镜二21，所述平面反射镜一20和平面反射镜二21依次对所述连续太赫兹波发生单元1发出的太赫兹波进行反射调整并最终照射向所述烟支样品5。
在本发明的另一个实施例中，如图2所示，当需要对连续太赫兹波发生单元发出的太赫兹波为圆对称光斑时(点光源)，所述光学整形聚焦单元2需要将圆对称光斑整形成与烟支几何外形匹配的长条形光斑，此时的所述光学整形聚焦单元2包括平面反射镜一20、平面反射镜二21和离轴椭球柱面反射镜22，所述平面反射镜一20将所述连续太赫兹波发生单元1发出的太赫兹波反射向所述离轴椭球柱面反射镜22，所述离轴椭球柱面反射镜22对太赫兹波整形聚焦后反射向所述平面反射镜二21，所述平面反射镜二21将聚焦后的太赫兹波反射向所述烟支样品5。
如图3至6所示，对上述实施例中检测系统各部件进行安装位置选择并组装，增设位于卷烟机的辊轮6下方的检测台7，所述检测台7的台面8上固定设置有所述太赫兹相机和安装盒9，所述辊轮6的圆柱面上沿周向均匀间隔设有用于吸附抓取烟支样品5的凹槽且烟支样品5的滤棒伸出至所述辊轮6靠近所述安装盒9一侧的圆形端面以外，所述太赫兹相机固定于所述台面8上位于所述辊轮6和所述安装盒9之间的区域，所述安装盒9用于固定安装所述连续太赫兹波发生单元1和光学整形聚焦单元2。
其中，所述连续太赫兹波发生单元1、平面反射镜一20和离轴椭球柱面反射镜22固定于所述安装盒9内，所述平面反射镜二21通过支撑框10固定于所述安装盒9外且所述支撑框10沿水平方向伸向所述辊轮6，所述平面反射镜二21固定于所述支撑框10靠近所述辊轮6的一端，所述安装盒9上开设有供所述平面反射镜一20反射的太赫兹波射向所述平面反射镜二21的通孔，所述连续太赫兹波发生单元1位于所述平面反射镜一20的正上方，所述平面反射镜一20、平面反射镜二21及离轴椭球柱面反射镜22位于同一水平高度，所述平面反射镜二21位于所述太赫兹相机的正上方且所述辊轮6转动时其上的所述烟支样品5的滤棒从所述平面反射镜二21和所述太赫兹相机之间经过。优选的，所述支撑框10为两端开口的长筒状，其一端开口与所述安装盒9的所述通孔对准，另一端开口由倾斜设置的平面反射镜二21封口，所述支撑框10的底板为透太赫兹波的高阻硅窗片或石英窗片。所述检测台7底部靠近所述卷烟机一侧设有用于与所述卷烟机底座侧壁固定连接的连接件11。
本发明提供的上述检测系统对烟支样品进行检测的方法包括如下步骤：
S1.启动连续太赫兹波发生单元1，其发出的太赫兹波经过光学整形聚焦单元2整形聚焦后对烟支样品5进行照射；
S2.太赫兹透射波采集成像单元3采集透射过烟支样品5的太赫兹波并形成透射影像；
S3.影像分析显示单元4将所述透射影像与烟支样品5标准透射图像进行比对并将比对结果显示于人机界面上。
需要说明的是，影像分析显示单元具体可以为计算机或类似的处理设备，其中人机界面可以是计算机的显示器，计算机内安装有可对图像进行分析对比的软件，透射影像与标准透射图像有明显差别时可判断烟支样品中爆珠存在位置不准确(轴向或径向偏离)或爆珠破损漏液等问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种烟支爆珠在线检测系统，其特征在于，包括连续太赫兹波发生单元(1)、光学整形聚焦单元(2)、太赫兹透射波采集成像单元(3)和影像分析显示单元(4)，所述太赫兹透射波采集成像单元(3)和影像分析显示单元(4)连接，所述光学整形聚焦单元(2)可将所述连续太赫兹波发生单元(1)发出的连续太赫兹波整形聚焦后入射到待检测的烟支样品(5)上，所述太赫兹透射波采集成像单元(3)采集透射过烟支样品(5)后的太赫兹波并形成所述烟支样品(5)的透射影像，所述影像分析显示单元(4)将所述透射影像与烟支样品(5)标准透射图像进行比对并将比对结果显示于人机界面上。
2.根据权利要求1所述的一种烟支爆珠在线检测系统，其特征在于，所述连续太赫兹波发生单元(1)为基于电子学方法的连续太赫兹波光源。
3.根据权利要求1所述的一种烟支爆珠在线检测系统，其特征在于，所述光学整形聚焦单元(2)包括平面反射镜一(20)和平面反射镜二(21)，所述平面反射镜一(20)和平面反射镜二(21)依次对所述连续太赫兹波发生单元(1)发出的太赫兹波进行反射调整并最终照射向所述烟支样品(5)。
4.根据权利要求1所述的一种烟支爆珠在线检测系统，其特征在于，所述光学整形聚焦单元(2)包括平面反射镜一(20)、平面反射镜二(21)和离轴椭球柱面反射镜(22)，所述平面反射镜一(20)将所述连续太赫兹波发生单元(1)发出的太赫兹波反射向所述离轴椭球柱面反射镜(22)，所述离轴椭球柱面反射镜(22)对太赫兹波整形聚焦后反射向所述平面反射镜二(21)，所述平面反射镜二(21)将聚焦后的太赫兹波反射向所述烟支样品(5)。
5.根据权利要求4所述的一种烟支爆珠在线检测系统，其特征在于，所述太赫兹透射波采集成像单元(3)为太赫兹相机，所述太赫兹相机包括依次连接的太赫兹探测器(30)、信号放大模块(31)、滤波模块(32)和信息处理模块(33)。
6.根据权利要求5所述的一种烟支爆珠在线检测系统，其特征在于，还包括设置于卷烟机的辊轮(6)下方的检测台(7)，所述检测台(7)的台面(8)上固定设置有所述太赫兹相机和安装盒(9)，所述辊轮(6)的圆柱面上沿周向均匀间隔设有用于吸附抓取烟支样品(5)的凹槽且烟支样品(5)的滤棒伸出至所述辊轮(6)靠近所述安装盒(9)一侧的圆形端面以外，所述太赫兹相机固定于所述台面(8)上位于所述辊轮(6)和所述安装盒(9)之间的区域，所述安装盒(9)用于固定安装所述连续太赫兹波发生单元(1)和光学整形聚焦单元(2)。
7.根据权利要求6所述的一种烟支爆珠在线检测系统，其特征在于，所述连续太赫兹波发生单元(1)、平面反射镜一(20)和离轴椭球柱面反射镜(22)固定于所述安装盒(9)内，所述平面反射镜二(21)通过支撑框(10)固定于所述安装盒(9)外且所述支撑框(10)沿水平方向伸向所述辊轮(6)，所述平面反射镜二(21)固定于所述支撑框(10)靠近所述辊轮(6)的一端，所述安装盒(9)上开设有供所述平面反射镜一(20)反射的太赫兹波射向所述平面反射镜二(21)的通孔，所述连续太赫兹波发生单元(1)位于所述平面反射镜一(20)的正上方，所述平面反射镜一(20)、平面反射镜二(21)及离轴椭球柱面反射镜(22)位于同一水平高度，所述平面反射镜二(21)位于所述太赫兹相机的正上方且所述辊轮(6)转动时其上的所述烟支样品(5)的滤棒从所述平面反射镜二(21)和所述太赫兹相机之间经过。
8.根据权利要求7所述的一种烟支爆珠在线检测系统，其特征在于，所述支撑框(10)为两端开口的长筒状，其一端开口与所述安装盒(9)的所述通孔对准，另一端开口由倾斜设置的平面反射镜二(21)封口，所述支撑框(10)的底板为透太赫兹波的高阻硅窗片或石英窗片。
9.根据权利要求6所述的一种烟支爆珠在线检测系统，其特征在于，所述检测台(7)底部靠近所述卷烟机一侧设有用于与所述卷烟机底座侧壁固定连接的连接件(11)。
10.一种烟支爆珠在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.启动连续太赫兹波发生单元(1)，其发出的连续太赫兹波经过光学整形聚焦单元(2)整形聚焦后对烟支样品(5)进行照射；
S2.太赫兹透射波采集成像单元(3)采集透射过烟支样品(5)的太赫兹波并形成透射影像；
S3.影像分析显示单元(4)将所述透射影像与烟支样品(5)标准透射图像进行比对并将比对结果显示于人机界面上。
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| CN202010732598.9A CN111766217A (zh) | 2020-07-27 | 2020-07-27 | 一种烟支爆珠在线检测系统及方法 |
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