CN114199755A - 一种烟丝物料检测系统及耐加工特性分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种烟丝物料检测系统及耐加工特性分析方法，包括图像采集模块、控制模块和模拟测试模块；图像采集模块用于记录烟丝物料结构；控制模块包括机体、控制器和电机，控制模块通过控制器与图像采集模块连接，控制器设置在机体上，电机通过第一固定座固定在机体上并与控制器连接；模拟测试模块包括滚筒、轴承和导向轴，滚筒一端通过卡盘与电机连接，轴承通过第二固定座固定在机体上并与滚筒另一端连接，导向轴设置在轴承上。并且多种不同规格、口径的滚筒通过卡盘实现连接和固定，两端接口通过导向轴调整可以模拟烟丝物料在滚筒加工过程的各种受力和翻转状态，从而全面评价烟丝物料滚筒加工下的耐加工性。
Description
技术领域
本发明涉及一种烟丝物料检测系统和耐加工特性分析方法，属于烟丝特性评价技术领域。
背景技术
烟丝物料在加工过程中，由于需要经过输送、工序处理和配方混合等过程，烟丝物料会受各种外力的作用而逐渐破碎。但根据烟丝物料卷制的需要，烟丝物料并不是越碎越好，需要对其加工过程的破碎程度进行控制。并且在卷制之前，为控制卷烟质量，往往还需要对过碎的烟丝物料颗粒筛分，由此也降低了烟丝物料原料的利用率，提高了卷制成本。所以，烟丝物料的耐加工性即抗破碎性，是烟丝物料加工过程的重要指标之一。
烟丝物料的耐加工性一般由原料、水分及添加剂含量所决定的。不同的烟丝物料原料，由于其化学组成和组织结构的不同，具有不同的耐加工性；另外，不同的烟丝物料水分和添加剂下，烟丝物料也会具有不同的柔韧性从而耐加工性不同。此外，由于烟丝物料在加工过程中，往往会有不同程度的相互缠绕，这也就造成了烟丝物料在不同工序下的受力方式并不相同，如滚筒干燥、柜混合和风送等其烟丝物料受力都有不同。所以，目前对烟丝物料的耐加工性并无标准的方法。而当前通过部分检测拉力、摩擦力、剪切力等基本力学的方法，基本是对烟丝物料原料的耐加工性进行的简单定性评价为主，很难与实际受力状态进行关联，造成上述分析方法难以进行实际的应用。
专利CN101694435A曾提出一种用于测定烟丝物料破碎程度的方法和装置，其主要是通过一种转轴式破碎腔，利用旋转的打条对落料下的烟丝物料进行拍打，通过筛分检测以及模型计算得到烟丝物料卷接下的破碎度。但该方法也存在一定不足，如上所述其并不能模拟烟丝物料在不同工序的实际受力状态，对较为干燥的烟丝物料比较难以操作，并且其方法步骤较为繁杂，而实际的不同批次加工中，原料配方本身具有一定波动性并不相同，所以烟丝物料的耐加工性不相同，难以做到较为快速的评价，指导实际生产过程。
发明内容
本发明目的是为了提供更全面便捷的烟丝物料耐加工特性装置，提供一种烟丝物料检测系统和耐加工特性分析方法，其可以模拟烟丝物料在滚筒加工过程的受力和翻转状态，用于评价烟丝物料滚筒加工下的耐加工性。
为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：
一种烟丝物料检测系统，包括图像采集模块、控制模块和模拟测试模块；
图像采集模块，用于获取烟丝物料图像；
控制模块包括机体、控制器和电机，控制器与图像采集模块连接，接收图像采集模块输出的图像，根据图像分析烟丝物料的结构特征；控制器设置在机体上，电机通过第一固定座固定在机体上，控制器控制电机运行；
模拟测试模块，包括滚筒、轴承和导向轴，滚筒一端通过卡盘与电机驱动连接，轴承通过第二固定座固定在机体上并与滚筒另一端连接，导向轴设置在轴承上。
进一步的，所述控制器上还设置有触摸屏，用于控制信号面向用户端的输入和输出。
进一步的，所述滚筒为正多边形空心柱体或空心圆柱体。
进一步的，所述滚筒内壁至少设置一个挡板，用于在滚筒工作过程中增加烟丝物料的受力强度。
进一步的，所述机体底部设置有伸缩支架，用于调整滚筒的倾角，增加烟丝物料各个方向上的受力强度。
进一步的，所述伸缩支架的倾角调整范围为0-10°。
进一步的，所述卡盘与滚筒相匹配。
进一步的，所述导向轴能纵向伸缩，用于适应不同规格长度的滚筒，并对滚筒进行固定和从动转动。
本发明第二个目的是提供一种烟丝物料耐加工特性分析方法，其特征在于，适用于权利要求1-8任一所述的烟丝物料检测系统，包括以下步骤：
根据烟丝行业标准YC/T31-1996测定烟丝物料水分含量；
对烟丝物料进行模拟测试，分别获得烟丝物料在模拟测试前后的结构数据，所述结构数据包括烟丝物料平均长度；
计算烟丝物料耐加工特性，公式为
N＝YH/(YQ×YS)；
其中，N表示烟丝物料耐加工性，YH表示模拟测试后烟丝物料平均长度，YQ表示模拟测试前烟丝物料平均长度，YS表示模拟测试前水分含量归一化数值。
进一步的，所述模拟测试方法为先通过图像模块检测烟丝物料结构，再将烟丝物料放入烟丝物料检测系统中，设定滚筒转动时长、总圈数以及转动方向，进行模拟测试，最后通过图像模块检测测试后的烟丝物料结构。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
(1)本发明所述烟丝物料检测系统通过图像模块对烟丝物料工况模拟实验前后的结构进行测量，并通过控制模块控制滚筒翻转模拟烟丝物料在滚筒加工过程的受力和翻转状态，可简单方便的评价烟丝物料滚筒加工下的耐加工性；
(2)本发明所述烟丝物料检测系统设计灵活，易于拆卸和扩展性强，多种不同规格、口径的滚筒通过卡盘实现连接和固定，并且两端接口通过导向轴调整，适用于都不同长度规格滚筒，从而实现在不同规格滚筒翻转和受力下的烟丝耐加工性测试；
(3)通过在机体底部设置伸缩支架，并可通过调整伸缩支架的长度间接调整滚筒的倾角以实现滚筒在不同倾角下的翻滚，使得烟丝物料能在各个方向受力强度及角度下进行耐加工性测试试验。
附图说明
图1是本发明一种实施例的立体结构示意图；
图2是图1的正视图；
图3是图像模块的工作流程图；
图4实施例1中滚筒结构的立体结构示意图；
图5是实施例2中滚筒结构的立体结构示意图。
图中：机体1；伸缩支架11；控制器2；触摸屏21；第一固定座3；电机4；卡盘5；滚筒6；挡板61；轴承7；导向轴8；第二固定座9。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1和图2所示，一种烟丝物料检测系统，包括图像采集模块、控制模块和模拟测试模块。其中，控制模块包括机体1、控制器2和电机4，用于控制检测系统的运行状态，机体1起主要支撑作用，控制模块通过控制器2与图像采集模块连接，用于接收图像采集模块输出的图像，并根据图像分析烟丝物料的结构特征；控制器2设置在机体1上，用于处理和储存控制信号和图像，控制信号包括开关机信号、运行参数，电机4通过第一固定座3固定在机体1上并与控制器2连接，控制器控制电机运行。图像采集模块采用现有的高速成像装置，其工作流程如图3所示，通过CCD相机的图像采集，获取图像中每个烟丝的长度尺寸。模拟测试模块包括滚筒6、轴承7和导向轴8，滚筒6一端通过卡盘5与电机4连接，轴承7通过第二固定座9固定在机体4上并与滚筒6另一端连接，导向轴8设置在轴承7上。
为了方便操控系统，在控制器2上还设置有触摸屏21，设置于所述机体1外侧，用于控制信号面向用户端的输入和输出，界面包含开关键，转速控制。控制器2设定有自定义的定时控制、定总圈数控制两种模式，另外还具有顺时针和逆时针旋转设定功能，可设置区间为：转速范围0-1000转/min、定时范围0-120min，通过触摸屏21设定实现控制器2对电机1控制，在不同转速下的定时、定总圈数和不同旋转方向的转动，满足烟丝物料各种受力强度下耐加工性测试试验。
为适应不同的工作情况，全面的模拟烟丝物料各种受力强度下的实验，本发明所述烟丝物料检测系统做了以下几点改进。
(1)可适配不同规格的滚筒6。如图3所示，在本实施例中，滚筒6为中空圆柱体，滚筒6内圈设置挡板61，用于在滚筒6工作过程中增加烟丝物料的受力强度，挡板61的数量可根据实际运行情况设定，在一种实施方式中，优选为4个，且4个挡板61等间距设置。卡盘5作为将滚筒6连接在电机4上的中间连接载体，为适应不同的工作情况，卡盘5设置成可调节尺寸的结构，用以匹配不同形状和口径的滚筒6，导向轴8也可纵向伸缩，用于适应不同规格长度的滚筒6，从而对滚筒6进行固定和从动转动。
(2)在机体1底部设置伸缩支架11。如图1和图2所示，伸缩支架11安装在机体1底部四个角上，一方面用于支撑整个检测装置，易于搬运移动，另一方面在进行复杂工况模拟时，可通过调整伸缩支架11的长度，调整滚筒6的倾角以实现滚筒6在不同倾角下的翻滚。倾角的调整范围为0-10°。
实施例2
与实施例1不同的是，如图4所示，滚筒6的形状改为正四边形空心柱体。柱体内设置挡板61，用于在柱体工作过程中增加烟丝物料的受力强度，挡板61的数量可根据实际运行情况设定，在一种实施方式中，优选为4个，且4个挡板61等间距设置。卡盘5作为将柱体连接在电机上的中间连接载体，为适应不同的工作情况，卡盘5设置成可调节尺寸的结构，用以匹配不同形状和口径的柱体，导向轴8也可纵向伸缩，用于适应不同规格长度的滚筒6，从而对滚筒6进行固定和从动转动。
实施例3
本发明还提供了一种使用实施例1和实施例2所述烟丝物料检测系统进行烟丝物料的耐加工特性的分析方法，包括以下步骤：
根据烟丝行业标准YC/T31-1996测定烟丝物料水分含量。
对烟丝物料进行模拟测试，分别获得烟丝物料在模拟测试前后的结构数据，所述结构数据包括烟丝物料长度；再将烟丝物料放入烟丝物料检测系统中，设定滚筒转动时长、总圈数以及转动方向，进行模拟测试。
计算烟丝物料耐加工特性，公式为
N＝YH/(YQ×YS)；
其中，N表示烟丝物料耐加工性，YH表示模拟测试后烟丝物料平均长度，YQ表示模拟测试前烟丝物料平均长度，YS表示模拟测试前水分含量。
测试例1
根据实施例2所述的检测系统和实施例3所述的分析方法，称取同种烟丝物料100g，将烟丝切成同一长度，在烘箱中烘烤得到不同水分的烟丝样品，使用图像采集模块快速检测烟丝物料结构，根据烟丝行业标准YC/T31-1996测定烟丝水分含量；将烟丝物料放入本发明的烟丝物料检测系统，设定转速范围500转/min、定时范围60min，并设定转动方向为顺时针；启动滚筒开始旋转测试；倒出烟丝物料，使用图像采集模块测定烟丝物料结构；最后对处理前水分进行最大值法归一化处理，根据烟丝物料耐加工特性公式计算烟丝物料耐加工性，数据记录在表1中。
表1不同水分烟丝物料的耐加工特性数据
测试例2
根据实施例2所述的烟丝物料检测系统和实施例3所述的分析方法，称取不同长度的烟丝物料100g，使用图像采集模块快速检测烟丝物料结构，根据烟丝行业标准YC/T31-1996测定烟丝水分含量；将烟丝物料放入烟丝物料检测系统，设定转速范围500转/min、定时范围60min，并设定转动方向为顺时针；启动滚筒开始旋转测试；倒出烟丝物料，使用图像采集模块测定烟丝物料的平均长度；最后对处理前水分进行最大值法归一化处理，根据烟丝物料耐加工特性公式计算烟丝物料耐加工性，数据记录在表2中。
表2.不同烟丝物料的耐加工特性数据
结论：
由测试例1的实验以及表1中的数据可知，通过考察处理前物料与处理后物料的物理尺寸变化，直接获取烟丝物料采用耐加工性模拟装置的物理尺寸相对值。在实验中发现对于同种烟丝，在处理前相同烟丝长度的前提下，水分含量与处理后烟丝长度呈一定正比变化，计算得到的烟丝耐加工特性百分比差值均保持在2％的误差以内，这表明通过本发明分析方法可以用来精确衡量同种烟丝的耐加工特性，也即烟丝水分与耐加工性存在正相关关系，因此在耐加工特性分析方法中增加了烟丝水分指标对于评价烟丝的耐加工特性是可行的，同时水分指标归一化处理的目的主要是让本方法计算的耐加工性结果的最高值为100％。
测试例2通过对于不同类型的烟丝进行了实验，实验方法采用了本发明实施例2所述的烟丝物料检测系统和实施例3所述的分析方法，由表2的实验数据，进一步验证了本发明分析方法的可行性，对于烟丝加工过程抗破碎程度具有一定的指导意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种烟丝物料检测系统，其特征在于，包括图像采集模块、控制模块和模拟测试模块；
图像采集模块，用于获取烟丝物料图像；
控制模块包括机体、控制器和电机，控制器与图像采集模块连接，接收图像采集模块输出的图像，根据图像分析烟丝物料的结构特征；控制器设置在机体上，电机通过第一固定座固定在机体上，控制器控制电机运行；
模拟测试模块包括滚筒、轴承和导向轴，滚筒一端通过卡盘与电机驱动连接，轴承通过第二固定座固定在机体上并与滚筒另一端连接，导向轴设置在轴承上。
2.根据权利要求1所述的烟丝物料检测系统，其特征在于，所述控制器上还设置有触摸屏，用于控制信号面向用户端的输入和输出。
3.根据权利要求1所述的烟丝物料检测系统，其特征在于，所述滚筒为正多边形空心柱体或空心圆柱体。
4.根据权利要求3所述的烟丝物料检测系统，其特征在于，所述滚筒内壁至少设置一个挡板。
5.根据权利要求1所述的烟丝物料检测系统，其特征在于，所述机体底部设置有伸缩支架，用于调整滚筒的倾角。
6.根据权利要求5所述的烟丝物料检测系统，其特征在于，所述伸缩支架的倾角调整范围为0-10°。
7.根据权利要求1所述的烟丝物料检测系统，其特征在于，所述卡盘与滚筒相匹配。
8.根据权利要求1所述的烟丝物料检测系统，其特征在于，所述导向轴能纵向伸缩，用于适应不同规格长度的滚筒，并对滚筒进行固定和从动转动。
9.一种烟丝物料耐加工特性分析方法，其特征在于，适用于权利要求1-8任一所述的烟丝物料检测系统，包括以下步骤：
根据烟丝行业标准YC/T31-1996测定烟丝物料水分含量；
对烟丝物料进行模拟测试，分别获得烟丝物料在模拟测试前后的结构数据，所述结构数据包括烟丝物料长度；
计算烟丝物料耐加工特性，公式为
N=YH/(YQ×YS)；
其中，N表示烟丝物料耐加工性，YH表示模拟测试后烟丝物料平均长度，YQ表示模拟测试前烟丝物料平均长度，YS表示模拟测试前水分含量归一化数值。
10.根据权利要求9所述的烟丝物料耐加工特性分析方法，其特征在于，所述模拟测试方法为先通过图像模块检测烟丝物料结构，再将烟丝物料放入烟丝物料检测系统中，设定滚筒转动时长、总圈数以及转动方向，进行模拟测试，最后通过图像模块检测测试后的烟丝物料结构。
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