CN115802907A - 定向烟草制品 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于定向包含条状组件(4)的烟草制品(20)的设备。该设备包括用于产生烟草制品的图像的装置(12)，用于从图像确定条状组件的表观宽度的装置(18)，用于基于表观宽度确定烟草制品(20)的旋转量的装置(18)，以及用于将烟草制品相对于成像装置(12)旋转所确定的旋转量的装置(16)。这可以允许制品(20)被旋转，使得条状组件相对于成像装置具有已知的定向。

Description

定向烟草制品

本发明涉及用于定向包含内部条状组件的烟草制品的技术。本发明特别但不排他地应用于包含感受器(susceptor)的加热烟草制品。

各种类型的加热烟草制品已经开始出现在市场上。这些制品的特点是能够加热烟草柱而不燃烧或闷燃以释放出含有尼古丁和气味的气溶胶。一种特殊类型的加热烟草制品涉及使用包含在烟草柱内的金属板或感受器，该金属板或感受器由周围的电子装置感应加热。这种制品避免了对可能破裂的可插入叶片(blade)的需要和对加热元件进行清洁的需要。这种制品的示例在WO2017/085242中公开，其主题通过引用结合于此。

在烟草制品的生产过程中，必须确保制品的质量得到保持。在具有内部感受器的物品的情况下，感受器的定位和形成精度是生产过程中的关键质量措施。因此，测量被作为质量保证和质量控制过程的一部分。例如，WO 2020/012162(其主题通过引用结合于此)公开了一种用于分析棒状烟制品的设备，该设备产生待测制品的x射线图像。这可以允许检测内部组件中的缺陷。

质量保证/质量控制的专业人员面临的一个挑战是所需的测量可能是因定向而异的。例如，可能需要在内部条状组件(如感受器)与检测器成直角或与检测器成一直线的情况下进行测量。这种要求的一个示例是制品的透射成像，以测量感受器相对于圆周封纸和烟草段的圆形端部的位置。以相对于传感器的精确定向来测量大量物品可能是一项耗时、劳动强度大且容易出错的任务。

共同待审的英国专利申请号1917430.9(其主题通过引用结合于此)公开了一种用于定向包含感受器的加热烟草制品的技术，使得该制品处于已知的定向以供随后的测试。该技术涉及使用磁性系统来旋转制品。已经发现，这种技术可以在测试之前有效地预先对准制品。然而，这种方案的缺点在于，磁性系统需要空间来操作，并且增加了测试设备的构造的成本和复杂性。此外，它仅适用于铁磁感受器，并不适用于可能运用的替代材料。

因此，希望提供一种用于定向烟草制品的技术，使得内部条状组件处于已知的角度，这最小化了空间、成本和复杂性，并且将适用于各种不同的材料。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于定向包含条状组件的烟草制品的设备，该设备包括:

用于产生烟草制品的图像的装置；

用于从所述图像中确定条状组件的表观宽度(apparent width)的装置；

用于基于表观宽度来确定旋转量的装置；以及

用于将制品相对于成像装置旋转所确定的旋转量的装置。

本发明可以提供这样的优点：通过基于烟草制品的图像中的条状组件的表观宽度来确定旋转量，就可能旋转制品，使得条状组件相对于成像装置具有已知的定向。这可以使用成像装置来实现，该成像装置也可以用于制品的测试，从而最小化任何额外的空间、成本和复杂性。例如，定向过程可以避免对磁性旋转系统的需要，并且可以与非铁磁条状组件一起使用。

“条状组件”优选是指宽度大于其厚度的组件，优选为明显大于其厚度。例如，宽度可以比厚度大至少5、10、15或20倍。

优选地，条状组件是内部组件。例如，条状组件可以是感受器。感受器可位于烟草柱内，并可布置成通过感应加热来加热烟草。烟草制品可以与用于对条状组件进行感应加热的感应加热装置一起使用。

优选地，旋转量是预期将条状组件带到相对于成像装置的视野的已知定向的旋转量。例如，旋转量可以是预期将条状组件与成像装置的视野对准或使其垂直于成像装置的视野，或使其成任何其它角度的旋转量。这可以允许例如条状组件的侧面成像和/或条状组件的正面成像，这可以有助于检测条状组件中的缺陷。

优选地，旋转量是从条状组件的表观宽度和名义宽度计算得出的。条状组件的名义宽度可以是存储在存储器中的预定值。名义宽度可基于条状组件的已知或预期属性，例如，制成条状组件的材料的条的已知宽度。因此，条状组件的固有尺寸和形状可被用于计算旋转量。

在一个实施例中，旋转量是使用反三角函数从表观宽度和名义宽度计算得到的。例如，如果希望旋转样品，使得条状组件与成像装置的视野对准，则旋转量可以从方程

中计算出，其中θ是旋转量，W1是条状组件的表观宽度，而W是条状组件的名义宽度。另一方面，如果希望旋转样品，使得条状组件垂直于成像装置的视野，则旋转量可以从等式

中计算出。或者，可以使用反三角函数来估计条状组件相对于所述视野的当前角度，并且可以通过加上或减去估计的当前值来计算将条状组件带到另一所需角度所需的旋转量。

作为反三角函数的替代，可以使用将表观宽度映射到旋转量的查找表来确定旋转量。这种查找表可以包含预定值，这些预定值可以通过例如经验测量和/或三角计算获得。

在一些实施例中，条状组件可以具有旋转对称性。在这种情况下，如果条状组件顺时针或逆时针定向相同的角度，则可以产生相同的表观宽度。因此，对准过程可能需要考虑旋转应该是顺时针还是逆时针的事实。

在优选实施例中，成像装置被布置成在已经旋转制品之后产生制品的第二图像。在这种情况下，用于确定表观宽度的装置可以被布置成从第二图像确定条状组件的第二表观宽度。然后，该设备可以被布置成将第二表观宽度与第一表观宽度进行比较，并且取决于比较的结果以与样品最初旋转的方向相反的方向旋转样品。例如，如果比较的结果表明表观宽度已经以与如果原始旋转是在正确的方向上所预期的方式相反的方式被改变，则该设备可以被布置成在相反的方向上旋转样品，以便将条状组件带到相对于成像装置的视野的所需定向。这可以允许设备补偿原始旋转可能在不正确的方向上的事实。

例如，如果希望旋转样品，使得条状组件与成像装置的视野对准，则该设备可以被布置成确定第二表观宽度是否大于第一表观宽度，并且如果第二表观宽度大于第一表观宽度，则以与样品最初旋转的方向相反的方向来旋转样品。另一方面，如果希望旋转样品，使得条状组件垂直于成像装置的视野，则该设备可以被布置成确定第二表观宽度是否小于第一表观宽度，并且如果第二表观宽度小于第一表观宽度，则以与样品最初旋转的方向相反的方向来旋转样品。

在一个实施例中，样品以与其最初旋转方向相反的方向被旋转，旋转量是最初旋转量的两倍。在另一个实施例中，基于第二表观宽度确定第二旋转量，并且样品在相反方向上旋转第二旋转量。第二旋转量优选地是在初始旋转之后，预期将条状组件带到相对于成像装置的视野的所需定向的旋转量。或者，可以使用这两种布置的某种组合。例如，可以使用第一旋转量和第二旋转量的(可能加权)平均值。

作为替代，如果条状组件包含非对称的并且在图像中可见的特征，例如标记、凹痕或弯曲，或者如果条状组件本身是非对称的，则该设备可以被布置成标识图像中的这些特征，并且基于它们在图像中的位置来确定旋转方向。

在优选实施例中，在确定旋转量和/或旋转制品之前，可以进行检查以确定制品是否已经处于所需的定向。因此，该设备可以包括用于将条状组件的表观宽度与名义尺寸进行比较的装置(可能允许一些误差容限)，并且该设备可以被布置成取决于比较结果来执行旋转。例如，如果表观宽度与名义尺寸具有预定的关系，那么可以认为制品处于正确的定向。因此，如果表观宽度与名义尺寸具有预定关系，则定向过程可以终止。

名义尺寸可以等同于如果它在正确的定向中则表观宽度预期将具有的尺寸。例如，名义尺寸可以是名义厚度和名义宽度之一。名义尺寸可以是预定值和/或可以存储在存储器中。预定关系可以是以下之一:小于或等于；以及大于或等于(可能允许一些误差容限)。

例如，如果希望旋转样品，使得条状组件与成像装置的视野对准，那么可以将条状组件的表观宽度与名义厚度进行比较。在这种情况下，如果表观宽度小于或等于名义厚度，则可以认为条状组件已经与视野对准，在这种情况下，定向过程可以终止。另一方面，如果希望旋转样品，使得条状组件垂直于视野，则可以将条状组件的表观宽度与名义宽度进行比较。在这种情况下，如果表观宽度大于或等于名义宽度(在所需的误差容限内)，定向过程可以被终止。

上述步骤也可以在已经执行旋转并拍摄第二(或后续)图像之后执行。

如果需要，在使用上述任何技术旋转样品之后，可以进一步微调旋转量。例如，可以执行连续的小增量旋转，并且在每次旋转之后将表观宽度与名义宽度进行比较，直到表观宽度与名义尺寸具有在所要求的误差容限内的预定的关系。旋转的方向可以根据先前的结果来确定。

在一个实施例中，设备被布置成使得在旋转样品之后，样品随后被旋转90°并拍摄另一图像。在这种情况下，可以确定另一图像中的条状组件的表观宽度，并且由此确定的宽度可以用于旋转量的后续计算。例如，在原始旋转使得条状组件与成像装置的视野对准的情况下，可以使用另一图像中的条状组件的表观宽度来提供名义宽度的经更新值。在原始旋转使得条状组件垂直于成像装置的视野的情况下，在另一图像中的条状组件的表观宽度可以用于提供名义厚度的经更新值。

或者，成像装置可以被布置成拍摄样品的两个(或更多)图像，这两个图像对应于例如样品的前视图和侧视图。

在任一上述布置中，相对于成像装置旋转制品可以通过旋转制品或旋转成像装置或这两者来实现。然而，在优选实施例中，旋转是烟草制品的旋转。例如，烟草制品可以是棒状的，并且烟草制品可以绕其纵轴旋转。

用于旋转制品的装置可以包括用于在制品旋转时保持制品的装置。保持装置优选被配置成可释放地保持制品。例如，保持装置可以包括机械夹盘、真空夹盘、夹具、诸如可膨胀套筒或橡胶之类的柔性介质、膨胀虹膜或任何其他合适的保持机构。

用于旋转制品的装置可以包括用于产生制品的物理旋转的致动器，例如电机。致动器优选被配置成使得用于保持制品的保持装置旋转。

用于旋转制品的装置可以包括位置编码器。该设备可以使用位置编码器的输出来确保制品已经旋转了正确的量。

优选地，成像装置被布置用于制品的透射成像。这可以允许成像装置产生制品的图像，该图像包括内部组件，例如感受器。

例如，成像装置可以被布置成产生样品的x射线图像。因此，该设备可包括x射线成像系统，其被布置成产生烟草制品的x射线图像。

在任一上述布置中，该设备可以包括用于确定表观宽度和/或用于确定旋转量的处理装置(例如运行适当软件的处理器)。上述任何其他功能也可以由处理装置执行或在处理装置的控制下执行。

在一个优选实施例中，该设备被布置成在烟草制品被定向后对其进行测试。因此，该设备可以是用于测试烟草制品的测试设备。这可以允许烟草制品的定向由也用于测试制品的设备来执行。这可以避免需要提供诸如磁性系统之类的一件独立设备来执行定向，这进而可以有助于最小化设备的尺寸、成本和复杂性。

测试设备可被布置成检测烟草制品中的缺陷，例如条状组件中的缺陷。例如，该测试可以用作针对通过和失败标准的质量筛选过程测试的一部分。

例如，该设备可以被布置成产生具有与成像装置的视野侧对(平行)的条状组件的样品的图像，并且分析该图像以检测缺陷。该缺陷可以是例如以下一种或多种：畸形的组件；放错地方的组件；尺寸不当的组件；缺失的组件；弯曲的组件；折叠的组件；偏离中心的组件；以及扭曲的组件；或任何其他缺陷。

根据本发明的另一方面，提供了一种设备，该设备被布置成定向包含条状组件的烟草制品，该设备包括:

布置成产生烟草制品的x射线图像的x射线成像系统；

处理器，其被布置成从图像确定条状组件的表观宽度，并基于该表观宽度来确定旋转量；以及

旋转机构，其被布置成相对于成像系统旋转制品达所确定的旋转量。

还可以提供相应的方法。因此，根据本发明的另一方面，提供了一种定向包含条状组件的烟草制品的方法，该方法包括:

产生烟草制品的图像；

从图像中确定条状组件的表观宽度；

基于表观宽度来确定旋转量；以及

将制品相对于成像装置旋转达所确定的旋转量。

任何上述特征可以以任何适当的组合一起提供。本发明的一个方面的特征可以与任何其他方面一起提供。设备特征可与该方法方面一起提供，反之亦然。

现在将参考各个附图纯通过示例的方式来描述本发明的优选特征，附图中：

图1示出了带有感受器的加热烟草制品的各部件；

图2(A)至2(C)示出了感受器中不同类型的变形；

图3示出了通过改变源/检测器和样品之间的角度引起的感受器的表观宽度的变化；

图4示出了角度对比表观宽度的绘图；

图5示出了在本发明的一个实施例中用于定向加热烟草制品的系统的各部件；

图6示出了如何计算旋转角度；

图7示出了在一个实施例中的定向系统所采取的步骤；

图8示出了其感受器与成像系统对准的样品的x射线图像的示例；

图9示出了在另一实施例中的用于分析加热烟草制品的系统的各部件；

图10(A)至10(D)示出了在一个实施例中的成像和旋转样品的过程；以及图11示出了在另一实施例中的定向系统所采取的步骤。

烟草工业最近在加热烟草制品领域产生了几项创新。一个特别的创新包括在烟草柱内使用金属板或感受器。

图1示出了带有感受器的示例性加热烟草制品的各部件。参照图1，加热烟草制品2包括带有金属感受器叶片4的烟草柱3。感受器叶片4由导磁且导电的金属材料制成。加热的烟草制品2包括冷却/冷凝元件5和颗粒过滤器6。冷却/冷凝元件5是中空醋酸纤维素管的形式。加热的烟草制品2可以以类似于传统香烟的方式包裹在纸中，以形成棒状制品。除了所示出的那些之外，或者代替所示出的那些，制品中可以存在各种其他组件。

图1的加热的烟草制品被设计成被插入带有感应加热源的加热设备中。感应加热源产生交变磁场，该交变磁场在感受器4中感应出交变磁场。该感应交变磁场在感受器中产生热量。感受器4中产生的至少一部分热量被传递到烟草柱3，以释放含有尼古丁和气味的气溶胶。该气溶胶穿过冷却元件5和过滤器6，并被使用者吸入。

例如在WO 2017/005705中描述了一种可以制造如图1所示的加热烟草制品的过程，其主题通过引用结合于此。

在烟草制品的制造过程中，重要的是监测和控制所述过程，以确保在最终制品中不会出现缺陷。因此，检验方法用于生产过程的质量控制。

具有金属感受器的烟草制品的质量的关键是确保金属条具有正确的厚度，并且被正确地放置在烟草柱中，没有任何变形或扭曲。

图2(A)至2(C)示出了一些不同类型的变形，这些变形可能由切割感受器和将感受器放置在烟草柱中的过程引起。假设正确成形的感受器由长度为L、宽度为W、厚度为T的扁平材料条制成。正确成形的感受器如图2(A)所示。在这种情况下，感受器的侧视图将显示厚度为T的感受器，并且该感受器的前视图将示出宽度为W的感受器。扭曲的感受器如图2(B)所示。在这种情况下，感受器的侧视图将显示表观厚度为T’的感受器，而感受器的前视图将显示表观宽度为W’的感受器。图2(C)示出了一个碟形凹陷感受器。在这种情况下，感受器的侧视图将显示表观厚度为T”的感受器，而感受器的前视图将显示表观宽度为W”的感受器。

因此，可以看出，当感受器变形时，感受器的表观宽度和厚度将改变。还可以看出，当从侧面观察感受器时，不容易将碟形凹陷或扭曲的有缺陷的感受器与厚度不正确的感受器区分开来。原则上，感受器的平面图可以提供变形类型的某种指示。然而，在实践中，从端部观察以确定感受器的变形厚度存在误诊的可能性，因为感受器中的扭曲可能不会贯穿棒的整个长度，因此可能被掩盖。此外，在最终制品中，感受器端可被另一元件如过滤材料遮盖，或者位于烟草柱的端部下方，并因此不可见。

如WO 2020/012162中所公开的，确定感受器是否变形或厚度规格是否正确的一种方法是使用穿透系统，例如x射线系统，从边缘观察感受器。这种形式的x射线分析基本上是通过高密度金属感受器在检测器上投射出比周围更暗的“阴影”来实现的。

这种系统中的一个挑战是确保隐藏在烟棒内的感受器与x射线源和检测器正确对准，从而形成感受器的侧面或正面的图像，并且该图像不与源/检测器组合成角度。如果检测器/源与感受器的平面成一个角度，那么感受器的表观宽度会改变。如果该测量用于确定感受器是否碟形凹陷或扭曲，那么将报告错误的高投影宽度结果，这可能错误地不符合验收标准和/或错误地警告处理问题。

图3示出了由改变源/检测器和样品之间的角度引起的感受器的表观宽度的变化。测量理想感受器在其旋转时的表观宽度，得到角度对表观宽度的绘图。

图4示出了角度对表观宽度的示例绘图。该原理可被用作在穿透式光学系统(如x射线系统)中校准样品的工具，以便给出感受器的尺寸和厚度、形状完整性(无扭曲、弯曲、碟形凹陷等)等等的真实测量，并且从而允许评估一组用于构造的通过/失败标准。

如果x射线检测系统装有旋转系统，可以在不同的旋转角度创建一组图像，并且可以确定感受器的最小“宽度”。已经发现，可能要求相对于光源的旋转角度的精度是3°或更小，以产生可被用于确定感受器宽度的图像。然而，这种方案的缺点是非常耗时，因为必须拍摄、收集和分析每幅图像。实际上，每幅图像的形成和处理可能需要10秒钟，并且样品必须在每幅图像之间旋转。感受器对准离“真实”越远，就决定了该过程所花费的时间长度。如果这是一种制造控制的度量(其中不合格制品可以以每分钟10000或更快的速度制造)，那么这种耗时的过程可能是一个重要的问题。

另一办法是使用磁体系统“预对准”棒。在共同待审的英国专利申请号GB1917430.9中公开了这样一种系统。然而，这种方案的缺点在于，磁性系统需要空间来操作，并且增加了x射线系统构造的成本和复杂性。此外，它仅适用于铁磁感受器，不适用于可能使用的替代材料。最后，这种旋转技术的角度精度可能不足以检测和分析一些潜在的感受器缺陷。

在本发明的实施例中，感受器的预期尺寸和形状的知识被用作对准过程的一部分，以将制品带入已知的定向。然后，这可以允许例如用x射线系统对感受器进行侧面成像。

图5示出了在本发明的一个实施例中用于定向加热烟草制品的系统的各部件。参照图5，该系统包括x射线源10、x射线检测器12、真空夹盘14、电机16和控制单元18。在操作中，真空夹盘14用于利用真空保持样品20。x射线源10用于用x射线照射样品20。x射线由检测器12检测，这形成样品的x射线图像。电机16用于旋转真空夹盘14，使得样品20绕其纵轴旋转。控制单元18控制电机16、x射线源10和检测器12的操作。控制单元还可以发送和/或接收来自其他设备的数据和/或命令。

在操作中，检测器12用于拍摄样品20的x射线图像。这样产生的图像数据从检测器12馈送到控制单元18。控制单元18使用图像处理算法分析图像数据，以确定样品的图像中的感受器的表观宽度。控制单元然后使用表观宽度，连同感受器的名义宽度的知识，来计算旋转角度，该旋转角度将被预期使感受器与成像系统的视野对准，这将在下面解释。一旦计算出旋转角度，控制单元18就控制电机16使样品20绕其纵轴旋转所计算的角度。

旋转之后，检测器12拍摄样品的新图像，并将其馈送到控制单元18。然后，控制单元确定新图像中感受器的表观宽度。这可用于检查旋转是否成功。如果需要，可以对样品进行一次或多次进一步旋转，以使其与成像系统对准。

一旦样品已经对准，进一步的成像处理算法可以用于确定感受器的尺寸和形状，并从而确定感受器是否在规格范围内。用于确定图像中的物体尺寸的合适的图像处理算法在本领域中是已知的，并因此不再进一步描述。

图6示出了如何计算样品的旋转角度。

在图6中，用实线示出了感受器的平面图。感受器具有名义宽度W。名义宽度W是感受器的预期宽度，基于形成感受器的原材料的宽度。由检测器看到的感受器的表观宽度是W1。角度θ是感受器需要旋转的角度，以使其与检测器的视野对准。当与检测器对准时，感受器的位置用虚线表示。假设感受器的厚度T远小于其宽度。

从图6可以看出，第一近似值:

因此，θ值可通过下式计算:

因此，感受器的表观宽度，连同其预期的或名义的宽度的知识，可以用来计算旋转角度的大小，该旋转角度的大小将被预期使用上面的方程(2)将感受器与x射线系统的视野对准。

然而，从图6中可以看出，感受器具有旋转对称性。因此，如果感受器顺时针或逆时针定向相同的量，将产生相同的表观宽度。因此，对准过程需要考虑旋转可能需要顺时针或逆时针的事实。这可以通过首先将样品在一个方向上旋转角度θ，然后拍摄样品的新图像并检查表观宽度实际上已经减小来完成。如果旋转没有减少表观宽度(表明原始旋转方向不正确),则样品向相反方向旋转通过2θ的角度。

图7示出了在一个实施例中，为了将感受器与x射线成像系统对准，定向系统所采取的步骤。参考图7，在步骤100中，拍摄样品的图像。在步骤102中，测量在样品的图像中的感受器的表观宽度W1。在步骤104中，将表观宽度W1与预期厚度T进行比较。在步骤106中，确定表观宽度W1是否小于或等于预期或名义厚度T(在所需的误差容限内)。如果是这种情况，则认为感受器已经与成像系统对准，并且对准过程停止。另一方面，如果表观宽度W1大于预期厚度T，则在步骤108中，使用上面的方程(2)计算旋转角度θ，其中W是感受器的预期或名义宽度。在步骤110中，样品在一个方向(在这种情况下，顺时针)上旋转角度θ。

在步骤112中，拍摄新位置中样品的图像。在步骤114中，测量新图像中感受器的表观宽度W2。在步骤116，确定W2的值是否大于W1的值。如果W2(第二幅图像中感受器的表观宽度)大于W1(第一幅图像中的表观宽度)的值，则认为样品已经在错误的方向上旋转。在这种情况下，在步骤120中，样品在相反方向(这里是逆时针方向)上旋转两倍θ的角度。这样做是为了校正原始的(不正确的)旋转，并将样品旋转到感受器被认为与视野对准的位置。然后对图像进行重新采样(步骤112)，并测量新的表观宽度(步骤114)。由于新的表观宽度应该小于先前的表观宽度(步骤116)，处理将正常进行到步骤118。然而，如果需要，可以限制样品旋转的次数。

另一方面，如果W2的值不大于W1的值，则认为原始旋转方向正确。在这种情况下，在步骤118中，确定表观宽度W2是否小于或等于预期或名义厚度T(在所需的误差容限内)。如果W2小于或等于T，则认为感受器已对准，并且对准过程停止。

另一方面，如果表观宽度W2大于预期厚度T，则感受器可能扭曲、弯曲或以其他方式超出规格。在这种情况下，在步骤122中，指示感受器有缺陷。例如，这可以通过产生报警信号或向另一件装备发送故障信号来实现。在步骤124中，样品被拒绝，然后过程停止。

在上述布置中，旋转角的计算假设W的值比T的值大。在箔感受器的情况下，这是合理的假设。一般而言，上述计算可用于W值与T值相比而言足够大以给出所需的精度水平的情况，例如，最大误差是3°或更小。

然而，在计算旋转角度θ时，替代的感受器几何形状可能需要考虑T的值。这可以通过使用适当的三角计算来完成。

此外，可以增加额外的步骤来提供更精确的感受器宽度测量和关于感受器中的结构/缺陷的更多细节。感受器的宽度的确认可以通过90°旋转和计算获得，如果需要，可以再次使用该计算来“微调”感受器边缘对准。

如果需要，可以计算不同的旋转角度值，以便旋转样品，使得感受器与视野成不同的角度，例如垂直或45°。例如，预期使感受器垂直于视野的旋转角度可以由下式计算:

在这种情况下，将对上述对准过程进行适当的调整，以便旋转样品，使得感受器垂直于视野。

作为计算旋转角度的替代，可以使用查找表，该查找表使用预定值将表观宽度W1映射到旋转角度θ。

一旦执行了对准过程，就可以对感受器在侧视图的情况下拍摄样品的图像。一旦获得侧面图像，可以使用已知的图像分析技术和工具获得感受器的厚度或变形。

例如，在一个实施方式中，可以在感受器周围画出“最佳适配”框，以产生最小的侧面尺寸。该数值分析可与装备内的通过/失败标准进行比较，并给出感受器形成质量和加热烟草制品的最终可接受性的指示。

图8显示了感受器与成像系统对准的样品的x射线图像的示例。在图8中，可以在图像的中心看到感受器，在烟草柱内。已经使用图像处理软件在感受器周围画出“最适配”的框。由此，可以获得各种尺寸，例如感受器的厚度和在每个方向上距烟草柱边缘的距离。这些测量可用作质量控制过程的一部分。类似的技术也可以用来确定感受器的表观宽度。

在上述布置中，该系统基本上由五个元件组成，即x射线照明源、以图像形式检测x射线的装置、保持待测样品的装置、旋转待测样品的装置以及用于控制过程和执行必要计算的装置。

在优选实施例中，选择和配置x射线源，使得它照射紧邻检测器系统前面的待测样品的一部分的感兴趣区域。选择所使用的x射线的能量，使得它们具有足够的穿透能力用于测试，并且使得它们适用于检测装置。通常希望使用较低能量的x射线，因为这些射线具有较低的穿透力，从而大大降低了对操作者的安全的屏蔽要求。然而，这些所谓的“软”x射线不能具有太低的能量，因为它们可能无法穿透样品或者可能无法在检测器区域被检测到。需要基于实际考虑达成妥协。

源的类型—准直或宽光束—取决于所选的检测器系统再次进行选择。

作为替代，使用倾斜照明或反向散射或其他形式的电磁辐射代替x射线也是可能的，尽管在实践中可能不太有效。

检测器可以是诸如大面积检测板之类的装置。这种装置可以在单次曝光中对待测样品的一个区域进行成像。这在源的类型和能量以及检测器的高成本方面有一些缺点，成本与要分析的照明面积的大小成比例。

替代的检测器可以是基于CMOS/CCD技术的区域图像传感器，如WO2020/012162中所述。在这样的系统中，小的条状或面板检测器与低功率准直x射线源成一直线。待测样品被固定并移动通过x射线束，并且一次产生在样品的整个长度上的一行(或几行)像素的高质量的图像。由于其相对低的成本和简单性，这种布置可能是优选的。

第三元件是用于保持待测样品的装置。该装置还必须满足许多不同的要求。首先，保持机构必须牢固地保持样品，因为在初始成像期间或旋转期间的任何滑动都会使感受器的呈现角度的测量和补偿无效。另一方面，保持机构不应该遮蔽感兴趣的区域。在一些实施例中，在任何一个时间只有样品的一部分可以被成像。在这种情况下，可以保持测试样品的一部分。还必须小心不要损坏或扭曲样品。

保持机构可以采取夹子、可膨胀套筒或橡胶或其他柔性介质或膨胀虹膜的形式。然而，在优选实施例中，保持机构采取样品位于其上的足部和将样品保持在对x射线基本透明的表面上的真空的形式。这种方案的优点是整个样品可以无任何损失地成像，并且保持足够牢固以满足系统的要求。

一旦被保持住，待测棒就需要被旋转。旋转机构应该没有反冲，或者需要有补偿机构来消除系统中的任何反冲。这可以采取“加载”消除反冲的移动、消除反冲影响的进程的机械装置的形式或软件形式，所述反冲例如总是从旋转的单一方向接近。

旋转系统可以采用齿轮和齿条式移动、简单的从动齿轮、皮带传动、同步皮带等等。在大多数情况下，基础是一个电机和齿轮传动系统。

旋转需要是绝对的，因为旋转角度是从初始图像计算的，并且因此必须旋转以进行补偿。旋转量可以通过使用步进电机配置并对行进的步数计数来判断，行进的程度是电机和任何齿轮箱配置每次旋转的步数的函数。或者，旋转机构或轴杆可以装配有编码器，该编码器回读样品的角位置。通过这种方式，施加了正确的旋转量，并且这在已经消除了机械反冲的系统中特别有效。

重要的是在旋转过程中没有横向移动。出于实际目的，可能需要释放将样品稳定保持在源和检测器前面的装置。如果源和样品之间的关系被维持并被理解，从源/检测器的视野中移除样品，旋转并将其返回也是可行的。

图9示出了在另一实施例中用于分析加热烟草制品的系统的各部件。该系统包括x射线源30、x射线面板检测器32、真空夹盘34、平台36、驱动电机38、丝杠40、位置编码器42、控制单元44和旋转夹盘46。x射线源30、x射线面板检测器32、真空夹盘34、驱动电机38和控制单元44可以与上面参照图5描述的x射线源10、x射线面板检测器12、真空夹盘14、驱动电机16和控制单元18相同或相似。参考图9，真空夹盘34用于利用真空来保持样品20。真空夹盘34附着在平台36上，平台36通过驱动电机38和丝杠40平移。丝杠40与样品20的轴线对准，使得电机38的旋转引起样品相对于源30和检测器32在轴向上移动。控制单元44用于控制电机38的操作，以便将样品20移动到合适的位置进行成像。对真空夹盘的精确位置参考由位置编码器42测量并发送到控制单元44。

在操作中，样品20首先被移动到感兴趣的区域在检测器32的视野中的位置。样品的图像然后被面板检测器32拍摄并被传送到控制单元44。然后，将样品在轴向上移动到另一位置。在该位置，拍摄额外的图像并传输到控制单元44。可以针对样品的多个不同位置重复该过程。优选地，移动样品，使得沿其整个长度拍摄图像，每个图像与下一图像邻接或交叠。如果需要，当样品移动时，样品的某些部分可以被成像和/或与其他部分相比具有减少的曝光时间。控制单元44包括合适的成像算法，用于基于由面板检测器32获取的样品的不同区域的单独图像产生合成图像。可以分析由此产生的图像数据，以上述方式确定样品中感受器的尺寸。

在该实施例中，源30是准直的低能x射线源。检测器32是平板检测器，例如可以是CMOS(互补金属氧化物半导体)或CCD(电荷耦合器件)类型。可替代地，可使用线检测器代替面板检测器。该x射线系统可以是例如国际专利申请号WO 2020/012162中所描述的，尽管也可以使用其他类型的x射线成像系统。

在图9的布置中，样品被旋转夹盘46旋转到分析区域之外。旋转夹盘46包括夹持机构48和旋转机构50。夹持机构48包括膨胀橡胶套筒，该套筒被布置成足够牢固地夹持样品，以将其保持在适当的位置，而不会损坏它。旋转机构50包括电机，该电机允许夹持机构以受控的方式旋转。旋转夹盘46在控制单元44的控制下操作。

在操作中，样品20首先由旋转夹盘46中的夹持机构48保持。然后，夹持机构释放样品，使其落到平台36上。一旦在平台上，样品就被真空夹盘34保持就位。然后，样品20下降通过x射线束，并由检测器32和控制单元44建立第一图像。

一旦产生了样品20的第一图像，样品就被升起，使得它在分析区域之外。然后，样品的顶部被夹持机构48夹持，而不旋转或平移它。样品被真空夹盘34释放，然后被旋转夹盘46旋转，旋转角度以上述任何方式计算。然后，重新开始通过真空将样品保持在平台36上，并且旋转夹盘释放样品。然后，样品再次通过源和检测器，以生成第二图像。这样可以重复几次。一旦样品被正确对准，就可以作为质量控制过程的一部分进行测量。一旦测量完成，移除平台36，并释放真空，以将不再需要的样品落入收集箱中。

图10(A)至10(D)示出了在一个实施例中对样品进行成像和旋转的过程。参照图10(A),样品20首先落在平台36上，并由真空夹盘34保持在检测器32和源30的视野之外的位置。平台被降低，并且对整个样品捕获第一图像。参考图10(B),样品在源/检测器的视野之外。行进方向是反向的，并且样品被上升，直到它进入旋转夹盘46。参考图10(C),样品被夹持机构48夹持，该夹持机构48包括一组橡胶指状物或套筒，其牢固而又轻柔地夹持样品。保持真空被释放，并且平台36从样品移开。然后，旋转夹盘46旋转正确的角度，以补偿感受器朝向检测器平面的角度。然后升高平台36，再次施加保持真空，并且然后释放旋转夹盘46。参考图10(D),牢固地保持在平台36上的样品被降低，并且源/检测器拍摄如上所述的第二图像。

图11示出了另一实施例中的定向系统采取的步骤。在图11中，步骤100至116与上面参照图7描述的相应步骤相同或相似，并因此不再进一步描述。

在图11的布置中，如果在步骤116中确定W2的值大于W1的值，则处理进行到步骤130。在步骤130中，根据下式计算新的旋转角度θ₂

其中W2是第二图像中感受器的表观宽度，而W是感受器的预期或名义宽度。然后，在步骤132中，样品逆时针旋转角度θ₂。这校正了原始的(不正确的)旋转，并将样品旋转到感受器被认为与视野对准的位置。然后，在步骤134中对图像进行重新采样，并在步骤136中测量新版本的表观宽度W2。在步骤118中，确定表观宽度W2是否小于或等于预期或名义厚度T(在所需的误差容限内)。如果W2小于或等于T，则认为感受器已对准，对准过程停止。

另一方面，如果表观宽度W2大于预期厚度T，则感受器可能是扭曲的、弯曲的或以其他方式超出规格。在这种情况下，在步骤122中，指示感受器有缺陷，并且在步骤124中拒绝样品。

图11所示布置的一个优点是，以与较小值的表观宽度相比更高的精度来测量较大值的表观宽度是可能的。因此，通过在步骤130中重新计算旋转角度，以更高的精度对准感受器是可能的。

在替代布置中，可以计算值2θ₁和θ₂的平均值，并且样品逆时针旋转这两个值的平均值。

在图7和11所示的任一实施例中，在步骤122中指示有缺陷的感受器并在步骤124中拒绝样品之前，可以进一步尝试对准样品。例如，可以执行多次增量旋转，并且在每次旋转之后，拍摄新的图像，并且将表观宽度与名义厚度T进行比较。在先前尝试中对表观宽度的分析可以指示旋转应该发生的方向。这个过程可以继续，直到表观宽度小于或等于名义厚度T(在所需的误差容限内)，或者直到表观宽度开始增加，或者直到已经进行了预定次数的尝试。这可能有助于补偿前面步骤中的任何不准确性。

在任一上述实施例中，用于控制过程和执行必要计算的装置(例如控制单元18、44)可以实现为处理器和运行适当软件的相关存储器，以便执行上述功能。

因此，应当理解，本发明的实施例涉及一种用于将棒状物品内的感受器或金属元件相对于成像系统(例如x射线系统)进行对准的方法。可能与源/检测器不对准的初始贯穿棒的图像，连同感受器或金属元件的名义尺寸，可被用于计算感受器或金属元件相对于成像系统的源和检测器的角度。该成像系统配备有可应用于测试中的样品的旋转装置。旋转系统将待测样品旋转达感受器或金属元件与成像系统的源检测器的计算得到的角度，从而可以获得第二图像，此时感受器与源/检测器正交(在其上的边缘)。旋转后，如果感受器的表观宽度增加，则待测样品以与第一次旋转相反的方向旋转两倍的所计算的旋转角度。旋转机构可以配备绝对角度编码器来确定旋转角度。旋转系统中的反冲可通过机械或通过算术方式调整样品旋转的角度进行补偿。作为替代，源和检测器可以相对于待测样品旋转。样品可以旋转90°并被成像，以确定感受器的真实宽度。该确定可被用于向图像边缘旋转提供精细补偿。感受器的图像上的边缘可被用于确定感受器的厚度。感受器图像上的边缘可被用于确定感受器形成是否发生任何扭曲、碟形凹陷或其它变形。成像源可以是x射线源。成像源和旋转装置可以由电子设备和微处理器控制。感受器分析可以用作对照通过和失败标准的质量筛选过程测试的一部分。

应当理解，以上仅通过示例的方式描述了本发明的实施例，并且细节上的变化是可能的。例如，一个实施例的特征可以用于任何其他实施例。尽管本发明被描述为与具有内部感受器的加热的烟草制品一起使用，但是也可以替代使用其他类型的烟草制品。制品的精确结构可能有所不同，以上描述仅用于说明目的。本发明也可以用于包含除感受器之外的条状组件的其它类型的吸烟制品。其他细节上的变化对技术人员来说是显而易见的。

Claims (25)

1.一种用于定向包含条状组件的烟草制品的设备，该设备包括:

用于产生所述烟草制品的图像的装置；

用于从所述图像中确定所述条状组件的表观宽度的装置；

用于基于所述表观宽度来确定旋转量的装置；以及

用于将所述制品相对于所述成像装置旋转所确定的旋转量的装置。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述条状组件是内部组件，诸如感受器。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述旋转量是预期将所述条状组件带到相对于所述成像装置的视野的已知定向的量。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述旋转量是预期将所述条状组件与所述成像装置的视野对准或使其垂直于所述视野的旋转量。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述旋转量是从所述条状组件的所述表观宽度和名义宽度中计算得出的。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述名义宽度是预定值。

7.根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于，所述旋转量是使用反三角函数从所述表观宽度和所述名义宽度中计算出的。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述旋转量是根据方程

计算得出的，其中θ是所述旋转量，W1是表观宽度，W是名义宽度。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述成像装置被布置成在所述制品已旋转后产生所述制品的第二图像，并且所述用于确定所述表观宽度的装置被布置成从所述第二图像中确定所述条状组件的第二表观宽度。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述设备被布置成将所述第二表观宽度与所述第一表观宽度进行比较，并且取决于比较的结果以与样品最初旋转的方向相反的方向来旋转所述样品。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，如果所述比较结果表明所述表观宽度以与原始旋转已经在正确方向上时所预期的方式相反的方式变化，则所述设备被布置成在相反方向上旋转所述样品。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备被布置成确定所述第二表观宽度是否大于所述第一表观宽度，并且如果所述第二表观宽度大于所述第一表观宽度，则以与所述样品最初旋转的方向相反的方向旋转所述样品。

13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于将所述条状组件的所述表观宽度与名义尺寸进行比较的装置，并且所述设备被布置成取决于比较结果来执行旋转。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，如果所述表观宽度与所述名义尺寸具有预定关系，则定向过程终止。

15.根据权利要求13或14所述的设备，其特征在于，所述名义尺寸是名义厚度和名义宽度之一。

16.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备被布置成使得在已经旋转所述样品之后，接着将所述样品旋转90°并拍摄另一图像。

17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，确定所述另一图像中的所述条状组件的所述表观宽度，并且由此确定的宽度被用于所述旋转量的后续计算中。

18.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述烟草制品是棒状，并且所述烟草制品绕其纵轴旋转。

19.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述成像装置被布置用于所述制品的透射成像。

20.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述成像装置被布置用于产生所述样品的x射线图像。

21.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于确定所述表观宽度和/或用于确定所述旋转量的处理装置。

22.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备是用于测试所述烟草制品的测试设备。

23.根据权利要求22所述的设备，其特征在于，所述设备被布置成利用平行于所述成像装置的视野的所述条状组件产生所述样品的图像，并分析所述图像以检测所述条状组件中的缺陷。

24.一种布置成定向包含条状组件的烟草制品的设备，所述设备包括:

布置成产生所述烟草制品的x射线图像的x射线成像系统；

处理器，所述处理器被布置成从所述图像确定所述条状组件的表观宽度，并基于所述表观宽度来确定旋转量；以及

旋转机构，所述旋转机构被布置成相对于所述成像系统旋转所述制品达所确定的旋转量。

25.一种定向包含条状组件的烟草制品的方法，所述方法包括:

产生所述烟草制品的图像；

从所述图像中确定所述条状组件的表观宽度；

基于所述表观宽度来确定旋转量；以及

将所述制品相对于所述成像装置旋转达所确定的旋转量。

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