CN1588016A - 一种烟草包装检测的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟草包装检测方法及其装置，它是在卷烟包装过程中采用X射线线扫描技术检测烟草的包装缺陷或卷制缺陷的方法，主要为在X射线发生器的前端加装一细长狭缝，从而使X射线通过狭缝后形成一薄的扇形平面光束，采用此扇形平面光束对卷烟包装进行线扫描，并采用可直接接收X射线的探测器接收透射后的X射线，经过处理后在计算机上获得卷烟包装的透视数字图像，从而可以识别该被检测的卷烟包装内的整箱缺条缺包、整条缺包缺支、整包缺支或其它包装、卷制中产生的质量问题，以便利用清除设备剔除不合格产品。相对现有技术，本发明原理及结构简单合理、灵敏度高、可动态检测，且检测图像精确。

Description

一种烟草包装检测的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种在卷烟包装生产线上用于检查烟草包装中整箱缺条缺包、整条缺包缺支、整包缺支、掉嘴、断残烟支、空头烟支等包装、卷制质量缺陷的烟草包装检测方法及其装置。

技术背景

按照国标GB/T5606.2-1996卷烟包装、标志与贮运的规定中3.2.5条规定：若包装与卷制质量出现下列情况之一，则判定该批卷烟为不合格品：

a)包装与卷制质量得分少于70.0分；

b)箱装错装；

c)整条错包；

d)整盒错支；

e)箱装缺条；

f)条装缺盒；

g)缺支盒装多于四盒；

h)断残烟支多于10支；

i)盒内有虫或烟支虫蛀多于一盒；

j)水分含量过大，即水分含量大于14.00％；

k)严重空松，即空头烟支数多于20支；

l)爆口，即爆口烟支数多于2支；

m)熄火，即熄火烟支数多于2支；

n)漏气烟支多于20支。

针对上述规定，烟厂一般都设有专门的卷烟质量检测装置。其中，缺支、缺条、缺盒检测是烟厂卷烟包装的重要环节。卷烟在包装中，有多种原因可能导致缺条、缺盒、缺支、掉嘴、包装外观缺陷等，这种现象一旦发生，将导致厂家、商家和消费者之间不必要的纠纷，甚至影响烟厂的信誉。

然而目前，烟草行业目前的用于以上用途的方法和相关设备有如下三种：

1)重量法和重量：即称重式缺包、缺条检测装置。但烟厂每天都要生产不同品牌香烟，且彼此间重量不尽相同，烟草的重量本来就不易保持恒定，其重量经常不确定，因此检测效果不佳，且检修烦琐，影响生产进程。

2)γ射线检测法：检测仪利用γ射线通过物质发生衰减的原理研制而成，采用探测传感器、辐射源，检测准确度一般。目前只能进行成品烟箱缺条、条烟缺包的检测。

3)接近开关式缺包检测方法：缺点是无法检测金属磨砂工艺包装盒。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术的不足，提供一种方法简单、结构合理、可精确可靠的动态检测卷烟包装的烟草包装检测的方法及其装置。

为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种烟草包装检测方法，它是在卷烟包装过程中采用X射线检测烟草的包装缺陷或卷制缺陷的方法，包括如下步骤：

1)首先，在X射线发生器的束光管的前端设置狭缝，使X射线发生器发射出的X射线通过狭缝后的射出光束构成扇形平面光束；

2)然后采用所述扇形平面光束扫描烟草包装，以对烟草包装进行线扫描；

3)所述扇形平面光束透过烟草包装，射入一可接收X射线的探测器内，并通过所述探测器转换成数字图像信号；

4)最后采用计算机将所获得的数字图像信号处理成整副数字图像，从而根据所获得的数字图像判断烟草包装中的包装、卷制质量状况，并采用清除设备剔除质量不合规格的烟草包装。

所述狭缝的宽度范围可以为0.1mm～30mm。

所述步骤2)中对烟草包装进行线扫描的方法可以为：将烟草包装置于运动的传送带上，X射线发生器设置于传送带的一侧，使传送带的运动方向为所述X射线发生器发出的扇形平面光束的垂直方向，这样烟草包装将会由传动带带动通过扇形平面光束，从而使扇形平面光束逐行扫射烟草包装。

所述探测器可以采用荧光体接收X射线，所述荧光体与所述扇形平面光束在同一平面内。

所述狭缝的宽度值可以为1mm。

一种采用所述烟草包装检测方法的烟草包装检测装置，包括计算机、X射线发生器、束光器和探测器，所述束光器设置于X射线发生器的束光管的前端，其出光口为一条细长狭缝，所述探测器对应于X射线发生器和束光器设置，其入射窗处设置有用于接收X射线的荧光体。

所述探测器还可以包括光电二极管阵列和信号采集电路，所述光电二极管阵列紧贴荧光体设置，其信号引出线接入信号采集电路，从而将光电二极管采集的模拟信号输入到信号采集电路中。

所述信号采集电路可以由移位放大器、电源、模拟信号处理电路、A/D转换电路、可编程逻辑控制电路、适配器和接口电路构成，所述可编程逻辑控制电路输出相应的控制信号至各部分电路，所述移位放大器输入来自光电二极管阵列的模拟信号，并放大后输出至控制器的模拟信号处理电路，经过模拟信号处理并前置放大后再输入A/D转换电路，从而获得数字图像信号，所述A/D转换电路将数字图像信号输入至适配器缓存后通过接口电路输出至计算机。

所述束光器上的狭缝的长度方向可以与烟草包装的传送方向垂直，所述束光器内还设置有用于指示扫描中心的激光灯，所述光电二极管阵列、信号采集电路以及荧光体被封装在一铝合金盒内，所述铝合金盒的前面板为铅锑合金材料，其上开设有铝膜密封的X射线入射窗，所述荧光体设置于入射窗下方。

还可以包括扫描机架和手控盒，所述X射线发射器的X射线管、束光器、探测器均安装在扫描机架上，且束光器安装在X射线管的前端，所述扫描机架上还设置有模拟X射线束的激光对位器，所述手控盒分别与X射线发射器的高压发生器、计算机通讯，以控制高压发生器的工作状态。

本发明的有益效果是：由于采用X射线线扫描成像的方法，可以动态的获得生产线上的卷烟包装内部的图像，且这种线扫描成像技术可克服本底噪声影响，具有检测灵敏度高的特点，从而能够使计算机获得卷烟包装内部的清晰的数字图像，以通过人工或自动的方式识别卷烟包装的包装、卷制等质量问题，特别是可以很容易的检测到卷烟包装的整箱缺条缺包、整条缺包缺支、整包缺支的包装缺陷。而且本检测方法对于环境及卷烟包装的检测条件要求低，适用范围广。另外，实现本发明的方法的卷烟包装检测装置采用探测器直接接收X射线，具有灵敏度高、效率高、探测范围大等特点。结构简单合理，可以直接安装在现有的卷烟生产线上，并与现有的生产线上的卷烟检测装置有机结合使用，如本发明采用的清除设备即为现有的卷烟检测装置中的常用设备，从而可降低设备的投入成本。

附图说明

附图1为本发明的卷烟包装检测装置的系统组成结构示意图(其中带箭头的虚线表示电气信号连接)；

附图2为图1的右视结构示意图(其中虚线区域表示扇形平面光束)；

附图3为图2中X射线管及束光器的右视结构示意图；

附图4为本发明的探测器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

X射线扫描为一种可以直接透视物体内部结构，获得物体内部结构图像的方法，因此，对于产品，特别是卷烟包装的检测过程特别适用。但是目前人们在其他领域普遍采用的X射线扫描装置一般都为面曝光成像技术。即，通过X射线发生器产生X射线向空间发生散射，其扫描区域为近似棱锥形。这种面曝光成像技术如果用于检测生产线上的运动物体时，其所获图像将会出现严重叠加现象，故，普通的X射线扫描方法不能用于对于实时性、连续性和动态性要求较高的卷烟包装生产线上的检测。

为解决这一技术瓶颈，本发明提供的一种烟草包装检测方法，是在卷烟包装过程中采用X射线线扫描技术检测烟草的包装缺陷或卷制缺陷的方法，其具体实施步骤如下：

1)首先，在X射线发生器的束光管的前端设置狭缝，使X射线发生器发射出的X射线通过狭缝后的射出光束构成扇形平面光束；其中，所述狭缝的宽度过大则会因散射而不能获得较薄的扇形平面光束，过小容易产生衍射现象，因此其宽度范围为0.1mm～30mm。

2)然后采用所述扇形平面光束扫描烟草包装，以对烟草包装进行线扫描；当本方法实施于卷烟包装生产线上时，其具体过程可以为：将烟草包装置于运动的传送带上，使X射线发生器设置于传送带的一侧，使传送带的运动方向为所述X射线发生器发出的扇形平面光束的垂直方向，这样烟草包装将会由传动带带动通过扇形平面光束，从而使扇形平面光束逐行扫射烟草包装。

3)所述扇形平面光束透过烟草包装，射入一可接收X射线的探测器内，并通过所述探测器转换成数字图像信号；其中，所述探测器采用荧光体(如砷化镓)接收X射线，所述荧光体与所述扇形平面光束在同一平面内。

4)最后采用计算机将所获得的数字图像信号处理成整副数字图像，从而根据所获得的数字图像判断烟草包装中的包装、卷制质量状况，并采用清除设备剔除质量不合规格的烟草包装。

附图1～4给出采用本发明烟草包装检测方法的烟草包装检测装置，它包括计算机1、X射线发生器、束光器9和探测器3。

所述X射线发生器采用公知技术，为了帮助了解本系统的工作原理，下面也详细介绍X射线发生器的基本结构及工作原理。

所述X射线发生器包括高压发生器7和X射线管8。

其中，所述高压发生器7是用来产生恒定直流高压并经过高压电缆供给X射线管组件的装置，它是X射线发生器的重要部件，它的参数由计算机软件设置，可靠性比较高。高压发生器7主要包括：微处理器、高压油箱、AC/DC、高频逆变器、稳压稳流电路、高压插座、充放电板、接线板及接地线等。另外，高压发生器7有专用调试软件，系统的高压控制是由计算机1通过串行口传送命令实现的。

高压发生器7的工作原理为：当系统进入启动状态，选择曝光条件(设置kV、mA、s)后，一旦按下系统预备按键，主控制单元CPU检测到该信息后发出指令，灯丝加热电路对X射线管的阴极灯丝进行快速加热。按下曝光键，脉宽调制单元的脉宽调制电路产生脉宽调制信号，驱动逆变器工作，逆变器驱动高压油箱产生高压加载到X射线管，产生X射线，射线曝光功能。

高压发生器所设置的程序要求曝光条件远小于X射线管的额定容量。以防止对X球管的过度使用，提高球管的寿命，降低机器的使用费用。

所述X射线管8也叫球管，X射线管是一种构造精密、易碎的高真空玻璃器件，因此放置在充满油的防护壳内，其基本作用是将电能转换成X射线。

参考附图2、3，所述束光器9设置于X射线管8的束光管的前端，呈盒状，其内部装有—激光灯，用以指示扫描的中心。其出光口为一条细长狭缝10，其功能为使X光束成一线。缝的宽度d很小，一般在0.1mm～30mm之间，如较佳值可采用1.0毫米。所述狭缝10的长度方向与烟草包装的传送方向垂直。所述束光器和狭缝均由铅防护，保证射线不向其它方向泄漏。

参考附图1、2、4，所述探测器3对应于X射线发生器和束光器9设置，其入射窗处设置有用于接收X射线的荧光体11。为了不影响图像的计数的数值，所述狭缝10最好与所述荧光体11在同一个水平面内。

所述探测器3还包括光电二极管阵列12和信号采集电路，所述光电二极管阵列12紧贴荧光体11设置，其信号引出线接入信号采集电路，从而将光电二极管12采集的模拟信号输入到信号采集电路中。

所述信号采集电路由移位放大器13、电源、模拟信号处理电路18、A/D转换电路14、可编程逻辑控制电路15、适配器16和接口电路17构成。

所述模拟信号处理电路18用来在可编程逻辑控制电路15指令的控制下读出信号和积分信号。A/D转换电路14用来把模拟信号转换为数字代码，以便写入适配器16的行存储器中。所述适配器16的作用是存储和缓存数字图像信号，按照TTL协议，满1帧后通过接口电路17发送到计算机1。

所述可编程逻辑控制电路15输出相应的控制信号至各部分电路，其功能主要有：

①使探测器3的多路线阵同步工作；

②可将数字信息写入适配器16的行存储器中；

③将接收的信号通过RS422接口，传送至计算机1；

④测试探测器电路；

⑤测试行存储器。

另外还设有容量为14位的控制器状态寄存器和帧长写入用的行计数器等。

在采集电路上还设有三个接口，以便与外部装置相接：

①低压电源接口：连接低压供电电源；

②RS232接口：与计算机1的串行口相连，主要是实现计算机1对探测器3的控制；

③RS422接口：连接计算机1中的采集卡，主要传输采集的图像数据。

下面给出本发明的一个具体实施例。

本实施例按其结构可分为三大部分：

i.扫描主机：扫描主机包括扫描机架、X射线管8、探测器3及防护机罩等。所述X射线发射器的X射线管8、束光器9、探测器3均安装在扫描机架上，且所述X射线管8和束光管9通过扫描机架安装在卷烟包装生产线的传送带的一侧，探测器3则对应安装在传送带的另一侧。球管焦点至探测器距离根据生产线的实际情况可以作调整。防护机罩采用标准的铅防护，将扫描机构封闭起来，可防止射线工作人员碰触，并作为扫描机构的防护。另外，扫描机架上还设有模拟X射线束的激光对位器，其指示的光束表示X线束扫描的中心位置，用于调试设备。

ii.机柜：机柜内装有X射线发生器的高压发生器7、电气控制系统和电器的开关控制及配电。其中，机柜左后侧为电气配电部分，装有接线端子、空气开关和接触器等；经配电分配后送往高压发生器7及扫描机架；本机供电为380V三相五线制，功率为40KW。机柜上方设置机柜开关，工作站的计算机及打印机等设备可以由机柜供电。高频高压发生器安装在机柜下部。电气控制系统安装在机柜的上部，其功能是：

A.根据来自计算机的信号，控制机械对位系统的动作；

B.向技术工作站反馈各开关状态的检测信号；

C.实现手动按键控制电机；

D.控制清除设备机械运动，将不合格包装推出传送带；

E.控制紧急停车等。

iii.控制台：包括手控盒(也叫高压发生器控制盒)和计算机。手控盒主要是开启和关闭高压发生器的装置，手控盒的面板上有高压发生器的高压开关、扫描急停开关，后面板上有电源接口、音箱接口、脚踏开关接口、急停开关接口、高压发生器控制接口、计算机串行通信接口，分别与高压发生器，控制机柜和计算机相连。球管的曝光控制及高压发生器kV与mA设定均由计算机通过软件自动完成。计算机控制扫描、成像、图像识别、发出剔除指令，并在显示器上显示，并对处理后的图像进行存储或打印。

本实施例中参数设置为：

高压发生器7采用的频率为33kHz，电压为40kV～125kV，电流为5mA～160mA，以保证X射线的质量和平稳性。

X射线管8焦点至探测器3距离为1500mm，X射线管8焦点至狭缝10距离为300mm，狭缝10的尺寸为100mm×1.0mm，投射在探测器3上的有效X射线面积为420mm×4.0mm。

所述探测器3的光电二极管阵列12、信号采集电路以及荧光体11被封装在一铝合金盒内，所述铝合金盒的前面板为具有屏蔽作用的铅锑合金材料，其上开设有铝膜密封的X射线入射窗。所述荧光体11设置于入射窗下方，它将入射的X射线能量转换为200～1000um波长的光能量。所述光电二极管阵列紧贴荧光体，它将光能量同比转换为电信号。一条长41cm的光电二极管阵列是由8段128个光电二极管线阵拼接而成，每个光电二极管单元的信号，作为图像的一个像素，用两个字节来表示其灰度值，每个光电二极管单元的灵敏面积约为0.4mm×0.4mm大小，每两个相邻二极管单元中心距离为0.4mm，所以探测器的空间分辨率为1.4Lp/mm。一条1024个光电二极管单元阵列的数据采集输出的时间由信号采集电路控制可调，例如一帧采集时间2秒的大小约为40cm×40cm的图像，一条阵列的数据采集输出时间为2.5ms。

以上参数仅为本实施例中所采用的一组参数，实际使用过程中，可以根据生产条件，修改相应参数，而获得最佳的检测效果。

每段128个光电二极管线阵的信号引出线分别连接到移位放大器13上，进行信号读取，读出的模拟信号经信号处理和前置放大器18放大，送入A/D转换电路14变为数字图像信号，再由行存储器及接口电路17将图像信号送出至计算机1。

探测器3的低压电源单独被封装在一个具有良好散热功能的金属方盒中，与探测器3通过一条10针的供电电缆相连，低压电源有2种输出电压，为信号采集电路供电。低压电源的输入为220V，输出有：+12伏、-12伏。

本实施例的工作流程为：

在计算机的控制下，首先启动高压发生器7向球管8加电，开始发射X射线，X射线通过束光器9的狭缝10，形成薄的扇形平面光束(如图2中虚线区域所示)，烟草包装2(烟盒，烟条，烟箱)通过传送带5的运送过程中，扇形的X射线扫过烟草包装2，射入探测器3，探测器3在采集系统的控制下，通过荧光体11和光电二极管阵列12采集每一行的带X射线影像信息的电信号，经过模拟信号处理并前置放大后再输入A/D转换电路14，从而获得数字图像信号，所述可编程控制电路15将数字图像信号以计数积累的方式写入行存储器内，然后开始记录下一行的信息，直至整帧结束。1帧数据采集结束后，将通过接口电路17输出至计算机进行数据处理。每个包装的数据采集完成的同时，软件系统就将进行数据重建及图像识别，从而获得整副的数字图像，并辨认缺支、缺盒、缺条的包装，最后在计算机的控制下，向烟草检测系统中的清除设备4发出剔除指令，将缺支、缺盒、缺条的包装推出传送带，此过程中的图像在监视屏幕上显示并能自动存档正常图像和缺支、缺盒、缺条的不合格包装。

Claims (10)

1、一种烟草包装检测方法，其特征在于：它是在卷烟包装过程中采用X射线检测烟草的包装缺陷或卷制缺陷的方法，包括如下步骤：

1)首先，在X射线发生器的束光管的前端设置狭缝，使X射线发生器发射出的X射线通过狭缝后的射出光束构成扇形平面光束；

2)然后采用所述扇形平面光束扫描烟草包装，以对烟草包装进行线扫描；

3)所述扇形平面光束透过烟草包装，射入一可接收X射线的探测器内，并通过所述探测器转换成数字图像信号；

4)最后采用计算机将所获得的数字图像信号处理成整副数字图像，从而根据所获得的数字图像判断烟草包装中的包装、卷制质量状况，并采用清除设备剔除质量不合规格的烟草包装。

2、如权利要求1所述烟草包装检测方法，其特征在于：所述狭缝的宽度范围为0.1mm～30mm。

3、如权利要求1所述烟草包装检测方法，其特征在于：所述步骤2)中对烟草包装进行线扫描的方法为：将烟草包装置于运动的传送带上，X射线发生器设置于传送带的一侧，使传送带的运动方向为所述X射线发生器发出的扇形平面光束的垂直方向，这样烟草包装将会由传动带带动通过扇形平面光束，从而使扇形平面光束逐行扫射烟草包装。

4、如权利要求1、2或3所述烟草包装检测方法，其特征在于：所述探测器采用荧光体接收X射线，所述荧光体与所述扇形平面光束在同一平面内。

5、如权利要求4所述烟草包装检测方法，其特征在于：所述狭缝的宽度值为1mm。

6、一种采用如权利要求1所述烟草包装检测方法的烟草包装检测装置，其特征在于：包括计算机、X射线发生器、束光器和探测器，所述束光器设置于X射线发生器的束光管的前端，其出光口为一条细长狭缝，所述探测器对应于X射线发生器和束光器设置，其入射窗处设置有用于接收X射线的荧光体。

7、如权利要求6所述烟草包装检测装置，其特征在于：所述探测器还包括光电二极管阵列和信号采集电路，所述光电二极管阵列紧贴荧光体设置，其信号引出线接入信号采集电路，从而将光电二极管采集的模拟信号输入到信号采集电路中。

8、如权利要求7所述烟草包装检测装置，其特征在于：所述信号采集电路由移位放大器、电源、模拟信号处理电路、A/D转换电路、可编程逻辑控制电路、适配器和接口电路构成，所述可编程逻辑控制电路输出相应的控制信号至各部分电路，所述移位放大器输入来自光电二极管阵列的模拟信号，并放大后输出至控制器的模拟信号处理电路，经过模拟信号处理并前置放大后再输入A/D转换电路，从而获得数字图像信号，所述A/D转换电路将数字图像信号输入至适配器缓存后通过接口电路输出至计算机。

9、如权利要求8所述烟草包装检测装置，其特征在于：所述束光器上的狭缝的长度方向与烟草包装的传送方向垂直，所述束光器内还设置有用于指示扫描中心的激光灯，所述光电二极管阵列、信号采集电路以及荧光体被封装在一铝合金盒内，所述铝合金盒的前面板为铅锑合金材料，其上开设有铝膜密封的X射线入射窗，所述荧光体设置于入射窗下方。

10、如权利要求6、7、8或9所述烟草包装检测装置，其特征在于：还包括扫描机架和手控盒，所述X射线发射器的X射线管、束光器、探测器均安装在扫描机架上，且束光器安装在X射线管的前端，所述扫描机架上还设置有模拟X射线束的激光对位器，所述手控盒分别与X射线发射器的高压发生器、计算机通讯，以控制高压发生器的工作状态。