專利名稱：濾棒圓周在線自動檢測與控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種煙草機械，尤其是一種能對香煙輔材之一的濾棒的直徑及圓度進行檢測的裝置，具體地說是一種濾棒圓周在線自動檢測與控制裝置。
背景技術：
眾所周知，煙支與濾嘴棒的圓周及圓度是卷煙廠產(chǎn)品質(zhì)量十分重要的指標之一。 卷煙工藝規(guī)范要求產(chǎn)品圓周指標與允差為設計值士0. 20mm,圓度指標與允差為< 0. 35mm。 目前卷煙廠主要采用兩種方式對產(chǎn)品圓周及圓度進行檢測(1)試驗室離線檢測，檢測人員從機臺上抽取樣本后送往實驗室用檢測儀器進行檢測，此種方式存在的主要問題是，不能實時在線對機臺所生產(chǎn)的每支產(chǎn)品指標進行檢測和顯示，不能很好協(xié)助機臺操作人員發(fā)現(xiàn)圓周質(zhì)量問題并適時進行調(diào)整；(2)機臺在線氣壓式檢測，其原理是利用圓周變化所引起氣室內(nèi)氣壓變化來檢測圓周，主要問題是圓周變化所引起的氣壓變化值非常微弱，檢測信號易受干擾，再加上現(xiàn)場所提供的氣體壓力隨時都在波動，因此檢測分辨精度不夠，檢測結果可靠性、穩(wěn)定性差，而且不能進行圓度檢測。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對目前濾棒圓度和直徑檢測中的離線檢測存在周期長，不能實現(xiàn)對濾棒的實時整形，以及現(xiàn)有的氣壓式在線檢測方式的精度低、穩(wěn)定性差的問題，設計一種能自動在線實時檢測濾棒直徑及圓度的裝置。本實用新型的技術方案是一種濾棒圓周在線自動檢測與控制裝置，其特征是它主要由平行光源1、線陣 CCD檢測器2、掃描電機3、信號處理模塊4和執(zhí)行機構6組成，所述的平行光源1和線陣CCD 檢測器2分別位于濾棒正對的兩側，掃描電機3帶動平行光源1和線陣CCD檢測器2繞濾棒旋轉；信號處理模塊4的信號輸入端與線陣CCD檢測器2的信號輸出端相連，信號處理模塊4的信號輸出端同時與平行光源1的控制端、掃描電機的電機驅動器的控制信號輸入端以及執(zhí)行機構6的控制信號輸入端相連。所述的信號處理模塊4還連接有人機界面5。所述的平行光源1和線陣CXD檢測器2安裝在同一個轉盤上，轉盤由掃描電機3 驅動。本實用新型的有益效果本實用新型保證了濾棒成型機對濾棒周長的高精度控制，通過光電傳感器解決了環(huán)境波動對氣壓式傳感器檢測精度的影響，并可以提供濾棒圓度的檢測功能，大大提高了卷煙生產(chǎn)過程中對濾棒生產(chǎn)的質(zhì)量控制能力。系統(tǒng)具有指標先進、性能穩(wěn)定、結構合理、體積小巧的優(yōu)點，特別適合KDF2等機型的濾棒圓周控制系統(tǒng)的升級改造需求。本實用新型充分發(fā)揮了光電檢測系統(tǒng)實時監(jiān)測濾棒截面幾何尺寸變化的特點，通過信號轉換、數(shù)據(jù)處理得到濾棒的圓周和直徑數(shù)值，具有分辨率高，重復性好的特點。可廣泛應用在卷煙濾嘴外徑自動控制系統(tǒng)中，可取代原氣壓式外徑控制，具有精度高(接收像元尺寸< 10微米)，不受現(xiàn)場振動、噪音、溫度、粉塵和氣壓波動等各種干擾因素影響，檢測結果準確、穩(wěn)定、可靠。本實用新型的濾棒投影由CCD接收產(chǎn)生的電模擬信號通過轉換電路二值化，脈沖寬度與投影直徑成正比，脈寬計時由FPGA高速計數(shù)器來計算，計時精度高于0. 05微秒。本實用新型的信號處理模塊4采用基于NIOSII軟核處理器的SOPC解決方案，單片F(xiàn)PGA完成信號采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信、I/O控制等諸多功能，具有外圍電路簡潔、集成度高、軟硬件無縫連接，升級維護無需更換硬件等優(yōu)點。具有精度高(接收像元尺寸< IOym )，不受現(xiàn)場振動、噪音、溫度、粉塵和氣壓波動等各種干擾因素影響，檢測結果準確、穩(wěn)定、可靠，可替代原機氣壓式外徑控制，特別適合 KDF2等機型的濾棒圓周控制系統(tǒng)的升級改造需求。

圖1本實用新型的系統(tǒng)原理示意圖。圖2本實用新型檢測部分的機械結構示意圖。圖3本實用新型的CXD信號調(diào)理電路原理圖。圖4本實用新型的C⑶模擬信號波形示意圖。圖5本實用新型的實時數(shù)據(jù)顯示界面示意圖。圖6本實用新型的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)截圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。如圖1-6所示。一種濾棒圓周在線自動檢測與控制裝置，它主要由平行光源1、線陣CCD檢測器2、 掃描電機3、信號處理模塊4、人機界面5 (計算機及顯示器)和執(zhí)行機構6 (執(zhí)行機構6由執(zhí)行電機601驅動減速機構602運動，減速機構602再帶動調(diào)整濾棒直徑的壓板603動作) 組成，如圖1，所述的平行光源1和線陣CXD檢測器2分別位于濾棒正對的兩側，掃描電機3 帶動平行光源1和線陣CCD檢測器2繞濾棒旋轉；信號處理模塊4的信號輸入端與線陣CCD 檢測器2的信號輸出端相連，信號處理模塊4的信號輸出端同時與平行光源1的控制端、掃描電機的電機驅動器的控制信號輸入端以及執(zhí)行機構6的控制信號輸入端相連。所述的信號處理模塊4還連接有人機界面5。所述的平行光源1和線陣CCD檢測器2安裝在同一個轉盤上，轉盤由掃描電機3驅動，如圖2所示，圖2中線陣CCD檢測器平行光源均安裝在同一個轉盤上，轉盤安裝在支架上并由掃描電機帶動轉動，圖2中7為濾棒，8為連接轉盤和掃描電機的傳動帶，9為掃描電機軸，10為支架，11為上罩，12為濾棒入口導向套，15為濾棒輸出管。圖1中的機構還可分為三個部分即圓周檢測模塊13、主機14與執(zhí)行機構6。其中圓周檢測模塊13在濾棒通道中負責直徑信號的光電轉換及圓周掃描，采用電機同步皮帶傳動，帶動光源與線陣C⑶一體化的檢測轉盤圍繞中心開孔做圓周運動，掃描通道中的被測濾棒7得到全部圓周角的直徑數(shù)值；主機集中了信號處理電路4、電機驅動器、人機界面模塊5及電源等，通過信號電纜與檢測模塊13、執(zhí)行機構6等相連；執(zhí)行機構6可采用原有的成型機(如KDF2型)原機部件，包括交流執(zhí)行電機和減速機構及起抬壓板等。本實用新型的具體使用過程為安裝過程在停機狀態(tài)下將原機的氣壓式控徑系統(tǒng)拆卸，然后安裝光電檢測模塊， 固定光電檢測模塊后用專用工具進行通道準直調(diào)整，調(diào)整到位后固定調(diào)整螺絲；第二步安裝主機，將主機固定在原機上，連接主機至光電檢測器的信號電纜，連接主機至執(zhí)行電機的控制電纜，連接主機至原機起、停機觸點，最后接原機的Iiov交流電源線；試運行過程接通原機電源，開主機電源開關，人機界面顯示系統(tǒng)上電畫面。放入測試棒到光電檢測模塊通道中，點擊進入脫機運行模式，觀察掃描電機運行及界面顯示數(shù)據(jù)是否正常。調(diào)整直徑設定，觀察執(zhí)行電機運行是否正常。校準過程先設定圓周長標準值(比如24. 20mm)及其它參數(shù)，開機運行，系統(tǒng)將自動開始粗調(diào)、細調(diào)過程，直至濾棒讀數(shù)穩(wěn)定在2左右，調(diào)整指示燈不亮。保持此狀態(tài)穩(wěn)定運行20秒后停機；從此20秒時段生產(chǎn)的濾棒里隨機抽取30只濾棒，去離線檢測裝置測試， 得到實測濾棒周長平均值X (比如24. 57mm);點擊主界面上的參數(shù)設置按鍵，進入?yún)?shù)設置界面，點擊打開校準設置按鍵，進入校準設置界面。輸入校準實測周長為X(24. 57)，點擊進行校準按鍵后確認即可完成校準。運行維護過程系統(tǒng)校準后可以正式投入生產(chǎn)，按生產(chǎn)工藝設定工藝參數(shù)后系統(tǒng)自動控制執(zhí)行電機運行，無需人工干預。開機時檢查濾棒通道及掃描電機機構中無雜物，系統(tǒng)具有自動檢測功能，連續(xù)長時間運行將提醒清潔維護，保持系統(tǒng)狀態(tài)良好。本系統(tǒng)的工作原理為本實用新型的檢測通道位置可選擇在原氣壓式直徑檢測器的位置處，濾棒從入口導向盤進入通道檢測至輸出管出口高速運動不接觸任何物體，如圖2所示，在通道中間檢測位置照明光源1照射濾棒，平行光束被濾棒遮擋后投影在對面的線陣CCD檢測器2上，其投影長度即為直徑長度；線陣CCD輸出信號至信號處理模塊4，經(jīng)處理后得到直徑數(shù)據(jù)；信號處理模塊4控制掃描電機3運動，掃描電機帶動照明光源1和線陣CCD檢測器2圍繞濾棒做圓周運動，這個運動與信號采集過程同步進行得到不同角度的直徑數(shù)據(jù)，將直徑與步距角數(shù)據(jù)計算得到每個弧段的長度，在整個圓周角度范圍內(nèi)對弧長積分即可得到周長數(shù)值， 同時取出直徑的最大與最小之差值作為圓度；濾棒投影由CCD接收產(chǎn)生的電模擬信號通過轉換電路二值化，脈沖寬度與投影直徑成正比，脈寬計時由FPGA高速計數(shù)器來計算，計時精度高于0. 05微秒；信號處理模塊4采用基于NIOSII軟核處理器的SOPC解決方案，單片 FPGA完成信號采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信、I/O控制等諸多功能，具有外圍電路簡潔、集成度高、軟硬件無縫連接，升級維護無需更換硬件等優(yōu)點?？刂品椒ㄈ缦耡、上電后人機界面模塊將掉電保存的工藝參數(shù)標準周長值，周長偏差值，圓度偏差值，周長容差值等通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)街鳈C中的信號處理模塊，信號處理模塊開始檢測原機的運行信號，一旦原機開始啟動主電機，則系統(tǒng)進入在線工作狀態(tài)；b、將測量得到的周長值與標準周長值相減得到周長誤差值；如果誤差的絕對值小于周長容差則為可接受狀態(tài)，不對執(zhí)行機構進行調(diào)整，保持執(zhí)行電機位置；反之則打開執(zhí)行電機調(diào)節(jié)濾棒直徑，調(diào)節(jié)方向由誤差的正負決定；周長誤差超過周長偏差值時將觸發(fā)周長
5不合格報警，同樣圓度測量值超過圓度偏差值時產(chǎn)生圓度不合格報警信息；C、調(diào)節(jié)方式分粗調(diào)(快速連續(xù)調(diào)整)和細調(diào)(脈沖單步調(diào)整)兩種，當周長誤差絕對值超過調(diào)節(jié)方式轉換域值(出廠設為0. 15mm)時，自動選擇粗調(diào)方式，執(zhí)行電機連續(xù)轉動， 快速調(diào)節(jié)直徑，直至周長誤差絕對值減小到閾值以內(nèi)切換到細調(diào)方式，執(zhí)行電機脈沖方式轉動，每次轉動量由脈沖寬度決定，通過設置脈沖寬度可以達到30μπι的周長調(diào)節(jié)精度；d、信號處理模塊檢測到原機停機信號，將自動停止直徑調(diào)節(jié)操作，防止誤調(diào)節(jié)。延時(默認值為1分鐘)后停止掃描電機工作，進入待機狀態(tài)；e、所有工藝參數(shù)可以在線調(diào)整，調(diào)整后系統(tǒng)將進入更新調(diào)整周期，直至檢測值與設定值誤差小于容差；f、可關閉自動調(diào)徑，使用主機面板上的按鍵進行手動調(diào)徑。與上述裝置相配套的濾棒圓周在線自動檢測與控制方法包括以下步驟首先，在濾棒相對的兩面分別安裝一個能發(fā)射平行光的平行光源和一個用于接收平行光的線陣CCD檢測器；其次，將平行光源和線陣CCD檢測器同時安裝在一個轉盤上，使平行光源和線陣 CCD組件在掃描電機的帶動下同時圍繞濾棒旋轉；第三，按設定的轉角使CCD檢測器接收平行光源發(fā)射的光線得到濾棒在CCD檢測器上的投影寬度值，該投影寬度值即為濾棒的直徑，根據(jù)測得的直徑值及對應的轉角值進行計算即可得到每個轉角對應的弧段的長度，將所有弧段的長度進行積分(相加)即可得到濾棒的周長值，從而可計算出濾棒的平均直徑值，將旋轉一周所得的最大直徑值與最小直徑相減即得濾棒的圓度值；第四，如果所得的平均直徑值和圓度值有任一項與標準值的偏差大于設定的閾值，則控制系統(tǒng)控制執(zhí)行機構動作，調(diào)整濾棒的直徑至設定值。當測得平均直徑值和圓度值中有任一項與標準值的偏差大于設定的閾值時，系統(tǒng)自動進行聲光告警。本實用新型的自動檢測和控制方法的基本原理是照明光源產(chǎn)生平行光，將經(jīng)過檢測通道的濾棒投影到對面的線陣(XD，如圖1所示，線陣CCD檢測器在信號處理模塊的時序信號驅動下執(zhí)行擦除、曝光、采樣、移位，線陣 CCD檢測器的模擬輸出端根據(jù)移位脈沖輸出電壓波形，每個時刻的電壓代表直徑方向上對應點的接收光強；圖3為信號處理模塊上的CCD信號調(diào)理電路，對輸入CCD信號進行放大、 濾波后得到CCD信號如圖4所示，其中電位高低代表光強，光功率越強，電位越低，可見波形中部為濾棒陰影形成的高電位波形，在濾棒的投影邊界光強產(chǎn)生突變，形成上升下降沿；此模擬信號波形經(jīng)電壓比較器二值化處理得到脈沖信號輸出到FPGA高速計數(shù)器，F(xiàn)PGA中的高速計數(shù)器進行脈寬計時處理得到表示直徑大小的計數(shù)值。在掃描電機的驅動下，照明平行光源與線陣CCD檢測器圍繞著濾棒做往返圓周運動，目的是將整個圓周角度的直徑都采集下來，角度數(shù)據(jù)與直徑數(shù)據(jù)寫入雙口 RAM中。FPGA 中的OTOS II軟核處理器定時讀取雙口 RAM中的數(shù)據(jù)，得到不同時間的濾棒截面輪廓的快照，將直徑與角度換算為弧長，積分后得到此時的周長值，根據(jù)一周直徑的最大值與最小值的差得到圓度值?？刂葡到y(tǒng)中增加了人機界面模塊(如圖1)，人機界面模塊負責輸入工藝參數(shù)并實現(xiàn)掉電保存。上電時自動將標準周長值、周長偏差值、圓度偏差值、周長容差值等通過數(shù)據(jù)線傳輸給信號處理模塊中的NIOS II處理器，處理器根據(jù)采樣數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)執(zhí)行控制，并將狀態(tài)和檢測數(shù)據(jù)發(fā)到人機界面顯示。所采取的控制策略如下a、信號處理，信號處理模塊開始檢測成型機的運行信號，一旦原機開始啟動主電機，則系統(tǒng)進入在線工作狀態(tài)；b、將測量得到的周長值與標準周長值相減得到周長誤差；如果誤差的絕對值小于周長容差則為可接受狀態(tài)，不對執(zhí)行機構進行調(diào)整，保持執(zhí)行電機位置；反之則打開執(zhí)行電機調(diào)節(jié)濾棒直徑，調(diào)節(jié)方向由誤差的正負決定；周長誤差超過周長偏差值時將觸發(fā)周長不合格報警，同樣圓度測量值超過圓度偏差值時產(chǎn)生圓度不合格報警信息；C、調(diào)節(jié)方式分粗調(diào)(快速連續(xù)調(diào)整)和細調(diào)(脈沖單步調(diào)整)兩種，當周長誤差絕對值超過調(diào)節(jié)方式轉換域值(出廠設為0. 15mm)時，自動選擇粗調(diào)方式，執(zhí)行電機連續(xù)轉動， 快速調(diào)節(jié)直徑，直至周長誤差絕對值減小到閾值以內(nèi)切換到細調(diào)方式，執(zhí)行電機脈沖方式轉動，每次轉動量由脈沖寬度決定，通過設置脈沖寬度可以達到30μπι的周長調(diào)節(jié)精度；d、信號處理模塊檢測到原機停機信號，將自動停止直徑調(diào)節(jié)操作，防止誤調(diào)節(jié)。延時(默認值為1分鐘)后停止掃描電機工作，進入待機狀態(tài)。本實用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術相同或可采用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)。
權利要求1.一種濾棒圓周在線自動檢測與控制裝置，其特征是它主要由平行光源(1)、線陣CCD 檢測器(2)、掃描電機(3)、信號處理模塊(4)和執(zhí)行機構(6)組成，所述的平行光源(1)和線陣CCD檢測器(2)分別位于濾棒正對的兩側，掃描電機(3)帶動平行光源(1)和線陣CCD 檢測器(2)繞濾棒旋轉；信號處理模塊(4)的信號輸入端與線陣CCD檢測器(2)的信號輸出端相連，信號處理模塊(4)的信號輸出端同時與平行光源(1)的控制端、掃描電機的電機驅動器的控制信號輸入端以及執(zhí)行機構(6)的控制信號輸入端相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征是所述的信號處理模塊(4)還連接有人機界面(5)。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征是所述的平行光源(1)和線陣CCD檢測器(2) 安裝在同一個轉盤上，轉盤由掃描電機(3)驅動。
專利摘要一種濾棒圓周在線自動檢測與控制裝置，其特征是它主要由平行光源(1)、線陣CCD檢測器(2)、掃描電機(3)、信號處理模塊(4)和執(zhí)行機構(6)組成，所述的平行光源(1)和線陣CCD檢測器(2)分別位于濾棒正對的兩側，掃描電機(3)帶動平行光源(1)和線陣CCD檢測器(2)繞濾棒旋轉；信號處理模塊(4)的信號輸入端與線陣CCD檢測器(2)的信號輸出端相連，信號處理模塊(4)的信號輸出端同時與平行光源(1)的控制端、掃描電機的電機驅動器的控制信號輸入端以及執(zhí)行機構(6)的控制信號輸入端相連。具有精度高(接收像元尺寸<10μm)，不受現(xiàn)場振動、噪音、溫度、粉塵和氣壓波動等各種干擾因素影響，檢測結果準確、穩(wěn)定、可靠。
文檔編號G01B11/08GK201947930SQ20112001240
公開日2011年8月31日 申請日期2011年1月17日 優(yōu)先權日2011年1月17日
發(fā)明者吳擁軍, 王李蘇, 胡鈺, 陸延年 申請人:大樹智能科技(南京)有限公司