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Summary:本文设计了一种基于超声波的新型烟支空头检测装置,通过校准单元实时获取生产现场的超声波速度,使该新型烟支空头检测装置具有重复精度高、不受环境影响、不受检测背景影响的特点。
Keys:超声波烟支空头检测
随着技术的发展,烟支空头检测装置从电容式检测发展到光电式检测,再到基于视觉的成像式检测,烟支空头检出率有了一定程度提高,但由于电容式烟支空头检测[1]灵敏度低、光电式烟支空头检测[2]和成像式烟支空头检测[3]不同程度受到烟丝色差、粉尘、光照等因素的影响。以上三型烟支空头检测装置虽然已经有了相当的烟支空头检出率,但仍存在误检、漏检的情况,烟支空头检测装置的准确度和可靠性有待提高。
本文设计了一种基于超声波的新型烟支空头检测装置。该新型烟支空头检测装置,采用超声波测距原理对烟支烟丝端进行检测,通过校准单元实时测量生产现场的超声波速度以修正[4]测量值。该超声波[5]空头检测装置具有重复精度
高、不受温度、湿度、粉尘、光照等环境因素影响、不受检测对象及检测背景颜色影响的特点。
该超声波烟支空头检测装置的原理框图如图1所示,包括触摸屏、超声波探头、声速校准装置、烟支剔除装置和信号控制装置。触摸屏用于手动设置烟支空头的基准值,通过线缆与信号控制装置电连接。超声波探头用于检测烟支烟丝端的下陷深度,通过安装板固定在烟支接装机的侧壁上,并与烟支接装机上的烟支烟丝端对准。如图2所示,安装板2上开设有滑槽3,超声波探头1的底端设置有螺孔,螺栓穿过滑槽与超声波探头底端的螺孔配合,将其固定在安装板上。当超声波探头未与烟支烟丝端对准时,通过松动螺栓可使超声波探头沿滑槽移动,进而实现位置调整。
该超声波烟支空头检测装置的信号控制装置采用PLC,信号控制装置通过对比超声波探头检测的烟支下陷深度与烟支空头基准值,判断当前烟支是否为空头烟支。该空头烟支剔除装置包括同步检测模块和烟支剔除模块,同步检测模块和烟支剔除模块分别与信号控制装置电连接,同步检测模块用于采集烟支脉冲,烟支剔除模块用于剔除空头烟支。接装机每产生一根烟支,对应输出一个脉冲信号,当超声波探头检测到当前产生的烟支为空头烟支时,同步检测模块将其脉冲信号发送至信号控制装置,由于烟支剔除工位与烟支检测工位的距离确定,因此空头烟支到达烟支剔除工位的时间确定,当相应脉冲的烟支到达剔除工位时,信号控制装置控制烟支剔除模块执行剔除动作,剔除空头烟支。
该超声波烟支空头检测装置的声速校准装置(见图3)包括定长套管4、第一超声波收发模块5和第二超声波收发模块6,第一超声波收发模块和第二超声波收发模块相对设置在定长套管的两端,定长套管的侧壁上设置有支管
7,该支管的两端分别与定长套管和外界环境连通。当超声波探头对烟支烟丝端的下陷深度进行检测时,第一超声波收发模块5和第二超声波收发模6块定时交替工作,即沿定长套管多次收发超声波,并将超声波发送和接收时刻通过信号线传输至信号控制装置,信号控制装置根据定长套管的长度和超声波平均飞行时间计算超声波在当前环境中的实际飞行速度,根据实际飞行速度以及超声波探头1发送和接收超声波的时刻计算烟支烟丝端的下限深度,有效保证了空头烟支的检测精度,提高了检测装置的可靠性。
超声波的传播速度受环境温度、湿度影响较大,针对超声波的上述特性,本文提及的烟支空头检测装置设计了超声波校准单元,通过实际测量的方法对生产现场的超声波传播速度进行修正,是超声波测距应用于空头烟支质量检测领域。该检测装置采用超声波测距原理,通过校准单元实时校正生产现场的超声波速度,继而对空头检测的测量值进行修正。基于超声波的新型烟支空头检测装置重复精度高、不受温度、湿度、粉尘、光照等环境因素影响、不受检测对象及检测背景颜色影响,其在卷烟质量检测方面的应用,将在一定程度上提高烟支空头检测的准确率和可靠性,进一步保证卷烟烟支生产质量。
图1
图2
图3
[1]任炜,冯丽辉,[J].重庆理工大学学报,2007,21(10):97-99.
[2]唐磊,周密,[J].科协论坛(下半月),2012,000(009):24-25.
[3][J].中国科技博览,2015(8):234-234.
[4][J].电子世界,2007,000(011):13-15.
[5]赵海鸣,卜英勇,[J].矿业研究与开发,2006,26(003):62-65.
董胜利男本科单位:河南中烟工业有限责任公司研究方向烟机设备优化及维护
 
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