一种用于光电扫描式烟支质量检测的烟支定位方法

李建军

（广西中烟工业有限责任公司柳州卷烟厂，广西柳州，545000）

在香烟的生产活动中，需要对香烟产品的质量进行控制，由于机械加工无法完成对烟支空头、缺支等进行检测，必须依靠一定的技术手段实现对香烟产品的质量检测与控制。目前比较主流的一种技术方案是在包装机模盒烟支传输通道上安装光电扫描式烟支检测装置，利用反射式光电管对烟支端部发射红外光线，并对反射的电压进行采集，当光电管距离烟支端面较远时电压增高，距离近时电压降低，当烟支电压高于阈值时认为该烟支为空头烟支或缺支，判定其为不合格烟支。烟支的位置是根据编码器给出的相位确定的，通过预设烟支对应的固定相位区间来进行检测，在理想情况下，该种检测方式可准确检测出烟支端部是否存在凹陷，或烟支缺支等情况，然而烟支在生产过程中是运动的，烟支会晃动，这就导致预先划设的相位区间并不能很好反应烟支的实际位置，造成完好烟支也会因为在模盒中的晃动而导致检测结果不准（即预设的相位区间内光电管未对准烟支端部），影响检测的结果，对香烟的质量和产量造成不好的影响。

1 光电扫描式烟支检测装置工作原理

光电扫描式烟支检测装置对烟支的检测过程中是对烟支进行动态定位的，光电扫描式烟支检测装置的工作原理是根据光电管在预设固定相位区间的电压是否超过设定阈值来判断烟支是否存在质量缺陷，装置利用反射式光电管对烟支端部发射红外光线，并采集反射电压信号，采集电压随着光电管与烟支端部的距离增大而增大，距离减小而减小，当采集电压高于设定阈值时系统则认为该烟支有缺陷，判定其为不合格烟支。烟支端面电压扫描曲线如图1所示。光电管是该检测装置的核心部件之一，担负着扫描检测与信号传输的任务，在光电管内部集成有光敏接收端，该接收端具有对光的敏感性，可根据光的变化而产生相应的变化，因检测装置所使用的光电管的光敏接收端是PNP型3极管，电流从发射极流入的三极管，所以为保证三极管可靠工作，需要先将光电管电压校准到1 V，这样可以在烟支检测时使三极管顺利导通，即烟支完好时能保证光电管处于导通状态，从而提高系统的稳定性与精确性。如前所述，如果检测到烟支的端部完好时，光电管采集电压将接近1 V，采集电压信号曲线在1 V上下很小的范围内波动，随着烟支端部凹陷加深，采集到的电压信号就会越来越高。而实际检测时，烟支是抖动的，并非预设好的理想情况，在烟支在模盒内抖动的情况下，预设的固定相位区间的电压将偏离真实值，造成检测结果不准确。如图1中竖直虚线所示。

图1 烟支端面电压信号示意波形图

2 光电扫描式烟支质量检测的烟支定位方法设计

针对上述实际检测烟支抖动导致检测不准确的不足，提出了一种通过寻找电压曲线上波谷的位置来确定烟支的中心位置的方法，并在计算出的相位区间内进行电压信号的比较判断，通过比较判定电压信号以确定烟支是否存在缺陷，该方法可应用于光电扫描式烟支质量检测的烟支定位。方法所采用的具体技术方案如下：一种用于光电扫描式烟支质量检测的烟支定位方法，采用光电扫描式烟支检测装置将烟支端面信息转换成电压信号，电压信号对应电压曲线表示为f(x)，方案步骤具体包括：

步骤一∶遍历寻找电压曲线f(x)数值与直线Y = 1.5 V的交点，并将搜寻到的交点存入一个数组变量中，以供后续步骤使用；

步骤二∶对于第一对相差在15°以内的相邻交点，它们之间的最小值点对应的相位即为当前烟支的中心相位，对于相差在15°以上的相邻交点，存在两个以上烟支，则以0.01V为步径将直线Y = 1.5V下移，产生新直线Y = Y – 0.01；

步骤三∶判断电压曲线与新直线的交点是否有3个以上，如果有3个以上则进入步骤二进一步判读相邻两点是否满足相位差在15°以内；如果一直没有出现3个以上交点，则新直线Y = Y – 0.01与电压曲线有3个以上交点的情况，说明此处电压信号的波谷很宽，检测结果对应此处只有一个烟支，但该烟支却占据两个烟支以上的相位区间，说明存在缺支的不合格情况，需要将对应烟支进行剔除。

根据步骤一到步骤三，通过遍历寻找电压曲线f(x)数值与直线Y = 1.5 V的交点，以及对于相差在15°以上的相邻交点，以0.01V为步径将直线Y = 1.5V下移，产生新直线Y =Y – 0.01，并判断电压曲线与新直线的交点是否有3个以上，可解决实际检测烟支抖动造成的检测不准确的缺陷。根据步骤一到步骤三，优选地，所述光电扫描式烟支检测装置正常工作前都会校准至1V,以满足光电管的工作点1V的要求；优选地，所述步骤二里，一根烟支的直径占据相位宽度为 10°。

3 具体实施方式与案例分析

下面结合附图和具体实施例对本方法的具体实施方式做进一步说明：

如图2所示，一种用于光电扫描式烟支质量检测的烟支定位方法，采用光电扫描式烟支检测装置将烟支端面信息转换成电压信号，电压信号对应电压曲线f(x)，具体包括：

步骤一：寻找电压曲线f(x)与直线Y = 1.5V的交点，存入数组；选择直线Y = 1.5V的依据是光电扫描式烟支检测装置正常工作前都会校准至1V以满足光电管的工作点1V的要求。

步骤二：一根烟支的直径占据相位宽度10°，对于第一对相差15°以内的相邻交点，它们之间的最小值点对应的相位即为当前烟支的中心相位，对于相差15°以上的相邻交点，存在两个以上烟支，则以0.01为步径将直线Y = 1.5V下移，产生新直线Y = Y–0.01；

步骤三：判断电压曲线与新直线的交点是否有3个以上，是则进入步骤二进一步判读相邻两点是否满足相位差在15°以内；如果一直没有出现新直线Y = Y – 0.01与电压曲线有3个以上交点的情况，说明此处波谷很宽，对应此处只有一个烟支却占据两个烟支以上的相位区间，说明存在缺支的不合格情况，需要将对应烟支进行剔除。

通过以上方法可计算出生产过程中烟支的相位，然后在计算出的相位区间内进行电压比较判断，以确定烟支是否存在缺陷，解决了光电扫描式烟支检测装置在预设固定相位进行电压检测时因烟支晃动造成检测结果不准确的问题，降低了误检和漏检，具有显著的经济效益。

图2 用于光电扫描式烟支质量检测的烟支定位方法流程图