一种输送带上烟丝物料堆积密度的在线检测方法技术

本发明专利技术涉及一种输送带上烟丝物料堆积密度的在线检测方法，其特征在于：是通过烟丝物料体积流量检测系统对输送带上的烟丝物料流量进行实时检测得出在测量时间T内通过的烟丝体积流量Q、以及通过在线皮带称重系统对输送带上的烟丝物料进行实时称重得出在检测时间T内的烟丝质量M，通过质量与体积的比值，获得测量时间T内的烟丝物料堆积密度。本发明专利技术的特点在于：所用设备安全、方便，方法原理可靠实用，利用电子在线皮带称重系统与光学检测系统连用在线检测输送带上烟丝堆积密度是可行的，使用此方法可方便快速地测定烟丝物料的堆积密度，对于实现在线检测烟丝物料填充性能质量稳定性及质量的波动情况，指导卷烟制丝及卷接工艺调控具有重要意义。

An on-line detection method of tobacco material bulk density on conveyor belt

The invention relates to an on-line detection method for the stacking density of the tobacco material on the conveyor belt, which is characterized in that: the volume flow detection system of the tobacco material on the conveyor belt can detect the volume flow of the tobacco material in real time to get the volume flow of the tobacco material passing through the measurement time t, and the online belt weighing system can weigh the tobacco material on the conveyor belt in real time to get the volume flow of the tobacco material passing through the measurement time t Detect the mass m of tobacco in time t, and obtain the packing density of tobacco material in time t by the ratio of mass to volume. The invention is characterized in that: the equipment used is safe and convenient, the method principle is reliable and practical, it is feasible to use the electronic online belt weighing system and the optical detection system to detect the stack density of the tobacco on the conveyor belt, the method can be used to measure the stack density of the tobacco material conveniently and quickly, and it is convenient to realize the on-line detection of the filling performance, quality stability and quality of the tobacco material It is of great significance to guide the adjustment and control of cigarette making and splicing process.

【技术实现步骤摘要】
一种输送带上烟丝物料堆积密度的在线检测方法
本专利技术属于烟草工艺检测
，具体涉及一种输送带上烟丝物料堆积密度的在线检测方法。
技术介绍
在卷烟卷接之前的制丝和掺配加香工艺环节中，烟丝(包括叶丝、膨胀叶丝、薄片丝、配方烟丝等)填充值是一项重要的物理检测指标。烟丝填充值是指单位重量的烟丝在一定压力下，经过一定时间后保持的体积。烟丝的填充能力与烟支的质量、卷烟单箱耗丝量、焦油含量有着密切的关系，对卷烟的主流烟气化学指标和感官内在质量有重要影响。目前，烟草生产企业烟丝填充值的测量大都是采用行业标准《YC/T152-2001卷烟烟丝填充值的测定》和《YC/T163-2003卷烟膨胀梗丝填充率的测定》，通过人工抽样静态方法测量，而该方法抽样比例低、数据离散大，不能准确地反映整批烟丝的填充值及变化。专利ZL200310121802.X和ZL200510086912.6分别公开了采用γ射线和X光进行在线测量烟丝填充值的方法和装置，但上述方法检测工艺复杂，并且在防护安全性及精确度存在问题。专利号为ZL201210000176.8公开了一种利用称重法，通过重量或其变化量与单位体积之间的对应关系，进行在线测量烟丝填充值的方法，但在实际过程中，单位时间烟丝的体积流量本身就是一个难以控制的变量，上述测量方法不能较好的反映烟丝的填充值变化。专利CN201710163715.2公开了一种储柜内烟丝填充值均值测量方法，该方法以装柜重量和体积获得柜批次的堆积密度进行数据转换得到填充值，并通过建立模型进行修正，但该方法是以柜为单位，不但检测过程信息少，大体量下烟丝堆积下内部密度本身不均匀。堆积密度为单位体积内烟丝的重量，对比上述填充值定义，其和填充值为倒数关系。上述测量方法是基于施加一定压辊压力将测量的堆积密度数据转换得到填充值，并与行业标准方法进行一定的建模修正，但填充值为一个综合表观值，它与烟丝的水分、配方组成、化学成分及烟丝结构都有关系，简单的模型修正并不准确，难以进行推广。因此，在线检测过程中，准确测量其堆积密度具有更直接的应用价值，可更直接的反映和关联制丝工艺过程引起的变化，以及对卷接质量的影响。所以，如何在线准确测量烟丝的堆积密度，成为本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种输送带上在线测定烟丝堆积密度的方法。本专利技术的意义在于提供了一种所用设备安全、方便，方法原理可靠和实用的输送带上在线测定烟丝堆积密度的方法。使用激光光场技术实现在线体积流量实时准确测量，电子皮带秤实现质量流量实时准确测量，获得自定义物料量颗粒的堆积密度，实现在线检测烟丝物料填充性能质量稳定性及质量的波动情况，指导卷烟制丝及卷接工艺实时调控。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种输送带上烟丝物料堆积密度的在线检测方法，是通过烟丝物料体积流量检测系统对输送带上的烟丝物料流量进行实时检测得出在测量时间T内通过的烟丝体积流量Q、以及通过在线皮带称重系统对输送带上的烟丝物料进行实时称重得出在检测时间T内的烟丝质量M，通过质量与体积的比值，获得测量时间T内的烟丝物料堆积密度ρb：所述烟丝物料体积流量检测系统包括光场相机、线性激光器、速度传感器和信息处理计算机组成，光场相机用于采集烟丝颗粒的光场信息以实现烟丝高度探测，线型激光器用于增强烟丝颗粒表面纹理以提高测量的准确度；速度传感器用以实时测量输送带前进速度；信息处理计算机用于接收光场相机和速度传感器传送的信号，对采集的光场信息进行数据处理获取烟丝截面高度，并根据输送带的速度计算得到烟丝的体积流量；所述在线皮带称重系统为生产线原有或新增皮带秤，光场相机及线性激光器安装于在线电子皮带秤之后的输送皮带中，两者之间(即皮带秤与输送皮带之间)无混料设备，称重系统实时称重输出重量。本专利技术具体包括以下步骤：1、通过光场成像测量输送带上烟丝物料在线体积流量。在烟丝物料传送带上方安装光场相机和线型激光器，线型激光器增强烟丝颗粒表面纹理，光场相机采集烟丝颗粒的光场信息以实现烟丝高度探测；在传送带滚轮处安装有速度传感器，用以实时测量传送带前进速度；利用信息处理计算机接收光场相机和速度传感器传送的信号，对采集的光场信息进行数据处理获取瞬时烟丝截面高度，并根据传送带的速度计算得到烟丝的体积流量。(1)将光场相机采集的光场信息用四维光场函数L(u,v,x,y)表示，用两组坐标(u,v)、(x,y)记录每一束进入相机的光线的方向。其中，光场相机中的微透镜阵列面上坐标(u,v)用于记录入射到的微透镜的位置，光场相机中的CCD平面上记录的坐标(x,y)用于表示入射光线到达像素的几何位置；(2)对光场相机采集的四维光场信息进行可视化操作。通过固定u＝u*,x＝x*，对于第u*列微透镜下的v幅图像，抽取第x*列像素并按从左到右的顺序排列组合成为极平面图像如下式所示，(3)通过对极平面图像进行边缘检测(即利用边缘检测算法对图像中的纹理线进行边缘检测)，然后进行直线检测，获得纹理线斜率。其中，通过边缘检测算子检测极平面图像中的纹理线，采用霍夫变换(HoughTransform)进行直线检测，并获得纹理线斜率k。边缘检测算子采用Sobel各向同性算子，横向和纵向算子的表达式分别为：(4)纹理深度计算。首先由三角测量原理，计算被测对象虚拟成像面到图像探测器CCD的距离：式中，lMLA，CCD为微透镜阵列到图像探测器之间的距离，lp为单个像素尺寸，d为微透镜直径。则虚拟成像面到主透镜的距离为：ls',ML＝lML,CCD-ls',CCD式中，lML，CCD为主透镜到图像探测器的距离。因此根据透镜成像公式，被测对象到主透镜的距离为：式中，f为主透镜焦距，在得到被测对象到主透镜的距离lO，ML之后，选定基线零点(就是参考位置点，类似于海平面高度设为零)所在位置，得到被测对象高度h。(5)对所获取的烟丝表面光场图像进行数据处理计算得到烟丝表面高度图h(x，y)。在y方向取均值，得到烟丝截面高度曲线H(x)。烟丝截面高度：式中，Y为激光照射带宽度；(6)对计算得到的烟丝截面高度Hi进行滤波、函数拟合操作，使其高度分布更加符合烟丝散落规律。其中，函数拟合采用傅里叶级数拟合，滤波公式为(7)设传送带宽度为X，在t时刻烟丝瞬时截面高度为H(x，t)，皮带速度测量传感器得到烟丝瞬时前进速度v(t)，计算烟丝体积流量Q。烟丝截面积为：烟丝瞬时体积流量为Q(t):Q(t)＝S(t)·v(t)在测量时间T内，烟丝通过的体积流量Q：2、通过在线皮带称重系统读取在线烟丝质量，皮带称重系统为生产线原有或新增皮带秤，光场相机及线性激光器安装于在线电子皮带秤之后的输送皮带中，两者之间无混料设备。皮带称重系统实时称重输出重量。电子皮带秤称重桥架安装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输送带上烟丝物料堆积密度的在线检测方法，其特征在于：是通过烟丝物料体积流量检测系统对输送带上的烟丝物料流量进行实时检测得出在测量时间T内通过的烟丝体积流量Q、以及通过在线皮带称重系统对输送带上的烟丝物料进行实时称重得出在检测时间T内的烟丝质量M，通过质量与体积的比值，获得测量时间T内的烟丝物料堆积密度ρb：/n

【技术特征摘要】
1.一种输送带上烟丝物料堆积密度的在线检测方法，其特征在于：是通过烟丝物料体积流量检测系统对输送带上的烟丝物料流量进行实时检测得出在测量时间T内通过的烟丝体积流量Q、以及通过在线皮带称重系统对输送带上的烟丝物料进行实时称重得出在检测时间T内的烟丝质量M，通过质量与体积的比值，获得测量时间T内的烟丝物料堆积密度ρb：



所述烟丝物料体积流量检测系统包括光场相机、线性激光器、速度传感器和信息处理计算机组成，光场相机用于采集烟丝颗粒的光场信息以实现烟丝高度探测，线型激光器用于增强烟丝颗粒表面纹理以提高测量的准确度；速度传感器用以实时测量输送带前进速度；信息处理计算机用于接收光场相机和速度传感器传送的信号，对采集的光场信息进行数据处理获取烟丝截面高度，并根据输送带的速度计算得到烟丝的体积流量；
所述在线皮带称重系统为生产线原有或新增皮带秤，光场相机及线性激光器安装于在线皮带秤之后的输送皮带中，称重系统实时称重输出重量。


2.根据权利要求1所述的输送带上烟丝物料堆积密度的在线检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)通过光场成像测量输送带上烟丝物料在线体积流量，
在烟丝物料传送带上方安装光场相机和线型激光器，且二者均垂直指向下方烟丝物料，线型激光器用于增强烟丝颗粒表面纹理，光场相机用于采集烟丝颗粒的光场信息以实现烟丝高度探测；在传送带滚轮处安装有速度传感器，用以实时测量传送带前进速度；信息处理计算机用于接收光场相机和速度传感器传送的信号，对采集的光场信息进行数据处理获取瞬时烟丝截面高度，并根据传送带的速度计算得到烟丝的体积流量，具体方案如下
(1)将光场相机采集的光场信息用四维光场函数L(u,v,x,y)表示，用两组坐标(u,v)、(x,y)记录每一束进入相机的光线的方向，其中，光场相机中的微透镜阵列面上坐标(u,v)用于记录入射到的微透镜的位置，光场相机中的CCD平面上记录的坐标(x,y)用于表示入射光线到达像素的几何位置；
(2)对光场相机采集的四维光场信息进行可视化操作，通过固定u＝u*,x＝x*，对于第u*列微透镜下的v幅图像，抽取第x*列像素并按从左到右的顺序排列组合成为极平面图像如下式所示，
(3)通过对极平面图像进行边缘检测，然后进行直线检测，获得纹理线斜率，其中，通过边缘检测算子检测极平面图像中的纹理线，采用霍夫变换(HoughTransform)进行直线检测，并获得纹理线斜率k。边缘检测算子采用Sobel各向同性算子，横向和纵向算子的表达式分别为：



(4)纹理深度计算。首先由三角测量原理，计算被测对象虚拟成像面...

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，鲁端峰，黄锋，王乐，张柯，
申请(专利权)人：中国烟草总公司郑州烟草研究院，
类型：发明
国别省市：河南;41