一種用于光電掃描式煙支質量檢測的煙支定位方法

李建軍

（廣西中煙工業有限責任公司柳州卷煙廠，廣西柳州，545000）

在香煙的生產活動中，需要對香煙產品的質量進行控制，由于機械加工無法完成對煙支空頭、缺支等進行檢測，必須依靠一定的技術手段實現對香煙產品的質量檢測與控制。目前比較主流的一種技術方案是在包裝機模盒煙支傳輸通道上安裝光電掃描式煙支檢測裝置，利用反射式光電管對煙支端部發射紅外光線，并對反射的電壓進行采集，當光電管距離煙支端面較遠時電壓增高，距離近時電壓降低，當煙支電壓高于閾值時認為該煙支為空頭煙支或缺支，判定其為不合格煙支。煙支的位置是根據編碼器給出的相位確定的，通過預設煙支對應的固定相位區間來進行檢測，在理想情況下，該種檢測方式可準確檢測出煙支端部是否存在凹陷，或煙支缺支等情況，然而煙支在生產過程中是運動的，煙支會晃動，這就導致預先劃設的相位區間并不能很好反應煙支的實際位置，造成完好煙支也會因為在模盒中的晃動而導致檢測結果不準（即預設的相位區間內光電管未對準煙支端部），影響檢測的結果，對香煙的質量和產量造成不好的影響。

1 光電掃描式煙支檢測裝置工作原理

光電掃描式煙支檢測裝置對煙支的檢測過程中是對煙支進行動態定位的，光電掃描式煙支檢測裝置的工作原理是根據光電管在預設固定相位區間的電壓是否超過設定閾值來判斷煙支是否存在質量缺陷，裝置利用反射式光電管對煙支端部發射紅外光線，并采集反射電壓信號，采集電壓隨著光電管與煙支端部的距離增大而增大，距離減小而減小，當采集電壓高于設定閾值時系統則認為該煙支有缺陷，判定其為不合格煙支。煙支端面電壓掃描曲線如圖1所示。光電管是該檢測裝置的核心部件之一，擔負著掃描檢測與信號傳輸的任務，在光電管內部集成有光敏接收端，該接收端具有對光的敏感性，可根據光的變化而產生相應的變化，因檢測裝置所使用的光電管的光敏接收端是PNP型3極管，電流從發射極流入的三極管，所以為保證三極管可靠工作，需要先將光電管電壓校準到1 V，這樣可以在煙支檢測時使三極管順利導通，即煙支完好時能保證光電管處于導通狀態，從而提高系統的穩定性與精確性。如前所述，如果檢測到煙支的端部完好時，光電管采集電壓將接近1 V，采集電壓信號曲線在1 V上下很小的范圍內波動，隨著煙支端部凹陷加深，采集到的電壓信號就會越來越高。而實際檢測時，煙支是抖動的，并非預設好的理想情況，在煙支在模盒內抖動的情況下，預設的固定相位區間的電壓將偏離真實值，造成檢測結果不準確。如圖1中豎直虛線所示。

圖1 煙支端面電壓信號示意波形圖

2 光電掃描式煙支質量檢測的煙支定位方法設計

針對上述實際檢測煙支抖動導致檢測不準確的不足，提出了一種通過尋找電壓曲線上波谷的位置來確定煙支的中心位置的方法，并在計算出的相位區間內進行電壓信號的比較判斷，通過比較判定電壓信號以確定煙支是否存在缺陷，該方法可應用于光電掃描式煙支質量檢測的煙支定位。方法所采用的具體技術方案如下：一種用于光電掃描式煙支質量檢測的煙支定位方法，采用光電掃描式煙支檢測裝置將煙支端面信息轉換成電壓信號，電壓信號對應電壓曲線表示為f(x)，方案步驟具體包括：

步驟一∶遍歷尋找電壓曲線f(x)數值與直線Y = 1.5 V的交點，并將搜尋到的交點存入一個數組變量中，以供后續步驟使用；

步驟二∶對于第一對相差在15°以內的相鄰交點，它們之間的最小值點對應的相位即為當前煙支的中心相位，對于相差在15°以上的相鄰交點，存在兩個以上煙支，則以0.01V為步徑將直線Y = 1.5V下移，產生新直線Y = Y – 0.01；

步驟三∶判斷電壓曲線與新直線的交點是否有3個以上，如果有3個以上則進入步驟二進一步判讀相鄰兩點是否滿足相位差在15°以內；如果一直沒有出現3個以上交點，則新直線Y = Y – 0.01與電壓曲線有3個以上交點的情況，說明此處電壓信號的波谷很寬，檢測結果對應此處只有一個煙支，但該煙支卻占據兩個煙支以上的相位區間，說明存在缺支的不合格情況，需要將對應煙支進行剔除。

根據步驟一到步驟三，通過遍歷尋找電壓曲線f(x)數值與直線Y = 1.5 V的交點，以及對于相差在15°以上的相鄰交點，以0.01V為步徑將直線Y = 1.5V下移，產生新直線Y =Y – 0.01，并判斷電壓曲線與新直線的交點是否有3個以上，可解決實際檢測煙支抖動造成的檢測不準確的缺陷。根據步驟一到步驟三，優選地，所述光電掃描式煙支檢測裝置正常工作前都會校準至1V,以滿足光電管的工作點1V的要求；優選地，所述步驟二里，一根煙支的直徑占據相位寬度為 10°。

3 具體實施方式與案例分析

下面結合附圖和具體實施例對本方法的具體實施方式做進一步說明：

如圖2所示，一種用于光電掃描式煙支質量檢測的煙支定位方法，采用光電掃描式煙支檢測裝置將煙支端面信息轉換成電壓信號，電壓信號對應電壓曲線f(x)，具體包括：

步驟一：尋找電壓曲線f(x)與直線Y = 1.5V的交點，存入數組；選擇直線Y = 1.5V的依據是光電掃描式煙支檢測裝置正常工作前都會校準至1V以滿足光電管的工作點1V的要求。

步驟二：一根煙支的直徑占據相位寬度10°，對于第一對相差15°以內的相鄰交點，它們之間的最小值點對應的相位即為當前煙支的中心相位，對于相差15°以上的相鄰交點，存在兩個以上煙支，則以0.01為步徑將直線Y = 1.5V下移，產生新直線Y = Y–0.01；

步驟三：判斷電壓曲線與新直線的交點是否有3個以上，是則進入步驟二進一步判讀相鄰兩點是否滿足相位差在15°以內；如果一直沒有出現新直線Y = Y – 0.01與電壓曲線有3個以上交點的情況，說明此處波谷很寬，對應此處只有一個煙支卻占據兩個煙支以上的相位區間，說明存在缺支的不合格情況，需要將對應煙支進行剔除。

通過以上方法可計算出生產過程中煙支的相位，然后在計算出的相位區間內進行電壓比較判斷，以確定煙支是否存在缺陷，解決了光電掃描式煙支檢測裝置在預設固定相位進行電壓檢測時因煙支晃動造成檢測結果不準確的問題，降低了誤檢和漏檢，具有顯著的經濟效益。

圖2 用于光電掃描式煙支質量檢測的煙支定位方法流程圖