烟支轴向穿孔特征的检测装置及其配套的轴向穿孔装置的制作方法

测量装置的制造及其应用技术1.本发明属于激光打孔技术领域，特别涉及一种烟支轴向穿孔特征的检测装置，及具有光学检测功能的烟支轴向穿孔装置。背景技术：2.中国专利202011221397.9揭示一种烟支轴向穿孔特征的反馈功能，其利用高速摄像机进行烟支轴向直径0.15mm穿孔的拍摄，并进行孔的大小、排列间隔等特征进行拍摄比对，由于中高速卷烟机的烟条轴向运行速度很快，中速机为5-7米/秒，高速卷烟机的速度更快，因此在利用高速摄像机进行孔拍摄和实时信号处理时由于处理实时图像信号需要时间，造成拍摄的图像模糊、孔图像拖尾的现象，使得图像中孔洞长度特征采集和运算失败，除非采用成本更高的超高速摄像机，以及更快的实时处理系统进行进行采集处理，因此，费用的上升体积的增加，降低了系统的适用性，同时现场空间也无法安装超高速的摄像机。3.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。技术实现要素：4.本发明的目的在于提供一种烟支轴向穿孔特征的检测装置，从而克服上述现有技术中的缺陷。5.为实现上述目的，本发明提供了一种烟支轴向穿孔特征的检测装置，其特征在于：包括：检测光源，安装在已经完成轴向打孔的双倍长烟条运行方向的上方，用于发送检测光至双倍长烟条表面的打孔区域，第二整形器，设置在已经完成烟支轴向打孔的双倍长烟条一侧，用于汇聚检测光源第一整形器照射在双倍长烟条打孔区域所形成的光斑阴影，并在光敏传感器上成像；光敏传感器，设置在第二整形器的出射光路中，用于将第二整形器汇聚成像的光斑阴影的明暗变化转化成特征检测所需的明暗电平信号。6.该设计的原理为：当烟支表面有孔其反射信号在光敏传感器上表现为“暗”，当烟支表面无孔其反射信号在光敏传感器上表现为“亮”，烟支表面的长条孔表现为长时间的“暗”。7.当烟条连续运行时，上述光敏传感器信号的“明、暗”变化构成一个脉冲序列，该脉冲序列的特征与打孔控制装置输出的控制脉冲相符合。8.光敏传感器具有价格低，反应快，响应频率高，将利用摄像机对图像处理的信号过程，转换为利用光敏传感器对光亮度检测的信号过程，将图像像素的识别，转换为脉冲信号高低的识别，所以速度高，实时性好完全能够满足每秒钟运行5-6m烟条的孔的检测。9.优选地，上述技术方案中，还包括第一整形器，所述第一整形器安装在检测光源的出射光路中，用于将检测光整形成特定形状的光斑后，照射在双倍长烟条表面的打孔区域；第二整形器，设置在已经完成烟支轴向打孔的双倍长烟条一侧，用于汇聚第一整形器照射在双倍长烟条打孔区域所形成的光斑阴影，并在光敏传感器上成像。10.优选地，上述技术方案中，检测光源为光线圆周分布的环形光源、集中分布的圆形光源，或者为点状光源，所述圆形光源或者直接照射在双倍长度烟条的打孔区域，或者与点状光源光源一样，经过第一整形器后形成光点状检测光斑、园斑状检测光斑或者线性状检测光斑，实现对烟支表面孔洞的扫描。11.优选地，上述技术方案中，当采用点状检测光斑时，点状检测光斑照射位于烟支表面孔所在的轴向线路上。12.优选地，上述技术方案中，当采用线条形光斑时，线条长度方向与烟支轴向的运行方向成α角，优选α=10-90°，进一步优选α=60-90°，线条形光斑覆盖烟支表面孔所在的轴向线路上；（根据烟支表面聚焦的角度、形状进行α角度设定，可以获得最大的检测灵敏度）优选地，上述技术方案中，检测光源优选激光光源；（激光光源具有抗干扰，亮度高的效果，波长单一，不易被干扰的特点，所形成的横向线性光斑，该光斑与烟条运行方向垂直，利用烟条自身的轴向运动实现对烟条表面孔的扫描，）。13.优选地，上述技术方案中，当所述检测光源的输出光为点状光源发散光时，第一整形器至少为两个透镜或者一个第一凸透镜和一个第二柱形透镜构成，所述检测光源位于该第一透镜的一侧的焦点上，检测光源发出的发散光束经过第一透镜后形成平行光束，经过第二透镜后形成点状检测光斑或者圆形检测光斑；或者再经过所述的第二柱形透镜后形成线性检测光斑；当所述的检测光源的输出光为圆形平行光时，检测光源或者直接照射在烟支表面孔所在的轴向线路上，或者经过所述的柱形透镜后形成线性光斑，所述第一整形器至少为一个柱形透镜（如此设置，提高检测光源的等级亮度，提升检测的准确性和抗干扰能力）优选地，上述技术方案中，检测光源经过第一整形器后所形成的线性光斑与烟支运行轴向垂直，线性光斑长0.3-3mm，宽0.1-0.5mm。14.优选地，上述技术方案中，光斑长度0.3-1mm。（如此的设置，可以确保光斑的能量聚焦密度较大，亮度较大，提高检测的准确度和抗干扰能力）优选地，上述技术方案中，检测光源的输出光束与烟条运动轴向工作面方向还构成一β为0-90°的空间角，确保烟支表面孔位于线性光斑的检测区域内，同时，利用孔侧壁挡光的特点实现暗斑最大化；（暗斑最大，可提升检测灵敏度）优选地，上述技术方案中，当检测光源照射在双倍长烟条打孔区域时，所述第二整形器由至少一个凸透镜组成，构成一个成像单元，所述光敏传感器位于整形器-2的焦距n整数倍距离的附近；当检测光源照射在倍长烟条打孔区域形成的光斑为点状光斑时，所述第二整形器由至少一个凸透镜组成，构成一个成像单元，所述光敏传感器位于整形器-2的焦距n整数倍距离的附近。15.优选地，上述技术方案中，当第一整形器照射至双倍长烟条打孔区域形成的光斑为线性条状光斑时，由至少一个凸透镜和柱状透镜组成，构成一个成像单元，所述烟支表面的线性光斑位于柱面透镜的焦点附近，光敏传感器位于整形器-2的焦距n整数倍距离的附近。16.优选地，上述技术方案中，整形器-2和光敏传感器集成在一个罩壳内。17.一种烟支轴向穿孔分析方法，利用前文获得的脉冲序列的特征与打孔控制装置输出的控制脉冲相比对，如果两者吻合则打孔符合要求，如两者不符合则打孔存在瑕疵。18.一种具有光学检测功能的烟支轴向穿孔装置，包括：主激光器、控制单元、聚焦单元、同步脉冲、以及前文记载的检测装置；控制单元根据工艺参数设定打孔间隔和打孔时间，控制单元根据反映烟条运行位置和速度的同步脉冲发出打孔的第一脉冲序列给主激光器，主激光器发出与第一脉冲序列对应的穿孔激光光束，经过聚焦装置后在轴向运行的烟支表面完成穿孔；光敏传感器感受第二整形器的聚焦光斑的亮度变化，随时间改变构成第二脉冲序列；控制单元，用于接受并存储光敏传感器的明暗电平信号以及机器同步脉冲，形成与机器同步脉冲对应的、与孔以及孔长度对应的脉冲序列。19.优选地，上述技术方案中，控制单元内包含至少两个脉冲移位寄存器，用于存放所述第一脉冲序列和第二脉冲序列。20.一种烟支轴向穿孔分析方法，在同步脉冲的协调下，将前文所述的第二脉冲序列与第一脉冲序列的当前状态进行比对，相符的为正常（脉冲序列-1存在打孔脉冲“1”对应有孔-光敏传感器为“暗”，脉冲序列-1存在打孔脉冲“0”对应有孔-光敏传感器为“亮”，），不符的报警（脉冲序列-1存在打孔脉冲“1”对应有孔-光敏传感器为“亮”）；优选地，上述技术方案中，控制单元内包含一个脉冲移位寄存器，用于存放第一脉冲序列。21.一种烟支轴向穿孔分析方法，在同步脉冲的协调下，在同步脉冲的协调下，将前文所述中的第一脉冲序列与第二脉冲序列的当前值进行比对，相符的为正常（脉冲序列-1存在打孔脉冲“1”对应有孔-光敏传感器为“暗”，脉冲序列-1存在打孔脉冲“0”对应有孔-光敏传感器为“亮”，），不符的报警（脉冲序列-1存在打孔脉冲“1”对应有孔-光敏传感器为“亮”）。22.优选地，上述技术方案中，同步信号，为反映烟支速度或烟支位置特征信号的脉冲，可来自于传感器或者机器内部的时钟信号。23.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该设计特别适合高速地对烟支轴向打孔的设备进行低成本的打孔运行监测且无需照相机，体积小巧，耐用，降低了购置成本。附图说明24.图1为本发明的光路结构示意图；图2a为环形光源和圆形光斑光源的示意图；图2b为点光源形成点状检测光斑和圆形检测光斑以及线性检测光斑的示意图；图3为点光斑和线光斑的示意图；图4为β角度的示意图；图5为本发明的光路结构示意图；图6为本发明的光路结构示意图；图7为具有检测功能的烟支轴向穿孔设备示意图；图8为脉冲序列示意图。具体实施方式25.下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。26.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。27.一种烟支轴向穿孔特征的光学检测装置，该装置设置已经完成轴向打孔的双倍长烟条正上方，包括：检测光源、整形器-1、整形器-2、以及光敏传感器，所述检测光源的输出光束经过整形器-1整形后形成点状或者线条形光斑，照射在烟条表面，当采用点状光斑时，点状光斑照射位于烟支表面孔所在的轴向线路上；当采用线条形光斑时，线条长度方向与烟支轴向的运行方向成α角，优选α=10-90°，进一步优选α=60-90°，线条形光斑覆盖烟支表面孔所在的轴向线路上；（根据烟支表面聚焦的角度、形状进行α角度设定，可以获得最大的检测灵敏度）。28.所形成的反射信号经过整形器-2汇聚后，照射在光敏传感器上，从而在光敏传感器上获得与烟支表面轴向孔分布所对应的明暗变化信号且与烟条运行速度相对应的脉冲序列；（当烟支表面有孔其反射信号在光敏传感器上表现为“暗”，当烟支表面无孔其反射信号在光敏传感器上表现为“亮”，烟支表面的长条孔表现为长时间的“暗”。29.当烟条连续运行时，上述光敏传感器信号的“明、暗”变化构成一个脉冲序列，该脉冲序列的特征与打孔控制装置输出的控制脉冲相符合。30.光敏传感器具有价格低，反应快，响应频率高，将利用摄像机对图像处理的信号过程，转换为利用光敏传感器对光亮度检测的信号过程，将图像像素的识别，转换为脉冲信号高低的识别，所以速度高，实时性好完全能够满足每秒钟运行5-6m烟条的孔的检测）检测光源为高亮度、单色性好、体积小的发光光源，经过整形器1后形成一光点或者一线性光斑，利用该光点或者线性光斑照射在烟支表面，实现对烟支表面孔洞的扫描，所述的检测光源优选激光光源；（激光光源具有抗干扰，亮度高的效果，波长单一，不易被干扰的特点，所形成的横向线性光斑，该光斑与烟条运行方向垂直，利用烟条自身的轴向运动实现对烟条表面孔的扫描。）当检测光源的输出光为发散光时，所述的整形器-1至少为两个透镜或者一个第一凸透镜和一个第二柱形透镜构成，所述的检测光源位于该第一透镜的一侧的焦点上，检测光源发出的发散光束经过第一透镜后形成平行光束，经过第二透镜后形成点光斑；或者再经过所述的第二柱形透镜后形成线性光斑；当检测光源的输出光为平行光时，所述的整形器-1至少为一个柱形透镜，所述的检测光源的平行光束，经过所述的柱形透镜后形成线性光斑；烟支表面位于整形器-1所形成汇聚光点或者汇聚线性光斑的焦点附近；（如此设置，提高检测光源的等级亮度，提升检测的准确性和抗干扰能力）检测光源经过整形器-1后所形成的线性光斑，优选与烟支运行轴向垂直，线性光斑长0.3-3mm宽0.1-0.5mm，优选光斑长度0.3-1mm；（如此的设置，可以确保光斑的能量聚焦密度较大，亮度较大，提高检测的准确度和抗干扰能力）检测光源的输出光束，与烟条运动轴向工作面方向还构成一β为0-90°的空间角，确保烟支表面孔位于线性光斑的检测区域内，同时，利用孔侧壁挡光的特点实现暗斑最大化；（暗斑最大，可提升检测灵敏度）整形器-2，当使用点状光斑时，由至少一个凸透镜组成，构成一个成像单元，所述光敏传感器位于整形器-2的焦距n整数倍距离的附近。如图5所示。31.当使用线性条状光斑时，由至少一个凸透镜和柱状透镜组成，构成一个成像单元，所述烟支表面的线性光斑位于柱面透镜的焦点附近，光敏传感器位于整形器-2的焦距n整数倍距离的附近。如图6所示。32.整形器-2和光敏传感器集成在一个罩壳内。33.如图7所示，一种烟支轴向穿孔特征的光学检测装置及其穿孔装置，包括：主激光器、控制单元、聚焦单元、同步脉冲、检测光源、整形器-1、整形器-2、和光敏传感器构成；控制单元根据工艺参数设定打孔间隔和打孔时间，控制单元根据反映烟条运行位置和速度的同步脉冲发出打孔的脉冲序列-1给主激光器，主激光器发出与控制脉冲序列-1对应的穿孔激光光束，经过聚焦装置后在轴向运行的烟支表面完成穿孔；光敏传感器感受整形器-2的聚焦光斑的亮度变化，随时间改变构成一个脉冲序列-2；一种实现方式为：控制单元内包含至少两个脉冲移位寄存器，用于存放所述的控制脉冲序列-1，另一个用于存放所述的脉冲序列-2，在同步脉冲的协调下，将实时的光敏传感器电平脉冲序列-2与脉冲序列-1的当前状态进行比对，相符的为正常（脉冲序列-1存在打孔脉冲“1”对应有孔-光敏传感器为“暗”，脉冲序列-1存在打孔脉冲“0”对应有孔-光敏传感器为“亮”，），不符的报警（脉冲序列-1存在打孔脉冲“1”对应有孔-光敏传感器为“亮”）；另一种实现方式为：控制单元内包含一个脉冲移位寄存器，用于存放所述的控制脉冲序列-1，在同步脉冲的协调下，将移位后的值与脉冲序列-2的当前值进行比对，相符的为正常（脉冲序列-1存在打孔脉冲“1”对应有孔-光敏传感器为“暗”，脉冲序列-1存在打孔脉冲“0”对应有孔-光敏传感器为“亮”，），不符的报警（脉冲序列-1存在打孔脉冲“1”对应有孔-光敏传感器为“亮”）；本文中的同步信号或者同步脉冲，为反映烟支速度或烟支位置特征信号的脉冲，可来自于传感器或者机器内部的时钟信号。34.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。









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