一种卷烟飞灰量定量分析的检测装置及检测方法与流程

[0001]
本发明属于卷烟飞灰检测技术领域，涉及一种检测卷烟飞灰的方法，具体涉及一种卷烟飞灰量定量分析的检测装置及检测方法。


背景技术：

[0002]
随着卷烟技术的发展及消费者对卷烟抽吸品质要求的不断提高，卷烟在抽吸过程中燃烧包灰性能的优劣越来越受到消费者的关注，同时，由于抽吸过程中烟灰掉落情况还存在污染环境和消费者衣服等不利情况，所以如何提升卷烟燃烧包灰性能一直都是烟草行业研究的重要方向之一。
[0003]
目前，对卷烟燃烧包灰性能的研究方法主要通过卷烟在静置燃烧后，对形成的灰柱的凝灰效果优劣状况进行对比和评价。需要注意的是，目前方法通过静燃或在抽吸条件下静态评价卷烟包灰性能，而消费者关注的是卷烟在抽吸过程中的卷烟包灰质量优劣。可见，采用现行方法仅能对燃烧后卷烟整体灰柱进行对比评价，进而指导卷烟包灰性能质量改进提升，并不能客观地反应出卷烟抽吸过程中卷烟的飞灰情况，以及消费者在抽吸过程中，弹灰操作造成的飞灰量。
[0004]
飞灰可能造成污染环境和消费者衣服，引发周边非吸烟者反感等情况，可见，以消费需求和安全为导向，研究降低卷烟抽吸过程中的飞灰具有重要意义。
[0005]
基于现有检测技术不足，同时，由于卷烟燃烧过程中飞灰指标特性，具有测量精度要求高、测量样本数量多、飞灰状态持续时间短等特点，很难通过人工的方式进行检测。所以，开发适用于卷烟研制和卷烟飞灰特性的检测设备十分必要。
[0006]
为了解决以上问题，提出本发明。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，本发明首先提出了卷烟飞灰指标，抽吸过程中卷烟燃烧飞灰包含两部分，第一部分是卷烟在抽吸运动过程中(非弹烟灰的过程)，脱离卷烟灰柱的烟灰；第二部分是在弹灰过程中未掉落到烟灰收集盒(实际过程中的烟灰缸)的，且脱离灰柱的烟灰。
[0008]
进一步本发明提出了一种卷烟飞灰量定量分析的检测装置及检测方法，该方法是针对卷烟抽吸过程中，在卷烟抽吸运动过程和弹灰过程中，对卷烟飞灰的量化检测方法，即卷烟烟灰脱离烟灰柱，飘落散落的情况表征，采用机器视觉实时跟踪卷烟燃烧状态，并采用图像处理的方式跟踪和判断卷烟飞灰的情况，通过客观、精确地表征卷烟飞灰指标，用于指导卷烟配方研究和质量优化升级。
[0009]
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0010]
本发明第一方面提供一种卷烟飞灰量定量分析的检测装置，其包括：仿真人体抽吸单元1、飞灰收集单元2、弹灰单元3、图像采集单元4、图像处理单元和工作台6；
[0011]
所述仿真人体抽吸单元1包括仿真人体抽吸动作机械手11、卷烟夹持器12 和烟支
抽吸管13；所述仿真人体抽吸动作机械手11固定于所述工作台6上；所述卷烟夹持器12固定连接于所述仿真人体抽吸动作机械手11工作端处；所述烟支抽吸管13与所述卷烟夹持器12与相连；所述的仿真人体抽吸动作机械手1 用于模拟人体抽烟动作；所述的卷烟夹持器2用于夹持不同圆周等规格差异的卷烟；所述的烟支抽吸管3连接抽吸气缸，用于抽吸卷烟；
[0012]
所述飞灰收集单元2包括飞灰收集板21，其通过飞灰收集板安装支架22固定于所述工作台6上方；
[0013]
所述弹灰单元3单独设于所述仿真人体抽吸动作机械手11外侧；其包括敲烟组件31和/或弹烟组件32、落灰收集盒33和弹灰安装立柱34，所述敲烟组件 31和/或弹烟组件32、落灰收集盒33通过弹灰安装立34柱固定于所述工作台6 上方；所述的弹灰单元3用于仿真抽吸过程中敲击/点弹卷烟，以使卷烟燃烧灰柱烟灰脱落，并收集到落灰收集盒33中；
[0014]
所述图像采集单元4位于所述飞灰收集板21上方，所述的图像采集单元4 用于同步采集卷烟在抽吸过程中落入所述飞灰收集板21上的卷烟飞灰图像；
[0015]
所述图像处理单元与所述图像采集单元4相连；所述的图像处理单元用于对所述的图像采集单元4在仿真抽吸过程中同步采集到的落入所述飞灰收集板21 上的卷烟飞灰图像进行分析，并定量计算卷烟飞灰量。
[0016]
所述图像处理单元即工作电脑，处理平台，位于外橱柜8外侧。
[0017]
其中，所述的人体抽烟动作包括模拟抽吸、伏案、弹烟灰、抽吸后手腕翻转等特征动作和轨迹；所述仿真人体抽吸动作机械手1可以参考本申请人于2020 年4月20日申请的申请号为：2020103296239；名称为“一种模拟人体卷烟抽吸全过程的机械手臂及其模拟方法”的专利。
[0018]
优选地，所述弹灰单元3的所述弹灰安装立柱34上还固定有点烟组件35 和拔烟组件36；
[0019]
所述点烟组件35和拔烟组件36位于所述工作台上方，相对应的工作台6 上具有烟蒂收集通道37，其连接至工作台下方的烟蒂收集盒38。
[0020]
优选地，所述检测装置还包括落头检测组件7，其位于弹灰单元3对侧，用于监测卷烟燃烧锥是否掉落以及什么时间掉落，或者卷烟弹灰的情况。
[0021]
优选地，所述检测装置还包括外橱柜8，所述仿真人体抽吸单元1、飞灰收集单元2、弹灰单元3、图像采集单元4和工作台6位于所述外橱柜8内部；图像采集单元4固定于所述外橱柜8顶部；所述图像处理单元位于所述外橱柜8 外部；
[0022]
所述外橱柜8顶部还具有通风口81，其与通风管道82连通，所述卷烟燃烧产生的烟雾通过所述通风口81和通风管道82排出所述外橱柜8内部。
[0023]
优选地，所述检测装置还包括上烟组件5，其固定于所述外橱柜8上方，用于给卷烟夹持器12中自动装填烟支。
[0024]
优选地，仿真人体卷烟抽吸动作时，采用iso、ftc、massachusetts或加拿大深度抽吸模式。
[0025]
本发明第二方面提供一种卷烟飞灰量定量分析的检测方法，采用所述的检测装置进行测定，包括如下步骤：
[0026]
步骤(1)，将卷烟夹持在卷烟夹持器2上，点燃卷烟夹持器2上的卷烟，并启动仿真人体抽吸动作机械手11对卷烟按照设定的抽吸模式进行仿真抽吸，仿真抽吸过程中运动抽
吸过程产生的飞灰落在所述飞灰收集板21
[0027]
步骤(2)，按照抽吸模式，在仿真抽吸过程中还包括弹灰过程，通过弹灰单元(3敲击/点弹卷烟，以使卷烟燃烧灰柱烟灰脱落，并收集到落灰收集盒33中；弹灰过程中产生的飞灰落在飞灰收集板21上；
[0028]
步骤(3)，根据抽吸模式，重复进行卷烟运动抽吸和卷烟弹灰操作，直至卷烟到达设定长度后停止卷烟运动抽吸和卷烟弹灰操作；
[0029]
步骤(4)，通过图像采集单元4实时采集卷烟在每次弹灰前飞灰收集板21 上的卷烟飞灰图像，以及相对应在弹灰后飞灰收集板21上的卷烟飞灰图像，并将采集的图像传给图像处理单元；
[0030]
步骤(5)，图像处理单元对接收到的卷烟飞灰图像进行对比分析，计算出卷烟运动抽吸过程中卷烟飞灰量a1，以及卷烟弹灰过程中卷烟飞灰量a2；
[0031]
a1和a2累加即为该卷烟仿真人体抽吸过程中的卷烟飞灰量a。
[0032]
其中步骤(4)和步骤(5)在步骤(1)-步骤(3)过程中进行。
[0033]
其中，步骤(5)的计算方法为：
[0034]
(51)第n次卷烟运动抽吸过程中卷烟飞灰量a1n：将第n张弹灰前卷烟飞灰图像减去第n-1张弹灰后卷烟飞灰图像，得到第n次卷烟运动抽吸过程中卷烟飞灰落到飞灰收集板21上的增量，对相减后的图像进行灰度化处理和二值化处理后，计算图像中飞灰面积，即为第n次卷烟运动抽吸过程中卷烟飞灰量a 1n；
[0035]
(52)第n次卷烟弹灰过程中卷烟飞灰量a2n：将第n张弹灰后卷烟飞灰图像减去第n张弹灰前卷烟飞灰图像，得到第n次卷烟弹灰过程中卷烟飞灰落到飞灰收集板21上的增量，对相减后的图像进行灰度化处理和二值化处理后，计算图像中飞灰面积，即为第n次卷烟弹灰过程中卷烟飞灰量a2n；
[0036]
按照上述过程，计算每次卷烟运动抽吸过程中卷烟飞灰量和每次卷烟弹灰过程中卷烟飞灰量，累加即为该卷烟仿真人体抽吸过程中的卷烟飞灰量a。
[0037]
在烟支样品测试完成后，使用小毛刷等清洁工具将飞灰收集板21上的卷烟飞灰收走，清理干净后进行下一只烟支样品的检测。
[0038]
其中进行对相减后的图像进行灰度化处理和二值化处理的目的在于，进一步降低环境的干扰，如飞灰收集板中的亮线此时得到了有效地消除。
[0039]
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
[0040]
1、本发明首先提出了卷烟飞灰指标，抽吸过程中卷烟燃烧飞灰包含两部分，第一部分是卷烟在抽吸运动过程中(非弹烟灰的过程)，脱离卷烟灰柱的烟灰；第二部分是在弹灰过程中未掉落到烟灰收集盒(实际过程中的烟灰缸)的，且脱离灰柱的烟灰。本发明综合卷烟在抽吸运动过程中和弹灰过程中飞灰面积作为卷烟飞灰量指标。进一步本发明提出了一种卷烟飞灰量定量分析的检测方法，该方法是针对卷烟抽吸过程中，在卷烟抽吸运动过程和弹灰过程中，对卷烟飞灰的量化检测方法，即卷烟烟灰脱离烟灰柱，飘落散落的情况表征，采用机器视觉实时跟踪卷烟燃烧状态，并采用图像处理的方式跟踪和判断卷烟飞灰的情况，通过客观、精确地表征卷烟飞灰指标，用于指导卷烟配方研究和质量优化升级。
[0041]
2、本发明提供了整套的检测装置，其中图像采集单元4直接采集落在飞灰收集板21上的卷烟飞灰图像，更直观的考察卷烟在抽吸运动过程中和弹灰过程中的飞灰量，结果
更加准确。本发明中首先通过图像采集单元4实时采集卷烟在每次弹灰前飞灰收集板21上的卷烟飞灰图像，以及相对应在弹灰后飞灰收集板 21上的卷烟飞灰图像，并将采集的图像传给图像处理单元；图像处理单元对接收到的卷烟飞灰图像进行对比分析，计算出卷烟运动抽吸过程中卷烟飞灰量a1，以及卷烟弹灰过程中卷烟飞灰量a2；而a1和a2累加即为该卷烟仿真人体抽吸过程中的卷烟飞灰量a。样品批检测根据需要数量进行检测后，通过计算即可得出该批次样品的卷烟燃烧飞灰指标，对卷烟飞灰质量进行评价，指导产品研究和改善。
[0042]
3、本发明提供了一种基于机器视觉的卷烟飞灰检测装置，并建立了一套基于仿真人体卷烟抽吸过程动作，图像采集单元4直接采集落在飞灰收集板21上的卷烟飞灰图像，更直观的考察卷烟在抽吸运动过程中和弹灰过程中的飞灰量，检测方法快捷、精准、易于推广，结果更加准确。
[0043]
4、相对采用人工抽吸经验和主观判断卷烟是否发生飞灰以及飞灰量的大小的方法，本方法克服了主观因素影响，提供了重复性好、客观、可信度高的量化检测方法，能更加精准地评价产品差异，指导相关卷烟配方研究工作，提升卷烟品质。
附图说明
[0044]
图1为本发明卷烟飞灰量定量分析的检测装置的结构示意图；
[0045]
图2为仿真人体抽吸单元1和弹灰单元3的相对位置结构示意图；
[0046]
图3为本发明卷烟飞灰量定量分析的检测装置的整体结构示意图；
[0047]
图4为横螺纹卷烟纸样品卷烟；
[0048]
其中，附图标记在附图说明中的名称为：1-仿真人体抽吸单元，2-飞灰收集单元，3-弹灰单元，4-图像采集单元，5-上烟组件，6-工作台，7-落头检测组件， 8-外橱柜，11-仿真人体抽吸动作机械手，12-卷烟夹持器，13-烟支抽吸管，21
-ꢀ
飞灰收集板，22-飞灰收集板安装支架，31-敲烟组件，32-弹烟组件，33-落灰收集盒，34-弹灰安装立柱，35-点烟组件，36-拔烟组件，37-烟蒂收集通道，38-烟蒂收集盒，81-通风口，82-通风管道。
具体实施方式
[0049]
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0050]
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
[0051]
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。
[0052]
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描
述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0053]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0054]
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0055]
如图1-3所示，以下实施例使用的卷烟飞灰量定量分析的检测装置包括：仿真人体抽吸单元1、飞灰收集单元2、弹灰单元3、图像采集单元4、图像处理单元和工作台6；
[0056]
所述仿真人体抽吸单元1包括仿真人体抽吸动作机械手11、卷烟夹持器12 和烟支抽吸管13；所述仿真人体抽吸动作机械手11固定于所述工作台6上；所述卷烟夹持器12固定连接于所述仿真人体抽吸动作机械手11工作端处；所述烟支抽吸管13与所述卷烟夹持器12与相连；所述的仿真人体抽吸动作机械手1 用于模拟人体抽烟动作；所述的卷烟夹持器2用于夹持不同圆周等规格差异的卷烟；所述的烟支抽吸管3连接抽吸气缸，用于抽吸卷烟；
[0057]
所述飞灰收集单元2包括飞灰收集板21，其通过飞灰收集板安装支架22固定于所述工作台6上方；
[0058]
所述弹灰单元3单独设于所述仿真人体抽吸动作机械手11外侧；其包括敲烟组件31和/或弹烟组件32、落灰收集盒33和弹灰安装立柱34，所述敲烟组件 31和/或弹烟组件32、落灰收集盒33通过弹灰安装立34柱固定于所述工作台6 上方；所述的弹灰单元3用于仿真抽吸过程中敲击/点弹卷烟，以使卷烟燃烧灰柱烟灰脱落，并收集到落灰收集盒33中；
[0059]
所述图像采集单元4位于所述飞灰收集板21上方，所述的图像采集单元4 用于同步采集卷烟在抽吸过程中落入所述飞灰收集板21上的卷烟飞灰图像；
[0060]
所述图像处理单元与所述图像采集单元4相连；所述的图像处理单元用于对所述的图像采集单元4在仿真抽吸过程中同步采集到的落入所述飞灰收集板21 上的卷烟飞灰图像进行分析，并定量计算卷烟飞灰量。
[0061]
所述弹灰单元3的所述弹灰安装立柱34上还固定有点烟组件35和拔烟组件 36；
[0062]
所述点烟组件35和拔烟组件36位于所述工作台上方，相对应的工作台6 上具有烟蒂收集通道37，其连接至工作台下方的烟蒂收集盒38。
[0063]
所述检测装置还包括落头检测组件7，其位于弹灰单元3对侧，用于监测卷烟燃烧锥是否掉落。
[0064]
所述图像处理单元即工作电脑，处理平台，位于外橱柜8外侧，未在图中示出。
[0065]
所述检测装置还包括外橱柜8，所述仿真人体抽吸单元1、飞灰收集单元2、弹灰单元3、图像采集单元4和工作台6位于所述外橱柜8内部；图像采集单元 4固定于所述外橱柜8顶部；所述图像处理单元位于所述外橱柜8外部；
[0066]
所述外橱柜8顶部还具有通风口81，其与通风管道82连通，所述卷烟燃烧产生的烟雾通过所述通风口81和通风管道82排出所述外橱柜8内部。
[0067]
所述检测装置还包括上烟组件5，其固定于所述外橱柜8上方，用于给卷烟夹持器12中自动装填烟支。
[0068]
仿真人体卷烟抽吸动作时，采用iso抽吸模式。
[0069]
实施例
[0070]
本实施例在检测过程中，采集图像过程中采用led光源对样品检测环境进行打光和补光，目的是确保检测环境光线充分、稳定，减少外界环境对图像采集的干扰。
[0071]
测试环境：温度：(22
±
2)℃，相对湿度：(60
±
5)％。
[0072]
使用上述装置，具体的检测方法包括如下步骤：
[0073]
步骤(1)，将卷烟夹持在卷烟夹持器2上，点燃卷烟夹持器2上的卷烟，并启动仿真人体抽吸动作机械手11对卷烟按照设定的抽吸模式进行仿真抽吸，仿真抽吸过程中运动抽吸过程产生的飞灰落在所述飞灰收集板21
[0074]
步骤(2)，按照抽吸模式，在仿真抽吸过程中还包括弹灰过程，通过弹灰单元3敲击/点弹卷烟，以使卷烟燃烧灰柱烟灰脱落，并收集到落灰收集盒33中；弹灰过程中产生的飞灰落在飞灰收集板21上；
[0075]
步骤(3)，根据抽吸模式，重复进行卷烟运动抽吸和卷烟弹灰操作，直至卷烟到达设定长度后停止卷烟运动抽吸和卷烟弹灰操作；
[0076]
步骤(4)，通过图像采集单元4实时采集卷烟在每次弹灰前飞灰收集板21 上的卷烟飞灰图像，以及相对应在弹灰后飞灰收集板21上的卷烟飞灰图像，并将采集的图像传给图像处理单元；
[0077]
步骤(5)，图像处理单元对接收到的卷烟飞灰图像进行对比分析，计算出卷烟运动抽吸过程中卷烟飞灰量a1，以及卷烟弹灰过程中卷烟飞灰量a2；
[0078]
a1和a2累加即为该卷烟仿真人体抽吸过程中的卷烟飞灰量a。
[0079]
其中步骤(4)和步骤(5)在步骤(1)-步骤(3)过程中进行。
[0080]
其中，步骤(5)的计算方法为：
[0081]
(51)第n次卷烟运动抽吸过程中卷烟飞灰量a1n：将第n张弹灰前卷烟飞灰图像减去第n-1张弹灰后卷烟飞灰图像，得到第n次卷烟运动抽吸过程中卷烟飞灰落到飞灰收集板21上的增量，对相减后的图像进行灰度化处理和二值化处理后，计算图像中飞灰面积，即为第n次卷烟运动抽吸过程中卷烟飞灰量a 1n；
[0082]
(52)第n次卷烟弹灰过程中卷烟飞灰量a2n：将第n张弹灰后卷烟飞灰图像减去第n张弹灰前卷烟飞灰图像，得到第n次卷烟弹灰过程中卷烟飞灰落到飞灰收集板21上的增量，对相减后的图像进行灰度化处理和二值化处理后，计算图像中飞灰面积，即为第n次卷烟弹灰过程中卷烟飞灰量a2n；
[0083]
按照上述过程，计算每次卷烟运动抽吸过程中卷烟飞灰量和每次卷烟弹灰过程中卷烟飞灰量，累加即为该卷烟仿真人体抽吸过程中的卷烟飞灰量a。
[0084]
在烟支样品测试完成后，使用小毛刷将飞灰收集板21上的卷烟飞灰收走，清理干净后进行下一只烟支样品的检测。
[0085]
对检测中出现飞灰的样品进行时间和图像记录，每个规格样品选取五个样品进行飞灰结果表征，具体如图4所示。
[0086]
1检测实施例
[0087]
检测烟支圆周：24.2mm
[0088]
表1不同卷烟样品检测飞灰量(单位：mm2)
[0089][0090]
图4中，对应图片(均为最后图片)。
[0091]
由实例可见，不同卷烟样品在燃烧过程中均存在一定程度的飞灰，本发明中图像采集单元4直接采集落在飞灰收集板21上的卷烟飞灰图像，更直观的考察卷烟在抽吸运动过程中和弹灰过程中的飞灰量，结果更加准确。且本发明综合卷烟在抽吸运动过程中和弹灰过程中飞灰面积作为卷烟飞灰量指标。通过客观、精确地表征卷烟飞灰指标，用于指导卷烟配方研究和质量优化升级。
[0092]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。