专利名称：用于确定卷烟制品或过滤棒的一或多个物理性质的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定卷烟制品或过滤棒的一或多个物理性质的方法和设备。本发明尤其涉及一种用于确定包括一烟草棒段和邻接的一过滤嘴段的一卷烟的一或多个物理性质的方法和设备。
现代的卷烟机能够每分钟生产出约8,000-16,000支有一过滤嘴的卷烟。根据其具体的牌子，一支卷烟应该有其精确的预定长度和周长。具有过滤嘴的卷烟包括一烟草棒和一邻接的过滤嘴，烟草棒包括包在一卷烟纸筒里的紧密的干燥的烟丝，而过滤嘴包括一段过滤棒。包着过滤棒的纸的一部分搭接于包着烟草棒的卷烟纸而使过滤嘴连接于烟草棒。一支卷烟的过滤嘴段应该具有其精确的预定长度和宽度，而且为了确保具有一致的外观，过滤棒包卷纸也应该具有其精确的预定长度。卷烟的过滤嘴段和烟草棒段的界面处以及烟草棒段的远离过滤嘴的那一端处应该基本上没有空穴。卷烟纸应该没有漏气孔和不希望的污迹，任何印刷的字符，诸如文字、符号、等等都应被精确地定位。
许多卷烟制造过程中的情况是，需要连续地监测一台卷烟机生产出的卷烟的质量。常规的作法是，对卷烟机生产的卷烟进行随机采样和试验，以确定其是否符合规定的质量标准。具体地说，往往是对卷烟进行人工或自动采样并对所采取的卷烟试样进行试验，以确定其长度、周长、有无空穴或其它缺陷，并确定其通气特性，诸如穿过整根卷烟和/或其过滤嘴的压力降。
常规的行业标准的质量保证/质量控制的卷烟采样和试验规范是每20分钟测试大约10支卷烟。考虑到典型的卷烟机的卷烟生产速率非常高，对于达到生产过程的实时监测，这样的采样和试验速度是不够的。
欧洲专利EP 1023845A1(日本烟草公司的一项专利)揭示了一种卷烟试验设备，在这种设备中卷烟被以水平位置从一卷烟供给段供给到一称重段，在那里卷烟被称重。卷烟被从称重段推出，接着被传送到周长测量段、通气特性测量段以及长度/硬度测量段。在周长测量段，卷烟被放在两个并排安装的辊子上，辊子使卷烟绕其自身纵轴线转动。一光电传感器的发送器和接收器分别放在两个辊子的上面和下面，用于发送和接收在发送器和接收器之间的、在垂直于卷烟的轴线的方向的缝隙光(slit light)并测量被卷烟挡住的缝隙光的宽度，借以测量卷烟的周长(直径)。在长度/硬度测量段，通过调整卷烟的一端而把卷烟定位在位，同时用光电传感器测量卷烟的另一端的位置。
Focke等人的美国专利US 4907607 A揭示了一种用于检测卷烟里是否具有空穴或其它缺陷存在的设备，它是把来自一光源的光照在卷烟的端面上，并把一光接收器定位成对卷烟的纵轴线具有一角度，用于检测从光源出来传输过卷烟的至少一部分并从卷烟的光所进入的那个端面以外的各个点出来的光。
本发明的一目的是提供一种改进的用于确定卷烟制品或过滤棒，尤其是包括一烟草棒段和一邻接的过滤嘴段的卷烟的一或多个物理性质的方法。
本发明的另一目的是提供一种用于确定卷烟制品或过滤棒的一或多个物理性质的方法，这种方法可以足够快地进行，以便能够基本上实时地监测由卷烟机生产的卷烟的所述物理性质的变化。
所以，按照本发明的一方面，提供了一种用于确定卷烟制品或过滤棒的一或多个物理性质的方法，这种方法包括把卷烟制品或过滤棒放在一视界里，照亮所述视界，使在所述视界里的卷烟制品或过滤棒成像而形成图像，以及分析所述图像以确定卷烟制品或过滤棒的一或多个物理性质。
按照本发明的另一方面，提供一种用于确定卷烟制品或过滤棒的一或多个物理性质的设备，这种设备包括限定一视界的成像装置，所述成像装置能够使卷烟制品或过滤棒在所述视界里成像；用于把卷烟制品或过滤棒定位在所述视界里的定位装置；用于照亮所述视界的照明装置；以及用于处理所述图像的处理装置，以便根据处理结果确定卷烟制品或过滤棒的一或多个物理性质。
较佳的是，所述图像是数字图像。所述成像装置可包括一数字照像机，最好是一数字摄像—照像机。
可对所述图像进行电子处理，以确定所述一或多个物理性质。这样，所述处理装置可包括一构造成能够电子学处理所述图像的计算机。
因此，本发明的特征是在一视界里形成卷烟制品或过滤棒的图像以及处理所述卷烟制品或过滤棒的图像而确定所述一或多个物理性质。
尽管可以用任何适当波长的光使卷烟制品或过滤棒在视界里成像，但是，对于卷烟制品或过滤棒的成像，较佳的是用红外光，更佳的是用近红外光。这样，所述成像装置可包括一红外光数字摄像—照像机。较佳的是，所述数字摄像—照像机具有可调整的快门速度，用于控制卷烟制品或过滤棒在所述视界里的曝光，并且所述成像装置可包括能够根据要测量的物理性质和/或由所述照明装置提供的照明亮度控制照像机的快门速度的装置。为了减少数据采集时间，最好是以野外模式(fieldmode)操作照像机。
所述处理装置可被构造成能够对图像重复地进行采样，并且在某些实施例中，计算机可装备一画面取样器(frame-grabber)，诸如一PCI(可编程序通讯接口)画面取样器，用于对由照像机摄取的数字图像进行采样以及用于把控制信号发送给照像机和/或所述照明装置。
所述照明装置可被构造成能够使散射的光投射在视界上，并且在某些实施例中，成像装置可限定一光学观测主轴线，并且所述照明装置可包括一或多个侧光(side-light)，它们定位在主光轴的侧面。具体地说，所述照明装置可包括两个侧光，它们分别位于主光轴的一侧。
在某些实施例中，所述照明装置可包括一背光(back-light)，其用于给视界里的卷烟制品或过滤棒施加背光。所述侧光和背光都可包括红外光。较佳的是，背光具有足够高的光强，使红外光能够传过位于背光和成像装置中间的视界里的卷烟制品或过滤棒。所述背光可被构造成能产生准直光束。
较佳的是，卷烟制品或过滤棒是成像在一均匀地黑暗的背景上，使卷烟制品或过滤棒的边缘(在观察轮廓时)具有很高的边缘对比度，而又不会变成曝光过度。
较佳的是，所述定位装置能够把卷烟制品或过滤棒定位在视界里，使卷烟制品或过滤棒的纵轴线基本上垂直于主光轴。照像机较佳地定位成使图像的主轴线对应于卷烟制品或过滤棒的轴线，以便能以最大的分辨率得到直径的测量值(其允差为最大)，同时能够以一半的分辨率测得长度值(其不需要测量到同样的精确度)。
在某些实施例中，所述定位装置可包括用于使卷烟制品或过滤棒在视界里绕其轴线转动的装置。所述转动装置可包括两个并列安装的辊子，两个辊子定位成并列的而其间形成一槽，这个槽能够接纳所述卷烟制品或过滤棒，还有用于使所述两个辊子中之一或两者转动的装置，借以使所述卷烟制品或过滤棒转动。
所述定位装置可包括用于使卷烟制品或过滤棒相对于视界沿轴向运动的装置。较佳的是，这一移动装置包括用于使卷烟制品的一端相对于视界定位的装置，借以建立一已知位置，以便对照这个位置进行长度测量。
所述移动装置可包括一构造成可接触卷烟制品或过滤棒的一端的推动件和一用于使所述推动件沿着一预定的路径运动的直线驱动器，并且所述定位装置可被构造成能指示所述推动件的位置。在某些实施例中，所述直线驱动器包括一可使所述推动件相对于视界定位的伺服马达。或者，可以用一具有编码器的步进马达。
可先把定位装置校准好，其作法是，使推动件运动进入视界，使推动件在视界里成像而形成一图像，以及对图像进行处理，以确定推动件在视界里的精确位置。可把推动件的那个位置储存起来作为一基准位置，以便可把推动件随后相对于那一基准位置的运动量用于确定推动件的任一位置和所述基准位置之间的距离。
所述数字摄像—照像机可包括一光电传感器，其构造成能形成一由一像素阵列构成的图像，这个像素阵列包括大量规则排列的像素。较佳的是，所述图像传感器包括一电荷耦合器(CCD)，但是也可以包括任何其它适当的图像传感器，诸如CMOS传感器。所述处理装置可方便地构造成用于测量以像素表示的所述图像上的距离，并且可以针对把图像上的距离转换成实际距离而进行校准。在某些实施例中，可以通过处理具有精确的已知尺寸的一或几个对象的一或几个图像把所述处理装置校准好。在某些实施例中，成像装置可以是这样的，即由于某些光学效应，像素和实际距离之间的关系可能不是真正线性的。所以，最好是通过处理多个具有不同尺寸的对象的图像来补偿任何非线性的光学效应而把所述处理装置校准好。
采用CCD的照像机具有“图像模糊”现象，因此，在视界里的过亮(曝光过度)的对象可能显得比它们的实际尺寸大。这种效应是由CCD阵列的饱和元素(saturated element)影响其附近的元素而引起的。此外，CCD里采用的行间传递系统可产生饱和的对象的“垂向轮廓不清”。因此，重要的是不要使卷烟制品或过滤棒曝光过度。最好是针对测量某一特定的物理性质经验地确定一适当的快门速度。
在某些实施例中，所述一或多个物理性质可包括卷烟制品或过滤棒的长度。卷烟制品或过滤棒的长度可以这样来确定，其作法是，在沿轴向移动卷烟制品或过滤棒的同时将其一端相对于视界定位，直到其另一端进入视界内，并且随后给卷烟制品或过滤棒成像而形成所述图像，对图像进行处理以确定所述另一端相对于视界的位置，以及随后根据所述两端的位置确定卷烟制品或过滤棒的长度。
较佳的是，把卷烟制品或过滤棒沿轴向向前推，直到所述一端相对于视界处在对应于卷烟制品或过滤棒的一第一标称长度的一第一预定位置，以及直到所述另一端进入视界内在对应于所述第一标称长度的一第一标称位置附近。然后可对图像进行处理以确定另一端的实际位置，以及通过确定所述第一标称位置和实际位置之间的差值并把得到的差值加于或减于所述第一标称长度计算卷烟制品或过滤棒的长度。可对所述视界里的被关注的第一区域里的所述图像进行处理，在所述一端处在所述预定的第一位置时这个被关注的第一区域包含卷烟制品或过滤棒的所述另一端的全部可能的实际位置。通过把图像处理限制于预料卷烟制品或过滤棒的所述另一端将处在的被关注的第一区域，可以更快地进行图像处理，不必处理视界里的整个图像。可以用所述被关注的区域的水平和垂向区域投影计算所述另一端的位置；可以分析出现的投影以检测被关注的区域里的、对应于所述另一端的任何明显的边缘。同样的方法可用于检测其它的边缘，这将在下面详述。
这样，本发明的设备还可包括用于控制所述移动装置和所述处理装置的控制装置，所述控制装置包括一数据库，该数据库能够储存卷烟制品或过滤棒的一第一标称长度，并且能够控制所述移动装置以对应于所述第一标称长度而把卷烟制品或过滤棒的一端相对于所述视界移动到一第一预定位置，使所述另一端处在所述视界里，以及，随后控制所述处理装置处理图像以确定所述另一端相对于所述视界的位置并且从所述一端和另一端的位置确定卷烟制品或过滤棒的实际长度。
较佳的是，所述控制装置构造成能够推导出在所述一端处在第一预定位置时所述另一端在所述视界里的一第一标称位置，所述第一标称位置对应于所述第一标称长度，并且所述处理装置可被构造成能够确定所述另一端的实际位置并且计算所述实际位置和标称位置之间的差值，卷烟制品或过滤棒的长度等于第一标称长度加上或减去所述差值。所述控制装置还可被构造成能推导出所述视界里的被关注的第一预定区域，在所述一端处在所述第一预定位置时这个第一预定区域包含卷烟制品或过滤棒的另一端的全部可能的位置，并且可控制所述处理装置对所述被关注的第一预定区域里的所述图像进行处理以确定所述另一端的位置。
可将已知的图像处理技术应用于处理图像以精确地确定卷烟制品或过滤棒的所述另一端在所述视界里的位置。熟悉本技术领域的人都知晓用于检测数字图像的边缘的图像处理算法(image processing algorithms)，该法包括测量对比度的算法，就是限定一点并把一边缘限定在这个点处，把沿着一边缘的长度(像素数目)用于确定一邻近的真实边缘，以及包括用于进行统计概率计算以确认检测到的一边缘是否是一真实边缘的算法。如上所述，用于检测一特征在一被关注的区域里的位置的较佳技术包括产生一被关注的区域的水平的和垂向的区域投影，以及随后分析所述投影以检测被关注的区域里的任何明显的对应于被测量的特征的边缘。这样的图像处理技术这里不予详述，许多标准的参考著作中具有这方面的详述，例如Sonka，etal.，1999，Image Processing，Analysis，and Machine Vision，2ndEdition，page256(6.35)，Pacific GrovePWS Publishing.ISBN 0-534-95393-X，其内容本文引用之。通过把卷烟制品或过滤棒成像在一暗的背景上，可以用相当快的快门速度采集用于检测诸如所述另一端的外边缘的图像。从而可避免或减少任何不希望的模糊现象。应该根据产品样本经验地确定一合适的快门速度以避免曝光过度。
在某些实施例中，所述卷烟制品或过滤棒可能包括在其纵向两端之间有意设置的一或多个看得见的外部特征，每一特征具有与其周围的部分不同的色调，使得每一特征的边缘与相邻的部分对比是看得见的。通常希望，这些有意设置的特征应该精确地定位在卷烟制品或过滤棒上，它们的位置一般是规定为以卷烟制品或过滤棒的一基准端为准。一卷烟制品典型地具有互相邻接的纵向第一段和第二段以及一过滤棒外部包卷层(tipping layer)，这个层从卷烟制品的一第一端沿轴向伸过所述第一和第二段中之一并搭接越过所述两段之间的界面而部分地覆盖另一段，所述过滤棒外部包卷层结束于远离所述第一端的一边缘。包卷层的长度通常规定为以所述第一端为准因而其等于所述第一端和所述边缘之间的距离。所述过滤棒包卷层的颜色或色调可以明显地不同于另一段，这就使所述边缘是看得见的。例如，一支卷烟典型地包括一第一烟草棒段和邻接的第二过滤嘴段以及一过滤棒包卷纸的外层，这个外层从卷烟的第一端伸过过滤嘴段并搭接烟草棒段和过滤嘴段之间的界面而部分地覆盖烟草棒段。所述过滤棒包卷纸的颜色通常不同于烟草棒段的颜色。一卷烟制品或过滤棒还可包括在其外表面上在所述两个相反的端头之间的印刷字样，诸如一或多个字母、数字、单词、符号，等等，或它们的组合，这些印刷字样的颜色或色调可能与其所在的纸面的颜色不同，以使它们的边缘具有明显的对比度而可见。
按照本发明，可对所述图像进行处理以确定一或多个这样的外部特征相对于卷烟制品或过滤棒的一预先规定的基准端的位置。
按照本发明，可以这样来确定这种外部特征的轴向位置，就是，确定卷烟制品或过滤棒相对于所述基准端的定向，轴向地向前推卷烟制品或过滤棒而使它的所述一端相对于所述视界定位直到所述特征处在所述视界里，使卷烟制品或过滤棒成像而形成所述图像，处理所述图像以确定所述特征相对于所述视界的位置，以及随后从所述边缘的位置、所述一端的位置、以及根据卷烟制品或过滤棒的轴向定向、卷烟制品或过滤棒的长度确定所述特征相对于所述基准端的位置。
较佳的是，轴向地向前推卷烟制品或过滤棒直到所述一端相对于所述视界处在一第二预定位置，这个位置对应于所述特征和卷烟制品或过滤棒的一端之间的一第一标称距离，以及使所述特征处在所述视界里在对应于所述第一标称距离的一第二标称位置附近。可对所述图像进行处理以确定所述特征的实际位置，以及，通过计算所述第二标称位置和所述实际位置之间的差值并把得到的差值加于或减于所述第一标称距离来确定所述特征和卷烟制品或过滤棒的一端之间的实际距离，所述特征相对于基准端的轴向位置等于所述实际距离，或者根据卷烟制品或过滤棒的轴向定向，等于卷烟制品或过滤棒的长度减去所述实际距离。可以对所述视界里的一被关注的有限的第二区域里的所述图像进行处理，在所述一端处在所述第二预定位置时这个被关注的第二区域包含所述特征的全部可能的实际位置。
本发明的设备的数据库还可适当地构造成能储存操作者输入的数据，包括卷烟制品或过滤棒的轴向定向。具有在其纵向两端之间的可见外部特征的卷烟制品或过滤棒可能具有方向性，这是指卷烟制品或过滤棒相对于其两个纵向端之间的中点而言是不对称的。因此在卷烟制品或过滤棒被所述移动装置推动时，可能是它的两个纵向端中的任一在前，正因为如此，如上所述，所述处理装置可以构造成能够接收操作者输入的关于被测试的卷烟制品或过滤棒的轴向定向的信息。
所述数据库构成本发明的一重要特点，这是因为，不同牌子的卷烟制品例如卷烟或过滤棒的物理性质诸如其长度、周长等是不同的。本发明的数据库可包括多个不同牌子的卷烟的标称数据，包括所述第一标称长度和所述第一标称距离，并且所述处理装置可被构造成能接收操作者输入的表明被测试的卷烟制品或过滤棒的具体牌子的数据，因此，可由所述控制装置选择并利用正确的标称数值。
这样，所述数据库可被构造成能储存所述特征的相对于所述基准端的一标称轴向位置，以及，所述控制装置可被构造成能从所述标称的轴向位置以及根据卷烟制品或过滤棒的轴向定向、所述第一标称长度来推导出所述特征和卷烟制品或过滤棒的所述一端之间的所述第一标称距离，并且控制所述移动装置把卷烟制品或过滤棒相对于所述视界移动到对应于所述第一标称距离的第二预定位置，使所述特征处在所述视界里，以及，随后控制所述处理装置处理所述图像以确定所述特征相对于所述视界的位置，并从所述特征的位置、所述一端的位置以及根据所卷烟制品的轴向定向、所卷烟制品的实际长度来确定所述特征的实际轴向位置。
较佳的是，所述控制装置还构造成可从所述标称轴向位置以及根据卷烟制品或过滤棒的轴向定向从所述第一标称长度来推导出在所述一端处在所述第二预定位置时所述特征相对于所述视界的所述第二标称位置，以及，所述处理装置可被构造成能够确定所述特征相对于所述视界的实际位置，并且通过计算所述实际位置和第二标称位置之间的差值并把得到的差值加于或减于所述第一标称距离来确定所述特征和所述一端之间的实际距离，所述特征相对于所述基准端的实际轴向位置等于所述实际距离，或者根据卷烟制品或过滤棒的轴向定向，等于卷烟制品或过滤棒的实际长度减去所述实际距离。
所述控制装置可被构造成能推导出所述视界的所述被关注的第二预定区域，在所述一端处在所述第二预定位置时，这个第二区域包含所述特征的全部可能的位置，以及控制所述处理装置处理在被关注的第二预定区域里的所述图像以确定所述特征的位置。
在所述卷烟制品或过滤棒包括一卷烟制品诸如包括一过滤棒外部包卷层的一支卷烟时，这个过滤棒外部包卷层从所述第一端延伸越过互相邻接的第一和第二两段中之一并搭接所述另一段，所述特征较佳地包括所述过滤棒外部包卷层的所述边缘。所述第一端较佳地被标称为所述基准端，以及，所述边缘相对于所述基准端的轴向位置是在所述第一端和所述边缘之间的所述过滤棒包卷层的长度。所述边缘相对于由所述数据库储存的所述基准端的标称轴向位置是所述过滤棒外部包卷层的第二标称长度。
或者，如上所述，所述特征可包括在卷烟制品或过滤棒的外表面上的印刷字样。具体地说，所述特征可包括印刷字样的特殊特征，例如字符或图像的一预先限定的点。如果印刷字样包括多个个体的印刷项目，那么可按照本发明确定每一项目的轴向位置。
按照本发明的一特定方面，所述处理装置可被构造成能够在一卷烟制品或过滤棒被所述转动装置转动的过程中重复地对所述图像进行采样，并且处理每一图像样本以测量每一图像样本里的所述卷烟制品或过滤棒的直径以及用得到的测量值来得出所述卷烟制品或过滤棒的一或多个物理性质，这些物理性质包括所述卷烟制品或过滤棒的平均直径、椭圆度、周长、圆度和形状。
可通过处理所述样本以确定卷烟制品或过滤棒的轮廓的两个相反的边缘的位置以及计算所述两个相反的边缘之间的距离来得出每一图像样本里的卷烟制品或过滤棒的直径。可处理所述视界的两个预定的侧向间隔的被关注的区域里的每一图像样本以确定所述两个相反的边缘的位置，那些被关注的区域是根据卷烟制品或过滤棒的标称直径确定的。
于是，所述数据库可被构造成能储存卷烟制品或过滤棒的标称直径，以及，所述控制装置可被构造成能限定所述视界的两个侧向间隔的、对应于所述标称直径的被关注的区域，每一被关注的区域包含两个相反的边缘各自的全部可能的位置，以及，所述控制装置可被配置成能控制所述处理装置处理所述两个被关注的区域里的每一图像样本以确定所述两个相反的边缘的位置。
较佳的是，卷烟制品或过滤棒的直径是在其上的两个轴向间隔的位置处测量的。在卷烟制品或过滤棒包括一卷烟制品、该卷烟制品又包括两个沿纵向邻接的第一和第二段，诸如一支卷烟包括一烟草棒段和一邻接的过滤嘴段的情况中，那么最好是分别测量每一段的直径。
所述卷烟制品或过滤棒可包括能够指示出其转动方位(rotational orientation)的一或多个周向标记，并且所述处理步骤可包括处理各个样本以确定卷烟制品或过滤棒自转的完整的一转。这样，所述处理装置可被构造成能检测卷烟制品或过滤棒上的一或多个周向标记，以及，所述控制装置可被构造成能响应所述处理装置的输出而控制所述转动装置，以使卷烟制品或过滤棒转动完整的一转儿。
在一特定的方面，本发明包括确定上面所述的转动不对称的卷烟制品的轴向方向，就是说所述卷烟制品是具有方向性的并包括至少一外层，这个外层周向地包卷着所述卷烟制品并自身搭接而形成一纵向接缝。可以对各个图像样本进行处理以确定所述外层相对于所述卷烟制品的方向的包卷方向。具体地说，可对所述图像样本进行处理以便通过检测在所述卷烟制品转动的过程中由所述接缝投射出的阴影的位置来确定所述纵向接缝的位置。可按照本发明对每一图像样本进行处理以检测在所述视界的两个侧向间隔的被关注的预定区域里所述阴影的存在，所述阴影在一或另一所述被关注的区域的存在是所述外层的包卷方向的决定性因素，那些被关注的区域是根据所述卷烟制品的标称宽度确定的。
较佳的是，所述红外侧光布置成可斜向地照亮所述卷烟制品以增强由所述接缝投射出的阴影。
所以，所述处理装置可被构造成能够在所述卷烟制品在被所述转动装置转动的过程中重复地对图像进行采样，并且处理每一图像样本以检测由所述外层的纵向接缝投射出的阴影的位置。所述数据库被构造成能储存所述卷烟制品的所述标称直径，所述控制装置被构造成能根据所述标称宽度推导出所述视界的两个侧向间隔的被关注的区域，每一所述被关注的区域根据所述外层的包卷方向包含所述阴影的全部可能的位置，以及，控制所述处理装置以检测所述阴影在各被关注的区域之一里的存在。
一卷烟制品可能包括两个或多个外层，每一外层周向地包卷着所述卷烟制品并自身搭接而形成一轴向延伸的接缝，并且在本发明的一特别有利的方面，可对所述图像进行处理而确定每一外层相对于卷烟制品的方向的包卷方向。
许多现代的卷烟机被构造成以两条平行的卷烟线制造卷烟。在每一条线上，卷烟纸周向地包卷在规定长度的烟草部分上而形成烟草棒。如上所述，卷烟纸包卷在每一烟草棒上并自身搭接而形成一纵向接缝。随后每一卷烟流里的各个烟草棒被以常规的方式装上过滤嘴，其作法是把一双倍长度的过滤棒插接在两个烟草棒之间，然后用过滤棒包卷纸包卷过滤棒而把双倍长度的过滤棒连接于两个烟草棒，过滤棒包卷纸搭接两端的烟草棒。然后，把过滤棒割断而形成两个具有过滤嘴的完整的卷烟。过滤棒包卷纸包卷着过滤嘴段分别从卷烟机的两条线以相反的方向出来的两个邻接的烟草棒。因此，在割断双倍长度的过滤棒段时，卷烟纸和过滤棒包卷纸的包卷方向具有四种可能的排列。
按照本发明，通过确定两个外层各自的相对于所述卷烟制品的轴向方向的包卷方向，可判别卷烟制品是由卷烟机的哪一条卷烟线制造的。应能理解这是很重要的，因为由卷烟机的两条线制造的卷烟的物理性质可能会随时间推移而变化，以及，在对来自两条线的成品卷烟进行采样和试验时，重要的是要知道一支指定的卷烟是来自哪一条线。
因此，所述处理装置可被构造成能确定所述卷烟制品的两个或多个外层各自的包卷方向，每一外层周向地包卷着所述卷烟制品并自身搭接而形成一轴向延伸的接缝。
除了以一基准端为准有意地定位设置的可见的外部特征之外，卷烟制品或过滤棒还可包括一或多个有意设置的可见的外部图案，它们不是相对于基准端定位，而是包括规则地重复的图形，这些图形包括一或多个与其所在的纸面相对比可见的特征。例如，包着烟草棒的卷烟纸往往包括多个规则地轴向间隔的周向环带，它们相当暗并具有规定的轴向宽度和间距。典型地，这种环带的性状是卷烟纸特性的一种表征，而且在各种牌子的卷烟上可能是互不相同的。
按照本发明的另一方面，所述处理装置可以编程而用来分析由所述成像装置摄取的所述图像，以确定这种图案的两个相邻的重复图形的位置以及测量两个重复的特征的节距。
在某些实施例中，处理装置可编程为能测量一单个重复图形的两个或多个特征之间的图形的一或多个特性尺寸。
较佳的是，所述节距和特性尺寸是相对于卷烟制品或过滤棒沿轴向测量的。
所述处理装置还可编程为能把所述节距或特性尺寸分别与储存在所述数据库里的对应的标称节距和标称特性尺寸进行比较，并且，如果测得的节距和特性尺寸与对应的标称节距或尺寸的差异超出了预定的误差范围就发出报警信号。
例如，所述处理装置可被构造成能确定上述种类的卷烟纸上的两个相邻的周向环带的两个相反的边缘各自的轴向位置，以及，能测量两个环带的对应边缘之间的节距以及一环带的两个边缘之间的轴向宽度。如果测出的节距和/或尺寸看起来不对，则可表明用错了卷烟纸。
在本发明的另一方面，可对所述卷烟制品或过滤棒施加背光，用以揭示它的内部物理性质，而且较佳的是，用红外光给所述卷烟制品或过滤棒施加背光。如上所述，所述处理装置可被构造成能检测卷烟制品或过滤棒里的任何空穴，所述空穴在图像上会表现为一亮度异常的面积，其处由于空穴里没具有或缺少烟草或过滤材料而透射率增大。由于背光能够容易地穿透包卷纸，对于检测空穴，可将照像机设定到相当快的快门速度。在用Ridler等人在Picture Thresholding Using an IterativeSection Method，IEEE Transactions on Systems，Man and Cybernetics，1978；8(8)630-632中提出的双峰直方概率分布阈检测算法(bimodal histogram thresholddetection algorithm)“确定了图像的阈(thresholded)”之后，可用前面提到的Sonka等人1999年的著作的第124-128页所揭示的基本分段程序法(basic segmentation)检测出图像上的亮点，其可能就是空穴。
所述卷烟制品或过滤棒可包括一卷烟制品，它具有一烟草棒段和一邻接的过滤嘴段，并且对于大多数种类的过滤棒，可将所述卷烟制品照亮以显示出在所述烟草棒段和过滤嘴段之间的界面处的所述过滤嘴段的内端面，以及可对所述图像进行处理以确定所述内端面和所述过滤嘴段的另一端(也是卷烟制品的一端)之间的所述过滤嘴段的长度。这一操作要求非常低的快门速度，以便能有尽可能多的光穿过过滤棒。这可能导致图像的某种程度的曝光过度，但是，预料由图像的任何明显的模糊现象引起的不精确性都会处在对这种测量要求的允差之内。由于用于确定图像的边缘的投影技术，垂向的轮廓不清现象不会是明显的。
应该理解在用背光照亮卷烟制品时过滤嘴段的内端面是一从外部看得见的特征，因此可以基本上像上述那样确定所述内端面相对于过滤嘴段的另一端的轴向位置，也就是确定了过滤嘴段的长度。这样，在所述内端面和所述另一端之间的过滤嘴段的长度可以由以下步骤来确定确定卷烟制品的轴向定向；轴向地移动卷烟制品而调定其一端相对于视界的位置直到所述内端面处在视界里；使所述卷烟制品成像而形成所述图像；处理所述图像以确定所述内端面相对于视界的位置；以及，随后从所述一端和所述内端面的位置，并且根据所述卷烟制品的轴向定向和所述卷烟制品的长度确定所述过滤嘴段的长度。
最好是沿轴向向前推卷烟制品直到所述一端相对于视界处在一第三预定位置，这个位置对应于所述内端面到所述一端的第二标称距离，以及使所述内端面处在视界里在对应于所述第二标称距离的一第三标称位置附近。然后，可处理图像以确定所述内端面的实际位置，并由此通过计算所述第三标称位置和所述实际位置之间的差值，并把得到的差值加于或减于所述第二标称距离以确定所述内端面和所述一端之间的实际距离，过滤嘴段的长度等于所述实际距离，或者根据所述卷烟制品的轴向定向等于所述卷烟制品的长度减去所述实际距离。
对在视界的一被关注的有限的第三区域里的所述图像进行处理，在所述一端相对于所述视界或所述基准位置处在所述预定的第三位置时，这个被关注的第三区域包含所述内端面的全部可能的位置。
所以，可将所述数据库进一步构造成能储存过滤嘴段的一第三标称长度，并且，所述控制装置可配置为能够从第三标称长度，以及根据由操作者输入的数据指出的卷烟制品的轴向定向从第一标称长度，推导出在所述过滤嘴段和烟草棒段之间的界面处的过滤嘴段的内端面和卷烟制品的所述一端之间的第二标称距离，并且控制所述移动装置把卷烟制品相对于视界移动到对应于所述第二标称距离的第三预定位置，而使所述内端面处在所述视界里，以及，随后控制所述处理装置处理所述图像以确定所述内端面相对于所述视界的位置，并且从所述内端面的位置、所述一端的位置，以及根据卷烟制品的轴向定向、卷烟制品的实际长度确定过滤嘴段的实际长度。
较佳的是，所述控制装置还被构造成能够从所述第三标称长度、以及根据卷烟制品的轴向定向、从所述第一标称长度推导出在所述一端定位在所述第三预定位置时所述内端面相对于视界的一第三标称位置，并且所述处理装置被构造成能确定所述内端面相对于视界的实际位置以及通过计算所述实际位置和所述第三标称位置之间的差值，并把得到的差值加于或减于所述第二标称距离以确定所述内端面和所述一端之间的实际距离，过滤嘴段的长度等于所述实际距离，或者根据所述卷烟制品的轴向定向等于所述卷烟制品的长度减去所述实际距离。
所述控制装置还可被构造成能推导出所述视界的一被关注的第三预定区域，在所述一端定位在所述第三预定位置时这个区域包含所述内端面的全部可能的位置，并且可控制所述处理装置处理所述被关注的第三预定区域里的所述图像以确定所述内端面的位置。
在某些实施例中，如上所述，所述卷烟制品可能还包括一过滤棒外部包卷层，它从卷烟制品的所述第一端验轴向延伸过所述第二过滤嘴段并包括一搭接部分，其搭接越过过滤嘴段和烟草棒段之间的界面而部分地覆盖烟草棒段，并且可对所述图像进行处理以确定所述过滤棒外部包卷层的轴向长度(包卷长度)以及可从所述包卷长度和过滤嘴段的长度之间的差值计算所述搭接部分的长度(搭接长度)。
因此，所述处理装置可进一步被构造成能够确定所述过滤棒外部包卷层的轴向长度，这个外包层从卷烟制品的第一端沿轴向延伸过所述第二过滤嘴段并包括一搭接部分，其搭接越过过滤嘴段和烟草棒段之间的界面而部分地覆盖烟草棒段，并且这个过滤棒外部包卷层的外观不同于所述第一烟草棒段的未被搭接的其余部分的外观，从而通过计算所述过滤棒外部包卷层的长度和所述过滤嘴段的长度之间的差值来确定所述搭接部分的长度。
在本发明的再一方面，提供一种用于确定卷烟制品的一或多个物理性质的设备，所述卷烟制品具有一烟草棒段、一邻接的过滤嘴段、一沿周向包卷着所述烟草棒段并自身搭接而形成一纵向第一接缝的外层以及一过滤棒外部包卷层，所述过滤棒包卷层沿周向包卷着所述卷烟制品并自身搭接而形成一纵向第二接缝并且从所述卷烟制品的一第一端沿轴向延伸过所述过滤嘴段，搭接越过所述两段之间的界面而部分地覆盖所述烟草棒段并且结束于远离所述第一端的一边缘，以及，这个过滤棒包卷层的外观不同于所述烟草棒段的未被搭接的其余部分的外观，所述设备包括一限定一视界的成像装置，所述成像装置被构造成用于使所述卷烟制品在所述视界里形成一数字图像；一用于把所述卷烟制品定位在所述视界里的定位装置，所述定位装置包括一用于使所述卷烟制品在所述视界里绕其轴线转动的转动装置以及一用于使所述卷烟制品相对于所述视界沿轴向运动的移动装置；一用于调定所述卷烟制品的一端相对于所述视界的位置的调位装置；至少一照明装置，它们可选择性地工作，用于把散射光投射在所述视界上而照亮所述视界，和/或用于给定位在所述视界里的所述卷烟制品施加背光；一处理装置，其被构造成能对所述数字图像进行采样并处理所述图像样本，以确定在所述视界里的卷烟制品的一或多个物理性质；一数据库，其被构造成能储存卷烟制品的第一标称长度、所述边缘和所述第一端之间的所述过滤棒包卷层的第二标称长度、所述过滤嘴段的第三标称长度以及操作者输入的指示所述卷烟制品在定位装置上的轴向定向的数据；
一用于控制所述移动装置、所述转动装置、所述照明装置和所述处理装置的控制装置，所述控制装置配置成(i)能够控制所述移动装置把所述卷烟制品或过滤棒的一端相对于所述视界移动到对应于所述第一标称长度的一第一预定位置，使所述卷烟制品的另一端处在所述视界里，以及，随后控制所述处理装置处理所述图像以确定所述另一端相对于所述视界的位置，并且从所述一端和另一端的位置确定所述卷烟制品的实际长度；(ii)能够控制所述处理装置处理所述图像以确定所述卷烟制品的轮廓的两个相反的边缘的位置，以及，计算所述两个相反的边缘之间的距离；(iii)能够从所述第二标称长度以及根据所述卷烟制品的轴向定向从所述第一标称长度推导出所述卷烟制品的所述边缘和所述一端之间的一第一标称距离，以及，控制所述移动装置把所述卷烟制品相对于所述视界移动到对应于所述第一标称距离的一第二预定位置，以使所述边缘处在所述视界里，以及，随后控制所述处理装置处理所述图像以确定所述边缘相对于所述视界的位置，并且从所述边缘的位置、所述一端的位置以及根据所述卷烟制品的定向、所述卷烟制品的实际长度来确定所述过滤棒包卷层的实际长度；(iv)能够控制所述转动装置使所述卷烟制品绕其轴线转动以及控制所述处理装置在所述卷烟制品转动的过程中重复地对所述图像进行采样，并且处理每一样本以检测由所述外层的所述第一条纵向接缝投射出的阴影的位置，从而确定所述外层相对于所述卷烟制品的方向的包卷方向；(v)能够控制所述转动装置使所述卷烟制品绕其轴线转动以及控制所述处理装置在所述卷烟制品转动的过程中对所述图像重复地进行采样，并且处理每一样本以检测由所述过滤棒包卷层的第二条纵向接缝投射出的阴影的位置，从而确定所述过滤棒包卷层相对于所述卷烟制品的方向的包卷方向。
(vi)能够从所述第三标称长度以及根据所述卷烟制品的轴向定向从所述第一标称长度推导出所述过滤嘴段在所述过滤嘴段和所述烟草棒段之间的界面处的一内端面和所述卷烟制品的所述一端之间的一第二标称距离，以及，控制所述移动装置把所述卷烟制品相对于所述视界移动到对应于所述第二标称距离的一第三预定位置，以使所述内端面定位在所述视界里，以及，随后控制所述处理装置处理所述图像以确定所述内端面相对于所述视界的位置，并且从所述内端面的位置以及根据所述卷烟制品的定向、所述卷烟制品的实际长度确定所述过滤嘴段的实际长度；以及(vii)能够控制所述处理装置以便通过计算所述过滤棒外部包卷层的长度和所述过滤嘴段的长度之间的差值来确定所述过滤棒包卷层的所述搭接部分的轴向长度。
较佳的是，所述移动装置可包括一推杆，其被构造成可接触卷烟制品的所述一端而相对于视界沿轴向推动所述卷烟制品。可对所述设备进行校准而建立所述推杆相对于所述视界的基准位置，并且以所述基准位置为准规定所述第一、第二和第三预定位置。
除有意设置的可见的外部特征之外，卷烟制品或过滤棒可能会意外地具有看得见的不希望的外部特征，诸如污迹和漏气孔。用所述成像装置可把这些特征揭示在所摄取的卷烟制品或过滤棒的所述图像上，表现为一或多个离散的暗的部位，与周围的区域相比，这些部位比周围的卷烟制品或过滤棒的区域暗，并且它们的位置是随机的。
按照本发明的另一方面，所述处理装置可被构造成能够检测存在的一或多个看得见的不希望的外部特征，其作法是生成所述卷烟制品或过滤棒的一区域的对比度图，把所述对比度图与所述区域的基准对比度图进行比较，以及，判别那些意料之外的对比度明显不同的部位。
可以把意料之外的对比度明显不同于基准对比度图的对应部位的一部位认定是一看得见的不希望的外部特征。
在某些实施例中，可以在卷烟制品或过滤棒被所述移动装置在所述成像装置的视界里移动或被所述转动装置在所述视界里转动的过程中系列地生成所述卷烟制品或过滤棒的多个对比度图，并把每一对比度图与对应的基准对比度图进行比较。
所述数据库可储存所述各个基准对比度图。较佳的是，所述数据库可储存所述卷烟制品的每一不同类型的区域的一代表性的对比度图。这样，数据库就不必储存整个卷烟制品或过滤棒的基准对比度图，但是，在一卷烟制品包括具有不同颜色或色调的或不同图案的邻接的多个段的情况中，数据库可包括例如每一段的一代表性的基准对比度图。
在本发明的再一方面，提供一种能够基本上实时地监测卷烟机生产的卷烟的物理性质的变化的方法，其作法是系列地采取由所述卷烟机生产的卷烟的样本并按照本发明确定所述被系列地采样的卷烟的一或多个物理性质。把所述一或多个物理性质的数值按照采样时间顺序输出并用于例如生成由所述卷烟机生产的卷烟的所述一或多个物理性质随时间变化的一种图形显示。在所述卷烟机具有两条卷烟线并且它们生产的卷烟合并起来进行包装的情况中，本发明可对合并起来的卷烟系列地进行采样，并且特别是能够从过滤棒包卷纸和卷烟纸的包卷方向确定一支指定的卷烟是由卷烟机的哪一条卷烟线生产的，并把这支卷烟的一或多个物理性质与那条卷烟线联系起来。
下面参照附图举例说明本发明的各实施例。各附图中
图1是一支卷烟的示意图，表示出它的各个物理性质。
图1A是图1的那支卷烟的一部分的第一个放大视图。
图1B是图1的那支卷烟的另一部分的第二个放大视图。
图2是本发明的用于测量卷烟制品或过滤棒特别是卷烟的一或多个物理性质的设备的示意性框图。
图3是构成图2的设备的一部分的传送系统和影像(visoin)系统的立体图。
图4是图3的影像系统和传送系统的另一立体图。
图5是图2的影像系统的另一立体图。
图6是一曲线图，其表示出对于数字照像机像素数目和实际距离之间的一种直观的非线性关系。
图7是一示意图，其表示按照本发明测量一支卷烟的总长度。
图8是一示意图，其表示按照本发明测量一支卷烟的过滤嘴包卷层的长度。
图9是一示意图，其表示按照本发明测量一支卷烟的过滤嘴段的长度。
图10是一示意图，其表示按照本发明确定一支卷烟的周向外部包卷层的包卷方向。
图11是一支卷烟的示意性剖面图，表示出那支卷烟的最大和最小直径。
本发明是关于卷烟制品或过滤棒特别是卷烟的一或多个物理性质的自动测量。一支普通的卷烟10表示于图1。卷烟10包括一烟草棒段12和邻接的过滤嘴段14。卷烟10具有一纵向主轴线16和一大致均一的直径d。烟草棒段12具有纵向第一端和相反的纵向第二端17和18并包括压实的干燥的烟丝19，烟丝被包卷在卷烟纸筒20里。所述卷烟纸筒是由一张可燃的卷烟纸周向地包卷在烟草棒段12的外面并且其两个纵向边缘搭接起来而形成的，同时形成一纵向接缝21。第二段亦即过滤嘴段14包括一段过滤材料棒，它具有互相相反的第一端26和第二端25。过滤棒的第二端25紧靠烟草棒段12的第一端17，以至过滤棒的内端面27对头地接触于烟草棒段12的第一端17。为了把过滤棒固定于烟草棒段12，用第二块纸即过滤棒包卷纸28周向地包卷住过滤嘴段14并自身搭接起来而形成第二个纵向接缝29。所述过滤棒包卷纸28从过滤嘴段14的第一端25延伸过过滤嘴段14和烟草棒段12之间的界面而部分地覆盖在烟草棒段12上，如图1所示。过滤棒包卷纸28终止于远离过滤嘴段14的第一端25的圆周边缘30。过滤棒包卷纸28的从第一端25到边缘30的长度通常称为“包卷长度”Ow，通常把过滤棒包卷纸28搭接于烟草棒段12的长度称为“搭接长度”Ol。
卷烟纸20一般是浅颜色的，通常是白的或灰白的，并且通常其上制成具有多个按规律间隔的均匀的条纹，这些条纹的颜色比卷烟纸的其余部分略深或略淡。在制成的卷烟上，所述条纹形成围绕烟草棒段12的轴向间隔的周向环带32，如图1A所示，每个环带32具有相反的第一和第二边缘33和34。各环带32的宽度和它们的间距一般是卷烟牌子的特征数据。卷烟纸上也可以在靠近边缘30处印刷上一些信息，如图1B所示。这些印刷的信息可包括字母数字字符和/或标记，一般用于表明卷烟的牌子，这些字符通常是相对于卷烟10的轴线16沿着圆周方向排列的。
包卷着过滤嘴段14的过滤棒包卷纸28的色调可以比卷烟纸20的深，通常是淡褐色的，以使所述边缘30清晰可见，作为卷烟10的一外部特征。
因此，卷烟10是有方向性的，卷烟10对其位于过滤嘴段14的第一端25和烟草棒段12的第二端18之间的中点来说不是转动对称的。根据卷烟的制造方法，第一块和第二块纸20和28可以独立地往上包卷，可以相对于卷烟10的方向顺时针地或逆时针地包卷。现代的卷烟机典型地包括两个平行的烟草棒流(streams oftobacco rods)，在每一烟草棒流中烟草棒被包卷上卷烟纸20。各个烟草棒被以常规的方式装上过滤嘴，其作法是，把一双倍长度的过滤棒插接在两个烟草棒之间，用来自一第一卷筒纸的一块过滤棒包卷纸28把两个相邻的烟草棒和它们之间的双倍长度的过滤棒包卷起来。然后把双倍长度的过滤棒一切为二而形成分开的两支卷烟。对于在另一条线上的烟草棒，用来自一第二卷筒纸的过滤棒包卷纸沿着与第一卷筒纸的包卷方向相反的方向搭接地包卷两个相邻的烟草棒和它们之间的双倍长度的过滤棒，并以同样的方式切断，而装上过滤嘴。然后把来自两条线的卷烟合并起来进行包装。所以，对于每一支卷烟，具有四个不同的卷烟纸和过滤棒包卷纸的包卷方向排列。具体地说，相对于卷烟10的方向，卷烟纸20可以顺时针或逆时针地包卷烟草棒段12，以及，过滤棒包卷纸28可以以与卷烟纸20的包卷方向相同或相反的方向进行搭接包卷。
不同牌子的卷烟的直径d可能是不一样的，但是一般都在4.9到8.3毫米范围内。典型地，卷烟的周长c是在约15.5到26.0毫米范围内。不同牌子的卷烟的总长度l(烟草棒段12的长度加过滤嘴段14的长度)也有所不同，一般是在约50.0到约125.0毫米范围内，其中过滤嘴段14的长度lf是在约16.0到45.0毫米范围内。搭接长度Ol可以是在1到20毫米范围内。
图2到图5描绘的设备构造成特别能够确定卷烟制品或过滤棒诸如上述的卷烟10的如以上限定的一或多个物理性质。具体地说，本发明的设备能够确定卷烟10的长度l、过滤嘴长度lf、包卷长度Ow、搭接长度Ol以及直径d，还能确定卷烟纸20和过滤棒包卷纸28各自的包卷方向。本发明的设备还可被构造成能够确定卷烟10的其它物理性质，包括周长、形状、椭圆度和圆度(以下将予以限定)以及检测卷烟10的缺陷，诸如烟草棒段12和过滤嘴段14的界面处有无空穴，烟草棒段12的第二端18处或过滤嘴段14的第一端25处有无空穴，是否具有不希望有的污迹或漏气孔，卷烟纸或过滤棒包卷纸上是否有错位的重叠印刷，以及是否用错了卷烟纸。
参照图2，本发明的设备包括一控制系统100，它包括乃是一微处理机的常规计算机101、一适当的存储器、一数据储存设备(诸如硬盘驱动器和/或CD-Rom驱动器)、一或多个数据输入/输出设备、一作为选项的显示器以及应用软件。所述一或多个数据输入/输出设备可包括一可由操作者输入数据的常规键盘，而作为选项的显示器可包括一常规的显示屏。
计算机101具有PCI总线102，其把计算机101连接于画面取样器104，后者能够以预定的帧频(frame rate)接收并记录(capture)来自外部摄像—照像机222的视频信号并输出控制信号。画面取样器104也连接于红外影像(vision)系统200，这将在下面详述。
计算机101还有一ISA总线103，其连接于运动控制器106，也连接于包括一机械替续器(mechanical relay)的数字输出卡板107，这两者都连接于一螺杆传送系统300，这也将在下面详述。
与任何采用计算机的设备的通常作法一样，控制系统100被构造成能够处理用于控制PCI画面取样器104、运动控制器106和数字输出卡板107的数据并能够根据应用软件提供所希望的输出，应用软件可以通过数据储存设备临时装入计算机101的存储器。
参照图3-5，本发明的设备的影像系统200包括一安装块210，其用于把影像系统200安装于一工作台或台架(未示)。安装块210的前端具有一大致三角形截面的直立的块211，它具有倾斜的表面212，该表面向后面对安装块210的另一端。所述倾斜的表面212对安装块210的上表面成一约为45°的角并且其上具有一镜面214。
与直立的块211并列，安装块210还带有一照像机安装部件215。所述照像机安装部件215包括一大致垂向延伸的板216，其固定于安装块210的上表面，就在所述直立的块211的后面。所述板216成形具有一大致圆的孔217，其大致面对镜面214。垂向的板216的上端带有基本上水平延伸的第二板218，其向后延伸离开直立的块211而延伸向安装块210的所述后端。水平延伸的板218的一侧带有一侧板219。所述垂向的板216、水平的板218和侧板219限定一可容纳数字红外摄像—照像机222的长方形凹槽。所述摄像—照像机222通过适当的措施可拆地紧固于各个板216、218和219并具有圆柱形的镜筒224，该镜筒224向前伸进板216上的孔217而伸向直立的块211上的镜面214。所述镜筒224具有一第一主光轴230，如图2所示。
所述摄像—照像机222对近红外光很敏感，并包括一单个装在所述镜筒里的双凸透镜(DCX)，透镜的焦距是30毫米，可确保在预料直径范围内的所有牌子的卷烟都能具有0.01毫米的观察分辨率。较佳的是，摄像—照像机222包括一电荷耦合器(CCD)，当然也可以用CMOS光电传感器。所述CCD传感器构造成能形成拍摄对象的由阵列组成的数字化图像，这个阵列包括大量按规律排列的像素。照像机以视界模式工作(为了减少数据采集时间)，其分辨率为768×247，并具有视频输出连接于计算机控制系统100的画面取样器104。
摄像—照像机222包括一自动聚焦装置(未示)，可以用所述控制系统100控制这个装置。在一现在看来较佳的实施例中，镜筒224的外表面上加工有齿轮。用所述控制系统100控制一直流马达可通过齿形传动带驱动镜筒的齿轮。所述自动聚焦装置被构造成允许在两个极端(f1和fn)之间一步一步地调整所述照像机的焦距并且典型地包括一用于选择性地在所述两个极端之间驱动所述自动聚焦装置的自动聚焦伺服马达。所述两个极端之间的精确的整数步数(N)从一实施例到另一实施例可能有所不同，但是，典型地，这个装置包括在所述两个极端之间的100个位置(N＝100)。摄像—照像机222的快门速度可以用应用软件设定，这将在下面详述。
参照图3，水平延伸的第二板218的上表面上带有一异形托架230，它具有一有角度的部分232，这部分向上向前延伸越过垂向的板216和直立的块211的倾斜表面212之间的空间。有角度的部分232的上端包括一大致水平的上面部分234。有角度的部分232的下端带有向前伸的定位夹紧件240，这个构件延伸于上面部分234之下在垂向的板216和直立的块211之间的空间之上。
从图5可看出，定位夹紧件240在俯视图里看是大致长方形的并且其上成形有一大致方形的中心孔242。参照图2，孔242是对准镜面214而限定一第二主光轴260，使向下穿过孔242射在镜面214上的名义光束(notional beam of light)被镜面214以直角反射到照像机222的第一光轴230上。定位夹紧件240和托架230的上面部分234两者之间限定了一拍摄对象空间，这个空间可容纳将被成像的卷烟10，这将在下面详述。
上面部分234的下侧形成拍摄对象空间的背景并且是均匀地黑暗的，能够给出很好的与将被成像的卷烟制品或过滤棒的对比度。所述下侧装有红外背光252，其可以选择性地发出3毫米宽的准直光束，并且定位夹紧件240带有两个散射红外侧光254，其定位在孔242的相反的两侧，斜对着第二光轴260，而光轴260穿过孔242到达基本上与上面所述的第一光轴230成直角镜面214。红外背光252和红外侧光254连接于一功率控制箱255，这个控制箱可接收来自画面取样器104的控制信号。
所述传送系统300包括两对并列的辊子310、311和312、313。每一对并列的辊子布置在安装块210的一侧并在大致与定位夹紧件240同一高度上基本上水平地延伸。每一对辊子限定一上凹槽314、315，它们可滑动地接纳一支卷烟10，如图3和4所示，使卷烟10的纵轴线定向为大致垂直于第二主光轴。由两对并列的辊子限定的凹槽314、315互相对准并布置在基本上同一高度上，因此卷烟10可被从一对辊子310、311通过定位夹紧件240传送到另一对辊子312、313。所述各个辊子310-313是连接于所述数字输出插卡107并且被构造成在所述插卡的输出是“1”时能够绕其各自的轴线转动，从而使在其中的卷烟10绕其纵轴线16转动，以及能够在所述插卡的输出是“0”时固定不动。
参照图3和4，一直线驱动器320定位成与两对辊子并列，用于选择性地把卷烟10推靠在辊子310-313上，纵向地沿着所述两个连续的凹槽314、315。所述直线驱动器320包括一根长的导动螺杆322，其可转动地连接于一伺服马达(未示)而能够绕其轴线转动。所述伺服马达连接于所述运动控制器106，用于接收来自控制系统100的控制信号。所述导动螺杆322传动一螺母部件324，在伺服马达使导动螺杆322转动时螺母部件324就将沿着导动螺杆322纵向移动。所述螺母部件324包括一外壳326，一短的径向伸出的臂327连接于外壳326。从外壳326伸出的臂327的外端带有一轴向的推杆328，推杆328有一平的抛光的端面329(见图3)。
所述推杆328沿轴向对准由两对并列的辊子310-313限定的凹槽314、315，伺服马达一开动，推杆328就被驱动而沿着连续的凹槽314、315纵向运动。所述端面329可对准地接触于被接纳在凹槽314、315里的卷烟10的一纵向端。这样，推杆328的运动可推动卷烟10沿着所述凹槽314、315运动。所述臂327被构造成能够通过托架230的上面部分234和定位夹紧件240之间，使推杆328能进入它们之间而位于孔242的上方。
所述伺服马达能够把位置信号返回到运动控制器106，用于确定推杆328相对于预定的基准位置的位置。较佳的是，该伺服马达能够以大约300毫米/秒或更高的速度驱动推杆328。
直线驱动器320能够推动卷烟10使之沿着由两对并列的辊子310-313限定的凹槽314和315移动通过拍摄对象空间250，这个空间依靠镜面214处在摄像—照像机222的视界里。通过操作侧光254，可以用散射光照亮该视界，以照亮处在拍摄对象空间250里的卷烟10，以及，可以将背光252用作给卷烟10的背光照明。所述背光252具有足够高的光强，以至由背光252发出的红外光能够穿透卷烟10，这取决于卷烟10的不透明度。照像机222定向为使图像的主轴线对应于卷烟10的短轴线。这可确保以最大的分辨率得到误差为最小的直径测量值，同时也能以一半的分辨率测量不必测量到同样的精度的长度测量值，诸如过滤棒的位置、包卷位置等等。
在照像机222的视界里的卷烟10被照像机222用红外光成像，照像机222同时把图像信号发送给画面取样器104。画面取样器104以预定的速率对所述图像进行采样，并且由计算机101按照应用软件对图像进行处理而确定其物理性质，这将在下面详述。由控制系统100通过运动控制器106控制传送系统300，以便把卷烟10的被选择的部分定位在视界里而能成像。
能够在计算机101上运行用来分析数字图像以分辨图像中的一或多个特征的适当的成像软件是本领域已知的，因此这里不予详述。典型的成像软件采用一或多个算法检测拍摄对象在数字图像上的边缘。这些算法典型地包括测量各个对比度，用以限定把一边缘限定为在其处的一点；以及，沿着被限定的边缘的长度(以像素数目计之)，其用于确定一邻近的真实的边缘。并且，这些算法还包括进行统计，以确定所选择的边缘是真实的边缘的概率。可以通过分析图像的水平的和垂向的区域投影来检测边缘，这种作法见诸如Sonka，et al.，1999，Image Processing，Analysis，and Machine Vision，2ndEdition，page 256(6.35)，Pacific GrovePWS Publishing.ISBN0-534-95393-X，其内容已被本文引用之。在用Ridler等人在Picture ThresholdingUsing an Iterative Section Method，IEEE Transactions on Systems，Man andCybernetics，1978；8(8)630-632中提出的双峰直方概率分布阈检测算法(bimodalhistogram threshold detection algorithm)“确定了图像的阈”之后，可用前面提到的Sonka等人1999年的著作的第124-128页所揭示的基本分段程序法(basicsegmentation)检测出对应于内部空穴之类的亮点。
本发明的设备的工作的中心是把应用软件用于控制计算机101。可以用能够与计算机101的操作系统兼容的任何适当的语言提供应用软件。较佳的是，用于本发明的设备的软件包括那种定制的“视觉块(vision block)”软件，这是市场上能买到的。
应用软件包括一内部数据库或用于查询外部数据库的指令。数据库构成本文所述的、用于确定卷烟的一或多个物理性质的设备的一部分。具体地说，数据库能够为一或多个不同的卷烟牌子储存诸多物理性质中所关心的每一个的标称数值。因此，对于每一个卷烟牌子，数据库包括下列物理性质的标称数值总长度 Nl过滤棒段的长度 Nlf过滤棒包卷纸的长度(包卷长度) NOw搭接长度 NOl直径 Nd此外，数据库可储存卷烟10的相对于它的标称基准端的其它可见外部特征的轴向位置的标称数值，诸如卷烟纸20上的所述印刷信息相对于过滤嘴段14的第一端25的位置以及各个环带32的轴向宽度和间距。数据库还可包括烟草棒段12和过滤嘴段14的典型的代表性的区域的对比度图，这将在下面详述。
由于采用CCD的照像机通常存在图像模糊的问题，重要的是要确保图像的任何一点不能被过度曝光。卷烟纸和过滤棒的颜色和反射率的变化相当大。而且，肉眼看来互相非常相近的两种产品在红外光下在照像机222看来可能实际上大不相同。所以最佳快门速度的确定应该根据实际的产品试样按经验地进行，并把对一给定的牌子得到的数值储存在数据库里。对于每一卷烟牌子，典型地，需要有三个不同的快门速度第一相当慢的快门速度，用于检测在所述背光252的强照明下过滤棒的内端面27的位置；第二个相当快的快门速度，用于检测在所述背光252的照明下对应于卷烟10里的空穴例如烟草棒段12和过滤嘴段14之间的空穴的亮点；第三个中等的快门速度，用于检测卷烟10在来自侧光254的散射光下在所述暗的背景上的图像的边缘。之所以需要第一慢的快门速度是因为要使尽可能多的光穿透过滤嘴段14。这可能导致图像的曝光有某些过度，但是预料由图像的任何明显的模糊现象引起的不精确性都在为这一测量值给出的允差之内。由于采用把边缘定位在图像内部的投影技术，垂向的轮廓不清现象是没有问题的。
本发明的设备可以配备一数据库，其用与已知各个卷烟牌子有关的上述信息预先编程。当然，如果需要，可将应用软件和数据库配置成允许操作者输入与附加的卷烟牌子有关的对应数据。
软件可以具有模件化的或集成的结构。但是，要求软件能够执行下述各种特殊的功能。
自动聚焦如上所述，红外线数字摄像—照像机222被构造成能够使处在托架230的上面部分234和定位夹紧件240之间的拍摄对象空间250的视界里的卷烟或其它卷烟制品或过滤棒成像。可以通过像上述那样操作照像机的自动聚焦装置来调整数字红外线照像机的焦距。
本发明的设备用于直径的测量的精度特别取决于把照像机222聚焦在卷烟10的中心轴线16上，这样可使卷烟10的侧向边缘在图像上清晰地聚焦。由于在影像检查周期里卷烟10是支承在所述各个辊子310-313上，与直径较小的卷烟产品相比，直径较大的卷烟产品的所述轴线16更远离照像机222。
相应地，应用软件包括一可选择性操作的聚焦子程序，其包括对放在所述拍摄对象空间250里的一基准对象的图像进行一系列的采样而得到一系列的样本，同时操作自动聚焦马达来从一极端(f1)到另一极端(fN)一步一步地改变焦距，基准对象的形状和尺寸应该具有至少一处在照像机的视界里的清晰的边缘。在各较佳实施例中，画面取样器的采样速率是同步于自动聚焦马达的操作(反之亦然)，所以可对自动聚焦马达的每一位置取一样本。然后用上面提到的那种图像处理技术用所述应用软件对所述一系列样本进行处理，以检测所述边缘并确定在哪一样本里边缘最清晰，这样就处于聚焦状态了。由于不大可能达到一精确的图，所以给出了一清晰度允差。如果把清晰度对焦距的关系标绘成曲线，其将是一条明显的高斯分布曲线。然后在应用软件控制下操作自动聚焦马达，把自动聚焦装置返回到对应于那个样本的焦距，这样照像机222就聚焦了。由于马达不能立即停止，在马达最终停止时边缘应该是略微更清晰了。
用作基准的对象最好是在视界里具有与被测试的卷烟、过滤棒或其它卷烟制品相同的形状和尺寸。具体地说，基准对象可以是一根棒，其尺寸和形状基本上与卷烟或过滤棒的相同，并且它是用尺寸稳定的材料制成的。
校准应用软件还包括一校准部分，其能够把图像上以像素为单位计量的距离与视界里的实际距离(典型的是毫米)关联起来。像素对毫米的比取决于照像机222的光学特性以及取决于拍摄对象和照像机222的透镜部分224之间的光学距离。可把一用于把像素距离变换成实际距离的变换系数预先编程到应用软件里，或者，应用软件可通过使一已知尺寸的基准对象在视界里成像而提供一用于重新计算和储存变换系数的应用程序。所述用作基准的对象可以具有在视界里与被测试的卷烟制品或过滤棒基本上相同的形状和尺寸，并且具体地说，可以是一用尺寸稳定的材料制成的圆柱形棒。在某些实施例中，同一基准对象可用于上面所述的校准和自动聚焦。
已经发现本发明的直径测量对与影像系统200相关的光学效应特别敏感。图6给出了典型的实际长度对象素的校准曲线。应该注意到这个曲线是非线性的。因此，需要这样来校准影像系统200，就是以在被测试的卷烟10或其它卷烟制品或过滤棒的标称直径Nd的任一侧的至少两个不同的已知直径进行校准，并且随后在这些已知的直径之间进行插值，以便为影像系统200建立一校准了的比例尺。也可以用多个精确已知的不同直径的基准棒。最好是用三个不同的基准棒来给出覆盖一直径范围的三个校准点，这个直径范围对应于被测试的卷烟制品或过滤棒的标称直径，其中两个基准棒分别对应于所述直径范围的一端，而另一基准棒对应于所述范围的中点。如图6所示，可以用五个不同的基准棒给出三个不同的校准范围，每一范围是以三个已知的校准点校准的。图6中，每一范围内的各个校准点分别用符号·、○和+表示。
基准位置的建立本发明的设备一接通电源，应用软件就能使相应的控制信号由运动控制器106发送到传送系统300的伺服马达，使推杆328的端面329运动进入照像机222的视界。在建立基准位置的过程中，应用软件使相应的控制信号通过画面取样器104发送到影像系统200的功率控制箱255，以便以散射的光照亮视界。推杆328的图像被画面取样器104采样以及被应用软件处理，直到推杆328的端面329在视界里被检测到。然后使伺服马达停止并把它的位置储存作为一基准位置。一旦推杆328的基准位置已经建立就反向操作伺服马达，把推杆328退回到图3所示的常驻位置，以准备接纳卷烟供进行分析。
确定卷烟的牌子和定向在使用中，本发明的设备可接纳来自卷烟机的将被分析的一系列卷烟。如上所述，不同牌子的卷烟的标称物理性质是具有所不同的，卷烟的定向(即，是烟草棒段12朝前还是过滤嘴段14朝前)也是随卷烟机和卷烟机里的卷烟线而不同的。本发明的应用软件允许操作者输入与被测试的卷烟的牌子和定向有关的数据。在输入那些数据时，应用软件能够从所述数据库查询被测试的卷烟的标称物理性质。
实际长度1的测量参照图7，应用软件可按照下述确定卷烟10的实际长度l。根据卷烟的标称长度Nl，应用软件计算对应于标称长度的推杆328的第一位置，使卷烟10的一端18或25对头地接触推杆328的端面329，而卷烟10的另一端25或18处在照像机222的视界里。如果卷烟10是标称长度Nl的，应用软件还确定在视界里的、对应于所述标称长度Nl的第一标称位置Np1，其就是卷烟10的所述另一端25或18的标称位置。还有，根据卷烟10的实际长度相对于标称长度Nl的统计偏差，应用软件限定在第一标称位置Np1周围的一被关注的第一区域401，在卷烟10的一端18或25处在第一推杆位置时这个被关注的区域401包含卷烟10的另一端25或18的所有可能的实际位置。
应用软件还包括用于把相应的控制信号通过运动控制器106发送到伺服马达的指令，以便使推杆328运动到所述第一位置。推杆328停止在图7所示的所述第一位置，在这一位置卷烟10的所述另一端25或18处在照像机222的视界里的被关注的区域401内。然后，计算机101根据应用软件中编码的指令使画面取样器104发出相应的指令给影像系统200，以便启用侧光254，以散射光照亮所述拍摄对象空间250里的视界。在被关注的区域401里的卷烟10的另一端25或18被照像机222成像，并且这个图像被画面取样器104以所述中等的第三快门速度采样。然后，由计算机101对图像样本进行处理而检测卷烟10的另一端25或18的位置并确定其与标称位置Np1相关的位置。然后把另一端25或18的实际位置和标称位置Np1之间的差值δl加于或减于(根据δl是正的还是负的)标称长度Nl，以得出卷烟10的实际长度ll＝Nl+δl
在图7中，卷烟10表示为其烟草棒段12朝前。当然，如上所述，卷烟10在被传送系统300传送时可以是烟草棒段12朝前或过滤嘴段14朝前。但是，对于测量卷烟10的总长度的目的，卷烟10的定向是不重要的。
根据卷烟的定向确定轴向位置和测量长度除卷烟10的总长度l之外，本发明的设备能够有利地确定一或多个内部或全部特征的相对于卷烟10的标称基准端面18和25的轴向位置，诸如烟草棒段12的一端面27相对于第一端面25的位置，其对应于过滤嘴段14的长度lf；以及，所述边缘30相对于所述第一端面25的位置，其对应于过滤棒包卷纸28的轴向长度(包卷长度Ow)。
为了测量包卷长度Ow，应用软件先根据操作者输入的数据确定卷烟10的定向。然后，软件在数据库里查询过滤棒包卷纸28的标称长度NOw并计算推杆328相对于基准位置的第二位置，使得在推杆328处于所述第二位置时，过滤棒包卷纸28的边缘30处在视界里。应用软件还计算所述边缘30的标称位置NP2和一被成像的被关注的区域402，用以检测所述边缘30的实际位置，如图8所示。
应用软件包括用于把相应的控制信号通过运动控制器106发送给输送系统300的指令，用于使推杆328运动到第二位置，使得过滤棒包卷纸28的边缘30处在视界里。然后，启用侧光254照亮视界里的卷烟10，并且由画面取样器104对照像机222摄取的卷烟10的数字图像进行采样，由计算机101根据软件对数字图像进行处理，以确定边缘30的实际位置。对边缘30的实际位置和它的预先计算的标称位置NP2之间的差值δOw进行计算，以及，根据卷烟10在传送系统300上的定向把所述差值施加于过滤棒包卷纸28的标称长度NOw，以计算过滤棒包卷纸28的实际长度OwOw＝NOw+δOw其中，卷烟10在被传送系统300输送时是其烟草棒段12朝前，所以是过滤嘴段14对头地接触推杆328的端面329，过滤棒包卷纸28的轴向长度Ow等于推杆328的第二位置和检测到的过滤棒包卷纸28的边缘30的实际位置之间的距离。在卷烟10被以相反的定向输送即过滤嘴段14朝前的情况下，是烟草棒段12对头地接触于推杆328的端面329，那么，过滤棒包卷纸28的长度可从卷烟10的实际长度l计算，就是像上述那样确定，减去推杆的第二位置和所述边缘30的标称位置NP2之间的第一标称距离，用标称位置NP2和边缘30的实际位置之间的差值δOw进行调整。
参照图9，可以按照本发明以类似于确定过滤棒包卷纸28的包卷长度Ow的方式确定过滤嘴段14的内部长度lf。应用软件先确定卷烟10在传送系统300上的定向，并在数据库里查询过滤嘴段14的标称长度Nlf。根据卷烟10的定向和标称长度Nlf，应用软件计算推杆328的一第三位置，在这个位置上过滤嘴段14的一端面27处在视界里。应用软件还根据过滤嘴段14的标称长度和卷烟10的定向计算所述端面27的一第三标称位置NP3。
应用软件包含用于操作伺服马达使推杆328运动到图9所示的第三位置的的指令，以使所述一端面27定位在第三个被关注的区域403里的第三标称位置NP3附近，这个区域403是由该软件根据过滤嘴段14的实际长度相对其标称长度Nlf的统计偏差计算的。应用软件包含用于启用安装在托架230的上面部分234上的背光252的指令，背光252具有足以使红外光穿透卷烟10的本体的光强。由于过滤嘴段14的性质，在烟草棒段12和过滤嘴段14之间的界面处的端面27在视界里的卷烟10的图像上表现为一很亮的形状。计算机101处理以所述慢的第一快门速度得到的图像并由画面取样器104采集的样本，从而确定端面27在被关注的区域402里的位置并计算端面27的实际位置和标称位置NP3之间的差值。如上所述，然后，可从过滤嘴段14的标称长度Nlf和端面27的第三标称位置NP3和实际位置之间的差值δlf，以及根据卷烟10的定向、卷烟10的总长度l来计算过滤嘴段14的实际长度lflf＝Nlf+δlf此外，搭接长度Ol可以由软件计算作为过滤棒包卷纸28的实际轴向长度Ow和过滤嘴段14的实际长度之间的差值。
所述的技术方法还可用于确定卷烟10的任何可见的内部或外部特征相对于其理论的基准端面18或25的轴向位置。例如，如上所述，许多卷烟的外表面印有字母数字字符或图形图案，它们通常表明卷烟的牌子或种类。前已指出，图1B表示出卷烟纸20外表面上的代表性的印刷字样，其包括一代表性的单词“BRANDING”。如图1B所示，单词“BRANDING”是周向地对准于卷烟10的纵轴线16并且是定位成与过滤棒包卷纸28的边缘30并列。为了控制质量，希望印刷的字样精确一致地被定位在卷烟上，并且，相应地，印刷字样通常是规定为以卷烟10的一端18或25为准，而且典型地是以过滤嘴段14的第一端25为准，这一端通常是在卷烟的制造过程中被精确地剪断而成的。为了规定这样的印刷字样的轴向位置，可以规定印刷字样的一或多个预先规定的点的轴向位置。以卷烟10的轴线16为准规定两个或多个这样的沿周向间隔的点的优点是能够确保那些字样也是正确地沿周向对准。例如，就印刷在图1B所示的卷烟上的单词“BRANDING”而言，希望这个单词不要相对于所述纵轴线歪斜。因此，举例来说，单词“BRANDING”的轴向位置可通过限定这一单词的各个不同字母的多个预先规定点的轴向位置来规定。例如，可以以作为理论的基准端面的过滤嘴段14的第一端25为准规定最前面的字母“B”的轴向位置，以及再以第一端25为准规定最后的字母“G”(图中显示的不是很清楚)的轴向位置。
于是，可见的特征诸如图1B所示的单词“BRANDING”的这样的或每一限定的点的实际轴向位置可以由应用软件按照上述确定，就是先计算推杆328的相对于基准位置的对应位置，使得当推杆处在对应的位置时被限定的点处在视界里，靠近被限定的点在对应的被关注的被成像区域里的一对应的标称位置，以检测被限定的点的实际位置，这个对应的标称位置和对应的被关注的区域也由应用软件根据标称的、为这一可见的特征相对于卷烟的一端18或25规定的位置来计算。
应用软件包括用于把相应的控制信号通过运动控制器106发送到传送系统300的指令，用于使推杆328移动到所述对应的位置，以使所述被限定的点处在视界里。然后，根据可见的特征是卷烟10的外面的或里面的而启用侧光254或背光252，使所述可见的特征在视界里很明显，并且相应地调整照像机222的快门速度。就印刷的字符诸如图1B中的单词“BRANDING”而言，与卷烟纸20的本底颜色相比，印刷的字样的墨汁的不同颜色或色调意味着要靠它的与本底颜色的足够大的对比度印刷的字样才能被看起来是明显的。
如上所述，然后，卷烟10在视界里的图像由画面取样器104进行采样并由计算机101按照应用软件进行处理，以确定在对应的被关注的区域里的特征的被限定的点的位置，并且计算所述特征的被限定的点的实际位置和它的对应的标称位置之间的轴向差值。然后，计算被限定的点相对于卷烟10的基准端面18或25的实际轴向位置，其方法是把所述特征的被限定的点的实际位置和对应的标称位置之间的差值施加于被限定的点相对于所述基准端面的对应的标称位置。
在要确定一可见的特征的一或多个被限定的点的情况中，随后应用软件可指令传送系统300把推杆328移动到对应于所述特征的下一个被限定的点的另一位置。但是，在一特征的两个或多个被限定的点的轴向间隔很小或基本上沿轴向靠在一起的情况下，在推杆328处在一单个位置时这个特征的这些被限定的点在照像机222的视界里可能都是看得见的。在一特征的被限定的那些点是沿周向互相间隔的情况下，可能需要在推杆328固定不动的情况下使卷烟10绕其轴线16转动，通过像上述那样操作传送系统300的辊子310-313来使被限定的各点成像。
其它轴向测量值除了以卷烟10的理论的基准端面18或25为准定位的可见特征之外，卷烟10还可能包括一或多个可见的外部图案，它们不是相对于所述基准端面定位，而是由规则地重复的图案构成，所述图案包括一或多个特征，这些特征与卷烟10的外表面上的相邻部分对比是可见的。如上所述，所述卷烟纸20可能包括多个规则地沿轴向间隔的相当暗的周向环带32，它们具有规定的宽度和间距。如上所述，数据库可储存这些环带32的轴向宽度和间距的标称数值，并且应用软件可包括一用于处理卷烟10的外表面的相应部分的图像的子程序(这将在下面详述)，用于测量各个环带32的轴向宽度和间距。
与各环带32的标称宽度和间距相关联，数据库可包括传送系统300的推杆328的一标称位置，以使卷烟10可相对于基准位置定位，使卷烟10的外表面的一代表性的部分处在视界里，以允许将环带32成像。于是，应用软件按照子程序使传送系统300把推杆328移动到所述标称位置，然后卷烟10的图像被画面取样器104采样并由应用软件处理，以便按照上面提到的图像处理技术检测如图1A所示的两个相邻的环带32的相反的两个边缘33和34。然后，通过确定一环带32的两个相反的边缘33和34之间的轴向距离计算环带32的轴向宽度，以及，通过确定一环带32的一边缘33或34和相邻的环带32的对应边缘33或34之间的轴向距离计算各环带32的间距或称节距。然后，由应用软件把各环带32的实际测量的宽度和间距与数据库里的这些物理性质的标称数值进行比较，并且，如果各环带32的实测间距和/或宽度明显地不同于储存的标称数值，应用软件可触发适当的软件或硬件报警，指示出在卷烟10的制造中已经用错了卷烟纸20。
转动的测量值除了长度测量之外，本发明的设备还能确定卷烟10的一或多个与其直径d相关的物理性质。由于照像机222相对于卷烟10的定向，测量直径的这些测量值时可以充分利用照像机222的最大分辨率。应用软件还可确定卷烟纸20和过滤棒包卷纸28各自的包卷方向(从而可判别卷烟10是由卷烟机的哪一条卷烟线上制造的)。可以在沿着卷烟10的轴向长度的任何数目的点测量它的直径d，但是，在所述的实施例中，是在卷烟长度上的两个间隔的点测量直径d，即，其中一个点在烟草棒段12上，而另一个点在过滤嘴段14上。
应用软件先根据操作者的输入数据确定卷烟10的定向。然后，应用软件根据卷烟10的牌子在数据库里查询它的标称直径Nd。应用软件还计算传送系统300的推杆328的第四和第五位置，用于把卷烟10移动到其上的要测量其直径的各个点处在视界里的各个位置。
应用软件限定两个内部和两个外部沿侧向间隔的被关注的区域，如图10所示。两个被关注的沿侧向间隔的外部区域404是从卷烟10的标称直径Nd得到的并包括当在视界里观看时卷烟10的各相反的侧向边缘的所有统计上可能的位置。下面说明两个被关注的内部沿侧向间隔的区域405L和405R的用途。
如上所述，每一支卷烟10的卷烟纸20和过滤棒包卷纸28是沿周向分别包卷在卷烟10的烟草棒段12和过滤嘴段14上，并且各自沿周向搭接而形成各自的纵向接缝21和29。由于卷烟10是具有方向性的(不对称的)，每一支卷烟10的卷烟纸20和过滤棒包卷纸28可以相对于卷烟10的方向顺时针或逆时针地独立地包卷于卷烟10。红外侧光254是定位在影像系统200的拍摄对象空间250里，用以斜向地照亮处在照像机222的视界里的卷烟10，以增强由接缝21和29投射出的阴影。每一接缝21和29在视界里的可见性取决于卷烟10绕其纵轴线16的转动方位。
如上所述，传送系统300包括两对并列的用于使卷烟10在视界里绕其轴线转动的辊子310-313。由于每个接缝21和29可以是顺时针搭接或逆时针搭接的，根据卷烟纸20和过滤棒包卷纸28的包卷方向，在卷烟10绕其轴线转动时由接缝21和29投射出的阴影将只出现在两个被关注的内部的区域405L和405R中之一里。这样，可以按照本发明通过在照像机222的视界里使卷烟10绕其轴线转动并确定由接缝21和29投射出的阴影出现在被关注的区域405L和405R中的哪一个里来查明卷烟纸20和过滤棒包卷纸28的包卷方向。
应用软件发出编码指令，使传送系统300把卷烟10移动到第四位置，使烟草棒段12或过滤嘴段14的一端处在视界里。应用软件然后接通数字输出插卡107，使辊子310-313以基本上恒定的转速使卷烟10绕其轴线16转动。开通侧光254以沿斜向照亮在视界里的卷烟10的一部分，这样来增强由接缝21和29投射出的阴影。由画面取样器104对由照像机222以所述中等的第三快门速度摄取的图像重复地进行采样，并且对被关注的区域405L和405R里的每一样本进行处理，以检测由接缝21和29投射出的阴影的位置。如上所述，卷烟纸20或过滤棒包卷纸28的包卷方向由所述阴影出现在被关注的内部的区域405L和405R中的哪一个区域里来确定。
由接缝21和29投射出的阴影在被关注的内部的区域405L和405R中之一里的出现也提供了卷烟10上的一方便的周向标记，表明卷烟10绕其轴线16转动完整的一转的起点。于是应用软件使数字输出插卡107继续发出“ON”信号，使辊子310-313继续使卷烟10绕其轴线16转动，直到阴影重新出现在被关注的内部的同一区域405L和405R，这表明卷烟10已经绕其轴线16转了完整的360度的一转，其后，计算机101使数字输出插卡107断电。
在卷烟10的完整的一转过程中，对由画面取样器104采集的图像样本进行处理，以检测卷烟10的轮廓的侧向边缘在被关注的外部区域404里的位置。在每一样本里，计算两个边缘之间的距离dn，以得到那个图像样本的直径的测量值。
通过计算在卷烟10绕其轴线16的完整一转中采集的全部图像样本的平均直径可计算出平均直径d平均。
d平均＝求dn的平均值可以从卷烟10的所述平均直径计算出它的平均周长C平均。
此外，卷烟10的若干其它物理性质可按下述得到参照图11，可以得出卷烟10在第四位置的最大和最小直径d最大和d最小，而卷烟10的椭圆度限定为d最大减d最小，即椭圆度＝d最大-d最小卷烟的形状限定为在全部图像样本中测得的卷烟10的直径的标准偏差，而这些样本是在卷烟10绕其轴线16的完整一转中采集的，即形状＝σ(dn)卷烟10的圆度可按下式计算圆度＝[1-(椭圆度/d平均)×100]一旦在推杆328处在第四位置时两个点中的一个点处的全部直径测量值已经得出，应用软件就使运动控制器106发出相应的控制信号给传送系统300，以便把卷烟10移动到第五位置，使上述的过程重复进行而在卷烟10绕其轴线16的完整一转中测量卷烟10在多个图像样本中的两处位置中的另一处的一系列直径dn并确定卷烟纸20或过滤棒包卷纸28在这个另一点处的包卷方向。
知道了卷烟纸20和过滤棒包卷纸28各自的包卷方向，就能够据之判别卷烟10是由卷烟机的哪一条卷烟线制造的。
缺陷的检测本发明的设备能够检测卷烟10里缺陷的存在，诸如图9中所示的烟草棒段12和过滤嘴段14之间的空穴。为了检测这样的空穴，应用软件根据操作者输入的数据确定卷烟10的定向并在数据库里查询过滤嘴段14的标称长度Nlf。然后，应用软件计算推杆328的第六位置(其可能与第三位置相同)。随后，应用软件使运动控制器106发出相应的控制信号给传送系统300，以把推杆328移动到所述第六位置，使烟草棒段12和过滤嘴段14之间的界面处在试验空间(拍摄对象空间)250的视界里。在推杆328处在第六位置时，应用软件使画面取样器104发出相应的控制信号给影像系统200的功率块(power block)255，以便接通红外背光252。透过卷烟10的红外光的强度取决于许多因素，包括卷烟的致密度和厚度以及制造卷烟所用的材料。烟草棒段12和过滤嘴段14之间的不希望有的空穴会出现在照像机222拍摄的图像上，表现为一非常亮的区域。由于侧光能容易地穿透卷烟纸20，以及在检测烟草棒段12和过滤嘴段14、卷烟纸20以及过滤棒包卷纸之间的空穴时，可以用所述相当快的第二快门速度。应用软件配置成能够检测这些亮度异常的区域并指示出那些亮度异常的区域就是内部空穴存在的地方。类似地，应用软件配置成能够分别地检测烟草棒段12和过滤嘴段14的端面18和25处的空穴。
如上所述，除了有意设置的可见特征(内部的或外部的)外，卷烟10可能还包括一或多个出乎预料的或不希望具有的外部可见特征，诸如漏气孔和/或污迹。这些出乎预料的特征在卷烟10的图像中可能是很明显的，表现为一或多个与卷烟10的外表面的周围区域相比较暗的离散区域，并且是可能出现在任意位置。
卷烟10包括多个不同的区域，一般地由图1中的A和B表示。图1中的卷烟10包括两个不同的区域A和B。区域A对应于包卷着烟草棒段12的卷烟纸20，而区域B对应于包卷着过滤嘴段14与烟草棒段12和过滤嘴段14之间的界面的过滤棒包卷纸28。每一区域A或B具有各自不同的正常背景图案。例如，区域A里的卷烟纸20通常可能是没有什么特征的或者可能包括上述那种周向环带32。区域B一般也可能是单色的或者可能包括一种说明过滤棒包卷纸的特性的斑点图案。在典型的卷烟上，区域B的色调比区域A的色调暗。
对于每一区域A和B，应用软件里包含的数据库或可由应用软件访问的数据库可储存一个对应的基准对比度图，其包括区域A或B的代表性部分的标称图像(nominal image)。这样，对于每一区域，所述基准对比度图可包括所述区域的一代表性部分也就是一块预估的面积的二维对比度图，这个面积一般比整个区域A或B小并且可能形成整个区域A和B的一种重复的图案。与每一基准对比度图相关联，数据库还可包括区域A和B的边界相对于卷烟10的基准端面18或25的标称轴向位置。根据标称的边界位置，应用软件可按照卷烟10在传送系统300上的定向计算推杆328的对应位置，在这个位置上卷烟10的两个相邻的区域A和B之间的边界处在照像机222的视界里。
应用软件能够驱动传送系统300使其一步一步地移动推杆328，使卷烟10沿轴向移动整数步数通过视界。在每一整数步数位置，应用软件可操作传送系统300使卷烟10在辊子310-313上转动，而这时推杆328保持不动。随着卷烟10转动到每一整数步数位置，画面取样器104对在视界里的卷烟10的图像进行采样，并且每一图像样本被处理而生成卷烟10的这一部分在视界里的二维对比度图。所述对比度图有效地包括在视界里的卷烟10的这一部分的二维对比度变化图。然后，由应用软件把每一样本的对比度图与对应的基准对比度图进行比较，并检测所述对比度图与基准对比度图之间的任何出乎预料的差别。当卷烟10被沿轴向移动到一对应于上述的两个相邻的区域A和B之间的边界的标称位置时，应用软件把这一现行的基准对比度图换成另一基准对比度图，后者对应于将被成像的卷烟10的下一继后的区域A或B。
在检测到一对比度图和它的对应的基准对比度图之间差异超过一预定的数时，应用软件还能触发一适当的报警，指示出卷烟10的外表面具有超过预定的限制数量的不希望有的外部可见特征，诸如污迹或漏气孔。
至此已经说明的本发明的设备能够自动地确定卷烟10的多个物理性质，包括它的总长度l、过滤嘴段的长度lf、包卷长度Ow和搭接长度Ol以及卷烟10的平均直径d平均和平均周长C平均。通过使卷烟10绕其轴线16转动，可以检测卷烟纸20和过滤棒包卷纸28的纵向接缝21和29各自的位置而确定卷烟纸20和过滤棒包卷纸28各自的相对于卷烟10的轴向方向的包卷方向。此外，接缝21和29的位置可给卷烟10的周向/转动位置提供方便的标记，以允许在卷烟10转动360°的完整的一转过程中对卷烟10的直径dn进行采样。通过在卷烟10转动的过程中采集它的图像的多个样本，本发明的应用软件能够计算卷烟10的最大和最小直径d最大和d最小，并从它们的数值计算若干其它性质，诸如形状、圆度和椭圆度。还有，本发明的设备能够通过以强的背光252照亮视界里的卷烟10并且检测图像上的的亮度异常的区域检测卷烟里的不希望有的空穴。
对于长度的测量，本发明的设备的测量分辨率约为0.1毫米，精度约为±0.5毫米，复测重复性约为±0.3毫米，以及，再现性约为±0.5毫米。对于直径测量，本发明的设备的测量分辨率约为0.01毫米，精度约为±0.01毫米，复测重复性约为±0.02毫米，以及，再现性约为±0.03毫米。
本发明的设备的一突出的优点是，可以大约每10秒钟分析一支卷烟10。通过对从卷烟机出来的批量卷烟流进行采样并以每10秒钟一支卷烟的速率测量卷烟样本的物理性质，可以目视监测从卷烟机出来的卷烟的物理性质随着时间的变化。如上所述，在许多现代的卷烟机中，卷烟是由两条平行的卷烟线制造，然后把两个卷烟流合并起来去包装。卷烟纸20和过滤棒包卷纸28各自的包卷方向使得能够判别每一支卷烟是由卷烟机的哪一条卷烟线制造的。
权利要求
1.一种用于确定卷烟制品或过滤棒的一或多个物理性质的方法，所述方法包括把一卷烟制品或过滤棒放在一视界里，照亮所述视界，使处在所述视界里的所述卷烟制品或过滤棒成像而形成一图像，以及，分析所述图像以确定所述卷烟制品或过滤棒的一或多个物理性质。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像是数字图像。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述数字图像进行电子学处理，以确定所述一或多个物理性质。
4.如前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，用散射光以及用从所述卷烟制品或过滤棒反射的光照亮所述视界而形成所述图像。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述一或多个物理性质包括所述卷烟制品或过滤棒的长度。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，轴向地移动所述卷烟制品或过滤棒，将调整其一端相对于所述视界的位置直到其另一端处在所述视界里，使所述卷烟制品或过滤棒成像而形成所述图像，处理所述图像以确定所述另一端相对于所述视界的位置，以及，随后从所述两端的位置确定所述卷烟制品或过滤棒的长度。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，轴向地向前推动所述卷烟制品或过滤棒，直到使所述一端相对于所述视界处在一对应于所述卷烟制品或过滤棒的一预定的标称长度的第一预定位置以及使所述另一端处在所述视界里在对应于所述标称长度的一第一标称位置附近，对所述图像进行处理以确定所述另一端的实际位置，以及通过计算所述第一标称位置和所述实际位置之间的差值并把得到的差值加于或减于所述标称长度而确定所述卷烟制品或过滤棒的长度。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，对在所述视界的一有限的被关注的第一区域里的所述图像进行处理，在所述卷烟制品或过滤棒的所述一端处在所述第一预定的位置时，这个被关注的第一区域包含所述卷烟制品或过滤棒的所述另一端的全部可能的实际位置。
9.如权利要求6、7或8所述的方法，其特征在于，所述卷烟制品或过滤棒包括一卷烟制品，它具有邻接的第一和第二纵向段和一过滤棒外部包卷层，该包卷层从所述卷烟制品的第一端轴向地延伸过所述第一和第二两个纵向段中之一并越过所述第一段和第二段之间的界面而部分地覆盖所述两段中的另一段，所述过滤棒外部包卷层结束于远离所述第一端的一边缘，并且对所述图像进行处理以确定所述过滤棒外部包卷层的轴向长度。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，确定所述卷烟制品的定向，轴向地向前推动所述卷烟制品同时调整它的所述一端相对于所述视界的位置，直到所述过滤棒外部包卷层的所述边缘定位在所述视界里，使所述卷烟制品成像而形成所述图像，处理所述图像以确定所述边缘相对于所述视界的位置，以及，随后从所述边缘的位置、所述一端的位置、并且根据所述卷烟制品的轴向定向和所述卷烟制品的长度确定所述过滤棒外部包卷层的长度。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，轴向地向前推动所述卷烟制品或过滤棒，直到所述一端相对于所述视界处在一对应于所述边缘和所述卷烟制品的所述一端之间的一预定的标称距离的第二预定位置以及所述边缘处在所述视界里在对应于所述标称距离的一第二标称位置附近，处理所述图像以确定所述边缘的实际位置，以及，通过计算所述第二标称位置和所述实际位置之间的差值并把得到的差值加于或减于所述标称距离来确定所述边缘和所述卷烟制品的所述一端之间的实际距离，所述过滤棒外部包卷层的长度等于所述实际距离，或者，根据所述卷烟制品的轴向定向等于所述卷烟制品的长度减去所述实际距离。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，对在所述视界的一被关注的有限的第二区域里的所述图像进行处理，在所述一端处在所述第二预定位置时，这个被关注的第二区域包括所述边缘的全部可能的实际位置。
13.如权利要求4到12中的任一权利要求所述的方法，其特征在于，它还包括使所述卷烟制品或过滤棒在所述视界里绕其轴线转动以及重复地对所述图像进行采样。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，对每一图像样本进行处理以测量每一图像样本里的所述卷烟制品或过滤棒的直径，并且用直径的测量值来得到所述卷烟制品或过滤棒的一或多个物理性质，这些性质可以是所述卷烟制品或过滤棒的平均直径、椭圆度、周长、圆度和形状。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，通过处理图像样本而确定所述卷烟制品或过滤棒的轮廓的两个相反的边缘的位置以及计算所述两个相反的边缘之间的距离来确定每一图像样本里的所述卷烟制品或过滤棒的直径。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，对所述视界的两个预先确定的被关注的侧向间隔的区域里的每一图像样本进行处理以确定所述两个相反的边缘的位置，那些被关注的区域是根据所述卷烟制品或过滤棒的标称直径确定的。
17.如权利要求14、15或16所述的方法，其特征在于，所述卷烟制品或过滤棒的直径是在它们的两个或多个轴向间隔的位置处进行测量。
18.如权利要求13到17中的任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述卷烟制品或过滤棒包括一或多个能够指示它们的转动方位的周向标记，并且所述处理步骤包括处理所述各个样本以确定所述卷烟制品或过滤棒的完整的一转儿。
19.如权利要求13到18中的任一权利要求所述的方法，其特征在于，确定一轴向不对称的因而是有方向性的卷烟制品的轴向方向，并且这个卷烟制品包括至少一外层，该外层沿周向包卷着所述卷烟制品并自身搭接起来而形成一纵向接缝，以及，处理所述图像样本以确定所述外层相对于所述卷烟制品的方向的包卷方向。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，对所述各个图像样本进行处理，以便通过在所述卷烟制品转动过程中检测由所述接缝投射出的阴影的位置而确定所述纵向接缝的位置。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，对每一图像样本进行处理以检测所述阴影在所述视界的两个预先确定的被关注的侧向间隔的区域里的存在，所述阴影在一或另一被关注的区域里的存在是所述外层的包卷方向的决定因素，所述被关注的区域是根据所述卷烟制品的预定的标称宽度确定的。
22.如权利要求20或21所述的方法，其特征在于，斜向地照亮所述卷烟制品以增强由所述接缝投射出的所述阴影。
23.如权利要求19到22中的任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述卷烟制品包括两个或多个外层，每一外层包卷着所述卷烟制品并自身搭接而形成一轴向延伸的接缝；对所述图像进行处理以确定每一外层相对于所述卷烟制品的方向的包卷方向。
24.如前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，对所述卷烟制品或过滤棒施加背光以揭示所述卷烟制品或过滤棒的内部物理性质，以及对所述图像进行处理以确定所述内部物理性质。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，对所述卷烟制品或过滤棒施加的背光是红外光。
26.如权利要求24或25所述的方法，其特征在于，所述卷烟制品或过滤棒包括一具有一第一过滤嘴段和一邻接的第二烟草棒段的卷烟制品；把所述卷烟制品照亮以显示出所述过滤嘴段的在所述两段之间的界面处的一端面，以及对所述图像进行处理以确定所述过滤嘴段的在所述端面和所述过滤嘴段的另一端亦即所述卷烟制品的一端之间的长度。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，确定所述卷烟制品的轴向定向，使所述卷烟制品轴向运动而调整它的一端相对于所述视界的位置直到所述端面处在视界里，使所述卷烟制品成像而形成所述图像，处理所述图像而确定所述端面相对于所述视界的位置，并且随后从所述一端和所述端面的位置以及根据所述卷烟制品的定向和所述卷烟制品的长度来确定所述过滤嘴段的长度。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，轴向地向前推动所述卷烟制品，直到所述一端相对于视界处在对应于所述过滤嘴段的预定的标称长度的一第三预定位置以及所述端面处在所述视界里在对应于所述标称长度的一第三标称位置附近，对所述图像进行处理以确定所述端面的实际位置，以及通过计算所述第三标称位置和所述实际位置之间的差值并把得到的差值加于或减于所述标称长度来确定所述过滤嘴段的长度，所述过滤嘴段的长度等于所述实际距离，或者根据所述卷烟制品的轴向定向等于所述卷烟制品的长度减去所述实际距离。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，对所述视界的一具有限的被关注的第三区域里的所述图像进行处理，在所述一端处在所述第三预定位置时，这个被关注的第三区域包含所述端面的全部可能的实际位置。
30.如权利要求26到29中的任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述卷烟制品还包括一过滤棒外部包卷层，其从所述卷烟制品的一第一端轴向地延伸过所述第一过滤嘴段并包括一搭接越过所述两段之间的界面而部分地覆盖所述烟草棒段的搭接部分；对所述图像进行处理以确定所述外部过滤嘴包卷层的轴向长度，并且从所述过滤棒包卷层的长度和所述过滤嘴段的长度之间的差值计算所述搭接部分的长度。
31.如权利要求25到30中的任一权利要求所述的方法，其特征在于，对所述图像进行处理以检测所述卷烟制品或过滤棒里的任何空穴。
32.一种用于确定卷烟制品或过滤棒的一或多个物理性质的设备，这种设备包括限定一视界的成像装置，所述成像装置能够使一卷烟制品或过滤棒在所述视界里成像；用于把一卷烟制品或过滤棒定位在所述视界里的定位装置；用于照亮所述视界的照明装置；以及用于处理所述图像以确定在所述视界里的一卷烟制品或过滤棒的一或多个物理性质的处理装置。
33.如权利要求32所述的设备，其特征在于，所述成像装置被构造成用于形成所述卷烟制品或过滤棒的数字图像。
34.如权利要求33所述的设备，其特征在于，所述处理装置被构造成用于电子学处理所述数字图像以确定所述一或多个物理性质。
35.如权利要求33所述的设备，其特征在于，所述处理装置被构造成用于对所述图像重复地进行采样。
36.如权利要求32到35中的任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述照明装置被构造成把散射光照射在所述视界上。
37.如权利要求36所述的设备，其特征在于，所述成像装置限定一光学观测轴线以及所述照明装置包括一或多个定位在所述光轴的侧旁的侧光灯。
38.如权利要求37所述的设备，其特征在于，所述照明装置包括两个分别定位在所述光轴的相反的两侧的侧光灯。
39.如权利要求32到38中的任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述照明装置包括能够给定位在所述视界里的卷烟制品或过滤棒施加背光的背光灯。
40.如权利要求39所述的设备，其特征在于，所述背光包括红外光。
41.如权利要求32到40中的任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述成像装置包括一数字照像机。
42.如权利要求32到41中的任一权利要求所述的设备，其特征在于，它还包括一用于使在所述视界里的卷烟制品或过滤棒绕其自身轴线转动的转动装置。
43.如权利要求42所述的设备，其特征在于，所述转动装置包括两个并列的辊子，这两个辊子并排安装而其间形成一槽，这个槽能接纳所述卷烟制品或过滤棒，并且所述转动装置还包括用于使所述两个辊子之一或两者转动从而使所述卷烟制品或过滤棒转动的转动装置。
44.如权利要求32到39中的任一权利要求所述的设备，其特征在于，它还包括用于使卷烟制品或过滤棒相对于所述视界轴向地移动的移动装置。
45.如权利要求44所述的设备，其特征在于，它还包括用于调整卷烟制品的一端相对于所述视界的位置的调位装置。
46.如权利要求44和45所述的设备，其特征在于，所述移动装置包括一适于接触卷烟制品或过滤棒的一端的推杆和一可使所述推杆沿着预定路径运动的直线驱动器，以及，所述调位装置被构造成能够指示出所述推杆的位置。
47.如权利要求46所述的设备，其特征在于，所述直线驱动器包括一步进马达，该马达具有一用于调定所述推杆相对于所述视界的位置的编码器。
48.如权利要求45、46或47所述的设备，其特征在于，所述设备还包括用于控制所述移动装置和所述处理装置的控制装置，所述控制装置包括一能够储存所述卷烟制品或过滤棒的一预定的第一标称长度的数据库，并被构造成能够控制所述移动装置把所述卷烟制品或过滤棒的一端相对于所述视界移动到一对应于所述第一标称长度的第一预定位置，以使所述另一端处在所述视界里，以及，随后控制所述处理装置对所述图像进行处理而确定所述另一端相对于所述视界的位置，并且从所述一端和另一端的位置来确定所述卷烟制品或过滤棒的实际长度。
49.如权利要求47所述的设备，其特征在于，所述控制装置被构造成能够推导出在所述一端定位在所述第一预定位置时所述另一端在所述视界里的一第一标称位置，所述第一标称位置对应于所述第一标称长度，以及，所述处理装置被构造成能够确定所述另一端的实际位置并计算所述实际位置和所述标称位置之间的差值，所述卷烟制品或过滤棒的长度等于所述第一标称长度加上或减去所述差值。
50.如权利要求49所述的设备，其特征在于，所述控制装置还被构造成能够推导出所述视界的一预定的被关注的第一区域，在所述一端定位在所述第一预定位置时这个区域包括所述卷烟制品或过滤棒的所述另一端的全部可能的位置，以及，所述控制装置能够控制所述处理装置处理只在预定的被关注的第一区域里的所述图像以确定所述另一端的位置。
51.如权利要求42或43所述的设备，其特征在于，所述处理装置被构造成能够在一卷烟制品或过滤棒被所述转动装置转动的过程中对所述图像重复地进行采样并且处理每一图像样本以测量每一图像样本里的所述卷烟制品或过滤棒的直径，以及，用得到的测量值来得出所述卷烟制品或过滤棒的一或多个物理性质，这些物理性质包括所述卷烟制品或过滤棒的平均直径、椭圆度、周长、圆度和形状。
52.如权利要求51所述的设备，其特征在于，所述处理装置被构造成能够确定每一图像样本中所述卷烟制品或过滤棒的轮廓的两个相反的边缘，并且计算所述两个相反的边缘之间的距离。
53.如权利要求52所述的设备，其特征在于，它还包括用于控制所述处理装置的控制装置，所述控制装置包括一数据库，这个数据库能储存所述卷烟制品或过滤棒的一预定的标称直径，所述控制装置被构造成能限定所述视界的对应于所述标称宽度的两个沿侧向间隔的被关注的区域，每一被关注的区域包含所述两个相反的边缘中的每一边缘的全部可能的位置，并且，所述控制装置配置成能控制所述处理装置处理只在所述两个被关注的区域里的每一图像样本以确定所述两个相反的边缘的位置。
54.如权利要求51、52或53所述的设备，其特征在于，所述处理装置被构造成能确定所述卷烟制品或过滤棒的在其上两个或多个轴向间隔的位置处的直径。
55.如权利要求51到54中的任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述处理装置被构造成能检测卷烟制品或过滤棒上的一或多个周向标记，这些标记能指示出所述卷烟制品或过滤棒的转动方位。
56.如权利要求51到55中的任一权利要求所述的设备，其特征在于，它还包括被构造成能够响应所述处理装置的输出而控制所述转动装置的控制装置，以使所述卷烟制品或过滤棒转动过完整的一转儿。
57.如权利要求48、49或50所述的设备，其特征在于，所述处理装置被构造成能确定具有邻接的第一和第二两个纵向段的卷烟制品的过滤棒外部包卷层的轴向长度，所述过滤棒外部包卷层从所述卷烟制品的第一端轴向地延伸过所述第一和第二两段中之一，搭接越过所述两段之间的界面而部分地覆盖所述另一段并结束于远离所述第一端的一边缘，并且其外观不同于所述另一段的未被搭接的其余部分的外观。
58.如权利要求57所述的设备，其特征在于，所述数据库还被构造成能储存指示所述卷烟制品的轴向定向和在所述边缘和所述第一端之间的所述过滤棒包卷层的第二标称长度的数据，所述控制装置被构造成能够从所述第二标称长度以及根据所述卷烟制品的轴向定向从所述第一标称长度推导出所述卷烟制品的所述边缘和所述一端之间的一第一标称距离，以及，控制所述移动装置把所述卷烟制品相对于所述视界移动到对应于所述第一标称距离的一第二预定位置，以使所述边缘处在所述视界里，以及，随后控制所述处理装置处理所述图像以确定所述边缘相对于所述视界的位置并且从所述边缘的位置、所述一端的位置以及根据所述卷烟制品的定向、所述卷烟制品的实际长度来确定所述过滤棒包卷层的实际长度。
59.如权利要求58所述的设备，其特征在于，所述控制装置还被构造成能够从所述第二标称长度以及根据所述卷烟制品的轴向定向从所述第一标称长度推导出在所述一端定位在所述第二预定位置时所述边缘相对于所述视界的一第二标称位置，以及，所述处理装置被构造成能确定所述边缘相对于所述视界的实际位置、并且通过计算所述实际位置和所述第二标称位置之间的差值并把得到的差值加于或减于所述第一标称距离来确定所述边缘和所述一端之间的实际距离，所述过滤棒外部包卷层的实际长度等于所述实际距离或者根据所述卷烟制品的定向等于所述卷烟制品的实际长度减去所述实际距离。
60.如权利要求59所述的设备，其特征在于，所述控制装置还被构造成能推导出所述视界的一预定的被关注的第二区域，在所述一端定位在所述第二预定位置时，这个第二区域包含所述过滤棒包卷层的所述边缘的全部可能的位置，以及控制所述处理装置处理只在所述预定的被关注的第二区域里的所述图像以确定所述边缘的位置。
61.如权利要求42或43所述的设备，其特征在于，它还包括用于控制所述处理装置的控制装置，所述控制装置包括一数据库，这个数据库被构造成能储存可指示出乃是轴向不对称的因而是有方向性的卷烟制品的轴向方向的数据，所述处理装置被构造成能够在所述卷烟制品被所述转动装置转动的过程中对所述图像重复地进行采样并处理每一样本以检测由所述卷烟制品的外层的一条纵向接缝投射出的阴影的位置，所述外层是周向地包卷着所述卷烟制品并自身搭接而形成所述接缝，从而确定所述外层相对于所述卷烟制品的方向的包卷方向。
62.如权利要求61所述的设备，其特征在于，所述数据库还被构造成能储存所述卷烟制品的标称宽度，所述控制装置被构造成能根据所述标称宽度推导出所述视界的两个侧向间隔的被关注的区域，根据所述外层的包卷方向每一所述被关注的区域包含所述阴影的全部可能的位置，以及，控制所述处理装置以检测所述阴影只在所述被关注的两个区域之一里的存在。
63.如权利要求61或62所述的设备，其特征在于，所述侧光是相对于所述光轴斜向地定位的，以增强由所述接缝投射出的所述阴影。
64.如权利要求61、62或63所述的设备，其特征在于，所述处理装置被构造成能确定卷烟制品的两个或多个外层各自的包卷方向，每一外层周向地包卷着所述卷烟制品并自身搭接而形成一轴向延伸的接缝。
65.如权利要求39或40所述的设备，其特征在于，所述处理装置被构造成能检测所述卷烟制品或过滤棒里的任何空穴。
66.如权利要求39或40所述的设备，其特征在于，它还包括用于控制所述移动装置和所述处理装置的控制装置，所述控制装置包括一数据库，这个数据库被构造成能储存指示卷烟制品的轴向定向的数据，所述卷烟制品包括互相邻接的第一过滤嘴段和第二烟草棒段，以及储存所述过滤嘴段的一预定的第三标称长度，所述控制装置配置成可从所述第三标称长度以及根据所述卷烟制品的轴向定向从所述第一标称长度推导出在所述过滤嘴段的、在所述两段之间的界面处的一端面和所述卷烟制品的所述一端之间的一第二标称距离，以及控制所述移动装置把所述卷烟制品相对于所述视界移动到对应于所述第二标称距离的一第三预定位置，以使所述端面处在所述视界里，以及随后控制所述处理装置处理所述图像以确定所述端面相对于所述视界的位置并且从所述端面的所述位置、所述一端的所述位置以及根据所述卷烟制品的定向、所述卷烟制品的实际长度来确定所述过滤嘴段的实际长度。
67.如权利要求66所述的设备，其特征在于，所述控制装置还被构造成能够从所述第三标称长度以及根据所述卷烟制品的轴向从所述第一标称长度推导出所述端面在所述一端定位在所述第三预定位置时相对于视界的一第三标称位置；所述处理装置被构造成能确定所述端面相对于所述视界的实际位置并且通过计算所述实际位置和所述第三标称位置之间的差值并把得到的差值加于或减于所述第二标称距离来确定所述端面和所述一端之间的实际距离；所述过滤嘴段的实际长度等于所述实际距离，或者根据所述卷烟制品的定向，等于所述卷烟制品的实际长度减去所述实际距离。
68.如权利要求67所述的设备，其特征在于，所述控制装置还被构造成能推导出所述视界的一预定的被关注的第三区域，在所述一端定位在所述第三预定位置时这个被关注的第三区域包含所述端面的全部可能的位置，以及，控制所述处理装置处理只在所述预定的被关注的第三区域里的所述图像以确定所述端面的位置。
69.如权利要求66、67或68所述的设备，其特征在于，所述处理装置还被构造成能确定过滤棒外部包卷层的轴向长度，这个过滤棒外部包卷层从所述卷烟制品的第一端轴向地延伸过所述第一过滤嘴段并包括一搭接部分，这个搭接部分搭接越过所述两段之间的界面而部分地覆盖所述第二烟草棒段，并且这个过滤棒外部包卷层的外观不同于所述第二段的未被搭接的其余部分的外观，从而可通过计算所述过滤棒外部包卷层的长度和所述过滤嘴段的长度确定所述搭接部分的长度。
70.一种用于确定卷烟制品的一或多个物理性质的设备，所述卷烟制品具有互相邻接的一第一过滤嘴段和一第二烟草棒段、一周向地包卷着所述第二段并自身搭接而形成一纵向第一接缝的外层以及一过滤棒外部包卷层，这个过滤棒包卷层周向地包卷着所述卷烟制品并自身搭接而形成一纵向第二接缝并且从所述卷烟制品的第一端轴向地延伸过所述第一段，搭接越过所述两段之间的界面而部分地覆盖所述第二段并且结束于远离所述第一端的一边缘，以及，这个过滤嘴包卷层的外观不同于所述第二段的未被搭接的其余部分的外观，所述设备包括一限定一视界的成像装置，所述成像装置被构造成用于使所述卷烟制品在所述视界里形成数字图像；一被构造成用于把所述卷烟制品定位在所述视界里的定位装置，所述定位装置包括一用于使所述卷烟制品在所述视界里绕其轴线转动的转动装置以及一用于使所述卷烟制品相对于所述视界轴向运动的移动装置；一用于调整所述卷烟制品的一端相对于所述视界的位置的调位装置；至少一照明装置，它们可选择性地工作，用于把散射光照射在所述视界上而照亮所述视界或者用于给定位在所述视界里的所述卷烟制品施加背光；一处理装置，其被构造成能对所述数字图像进行采样并能处理所述图像样本，以确定在所述视界里的卷烟制品的一或多个物理性质；一数据库，其被构造成能储存所述卷烟制品的一第一标称长度、所述边缘和所述第一端之间的所述过滤棒包卷层的一第二标称长度、所述过滤嘴段的一第三标称长度以及操作者输入的指示所述卷烟制品在测试夹具上的轴向定向的数据；一用于控制所述移动装置、所述转动装置、所述照明装置和所述处理装置的控制装置，所述控制装置配置成(i)能够控制所述移动装置把所述卷烟制品或过滤棒的一端相对于所述视界移动到对应于所述第一标称长度的一第一预定位置，使所述另一端处在所述视界里，以及，随后控制所述处理装置处理所述图像以确定所述另一端相对于所述视界的位置以及从所述一端和另一端的位置确定所述卷烟制品的实际长度；(ii)能够控制所述处理装置处理所述图像以确定所述卷烟制品或过滤棒的轮廓的两个相反的边缘以及计算所述两个相反的边缘之间的距离；(iii)能够从所述第二标称长度，以及根据所述卷烟制品的轴向定向，从所述第一标称长度，推导出所述卷烟制品的所述边缘和所述一端之间的一第一标称距离，以及，控制所述移动装置把所述卷烟制品相对于所述视界移动到对应于所述第一标称距离的一第二预定位置，以使所述边缘处在所述视界里，以及随后控制所述处理装置处理所述图像以确定所述边缘相对于所述视界的位置并且从所述边缘的位置、所述一端的位置，以及根据所述卷烟制品的定向、所述卷烟制品的实际长度来确定所述过滤棒包卷层的实际长度；(iv)能够控制所述转动装置使所述卷烟制品绕其轴线转动，以及控制所述处理装置在所述卷烟制品转动的过程中对所述图像重复地进行采样并且处理每一样本以检测由所述外层的所述纵向第一接缝投射出的阴影的位置，从而确定所述外层相对于所述卷烟制品的方向的包卷方向；(v)能够控制所述转动装置使所述卷烟制品绕其轴线转动以及控制所述处理装置在所述卷烟制品转动的过程中对所述图像重复地进行采样并且处理每一样本以检测由所述过滤棒包卷层的纵向第二接缝投射出的阴影的位置，从而确定所述过滤棒包卷层相对于所述卷烟制品的方向的包卷方向。(vi)能够从所述第三标称长度，以及根据所述卷烟制品的轴向定向，从所述第一标称长度，推导出所述过滤嘴段在所述两段的界面处的一端面和所述卷烟制品的所述一端之间的一第二标称距离，并且控制所述移动装置把所述卷烟制品相对于所述视界移动到对应于所述第二标称距离的一第三预定位置，以及随后控制所述处理装置对所述图像进行处理以确定所述端面相对于所述视界的位置并且从所述端面的位置、所述一端的位置，以及根据所述卷烟制品的定向、所述卷烟制品的实际长度来确定所述过滤嘴段的实际长度；以及(vii)能够控制所述处理装置以便通过计算所述过滤棒外部包卷层的长度和所述过滤嘴段的长度之间的差值来确定所述过滤棒包卷层的所述搭接部分的轴向长度。
全文摘要
揭示了一种用于确定卷烟制品(10)或过滤棒(14)的一或多个物理性质的方法，这种方法包括使所述卷烟制品或过滤棒处在一视界里，照亮所述视界，使在所述视界里的所述卷烟制品或过滤棒成像而形成图像，以及，分析所述图像以确定所述卷烟制品或过滤棒的一或多个物理性质。较佳的是，所述图像是数字图像，对其可进行电子学处理以确定所述一或多个物理性质。所述一或多个物理性质可包括所述卷烟制品或过滤棒的长度、平均直径、椭圆度、周长、圆度或形状。本发明还提供用于执行这种方法的设备，它包括限定一视界的成像装置，所述成像装置能够使在所述视界里的卷烟制品或过滤棒成像；用于使卷烟制品或过滤棒在所述视界里定位的定位装置；用于照亮所述视界的照明装置；以及，用于处理所述图像以确定在所述视界里的卷烟制品或过滤棒的一或多个物理性质的处理装置。
文档编号A24C5/34GK1761869SQ200480007341
公开日2006年4月19日 申请日期2004年3月19日 优先权日2003年3月20日
发明者R·F·威尔森, G·J·皮缇, T·G·阿尔斯, W·A·H·艾法利特 申请人:莫林斯股份有限公司