基于EtherCAT的烟支松头和外观智能传感器的制作方法

本实用新型属于烟支加工技术领域，涉及一种基于ethercat的烟支松头和外观智能传感器。

背景技术：

在卷烟的生产过程中，卷烟卷制质量一直是烟草行业重点关注的内容，其中就包括烟支的外观和点燃端烟丝密度。传统的卷烟行业中，烟支的外观和点燃端的烟丝密度通常是采用人工查看，人工检测存在效率低，耗费人力等问题，阻碍卷烟产业的发展。

随着自动化技术的飞速发展，工业控制行业也对自动化技术提出新的需求。特别是在烟草行业，先进的自动化技术可以更好的提高生产效率、加强生产质量和改善生产管理。

近年来，随着ipc(工业计算机)技术及ethercat(ethernetforcontrolautomationtechnology)总线的发展，对高速实时以太网ethercat的应用成为卷烟机技术发展的一个趋势。ethercat实时以太网技术最早由beckhoff公司2003年提出，并于2007年12月成为国际标准，是iec61158和iec61784中定义的第十二种通信协议标准，它是一种直达i/o级的实时工业以太网，具有性能优越，拓扑结构灵活和组态简单等特点，ethercat可在30us内处理1000个分布i/o，可实现最佳纵向集成。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于ethercat的烟支松头和外观智能传感器，实现烟支松头和外观检测的高效化及精确化。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

基于ethercat的烟支松头和外观智能传感器，包括

les传感部件，用于检测烟支端部的烟丝密度；

otis传感部件，用于检测烟支的外观；

ethercat模块，用于传送检测数据；

以及mcu模块；

所述les传感部件、otis传感部件和ethercat模块分别与mcu模块连接。

进一步的，所述les传感部件包括红外线发射器和多个红外线接收器，多个所述红外线接收器环绕红外线发射器发射的红外线光路设置。

进一步的，所述les传感部件包括红外线发射器和四个红外线接收器，四个所述红外线接收器环绕红外线发射器发射的红外线光路均匀设置。

进一步的，所述otis传感部件包括激光发射器、第一透镜组件、第四透镜和激光接收器，所述激光发射器、第一透镜组件、第四透镜和激光接收器同轴设置，所述第一透镜组件和第四透镜设于激光发射器和激光接收器之间，所述第一透镜组件靠近激光发射器设置。

进一步的，所述otis传感部件包括遮光件，所述遮光件设于第四透镜和激光接收器之间。

进一步的，所述遮光件设有同心的第一弧形槽孔和第二弧形槽孔，所述第二弧形槽孔所在的圆周半径大于所述第一弧形槽孔所在的圆周半径。

进一步的，所述第一透镜组件包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第二透镜位于第一透镜和第三透镜之间。

进一步的，所述ethercat模块通过fsmc接口与mcu模块连接。

进一步的，所述基于ethercat的烟支松头和外观智能传感器包括轴编信号处理模块，所述轴编信号处理模块与mcu模块连接。

进一步的，所述基于ethercat的烟支松头和外观智能传感器包括电源模块，所述电源模块与mcu模块连接。

本实用新型的有益效果：

本实用新型设有les传感部件，红外线接收器接收到烟支发射出的红外线总量，并将其转化为电信号，从而系统可根据电信号来判定烟支端部的烟丝密度，提高检测精度；

本实用新型设有otis传感部件，通过检测激光通量，并将激光通量转化为电信号，来检测烟支外观是否存在缺陷，提高烟支外观检测的效率及准确度；

同时，本实用新型设有轴编信号处理模块和ethercat模块，可通过轴编码器对机器同步脉冲的倍频和ethercat模块的实时高速数据传输，使系统能对不到1厘米宽度的一连串烟支在高速移动中每根采集80个点，进行实时数据分析和统计，提高检测的准确性和高效性。

附图说明

附图1是基于ethercat的烟支松头和外观智能传感器的结构示意图；

附图2是les传感部件的原理结构示意图；

附图3是les传感部件的侧视结构示意图；

附图4是otis传感部件的原理结构示意图；

附图5是遮光件的结构示意图。

图中标识：1-烟支、2-红外线发射器、3-红外线接收器、4-激光发射器、5-第一透镜组件、501-第一透镜、502-第二透镜、503-第三透镜、6-遮光件、601-第一弧形槽孔、602-第二弧形槽孔、7-第四透镜、8-激光接收器。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参考附图1所示，实施例中提供了一种基于ethercat的烟支松头和外观智能传感器，包括用于检测烟支端部的烟丝密度的les传感部件，用于检测烟支外观的otis传感部件，用于传送检测数据的ethercat模块，以及mcu模块；所述les传感部件、otis传感部件和ethercat模块分别与mcu模块连接。实施例中，所述les传感部件的输出端和otis传感部件的输出端分别与mcu的输入端连接；所述mcu模块的输出端与ethercat模块连接。

在一些实施例中，所述ethercat模块通过fsmc接口与mcu模块连接；所述ethercat模块通过ethercat总线电缆与ipc连接，从而将mcu模块采集到的检测数据高效的传输至ipc。

在一些实施例中，所述mcu为32位微处理器mcu。

实施例中，所述les传感部件通过红外式传感器对烟支点燃端端部的烟丝密度进行检测，并将检测信号发送至mcu模块。

参考附图2和图3所示，在一些实施例中，所述les传感部件包括红外线发射器2和多个红外线接收器3，多个所述红外线接收器3环绕红外线发射器2发射的红外线光路设置。所述红外线发射器2与烟支1的点燃端的端面相对设置，并将红外线以平行光的形式均匀照射在烟支1的端面上，且所述红外线发射器2发射的红外线全部照射在烟支端面，使红外线进入烟支1内部；所述红外线发射器2和烟支1同轴设置；多个所述红外线接收器3环绕烟支1均匀分布设置，用于接收从烟支1上发射出来的红外线；所述红外线接收器3靠近烟支1的点燃端设置。

在一些实施例中，所述les传感部件包括红外线发射器2和四个红外线接收器3，四个所述红外线接收器3环绕红外线发射器2发射的红外线光路均匀设置。使用时，所述烟支1的点燃端的端面与红外线发射器2的发射端相对设置，且同轴设置；所述红外线发射器2将发射的红外线以平行光的形式均匀照射在烟支1的端面上，使红外线进入烟支1端部，且红外线发射器2发射的红外线全部照射在烟支1的端面上；四个所述红外线接收器3环绕烟支1均匀设置，从而接收从烟支1的端部不同位置发射出来的红外线。

实施例中，通过多个所述红外线接收器3接收到的红外线总量来判断烟支1的点燃端端部的烟丝密度；当红外线接收总量越大，则说明烟支点燃端端部的烟丝密度越小，即烟支点燃端烟丝填充疏松；反之，当红外线接受总量越小，则说明烟支点燃端端部的烟丝密度越大，即烟支点燃端烟丝填充良好。

实施例中，所述红外线接收器3将接收到的红外线多少转化为对应的电信号，当红外线接收器3接收的红外线越多时，红外线接收器3产生的电压越高；反之，当红外线接收器3接收的红外线越少时，红外线接收器3产生的电压越低。所述les传感部件将产生的电压信号发送至mcu模块，mcu模块根据接收到的电压信号判断检测烟支的点燃端烟丝密度是否达标。

参考附图4和图5所示，实施例中，所述otis传感部件包括激光发射器4、第一透镜组件5、第四透镜7和激光接收器8，所述激光发射器4、第一透镜组件5、第四透镜7和激光接收器8同轴设置，所述第一透镜组件5和第四透镜7设于激光发射器4和激光接收器8之间，所述第一透镜组件5靠近激光发射器4设置；所述激光接收器8位于所述第四透镜7的焦点上。实施例中，所述第一透镜组5将激光发射器4产生的发散光束调整为平行光束；所述第四透镜7将第一透镜组5传送过来的平行光束调整为聚焦光束，从而由所述激光接收器8接收。使用时，将所述烟支1放置于平行光束中，所述烟支1长轴与平行光束同轴设置；当烟支1的外观存在缺陷或翘起时，会减少到达激光接收器8的激光量，即减少激光接收器8接收的光通量，从而根据激光接收器8接收的光通量来判断烟支外观是否存在缺陷。

实施例中，所述激光接收器8将接收到的激光通量转化为对应的电信号，当所述激光接收器8接收的光通量减小时，其产生的输出电压也会随之减小，从而将相应的电信号发送至mcu模块，mcu模块根据接收到的电压信号判断检测烟支的外观是否达标。

在一些实施例中，所述otis传感部件包括遮光件6，所述遮光件6设于第四透镜7和激光接收器8之间；所述遮光件6设有同心的第一弧形槽孔601和第二弧形槽孔602，所述第二弧形槽孔602所在的圆周半径大于所述第一弧形槽孔601所在的圆周半径。所述第一弧形槽孔601处于烟支端面在遮光件6上的投影范围内，所述第二弧形槽孔602处于烟支端面在遮光件6上的投影范围外。对于检测同一支烟支时，烟支的遮光面积除于透光面积的结果为检测分辨率，当设置遮光件6时，烟支的遮光面积大小不变，透光面积变小，则检测分辨率就会随之提高；所述烟支的遮光面积即烟支端面的面积，所述透光面积即烟支外部周围通过的激光面积。

在一些实施例中，所述第一透镜组件5包括第一透镜501、第二透镜502和第三透镜503，所述第二透镜502位于第一透镜501和第三透镜503之间；所述第一透镜501靠近激光发射器4设置，所述第三透镜503靠近第四透镜7设置；所述激光发射器4位于第一透镜501的焦点上，所述第三透镜503位于第二透镜502的焦点外；所述第一透镜501将激光发射器4发射的发散光调整为平行光，所述第二透镜502将接受第一透镜501的平行光进行汇聚，所述第三透镜503将第二透镜502发射过来的激光调整为平行光；所述第四透镜7将第三透镜503发射的平行光汇聚；所述烟支1位于第三透镜503和第四透镜7之间的平行光的光路内。

参考附图1所示，实施例中，所述基于ethercat的烟支松头和外观智能传感器还包括轴编信号处理模块，所述轴编信号处理模块用于连接卷烟设备上的轴编码器；所述轴编信号处理模块与mcu模块连接。实施例中，所述轴编码器跟踪烟支的位置信息，并将检测到的烟支位置信息发送至轴编信号处理模块，所述轴编信号处理模块将烟支位置信号进行电平转换和逻辑处理，并将处理好的烟支位置信息发送至mcu模块，从而mcu模块将烟支的位置信息及对应烟支的点燃端的烟丝密度检测数据和外观检测数据配套发送至ipc；以便ipc控制卷烟机的剔除模块将不合格的烟支剔除。

在一些实施例中，所述基于ethercat的烟支松头和外观智能传感器还包括电源模块，所述电源模块与mcu模块连接；所述电源模块用于连接外部电源，将外部电源dc24v转换为dc5v电源，以实现给基于ethercat的烟支松头和外观智能传感器的正常供电。

使用时，所述基于ethercat的烟支松头和外观智能传感器的mcu模块通过ethercat模块连接至卷烟机的ipc上，其轴编信号处理模块与卷烟机上的轴编码器连接，其电源模块与卷烟机上的电源连接；从而，在工作时，所述基于ethercat的烟支松头和外观智能传感器对烟支进行检测，并将检测数据发送至ipc，由ipc控制剔除模块将不达标的烟支剔除。

以上所述的实施例，只是本实用新型的较优选的具体方式之一，本领域的技术员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。