X射线在线烟丝或烟箱杂质鉴别、剔除及其计重检测装置的制作方法

本发明涉及烟草加工测量领域，特别涉及输送带上烟丝(或烟箱)杂质鉴 别与剔除及其计重。

背景技术：

在烟草加工过程中，如输送的烟丝(或片烟或烟叶)以及输送的成品烟箱或复烤厂 打包成烟箱(以下简称烟丝或烟箱)都可能混入金属或非金属杂物。烟丝中混有非金属 性杂物，如不及时剔除，将会影响卷烟质量，含有金属性杂物，如不及时剔除，将会损 坏后续工艺设备。目前在卷烟厂烟丝输送带上加装永久磁铁或金属探测器剔除金属杂物， 但不能剔除不锈钢、铜、铝等低磁或无磁性金属物，以及非金属杂物。目前，对非金属 杂物检测鉴别，大多采用光电检测技术，如高速摄像机识别、判断、剔除杂物，但它只 能鉴别输送烟丝表面上存在的杂物，对烟丝内部杂物的鉴别也是无能为力。而对打包的 烟箱和成品烟箱内杂物的鉴别，目前尚属空白。在烟草加工不同生产工艺过程都需对输 送烟丝或片烟进行重量计量，以加强生产管理，考核生产量与消耗量。目前计量手段主 要是采用电子秤和小感量核子秤，小感量采用镅-241、γ源与长电离室，源-电离室形成 是扇形束，不符合物质对射线吸收定律窄束要求，因而造成测量精度受烟丝流量、堆积 形状、分布位置变化影响较大。

本发明公开的“X射线在线烟丝或烟箱杂质鉴别、剔除及其计重检测装置”可鉴别 金属杂质，同时也可鉴别非金属杂质；它可实时鉴别输送烟丝(或片烟)表面与内部杂 质，也可鉴别输送烟箱内部杂质或烟箱缺件(缺条)，同时可测量输送烟丝或片烟重量， 是烟草加工过程中杂质鉴别、剔除及其计重更加有效的设备。

技术实现要素：

“X射线在线烟丝或烟箱杂质鉴别、剔除及其计重检测装置”用于卷烟厂输送烟丝 (或片烟)杂质鉴别、剔除或成品烟箱内杂质鉴别及成品烟箱缺件；还可用于复烤厂打 包成品烟箱或输送的烟叶内杂质鉴别与剔除。

解决的技术问题是：

1、采用X射线源和N个X射线探测器构成N个X射线测量单元对输送带输送的 物质的重量负荷进行精确测量；

2、由于X射线源相对应N个X射线探测器所在位置的距离和角度不同，致使N 个检测单元间测量的重量负荷产生较大误差，本发明采用对N个测量单元进行归1化方 法消除其间误差；

3、更进一步数据采集控制器以采集时间Δt对N个测量单元进行实时采集，可 得输送烟丝(或烟箱)的重量负荷、累计重量及其重量负荷图像；

4、利用有杂质与无杂质之间物料重量负荷差别以及图像识别技术，建立烟丝或 烟箱杂质及烟箱缺件(缺条)判断标准；

5、剔除装置剔除杂质。

一种“X射线在线烟丝或烟箱杂质鉴别、剔除及其计重检测装置”其特点包括：

输送机，用于输送烟丝或烟箱；

X射线源和N个X射线探测器(N＝1，2……N)，构成N个测量单元，用于测量输送 带上物料重量负荷(单位面积的重量)；

安装支架，用于安装X射线、X射线探测器；

归1化装置，采用同一个标准重量负荷，标定N个测量单元使其各测量单元测量的 重量负荷相一致；

剔除装置，用于剔除杂物或缺条烟箱；

数据采集控制器，用于接收N个测量单元重量负荷信号UNi、UN0；以及对归1化装 置、剔除装置发出控制信号；

数据采集控制器按采集时间Δt，实时采集N个测量单元重量负荷信号UNi和UN0， 并：

1、根据数学模型计算出各测量单元的物料重量负荷值；

2、根据重量数学模型计算烟丝重量；

3、根据物料重量负荷值进行光电转换成像；

4、根据测量的物料重量负荷与杂质(或缺件)判断标准及图像识别，判断杂质 或缺件存在；

5、对存在的杂质或缺件(缺条)，数据采集控制器对剔除装置发出控制信号， 剔除装置剔除杂质或缺件成品烟箱。

所述N个测量单元，其测量重量负荷的数学模型是：

式中：

FNi——N测量单元测量的重量负荷；

KN——归1化系数；

UNi——有标准重量负荷板时，探测器输出信号；

UNO——无标准重量负荷板时，探测器输出信号；

N——探测器序号。

所述N个测量单元测量烟丝重量的数学模型是：

式中：

Wi——烟丝累计重量；

Δti——采集时间；

n——采集次数；

Vi——皮带速度；

KN——归1化系数；

UNi——有标准重量负荷板时，探测器输出信号；

UNO——无标准重量负荷板时，探测器输出信号；

N——探测器序号。

该检测装置的安装支架由上、下两部分组成，并采用前、后、左、右、顶、底板封 闭(见图1)。X射线源安装在上支架X射线源的安装板上，装有N个X射线探测器的 探测器盒安装在下支架底板上，探测器盒上面装有归1化装置的标准重量负荷板，整个 安装支架跨装在输送机上，如图2所示。

“X射线在线烟丝或烟箱杂质鉴别、剔除及其计重检测装置”其特点在于，还包括 一烟丝整形装置，安装在输送机烟丝输入端，用以将烟丝整形为厚度一致的烟丝(见图 5a)；

剔除装置由驱动器、推杆、推板及滑板组成，安装在输送机一侧；驱动器驱动推杆、 推板，将杂质物料或缺件烟箱剔除输送带至滑板落下(见图3)；

归1化装置由驱动器、连杆、标准重量负荷板及其轨道构成(见图4)，标准重量 负荷板为厚度一致，面密度均匀的铝板，其上开存长方形X射线射入孔，测量时X射线 源发出的X射线经射线孔到被测物质上，然后被X射线探测器接收，并获取信号 (UNi，UNO)；归1化时，驱动器驱动连杆及标准重量负荷板使板上X射线孔移出X 射线照射区，此时X射线源发射的X射线要穿过标准重量负荷板后再被X射线探测器接 收，并获取测量标准重量负荷板的测量信号(UNi′、UNO′)，归1化的方法在实施方案 中再做详细论述。

附图说明

图1安装支架构成示意图

图1(a)正视图；

图1(b)侧视图；

I——上支架；

1——上支架内X射线源安装板；

II——下支架；

2——下支架底板(探测器盒安装板)；

图2安装支架安装在皮带机上示意图

3——X射线源；

4——X射线探测器盒，盒内装有N个X射线探测器；

5——归1化装置的标准重量负荷板；

6——标准重量负荷板滑动轨道；

7——输送机的上皮带；

8——输送机的下皮带；

图3剔除装置构成示意图

9——驱动器；

10——推杆；

11——滑板；

12——烟丝；

图4归1化装置示意图

14——归1化装置的驱动器；

15——连杆；

5-1——标准重量负荷版上X射线入射孔；

图5不同应用场所示意图

图5(a)输送烟丝杂质鉴别示意图

16——烟丝整形装置(烟丝定料管)；

图5(b)成品烟箱内杂质(或缺条)鉴别示意图

17——成品烟箱；

图5(c)复烤厂打包烟箱内杂质鉴别示意图

18——打包烟箱；

19——轨道输送机；

图6 X射线源与N个X射线探测器相对位置及测量示意图

3——X射线源；

4——X射线探测器盒，盒内装有N个X射线探测器；

(4-1)，(4-2)，……(4-N/2)，……(4-N)X射线探测器；

具体实施方式

在发明内容中及附图1-6已对本发明技术实施方案做了比较完整的说明，下面结合 附图对本发明做进一步说明。

1、本技术方案采用的是封闭式安装支架，支架外部均用铁板封闭(前面板、后 面板、侧面板、顶板、底板)，X射线源及X射线探测器均安装在支架内，封闭式安装支 架将X射线源发射的X射线均屏蔽在支架内，以提高辐射安全性(见图1、图2)；

2、本技术方案核心是X射线源与N个X射线探测器构成N个检测单元，X射线 源参数及X射线探测器选取应视测量对象而定。图5(a)、图5(b)、图5(c)给出应 用场所示意图，X射线源的高压大小选择主要决定于被测物的面密度及其被测物厚度， 如图5(a)测量烟丝(或片烟)X射线源高压可选择低些，如测量打包的烟箱，如图5 (c)，其面密度大且测量的厚度也大，所以X射线源的高压就要求的高。探测器数量N 的选择主要决定鉴别杂质尺寸大小以及皮带宽度大小，一般选择N大些，以增加对杂质 的鉴别能力，X射线探测器可选取尺寸较小的半导体探测器(如硅光二极管-CSI(TI) 闪烁阵列)或小尺寸的电离室陈列探测器，以增加N值，数据采集控制器采集时间Δt 也尽可能小，以增加图像的像素值，提高分辨能力。

3、图6给出X射线源与N个X射线探测器相对位置及测量标准重量负荷板的测 量示意图，从该图可以看出各测量单元的X射线源相对应的X射线探测器距离和角度是 不同的，测量时相互间产生较大误差，如(4-1)X射线探测器，它距X射线源距离是 oc，测量的厚度是ab，而(4-N/2)X射线探测器，它距X射线源距离是of，测量的厚 度是de，显然ab＞de，oc＞de。同是一个被测标准重量负荷板，却测出二个不同的结果， 因此，相互间产生较大误差，为了消除相互间误差，本发明采用归1化装置进行归1， 使其各测量单元具有同样的测量效果，具体归1化方法如下：

1)采用归1系数KN进行归1，测量重量负荷数学模型为：

式中：

FNi——N测量单元测量的重量负荷；

KN——归1化系数；

UNi——有标准重量负荷板时，探测器输出信号；

UNO——无标准重量负荷板时，探测器输出信号；

N——探测器序号。

2)归1化装置，驱动器驱动标准重量负荷板5，使其上X射线孔(5-1)对准X 射线源发射的X射线，数据采集控制器采集N个测量单元探测器输出信号， 经t时间后测得各测量单元信号为

3)归1化装置驱动器驱动标准重量负荷板5，使其X射线孔(5-1)移出X射 线照射区，使重量负荷板对准X射线源发射口，测量有标准负荷板时N个X 射线探测器输出信号得

4)数据采集控制器根据获取信号UNO，UNi计算各测量单元重量负荷为：

5)令FNi等于被测量的标准重量负荷板的面密度值(F标)，则可得各测量单元的 归1系数KN值：

6)由上可得各测量单元测量的物料重量负荷的数学模型为：

测量时，各测量单元用各自数学模型计算各自的物料重量负荷 值。

4、杂质判断标准确定

根据不同被测对象，建立判断不同对象的鉴别标准，建立判断标准的方法如下(以 下以鉴别成品烟箱内杂质及缺件(缺条)为例)：

1)选取一定数量无杂质和无缺件烟箱，如选10个烟箱，将一个一个烟箱通过检 测装置进行测量，数据采集控制器实时采集各测量单元信号，根据采集信号 实时计算出烟箱的重量负荷值和重量负荷的显示图像；

2)从计算的所有重量负荷值中找出其最大值Fmax和最小值Fmin；

3)确定判断标准：

鉴别杂质标准：

FNi≥Fmax+m％Fmax＝(1+m％)Fmax

m是根据判断杂质要求及烟箱重量负荷变化范围的大小确定；

鉴别缺件(缺条)标准：

FNi≤Fmin-m％Fmin＝(1-m％)Fmin

进行图像识别鉴别：

根据杂质形状或缺件(空白)进行识别。

5、图3给出剔除装置构成示意图，当数据采集控制器判断有杂质存在，立即对 剔除装置的驱动器发出控制信号，驱动器驱动推杆和推板将带有杂质的烟丝或烟箱推至 滑板落下。

本发明(X射线在线烟丝或烟箱杂质鉴别、剔除及其计重检测装置)较目前传统的 杂质鉴别检测装置和计重装置相比，具有如下优点：

1、采用重量负荷判断和图像识别鉴别方法鉴别分辨率高，可鉴别小尺寸杂质；

2、双重鉴别，误判率小；

3、可同时鉴别金属和非金属杂质，还可鉴别成品烟箱缺件(缺条)；

4、应用面广，可以鉴别输送烟丝内杂质，还可鉴别烟箱内杂质(目前烟草加工 中箱内杂质鉴别尚属空白)和重量计量，是一种多功能检测装置。