[0001] 本发明涉及卷烟制造领域，尤其涉及一种烟支烟丝段紧致力检测系统。

[0002] 烟支是由卷烟纸包裹而成，由于烟丝具有弹性，卷烟的卷制过程存在烟丝先压缩后松弛(或膨胀)的力学变化过程，由于在受轨道和卷烟纸的限制，其受力可视为烟丝受压后体积不变，烟丝受压缩后应力随时间减小的应力松弛过程，在此过程中，应力不能松弛到零，最终会与卷烟纸相互作用达到平衡应力。该平衡力就是烟丝对卷烟纸的作用力的直观反应。该平衡力的大小直接影响卷烟空头、端部落丝、稀头等质量指标，因此，检测该平衡力对质量分析和质量改进具有重要意义。

[0003] 在圆周一定的前提下，烟丝填充量、填充值、弹性等指标决定了烟支烟丝段平衡应力的大小。在卷烟生产过程中，一方面采用设置紧头、增加烟丝填充量、增加烟丝填充值以及弹性等方式增加端部的包裹力，从而减少烟支空头、毛头、稀头、端部落丝等质量缺陷的发生，另一方面采用剔除装置，将空头、毛头、稀头等不合格烟支剔除，但端部落丝需要离线检测，无法进行在线剔除，而端部落丝是一项综合性指标，与单支重量、紧头规格、烟丝结构、烟丝弹性、烟丝填充值等质量指标以及卷烟机参数都具有一定相关性，且影响方向不一，单支重量的设定需要综合考虑卷烟的感官质量、物理质量、烟气质量和消耗，往往采用试验和经验相结合的方式确定；紧头规格一般由设备厂家提供，部分企业会根据对感官质量、消耗等指标的影响确定相应的规格，但由于每个机台会生产多种规格卷烟，每种卷烟的烟丝填充量、填充值、弹性、烟丝结构、耐加工性等指标差异较大，且紧头位置存在飘移等诸多因素，导致同一机台生产的不同规格卷烟往往出现烟支空头、毛头、稀头、端部落丝等质量指标和消耗存在显著差异；烟丝填充量由设备进行控制，存在一定的波动；烟丝填充值与含水率、风送风速、回丝量、烟丝结构的一致性等因素密切相关，都存在一定的波动；由于影响因素多而复杂，很难通过试验准确确定每种因素与烟支空头、毛头、稀头、端部落丝的相关性，亟需找到一种新的可直接测量的指标，能够衡量其与烟支空头、毛头、稀头、端部落丝等质量指标的关系，进而构建其与卷烟圆周、烟丝结构、填充值、单支重量、弹性的关系模型，为烟支重量设计、卷制质量改进、消耗降低等提供指导。

[0004] 经分析发现，烟支空头、毛头、稀头、端部落丝等质量缺陷与烟支烟丝段受力密切相关，由于行业内未有从力学的角度研究卷制质量的可靠方案，也不具备对应且完善的检测系统，站位于此，本发明将卷烟丝受到卷烟纸周向包裹产生的平衡应力称为紧致力，并分析出同样的端部烟丝填充量，当圆周增大时，烟支紧致力减小，易出现，烟支空头、毛头、稀头、端部落丝等质量缺陷，不同规格烟丝填充值、弹性越低，烟支的紧致力减小；烟丝填充量一定，烟丝填充值、弹性接近时，2.0mm以下的烟丝含量越少，烟支端部紧致力越高，烟支空头、毛头、稀头、端部落丝等质量缺陷越少。

[0005] 正是在上述现有技术前提以及本发明分析研究的背景之下，提出可以有效且可靠地弥补业内空缺对应于加热卷烟紧致力检测系统的下述公开方案。

[0032] 下面详细描述本发明的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

[0033] 本发明提出了一种烟支烟丝段紧致力检测系统的实施例，具体来说，如图1和图2所示，其中包括：测试台1、直线位移台3、固定基座4、通过直线执行器驱动执行分离及合拢动作的移动支架5、多个拉压力传感器、多个位移传感器、测试基座9、膨胀测力片10、烟支固定台12、烟支夹具14、信号采集器15、控制器及驱动控制模块16。

[0034] 所述测试台1上布置所述直线位移台3、所述烟支固定台12、所述信号采集器15、所述控制器及驱动模块16，且所述控制器及驱动控制模块16通过所述信号采集器15分别与直线位移台3、所述直线执行器、所述拉压力传感器、位移传感器电信号连接，并优选配置与所述控制器及驱动控制模块16电信号连接的显示器17。

[0035] 所述固定基座4连接在所述直线位移台3上，且在所述直线位移台3上水平移动，所述测试基座9与所述固定基座4固定连接，所述移动支架5的两侧分别与所述固定基座4以及所述测试基座9滑动连接，所述直线执行器安装在所述固定基座4，并通过对应的所述拉压力传感器与所述移动支架5连接，所述位移传感器安装在所述固定基座4处，用于检测所述移动支架5的动作参数；

[0036] 所述移动支架5靠近所述测试基座9的一侧通过对应的所述拉压力传感器连接有可分离合拢的膨胀测力片10，且合拢后的所述膨胀测力片10的刺入端头朝向配置在所述烟支固定台12中的所述烟支夹具14的中心。

[0037] 展开来说：本系统还包括与所述测试台1连接的调平机构2，所述调平机构2用于调整所述测试台1的水平度；具体如图1所示，所述测试台1底面与所述调平机构2顶部的连接套筒21连接，所述连接套筒21连接有螺杆24，所述螺杆24穿过布置在固定平台23四周的转动套筒22，且底部与调平旋钮25固定连接。由此，当需要调平操作时，只需旋转调平旋钮25，便可以带动所述螺杆24在所述转动套筒22与所述连接套筒21中旋转，进而调整所述测试台1四角的高度，即可对测试台1表面的水平度进行调节，测试台的水平度与放置其上的直线位移台。

[0038] 接续前文，所述直线位移台3通过螺钉固定在测试台1上，接着如图2所示，固定基座4的固定基座底座41与直线位移台3的水平位移台31通过螺钉进行固定连接，由此固定基座4及其上组件可沿水平方向进行移动。所述固定基座4还包括固定基座功能部42，固定基座功能部42通过四个相同的卧式连接柱8及螺钉与测试基座9进行相连，由此测试基座9与固定基座4紧固连接。

[0039] 所述固定基座功能部42上布置有主要的测试结构，如图3和图4所示，其沿水平轴线方向对称分布。具体来说移动支架5与固定基座功能部42滑动连接，在实际操作中，固定基座功能部42上布置有固定基座滑槽421，移动支架5则包括两个移动支架水平部51与两个移动支架垂直部52，其中移动支架水平部51的左侧尾部穿过固定基座滑槽421，并可沿其上滑槽轨迹进行垂直方向的平移。

[0040] 两个所述直线执行器对称固定在所述固定基座功能部42上，移动支架水平部51与直线执行器的端部通过拉压力传感器连接，拉压力传感器用于对其两侧承受的拉压力进行检测。再者，位移传感器布置在所述固定基座功能部42上，用于检测单个移动支架水平部51与对应的位移传感器之间的距离，其检测结果可以等效为移动支架水平部51在垂直方向移动的位移量和速度。结合图3和图4示意，第一位移传感器111与第二位移传感器112对称分布在固定基座功能部42的表面。

[0041] 所述移动支架5与所述测试基座9滑动连接，具体地，所述测试基座9上布置有测试基座滑槽91，移动支架5的移动支架垂直部52布置在测试基座滑槽91中，并可沿其上滑槽轨迹进行垂直方向移动。当直线执行器运行时其端部进行垂直方向的平移运动，通过拉压力传感器即可带动移动支架5沿滑槽轨迹进行垂直平移运动。

[0042] 为了实现撑开动作，前述直线执行器的数量为两个且二者对称布置，即图中所示的第一直线执行器71和第二直线执行器72。相应的，与二者连接的拉压力传感器也分别配置为两个，即图示中的第一拉压力传感器61和第二拉压力传感器62。

[0043] 由此实施例再结合附图，对上述配置方式再做下述具体说明(仅以其中一侧进行简要描述，另一侧同理不做赘述)：移动支架水平部51与第一直线执行器71的端部通过第一拉压力传感器61两端的螺纹相连，第一直线执行器71通过螺钉固定在固定基座功能部42上，由第一拉压力传感器61即可对其两侧承受的拉压力进行测试。同样地，当第一直线执行器71运行时，也即是其端部进行垂直方向的平移运动时，通过第一拉压力传感器61即可带动移动支架5沿滑槽轨迹进行垂直平移运动。

[0044] 接续前文，各所述移动支架垂直部52通过一个拉压力传感器与膨胀测力片10相连，展开来说，膨胀测力片10包括两个膨胀测力片水平部101和两个膨胀测力片垂直部102，单个膨胀测力片水平部101与单个膨胀测力片垂直部102连接为一体，优选地，所述膨胀测力片垂直部102外形为扁平形片体，布置在测试基座滑槽91中，单个膨胀测力片水平部101外形为长条针形的一半且其端头部为针尖形的一半，合并后形成为完整的针状以便于刺入烟支。

[0045] 这里仍以一侧说明，对称的另一侧不做赘述：移动支架5的一个移动支架垂直部52通过第三拉压力传感器63(对称的另一侧即为图示中的第四拉压力传感器64)两端螺纹与膨胀测力片10的一个膨胀测力片垂直部102相连，第三拉压力传感器63即可对其两侧承受的拉压力进行测试。因此，第一直线执行器71端部的垂直平移运动最终转化为膨胀测力片10的垂直平移运动，更具体地，转化为膨胀测力片水平部101的垂直平移运动。此外，如前文提及的，位移传感器的测定对象即为移动支架水平部51在垂直方向移动的位移量和速度，由此可以理解地，该位移量和速度也表征了膨胀测力片水平部101进行垂直平移的位移量和速度。

[0046] 可以理解地，图3示意出膨胀测力片合拢状态的示意图，由此，图5展示了本装置不同阶段的工作状态，即膨胀测力片分离状态，结合前文说明这里简述如下：当直线执行器端部带动移动支架5进行垂直平移运动时，移动支架5的水平部和工作部分别在固定基座滑槽421与测试基座滑槽91中进行滑动，进而带动膨胀测力片10进行垂直方向平移运动。因此，对称分布的两个膨胀测力片水平部101进行相对运动，即逐渐远离(反之运动即合拢)。基于图5还可以补充的是，在另一些较佳的实施例中，两个膨胀测力片水平部101通过膨胀测力片连接膜103相连，膨胀测力片连接膜103为可伸缩柔性材料。

[0047] 接续前文，如图2和图6所示，所述烟支固定台12底部的固定台底座121通过螺钉布置在测试台1上表面，固定台底座121上的垂直滑杆122顶部与水平滑杆125通过锁紧块123相连，锁紧块123两侧布置有垂直锁紧旋钮124与水平锁紧旋钮126，水平滑杆125一侧通过容纳腔锁紧旋钮128与夹具容纳腔127相连接。由此，调整锁紧块123在垂直方向的位置并通过垂直锁紧旋钮124进行固定，调整水平滑杆穿过锁紧块123在水平方向的位置并通过水平锁紧旋钮126进行固定，即可对夹具容纳腔127的物理位置进行调整并固定。夹具容纳腔内部放置有烟支夹具14，烟支夹具14裸露外表面与夹具容纳腔127的外表面平齐，测试烟支13可以布置在烟支夹具14内且两者端面平齐，两者通过烟支圆周表面进行接触并提供支撑力。由此，通过调整夹具容纳腔127的位置即可调整测试烟支13的位置，使测试烟支13与膨胀测力片水平部101的轴线对齐。

[0048] 基于上述实施例，再结合图2和图4所示，可将第三位移传感器113布置在测试基座9表面，可对测试基座9与烟支夹具14裸露表面间的距离进行测定，此外，烟支夹具14裸露外表面的预设位置处设置标记点，这样，可以通过观察第三位移传感器113发出的激光发射至烟支夹具14外表面的位置与标记点是否重合，来判断膨胀测力片水平部101与测试烟支13是否对中(轴线重合)，若不重合，可以通过调整烟支固定台12完成对中。此外，本领域技术人员可以理解地，通过第三位移传感器113的测定信号还可对膨胀测力片水平部101相对于测试烟支13运动的速度进行测算。

[0049] 综合上述多个实施例，这里对本系统的测试步骤及原理进行说明：

[0050] 1、测试前，旋转调平旋钮调节测试台水平度，并通过水平仪进行标定；

[0051] 2、连接电源，由控制器及驱动控制模块控制进行直线位移台及直线执行器的复位(直线执行器复位至两个膨胀测力片水平部紧密贴合)，并对拉压力传感器、位移传感器以及显示器的使能，以及还对直线位移台、直线执行器、拉压力传感器、位移传感器的电信号进行采样、软件滤波及存储计算。其中直线执行器的复位可通过固定基座功能部的表面布置的位移传感器与进行判断，具体的，通过测量位移传感器与移动支架水平部在垂直方向的距离至指定设计值(两个膨胀测力片水平部紧密贴合)进行判定；

[0052] 3、调整烟支固定台完成两个膨胀测力片水平部所形成的针形结构与测试烟支的对中。具体的，通过观察位移传感器发出的激光发射至烟支夹具外表面的位置与预设标记点是否重合，可对两个膨胀测力片水平部合拢形成的针形结构与测试烟支是否对中(轴线重合)进行判断；

[0053] 4、控制器及驱动控制模块通过既定指令控制直线位移台靠向测试烟支运动，直至两个膨胀测力片水平部所形成的针形结构按照预定速度刺入测试烟支的指定深度。在此过程中，两个位于膨胀测力片处的拉压力传感器所记录的合力即为本系统刺入烟支的摩擦力；

[0054] 5、控制器及驱动控制模块通过既定指令控制直线执行器的端部进行垂直平移运动，使两个膨胀测力片水平部所形成的针形结构进行相对分离，膨胀测力片连接膜进行扩张(如图5中B处局部放大图所示)。此时，两个位于直线执行器处的拉压力传感器所记录的合力即为烟支紧致力。

[0055] 进一步来说，第5步涉及的分离过程中的控制和检测逻辑可分为两类：

[0056] 5a、控制器及驱动控制模块通过指令控制直线执行器的端部按照预定速度和最大累积位移进行垂直平移运动，直至运行至最大累积位移处。此过程中前述两个拉压力传感器所记录的合力作为反映烟支紧致力的计算指标参考。在一个具体的实施例中，直线执行器内置的电机控制模块所输出的电信号经控制器及驱动控制模块处理并解算为直线执行器的端部的实时速度和累积位移；在一个优选的实施例中，由固定基座处的位移传感器所反馈的其与移动支架水平部在垂直方向距离的电信号通过处理转化为直线执行器端部的实时位移和运动速度值；

[0057] 5b、控制器及驱动控制模块通过指令控制直线执行器的端部按照预定拉力提升速率和最大拉力设计值进行垂直平移运动，直至前述两个拉压力传感器所记录的合力达到最大拉力设计值一定时间。当系统力平衡后，两个膨胀测力片水平部在垂直方向相对运动的位移作为反映烟支紧致力的计算指标参考。具体地，两个膨胀测力片水平部相对运动的位移等于单个移动支架水平部在垂直方向移动的距离的两倍或两者进行平均。单个移动支架水平部在垂直方向移动的距离可通过固定基座处的位移传感器所反馈的电信号换算得出。在一个具体的实施例中，直线执行器内置的电机控制模块所输出的电信号经控制器及驱动控制模块处理并解算为直线执行器端部所提供的实时拉力；在一个优选的实施例中，直线执行器内置的电机控制模块所输出的电信号与前述两个拉压力传感器的电信号进行比较计算后，处理为直线执行器端部所提供的实时拉力。

[0058] 6、最后在完成测试后，控制器及驱动模块通过既定指令依次完成直线执行器与直线位移台的复位。具体可以是两个移动支架水平部逐渐靠拢至紧密贴合，而后所形成的针形结构远离测试烟支。

[0059] 综上所述，本发明的主要设计构思在于，主要由测试台、直线位移台、固定基座、通过直线执行器驱动以执行分离及合拢动作的移动支架、多个拉压力传感器、多个位移传感器、测试基座、膨胀测力片、烟支固定台、烟支夹具、信号采集器、控制器及驱动控制模块共同构成；固定基座在直线位移台上水平移动，移动支架的两侧分别与固定基座及测试基座滑动连接，直线执行器通过对应的拉压力传感器与移动支架连接，位移传感器安装在固定基座处，用于检测移动支架的动作参数；移动支架的一侧通过对应的拉压力传感器连接有可分离合拢的膨胀测力片，且膨胀测力片的刺入端朝向配置在烟支固定台中的烟支夹具的中心。本发明为卷烟烟丝段的紧致力指标检测提供了行之有效的解决方案，填补了针对此检测场景及该特定指标的业内空白。

[0060] 本发明实施例中若提及表达方位的措辞，则是基于实施例的相对概念，此外“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A、同时存在A和B、单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

[0061] 以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。