CN103889256A - 条纹检测传感器及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种条纹检测传感器，具有：向卷筒纸（W）的单面照射检测光的LED（20）、接受在卷筒纸（W）反射的检测光而输出与检测光对应的检测信号的光电二极管（22）、基于来自光电二级管（22）的检测信号判别卷筒纸（W）上的条纹（B）的判定部（46），判定部（46）包含表示检测信号的上升速度的上升判定基准（TN，L1），在检测信号的变化满足上升判定基准（TN，L1）时，产生表示条纹（B）的存在的条纹信号（SB）。
Description
技术领域
本发明涉及一种在卷筒纸的行进过程中检测形成于卷筒纸上的条纹的条纹检测传感器及其检测方法。
背景技术
此类条纹检测传感器具有：向行进中的卷筒纸照射检测光的投光器；接受在卷筒纸上反射的检测光，输出与检测光的强度对应的检测信号的受光器；基于来自所述受光器的检测信号，判定卷筒纸上的条纹的存在的判定装置（参照专利文献1）。详细地，判定装置比较检测信号的平均峰值电平值和阈值，在平均峰值电平值超过阈值时，产生表示条纹的存在的条纹信号。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：（日本）专利第3980267号说明书（JP3980267B2）
发明内容
发明要解决的课题
在上述的专利文献1的条纹检测传感器中，阈值是以平均峰值电平值的百分比表示的固定值。因此，如果因为条纹的形成而在卷筒纸上发生褶皱或卷筒纸以波纹状变形，则不能否定在条纹以外的卷筒纸区域，即，在非条纹区域获得的检测信号的平均峰值电平值超过阈值的可能性。其结果是，专利文献1的条纹检测传感器容易导致条纹的误测。
本发明的目的在于，提供一种条纹检测传感器及其检测方法，即使产生了卷筒纸的褶皱或在卷筒纸产生了波纹状的变形，也能够阻止这些褶皱或变形等导致的条纹的误测，与以往相比提高条纹的检测精度。
解决课题的技术方案
上述目的由本发明的条纹检测传感器达成，本发明的条纹检测传感器检测在卷筒纸的单面上沿着卷筒纸的长度方向隔着间隔排列的条纹，该条纹检测传感器具有：投光器，其配置在卷筒纸的行进路径上，向卷筒纸的单面照射检测光；受光器，其配置在行进路径上沿着行进路径从所述投光器分开的位置，接受在卷筒纸反射的检测光，输出与接受的检测光的强度对应的检测信号；条纹判定器，其基于来自所述受光器的检测信号，判别卷筒纸上的所述条纹；所述条纹判定器包含表示检测信号的上升速度的上升判定基准，在检测信号的变化满足上升判定基准时，产生表示条纹的存在的条纹信号。
根据上述的条纹检测传感器的条纹判定器，在检测信号的变化满足上升判定基准时产生条纹信号，因此，这种条纹信号不受卷筒纸的表面状态（褶皱或波纹）的影响，正确地表示条纹的存在。其结果是，条纹检测传感器能够高精度地只检测条纹。
优选地，检测光是非可见光，即，是近红外线。在这种情况下，条纹检测传感器能够在不受照明等外部光导致的不利影响的条件下进行条纹的检测。
更优选地，投光器的光轴和卷筒纸的所述单面形成的角度是30度以下。在这种情况下，可以在很大程度上确保相对于卷筒纸的检测光的入射角，所以能够抑制对卷筒纸的检测光的透过，其结果是，在卷筒纸上反射的检测光变强。
具体地，上升判定基准由在卷筒纸的长度方向上分开的卷筒纸上的两个位置和在这些位置的检测信号的电平差表示。进一步优选地，条纹判定器基于从规定个数的检测信号计算的移动平均值和上升判定基准，判别卷筒纸上的条纹。
此外，条纹判定器还可以进一步包含表示检测信号的下降速度的下降判定基准。
进一步地，条纹检测传感器进一步具有条纹缺失判定器，所述条纹缺失判定器在卷筒纸具有以一定的间距排列的条纹的情况下判定条纹的缺失，在这种情况下，条纹缺失判定器在计数值到达规定的阈值时输出条纹缺失信号，所述计数值被计数，并在条纹信号的每次输出或输出停止时清零。在这种情况下，条纹缺失信号正确地表示条纹的缺失。
此外，本发明提供上述的条纹的检测方法，该检测方法及条纹检测传感器等的详细情况将在附图及后述的说明中明确。
发明的效果
根据本发明，本发明的条纹检测传感器及其检测方法在检测信号的变化满足前述的上升判定基准时，输出表示条纹的存在的条纹信号，所以即使在卷筒纸发生了褶皱，或者，卷筒纸以波纹状变形，也不受这些褶皱或变形的影响，能够正确地检测卷筒纸上的条纹。
附图说明
图1是表示应用于香烟制造机的一个实施例的条纹检测传感器的示意图。
图2是使用图1的制造机制造的过滤嘴香烟的立体图。
图3是表示图1的条纹检测板的功能的框线图。
图4是表示用于检测条纹的检测信号的输出波形的图。
图5是一个实施例的条纹判定部执行的条纹判定顺序的一部分的流程图。
图6是表示判定顺序的剩余部分的流程图。
图7是将检测信号的输出波形和在一个实施例中的上升判定基准及下降判定基准一起表示的图。
图8是用于说明条纹缺失判定器的条纹计数器及缺失判定部的功能的图。
图9是表示变形例的条纹判定部执行判定顺序的一部分的流程图。
图10是表示变形例的判定顺序的剩余部分的流程图。
图11是将检测信号的输出波形和在变形例中的上升判定基准及下降判定基准一起表示的图。
具体实施方式
参照图1，本实施例的条纹检测传感器10应用于香烟制造机。所述香烟制造机具有卷筒纸卷筒12，卷筒纸W从该卷筒纸卷筒12沿着行进路径14向香烟的成形装置18供应。
详细地，在行进路径14配置有输纸辊单元16，所述输纸辊单元16以一定的行进速度从卷筒纸卷筒12向成形装置18送出卷筒纸W。
卷筒纸具有多个条纹B，这些条纹B在卷筒纸W的长度方向上隔着一定的间距排列，并且在卷筒纸W的整个宽度方向上延伸。这样的条纹B是通过在卷筒纸W的单面上涂覆液状的燃烧抑制剂而形成的。
成形装置18首先将卷筒纸W和烟丝材料一起接收。通过烟丝材料被卷筒纸W连续地包裹，烟丝材料和卷筒纸W在成形装置18内成形为烟杆。成形的烟杆按每个规定的长度被切断，由此，获得双杆香烟DC。双杆香烟DC具有由卷筒纸W的一部分构成的倍长卷纸。
之后，双杆香烟DC与过滤嘴杆一起被供应到过滤嘴安装机。该过滤嘴安装机由双杆香烟DC及过滤嘴杆形成如图2所示的过滤嘴香烟FC。
详细地，在过滤嘴安装机内，双杆香烟DC被切断成两根香烟，并且，过滤嘴杆也被切断成多个过滤嘴塞。之后，在两根香烟之间配置一个过滤嘴塞，这些香烟及过滤嘴塞由包装纸卷起，互相连接，成形为双过滤嘴香烟。然后，双过滤嘴香烟被均等地切断，由此，从一根双过滤嘴香烟获得两根过滤嘴香烟FC。
各过滤嘴香烟FC的卷纸具有两个条纹B，这些条纹B向过滤嘴香烟FC提供低燃烧性。在图1中并没有表示过滤嘴杆及过滤嘴安装机。
从图1能够清楚地知道，上述的条纹检测传感器10被配置在输纸辊单元16和成形装置18之间，以后述的方式执行条纹B的检测方法。条纹检测传感器10具有作为投光器的多个发光二极管（LED）20、作为受光器的多个光电二极管22、检测板24。
LED20在卷筒纸W的整个宽度上照射卷筒纸W的单面（照射工序）。详细地，检测光具有从作为非可见光的750nm～1500nm的近红外线波长区域选择的波长，例如具有950nm的波长，检测光的光轴和卷筒纸W的单面形成的角度被设定为30度以下。
另一方面，在卷筒纸W的行进方向上看时，光电二极管22位于LED20的下游。光电二极管22接受在卷筒纸的单面，即，在条纹B或条纹B之外的非条纹区域反射的检测光，产生与接受的检测光对应的电检测信号（输出工序）。在本实施例的情况下，条纹检测传感器10在光电二级管22的正前方进一步具有光学滤光器23，所述光学滤光器23滤去波长短于750nm的光，即，滤去可见光。
LED20及光电二极管22，与检测板24电连接。检测板24调整从LED20照射的检测光的光量、光电二级管22的受光灵敏度，另一方面，以后述的方式基于检测信号检测出卷筒纸W上的条纹B等。
检测板24是所谓的单板计算机，具有基板，以及安装在基板上的微处理器、定制LSI、存储器、输入输出接口等。在此，不具体说明检测板24的结构，取而代之地，参照图3所示的功能框线图对检测板24的功能进行下面的详述。
首先，来自光电二极管22的检测信号在部分26被转换成数字信号，经过低通滤波器28。接着，在部分30，检测出包含在检测信号的直流变动成分，基于检测出的直流变动成分，在部分32计算应当从LED20射出的光量的控制量。在下一个部分34，基于计算出的光量的控制量，调制驱动LED20的驱动信号，调制后的驱动信号经过输出部36向LED20提供。因此，LED20能够良好地照射卷筒纸W的单面（条纹B及非条纹区域）。
另一方面，通过AD转换部26的检测信号，经过高通滤波器38向部分40提供，而高通滤波器38的受光增益是基于在部分32获得的光量的控制量调整的。因此，部分40能够进行正确表示检测光的反射强度的检测信号的收集。
部分40在每一个固定的采样周期收集检测信号SR。在此，被收集的检测信号SR的强度根据条纹B的有无产生很大的变化。
详细地，条纹B通过燃烧抑制剂的涂覆形成，所以条纹B的平坦度比非条纹区域的平坦度高。即，在条纹B反射的检测光的反射强度比在非条纹区域反射的检测光的反射强度高。因此，沿着时间轴绘出被收集的检测信号SR时，检测信号SR绘出与条纹B对应的波形WF0。但是如前所述，检测信号SR因卷筒纸W的褶皱、卷筒纸W的波纹状变形等而发生变动，所以波形WF0变形为如图4所示。
检测信号SR从部分40提供到接下来的平滑化部42，该平滑化部42进行检测信号SR的平滑处理。详细地，平滑化部42基于下式依次计算检测信号SR的移动平均值，将该移动平均值作为平滑处理结束后的检测信号SD输出（移动平均值计算工序）。
SD(K)=(SR(k)+SR(k-1)…+SR[k-(L-1)])/L
在此，k表示成为移动平均处理的对象的检测信号SR的采样结束序号，L表示采样数。在本实施例的情况下，采样数L是7。
这样获得的检测信号SD提供到接下来的部分44，在该部分44，执行从检测信号SD除去前述的直流变动成分的处理。处理后的检测信号SD从部分44向显示器（未图示）输出，在显示器上作为波形WF1表示。
在此，波形WF1是沿着时间轴绘制检测信号SD而获得的，如图4所示，与从检测信号SR获得的波形WF0相比变得平滑。
另一方面，检测信号SD也向作为条纹判定器的判定部46提供，该判定部46基于检测信号SD检测卷筒纸W上的条纹B（条纹检测工序）。
具体地，判定部46在每次检测到检测信号SD时，执行图5及图6所示的条纹判定顺序，下面，对该条纹判定顺序进行说明。
以SD(n)向判定部46提供的情况为例，首先，在步骤S1中，判别是否输出有条纹信号SB，在判别结果为“否”（N）的情况下，执行下一步骤S2。在该步骤S2中，分别读入位于规定的监视对象期间TN（n）(参照图7)的开始端和终止端的检测信号SD(n-N)、SD(n)。在本实施例的情况下，监视对象期间TN（n）中的N表示监视对象期间T是以检测信号SD的输出周期的整数倍N规定，并且，SD(n)以及TN（n）中的n表示图7中与沿着时间轴的方向相关的检测信号SD以及监视对象期间TN的位置。
在接下来的步骤S3中执行下式的判别。
SD(n)-SD(n-N)≧L1
在此，L1表示上升（立ち上がり）判定电平。
在步骤S3的判别结果为“否”的情况下，向判定部46提供下一检测信号SD(n+1)，从步骤S1重复相同的处理。
之后，在重复执行步骤S1～S3的过程中，在步骤S3的判别结果变成“是”（Y）时，输出条纹信号SB。即，条纹信号SB，是在某个监视对象期间TN中检测信号SD(n-N)、SD(n)之间的电平差变成上升判定电平L1以上的时刻输出的（步骤S5）。
在条纹信号SB输出后，执行了步骤S1的判别时，由此此处的判别结果变成了“是”，所以从步骤S1执行图6的步骤S6。在该步骤中，分别读入位于规定的监视对象期间TM(m)的开始端及终止端的检测信号SD（m-M）、SD(m)。监视对象期间TM(m)中的M表示监视对象期间T是以检测信号SD的输出周期的整数倍N规定，并且，SD(m)以及TM（m）中的m表示图7中与沿着时间轴的方向相关的检测信号SD以及监视对象期间TM的位置，并且，存在n<m的关系。
在下面的步骤S7中，执行下式的判别。
SD(m-M)-SD(m)≧L2
在这里，L2表示下降（立ち下がり）判定电平，满足L1≧L2的关系。
在步骤S7的判别结果是“否”（N）的情况下，在输出条纹信号SB的状态下，向判定部46提供下一检测信号SD(m+1)，从步骤S1重复相同的处理。
之后，在重复执行步骤S1、S6、S7的过程中，在步骤S7的判别结果变成了“是”（Y）时，停止条纹信号SB的输出（步骤S9）。即，条纹信号SB的输出，是在某个监视对象期间TM中检测信号SD(m-M)、SD(m)之间的电平差变成下降判定电平L2以上的时刻停止的。
从上述的说明能够清楚地知道，除了表示检测信号SD的上升速度的上升判定基准（监视对象期间TN及上升判定电平L1）之外，判定部46还基于表示检测信号SD的下降速度的下降判定基准（监视对象期间TM及上升判定电平L2）检测是否存在条纹B，所以即使在卷筒纸W发生了前述的褶皱、波纹状变形，这些褶皱、变形也几乎不影响条纹B的检测，而且不仅能检测出条纹B的存在，还能够高精度地检测出条纹B的有效宽度。当然，代替检测信号SD，可以直接使用检测信号SR作为检测信号。
此外，在检测条纹B时，作为检测光使用近红外线，而且，光电二极管22与滤去可见光的光学滤光器23组合，所以照明等外部的光不会对条纹B的检测带来不利的影响。
进一步地，由于LED20的光轴和卷筒纸W形成的角度被设定为30度以下，所以如前所述，检测光在卷筒纸W上被高效地反射，反射的检测光良好地表示卷筒纸W上是否存在条纹B。
另一方面，本实施例的条纹检测传感器10不仅检测条纹B，还能够检测条纹B的缺失，下面，就所述条纹B的缺失检测进行说明。
如图3所示，检测板24进一步具有条纹缺失判定器，所述条纹缺失判定器由条纹计数器48、旋转编码器50以及缺失判定部52构成。如图1所示，旋转编码器50被安装在前述的输纸辊单元16的输纸辊上，向条纹计数器48提供与卷筒纸W的行进距离对应的脉冲信号。
另一方面，条纹计数器48还与判定部46连接，条纹计数器48的工作由前述的条纹信号SB的输出或者输出停止控制。例如，以在每次执行条纹信号SB的输出停止时，条纹计数器48被清零为例进行说明，如图8所示，条纹计数器48在每次条纹信号SB的输出停止时再工作，直到下一条纹信号SB的输出停止为止持续增加其计数值。
如图3所示，条纹计数器48向缺失判定部52提供计数值。在该缺失判定部52中，比较来自条纹计数器48的计数值和阈值，在由于条纹的缺失而使计数器未清零而达到了阈值时，如图8所示，缺失判定部52向外部输出条纹缺失信号Sk。此外，条纹缺失信号Sk作为清零信号返回条纹计数器48。需要说明的是，如果卷筒纸W上的条纹B是以一定的间距存在的，则阈值被设定成总是比计数值大的值。
根据上述的条纹B的缺失检测顺序，由于仅在存在条纹B的缺失的情况下，计数值超过阈值，所以能够可靠地检测条纹B的缺失。
本发明并不限于前述实施例的条纹检测传感器10，还可以进行各种变形。
例如，代替图5及图6所示的条纹判定顺序，判定部46还可以在图9及图10所示的条纹判定顺序中进行条纹B的检测。
在此，首先，在图9的步骤S11中，与前述的步骤S1中的情况相同地，判别是否输出有条纹信号SB。在此处的判别信号为“否”的情况下，判别用于计数前述的监视对象期间TN的第一计数器的值是否在TN内（步骤S12）。在步骤S12的判别结果为“否”的情况下，在接下来的步骤S13中，执行下式的判别。
SDA－SDB≥α
在这里，SDA、SDB分别表示从前述的平滑化部42输出的检测信号SD的当前值和上一值，如图11所示，α是表示波形WF1的上升变化的任意阈值。
在步骤S13的判别结果为“否”的情况下，步骤S11～S13被反复执行，在步骤S12的判别结果变成“是”的时刻，第一计数器开始工作，并且，向基准值A代入检测信号SDA（步骤S14）。
如果步骤S14一旦执行，接下来执行步骤S12的判别时，此处的判别结果成为“是”，在接下来的步骤S15中，判别下式。
SDA－A≥L1
如图11所示，L1是前述的上升判定电平。
在步骤S15的判别结果为“否”的情况下，第一计数器的值增加，即，被赋予增量（步骤S16）。因此，只要步骤S12的判别结果维持在“是”，即，只要位于监视对象期间TN内，则重复执行步骤S15的判别。
如果步骤S15的判别结果变成了“是”，则输出条纹信号SB（步骤S17）。此外，在步骤S17中，第一计数器的值将被清零。
如果条纹信号SB这样输出，则接着执行步骤S1的判别时，由于此处的判别结果变成“是”，所以接下来，在图10的步骤S18中，判别用于计数监视对象期间TM的第二计数器的值是否在TM内。在步骤S18的判别结果为“否”的情况下，在接下来的步骤S19中，执行下式的判别。
SDB－SDA≧β
在此，如图11所示，β是表示波形WF1的下降变化的阈值。
在步骤S19的判别结果是“否”的情况下，重复执行步骤S18～S19，在步骤S19的判别结果变成“是”的时刻，第二计数器的工作开始，并且向基准值C代入检测信号SDA（步骤S20）。
步骤S20一旦被执行，在接着执行步骤S18的判别时，此处的判别结果变成“是”，在接下来的步骤S21中，进行下式的判别。
C－SDA≧L2
如图11所示，L2是前述的下降判定电平。
在步骤S21的判别结果是“否”的情况下，第二计数器的值增加，即，被赋予增量（步骤S22）。因此，只要步骤S18的判别结果维持在“是”，即，只要位于监视对象期间TM内，则重复执行步骤S21的判别。
如果步骤S21的判别结果变成“是”，则条纹信号SB的输出将停止（步骤S23）。此外，在步骤S23中，第一计数器的值被清零。
在上述的图9及图10的条纹判定顺序中，也与图5及图6的判定顺序相同地，不受卷筒纸W的褶皱、其波纹状变形等的影响，能够正确地检测条纹B。
另一方面，前述的监视对象期间TN、TM也可以通过来自旋转编码器50的脉冲信号的计数来规定，以代替检测信号SD的输出周期。
此外，如图3所示，检测板24可以进一步具有与旋转编码器50连接的速度检测部54。该速度检测部54基于来自旋转编码器50的脉冲信号，检测出卷筒纸W的行进速度，向判定部46提供检测出的行进速度。
另一方面，判定部46基于卷筒纸W的行进速度，改变监视对象期限的长度，使卷筒纸W在监视对象期间内被传送的长度一定。即，即使卷筒纸W的行进速度改变，判定基准也以预先设定的规定距离的在卷筒纸W的长度方向上分开的卷筒纸W上的两个位置和在这些位置上的检测信号的电平差来表示。由此，与卷筒纸W的行进速度无关地，能够进行将判定基准的监视对象期间用距离置换的形式的判定基准设定。
进一步地，本发明的条纹检测传感器10不限于用于制造香烟的卷筒纸W，还能够用于检测在各种卷筒纸上形成的条纹。
此外，由于用于香烟制造的卷筒纸W的种类、批次改变，导致在卷筒纸上的检测光的反射程度变化，检测信号的值整体地增减，即使如此，也无需进行阈值的设定等就能够使用变更后的卷筒纸。
附图标记说明
10条纹检测传感器20LED（投光器）22光电二极管（受光器）23光学滤光器24检测板26AD转换部28低通滤波器34调制部38高通滤波器46条纹判定部（条纹判定器）48条纹计数器50旋转编码器52缺失判定部54速度判定部SB条纹信号Sk条纹缺失信号W卷筒纸。
Claims (9)
1.一种条纹检测传感器，其特征在于，检测在卷筒纸的单面沿着卷筒纸的长度方向隔着间隔排列的条纹，具有：
投光器，其配置在所述卷筒纸的行进路径上，向所述卷筒纸的所述单面照射检测光；
受光器，其配置在所述行进路径上沿着所述行进路径从所述投光器分开的位置，接受在所述卷筒纸反射的所述检测光，输出与接受的所述检测光的强度对应的检测信号；
条纹判定器，其基于来自所述受光器的所述检测信号，判别所述卷筒纸上的所述条纹；
所述条纹判定器包含表示所述检测信号的上升速度的上升判定基准，在所述检测信号的变化满足所述上升判定基准时，产生表示条纹的存在的条纹信号。
2.根据权利要求1所述的条纹检测传感器，其特征在于，所述检测光是非可见光。
3.根据权利要求1所述的条纹检测传感器，其特征在于，所述投光器的光轴和所述卷筒纸的所述单面形成的角度是30度以下。
4.根据权利要求1所述的条纹检测传感器，其特征在于，所述上升判定基准由在所述卷筒纸的长度方向上分开的所述卷筒纸上的两个位置和在这些位置上的检测信号的电平差表示。
5.根据权利要求1所述的条纹检测传感器，其特征在于，所述条纹判定器基于从规定个数的所述检测信号计算的移动平均值和所述上升判定基准，判别所述卷筒纸上的所述条纹。
6.根据权利要求1所述的条纹检测传感器，其特征在于，所述条纹判定器还进一步具有表示所述检测信号的下降速度的下降判定基准。
7.根据权利要求1所述的条纹检测传感器，其特征在于，所述条纹检测传感器进一步具有条纹缺失判定器，所述条纹缺失判定器在所述卷筒纸具有以一定的间距排列的所述条纹的情况下，判定所述条纹的缺失，
所述条纹缺失判定器在计数值达到规定的阈值时输出条纹缺失信号，所述计数值被计数，并在所述条纹信号的每次输出或输出停止时清零。
8.根据权利要求1所述的条纹检测传感器，其特征在于，所述卷筒纸是包裹烟丝材料的香烟用卷筒纸，所述条纹通过涂覆液状的燃烧抑制剂而形成。
9.一种条纹检测方法，其特征在于，检测在卷筒纸的单面上沿着卷筒纸的长度方向隔着间隔排列的条纹，具有：
照射工序，在所述卷筒纸沿着行进路径行进时，向所述卷筒纸的所述单面照射检测光；
输出工序，接受在所述卷筒纸上反射的所述检测光，输出与接受的所述检测光的强度对应的检测信号；
条纹判定工序，基于所述输出的检测信号，判别所述卷筒纸上的所述条纹；
所述条纹判定工序使用表示所述检测信号的上升速度的上升判定基准，在所述检测信号的变化满足所述上升判定基准时，产生表示条纹的存在的条纹信号。
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