復合濾棒在線微波檢測剔除控制系統(tǒng)
一、 前言
目前，卷煙濾棒已由單功能向多功能方向發(fā)展，在高檔卷煙中，開始大量使用復合濾棒，開發(fā)集減害降焦、增香補香和突出產(chǎn)品差異化功能為一體的復合濾棒，已成為中式卷煙研究的重點之一。
復合濾棒通常由二至三種不同材質(zhì)濾棒，經(jīng)專用復合濾棒成型機分切、拼接而成，某型號復合濾棒生產(chǎn)工藝要求如下圖所示：
其中，A1段、A2段、A3段材質(zhì)為普通高透濾棒；B1段、B2段材質(zhì)為同心圓濾棒。整根復合濾棒長120mm，除A2段長40mm外，其余段均為20mm長。
生產(chǎn)過程中，經(jīng)常容易出現(xiàn)如下幾種嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量的缺陷:
1. 拼接間隙；即A段濾棒與B段濾棒之間拼接不嚴密，產(chǎn)生縫隙。
如下圖所示：當相鄰兩段，如A+B不等于目標總長度，并當誤差大于設(shè)定值時，判定該復合濾棒中有間隙，輸出剔除信號。
剔除條件:
(A+B)-(a+b) ≥︳0. 3︳mm
其中：A+B等于A和B兩段的理論長度，a+b等于A和B兩段的測量長度。
本微波探頭內(nèi)集成有光電測量管用于檢測間隙。
2. 濾棒錯位；即應(yīng)該放入A段濾棒的位置，錯放入B段濾棒，反之亦
然。錯位濾棒將被剔除。
3. 相位偏移；即A段濾棒與B段濾棒長度不符合工藝質(zhì)量要求。
如下圖所示：當A段長度不等于E段長度時，并當誤差大于設(shè)定值時，判定該復合濾棒為相位偏差，輸出剔除信號。
剔除條件:
a-e≥︳1.0︳mm。
A為A段理論長度，E為E段理論長度，a為A段測量長度, e為E段測量長度。
本控制系統(tǒng)除了剔除相位長度不合格的濾棒外，還可以在線自動調(diào)整跟蹤相位長度。
另外幾種含有珠子濾棒說明如下:
一根濾棒分5段，中間兩段各有兩顆檸檬黃色珠子
一根完整濾棒中均勻分布6顆檸檬黃色珠子
生產(chǎn)過程中，也會出現(xiàn)檸檬黃色珠子沒有放入或放入位置不對等嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量的缺陷。
我們利用微波檢測原理,成功開發(fā)出了復合濾棒在線微波檢測剔除控制系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠在線檢測并剔除各種有質(zhì)量缺陷的復合濾棒，并可實現(xiàn)相位長度在線自動調(diào)整跟蹤。
二、 微波檢測復合濾棒缺陷原理說明
微波是無線電頻譜的一部分。它指頻率在300MHz（波長1米）到300 GHz（波長1毫米）的電磁波。微波技術(shù)是基于微波的特點發(fā)展而形成的一門技術(shù)。它的研究內(nèi)容包括微波的產(chǎn)生、傳輸、傳播、輻射、檢測及應(yīng)用等方面。
由于微波信號頻率高、變化速度快，對不同材料固有諧振頻率及振幅的變化反應(yīng)極其敏感，而且它對被檢測材料本身不會產(chǎn)生任何損害，所以它具有能在線、實時、快速、無損對材料特性檢測的特點。本產(chǎn)品使用的微波功率極小，僅為10mW左右，所以它對工作場地及操作人員不會造成任何污染和傷害。
不同物質(zhì)在經(jīng)過微波諧振腔時，會產(chǎn)生不同的微波信號，復合濾棒中A段材質(zhì)濾棒與B段材質(zhì)濾棒經(jīng)過微波諧振腔時應(yīng)產(chǎn)生不同的微波信號。我公司開發(fā)人員對上圖所示復合濾棒在微波諧振腔中的信號進行分析、比對研究，可以從微波信號中明顯分辨出A段材質(zhì)濾棒與B段材質(zhì)濾棒。
三、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)由微波電磁場空腔組件、導煙管組件、氣路組件、溫控組件、殼體組件、專用微波源及控制電路、檢波放大電路、光電測量管部件、數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)、信號輸出驅(qū)動、剔除執(zhí)行機構(gòu)等組成。
微波諧振腔由鎂鋁合金構(gòu)成，強度高、質(zhì)量輕、穩(wěn)定性好。專門設(shè)計有除濕、除膠、降溫、保溫、清潔、穩(wěn)壓等多功能的氣路，讓整個系統(tǒng)可以長期穩(wěn)定的工作。
微波源采用濾棒檢測專用微波源，所用芯片采用進口軍品級芯片，增加溫度補償電路，經(jīng)過高低溫老化測試，震動測試。
檢波放大器使用兩枚低噪聲高精度運算放大器OP07及若干軍工級品質(zhì)的阻容元件精心調(diào)試、組裝，經(jīng)過長時間通電老化測試。
數(shù)據(jù)處理使用具有ARM Cortex M4內(nèi)核的STM32F4系列處理器，該處理器運算速度可達到210DMIPS@168MHz。集成了單周器DSP指令和FPU（floating point unit，浮點單元），可以實時采集檢波放大器送出的電壓信號。將反應(yīng)爆珠中水分多少的模擬信號，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送到工控機集中處理。
四、 部分用戶的使用報告
