微波检测在加热不燃烧卷烟用滤棒生产中的应用

孙浩 周明

【摘 要】微波检测技术在复合滤棒成型机组上得到了广泛应用，尤以二元复合滤棒及胶囊滤棒的质量检测方面较为突出。本文所介绍的微波检测系统，其在加热不燃烧卷烟用滤棒生产中的应用尚属首次。应用结果表明，该系统实现了三元复合滤棒相位偏差的在线检测，并能准确剔除，与复合机组Lenze运动控制器的配合保证了相位自动调整功能的实现。

【关键词】微波检测;相位检测;剔除

中图分类号： TM931 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）23-0027-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.011

【Abstract】Microwave detection technology has been widely used in composite filter rod forming unit，especially in the quality detection of binary composite filter rod and capsule filter rod.The application of the microwave detection system introduced in this paper in the production of filter rods for heating non-combustible cigarettes is the first time. The application results show that the system realizes on-line detection of phase deviation of ternary composite filter rod， and can eliminate it accurately.The cooperation with Lenze motion controller ensures the realization of phase auto-adjustment function.

【Key words】Microwave detection;Phase detection;Eliminate

微波检测剔除控制系统在烟草行业得到广泛的应用，在二元复合滤棒及胶囊滤棒的质量检验方面，利用微波密度检测的方法来检测不同滤棒段差异，控制相位及间隙。我厂加热不燃烧型卷烟用滤棒为三元复合滤棒，如何滤棒成型精度，保持相位稳定，是三元复合滤棒生产的关键所在。

1 加热不燃烧卷烟用滤棒介绍

加热不燃烧卷烟用滤棒是三元复合滤棒，由小中空基棒、大中空基棒、PLA聚乳酸降温基棒经分切、拼接、复合而成。例如，某牌号卷烟三元复合滤棒示意图如图1所示。

图中红色部分示意为大中空基棒，黄色部分示意为PLA聚乳酸降温基棒，蓝色示意为小中空基棒。三种基棒的分切长度不同，且大中空基棒和小中空基棒的材质均为醋酸纤维丝束，仅在内径上存在差异。

当前在国内，三元复合滤棒的生产工艺为线性组合，也就是将三种基棒均等分切，按照规律组合成型。生产过程中，经常容易出现如下两种影响产品质量的缺陷。

1）烂棒：在线性组合过程中，由于离心力的原因，图1中的某段被挤压变形，产生烂棒。

2）相位偏移：理论上图1中的两端红色部分应等长，超过工艺质量要求的视为不合格品，应当剔除。

2 微波检测原理分析

微波的特性是遇到金属发生反射，金属无法对它进行吸收或传导;对于绝缘材料，微波可以穿过但不会消耗能量;而对于含有水分的物料，微波穿过的同时，其能量会被吸收一部分。[1]在一个金属制成的谐振腔内，微波具有谐振特性。当在该谐振腔内填充有介质材料时，通常介质材料是非金属材料，其微波谐振幅度和谐振频率会因填充的介质材料的介质常数、大小和形状的不同而产生不同的变化。[2]

上述三元复合滤棒，小中空基棒与大中空基棒虽介质常数一样，但大小不一;PLA聚乳酸降温基棒材料与中空基棒材料有明显差异，三者在同一谐振腔内的谐振频率与谐振幅度存在较大差异。

3 方案实施

基于上述所述微波检测原理，本文所述检测系统是基于微波对复合滤棒中的水分含量进行检测，下图为三元复合滤棒微波谐振频率时序图，该系统可清晰分辨出各段基棒。

本文所述微波在线检测剔除控制系统由硬件和软件两部分组成。硬件部分主要包括微波探测单元、数据处理单元、工控机和显示器。软件部分即分析处理和控制程序。将微波探测器送出的微波谐振频率和谐振幅度的变化信号经过分析计算，然后再根据算法，确定复合滤棒是否合格。当滤棒确定为不合格时，该系统将不合格信号送给执行机构（成型机剔除电磁阀），剔除不合格产品。同时输出相位调整信号给三元复合机组Lenze运动控制器，进行相应相位调整。

3.1 系统结构设计

系统结构设计如图3所示。

微波探测单元主要进行微波信号的探测，其输出直流检测电压信号给数据处理单元;数据处理单元是该系统的核心，其将接收到的电信号分析处理后对滤棒进行判断;工控机读取数据处理单元结果在人机交互界面显示，设备生产人员可通过人机交互界面进行相应参数设置，并通过工控机管理数据处理单元。

3.2 系统实现功能

3.2.1 自清洁功能

微波谐振腔为精密检测设备，内壁导烟管为工程塑料，应避免油污、胶块、水份等进入谐振腔。正常清洁微波谐振腔时应使用软质塑料毛刷。本文所述系统的谐振腔具有使用压缩空气自清洁功能。

3.2.2 计数功能

对废品剔除支数和生产速度（支/min）进行计数。

3.2.3 控制功能

在人机交互界面进行相应控制功能的设置。

1）相位剔除阈值设置。此功能是设置相位剔除灵敏度，可根据质检要求进行放大或者缩小。

2）剔除支数设置。此功能是设备每次剔除信号触发后，一次剔除濾棒支数。可视生产车速以及设备状态灵活更改。

3.2.4 开关功能

微波检测功能打开关闭，相位自动调整功能打开关闭均可在人机交互界面进行设置。

4 系统性能分析

系统调试完成后，开始进行上机实验。在成型机生产速度300支/min的情况下，每班随机抽取一盘三元复合滤棒产品（大约5000支），在质检员的监督下进行人工检验，每日在两班进行抽样记录，连续五个工作日，结果汇总如表1所示。

从上述所述的检验结果看，微波检测系统的检测误差不超过1%，其对烂棒和相位偏移这两项质量缺陷能有效进行剔除，有效保证了三元复合滤棒质量。

5 结论

本文所述的检测系统所应用的对象是三元复合滤棒，当基棒更换后只要保证三种基棒谐振频率不一致，该系统都可正常进行剔除和控制，为试样工作带来了诸多方便。该系统能够为三元复合滤棒在生产品控环节以及成品质检环节提供一种快速准确的检测方案。笔者经验有限，文中不足之处请专家、读者谅解。

【参考文献】

[1]山东中烟工业有限责任有限公司.一种爆珠滤棒中爆珠的微波测定方法[P].中国，201610368564.X，2016-05-25.

[2]彭峋.复合滤棒微波在线检测剔除控制系统的研制[J].科技创新与应用，2013（2）.

[3]刘亚丽，王金棒，郑新章，邱纪青，洪群业，龚金龙，郑路. 加热不燃烧烟草制品发展现状及展望[J].中国烟草学报. 2018（04）.