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中图分类号：D923 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0037-02
一、 背景
卷烟厂的条烟包装机在进行条烟包装生产的过程中，因为种种原因，经常会出现包装完成后的条烟盒内出现缺一包烟或多包烟的情况，由于未能及时发现，造成缺包的条烟流入市场，严重影响了卷烟厂的声誉。因此需要一种装置能够设别缺包条烟，并把它定位到，以便剔除出去。
二、 条烟缺包检测装置设计原理
利用弱光子（频谱在紫外线附近，与CRT电视机显像管的高压电子枪相类似）穿透物体时具有衰减的特性，用探测器检测弱光子穿透条烟后的强度，测量一条烟相应的波形，通过对波形的分析，识别出条烟盒内是否缺包。
三、 条烟缺包检测装置设计方案
1.1 硬件设计
三.1.1 主控板
主控板是调度系统的核心，调度采集烟条的数据，识别缺包条烟，并执行停机报警。
三.1.2 光子驱动板
主要用于驱动光子管正常工作，输出一定强度的光子。
三.1.3 信号采集板
核心设计，完成光子信号的放大与处理，是获取条烟内部信息的重要部件。
2.1 软件设计
条烟缺包检测装置主要工作流程如下：
三.2.1 软件算法
识别算法需要对采集的波形进行滤波和识别算法。其中滤波可以选择中值滤波、均值滤波其中一种；识别算法采用差模的计算方法。
三.2.2 中值滤波
中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术，中值滤波的基本原理是把数据序列中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替，让周围的像素值接近的真实值，从而消除孤立的噪声点。方法是用一维滑动模板，将板内数据序列的大小进行排序，生成单调上升（或下降）的为一维数据序列。一维中值滤波输出为g（x）=med{f（x-k），（k∈W）} ，其中，f（x），g（x）分别为原始数据序列和处理后数据序列。W为一维模板的长度，通常为4，5区域，不宜过大，过大会导致计算时间过长。
三.2.3 均值滤波
均值滤波也称为线性滤波，其采用的主要方法为邻域平均法。线性滤波的基本原理是用均值代替数据序列中的各个数据值，即对待处理的当前数据点（x），选择一个模板，该模板由其近邻的若干像素组成，求模板中所有数据的均值，再把该均值赋予当前数据点（x），作为处理后数据序列在该点上的数值g（x），即个g（x）=1/m ∑f（x） m为该模板中包含当前数据序列在内的数据总个数。 中值滤波算法耗时较长，所以采用均值滤波。
三.2.4 识别算法
波形识别算法完成每一条烟的数据评估，把算法计算后的值作为烟条的计算结果，如果计算结果超出设定的范围，则认为是缺包。本算法的主要计算过程是分段差模计算，最后把差模的平均值作为总的计算结果。
假设本次条烟采集了N次，采集的数据结果为g（x）（x∈N）}，其计算公式如下：
本算法的含义在于，均匀分段的5份数据，与五盒香烟对应，每一个盒香烟的数据分布基本相同，其总的差模比较小。当缺少一包香烟，数据分布就会发生变换，相互之间计算一次差模后，差异的就会被放大，从而达到识别的原理。
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3.1 条烟缺包检测装置测试结果
使用条烟检测装置对卷烟厂生产出的不同种缺包形式进行了测试，测试结果如下：
四、 条烟缺包检测装置调试及维护
1.1 断开剔除位光纤的电气连接线
断开剔除位光纤连接线的目的是防止机器由于参数没有配置好，出现错误剔除或报警停机，影响现场生产。剔除位光纤在参数（停机报警以及剔除相关参数除外）调整完毕后再连接上。
2.1 设置高压输出值和灯丝电流值
设置高压输出值为750，灯丝电流值920。
3.1 工作模式设置
观察工作模式参数是否配置正确，是否符合现场的要求。一般设置为工作模式参数设置为147。
4.1 设置检测触发延迟
如果启用延迟启动检测模式，需将该位设置为5。
5.1 条烟采样次数相关设置
如果该系列设置不符合现场环境，可以发现计算结果为 -1 或 -4。需要对其重新设置。
首先进入特权模式，找到“条烟采样次数”，“波形压缩比例”， “烟条最小长度”，“烟条最大长度”。
首先设定“烟条最小长度”为170，“烟条最大长度”为230，然后设定“波形压缩比例”为3，观察“条烟采样次数”是否在170-230之间，如果不是可适当增大或减小“波形压缩比例”。
6.1 观察计算结果
正确进行以上操作后，机器过烟，基本上可以得到波形以及计算结果。
首先观察波形是否正常，如果波形中的四个较规则的波峰的幅值偏大，则减小“高压输出值”，反之则增大高压输出值。最终波形的峰峰值为整个竖轴的六分之一高度左右。
观察计算结果，一般完整条烟的计算结果为10-40范围内，如果过高，则减小“高压输出值”，反之则增大高压输出值。
同时将缺包最小阈值设置为在0-100范围内。
7.1 接通剔除位光纤
断电，接通剔除位光纤。
上电，设置光纤放大器档位。外部有烟信号为低电平，其中，对射式光纤电平选择“L”档；反射式光纤选择“D”档；按住光纤放大器上的“+”或“-”按键，将阈值调整到2000。
8.1 剔除（停机）参数设定
到这一步为止，机器已经正确的判断出条烟是否缺包，但是还不能正确的剔除坏烟或停机。需要对提出或停机的相关参数进行设置才可。 机器提供自主剔除坏烟和停机报警人工取烟这两种方式来进行坏烟的处理方式，但在处理前首先要判断坏烟是否到达剔除（停机）位光纤所在位置，此判断需要设置相关参数，此设置有两种模式，“普通剔除模式”和“延迟剔除模式”， 使用哪一种剔除模式可根据现场情况来设定：
普通剔除模式的参数设定相对简单一些，但是必须满足“剔除位光纤与检测位光纤的距离必须大于2条烟的距离，280*2 = 560mm”条件。
延迟剔除模式的参数设置相对复杂一些，但是可以用于各种情况。
剔除（停机）位置确定以后，就可以对剔除执行方式进行设定了，选择自主剔除方式和人工取烟方式其中之一，并设置相关参数。
五、 条烟缺包检测装置故障及维护
1.1 计算结果异常
当机器出现检测故障时，首先可以观察计算结果，进行初步的故障分析。以下是计算结果的分析。
其中，每次初始化高压或灯丝电压后，设备会有10秒钟的预热延迟时间，保证光子管和高压输出稳定后，才使能检测功能。
2.1 高压源故障
五.2.1 现象描述：
LCD屏上波形基本成一条水平线，会随着条烟的经过有轻微变化。输出值很低，检测值均为好烟，无法正常检测。
五.2.2 解决方法：
用万用表测量高压源设定电压和反馈电压，如果两个电压大小不等，则高压源损坏，需更换新的高压源模块。
五.2.3 现象描述：
机器无法正常工作，没有波形显示，重启机器后又可以正常工作，过段时间机器又无法正常工作。
五.2.4 解决方法：
测量开关电源24V输出是否正常，一般在23V以上为正常。如果不正常，将开关电源更换掉，如果机器还不正常，将高压源更换掉。
3.1 开关电源损坏
五.3.1 现象描述
机器无法开启，电源指示灯亮。
五.3.2 解决方法：
分别测量开关电源各路输出，均无电压输出，开关电源损坏，更换。
五.3.3 现象描述：
机器正常开启，但无法正常工作，波形为一条直线，检测结果很小，无法检测出缺包条烟。
五.3.4 解决方法：
测量开关电源24V输出是否正常，一般在23V以上为正常。如果不正常，将开关电源更换掉，不过此现象不排除高压源损坏。
六、 结论
通过使用条烟缺包检测装置进行条烟缺包检测，可以大大的减少有缺包问题的条烟流入市场。
作者简介：沈宇航（1984—），男，浙江杭州，本科，助理工程师，研究方向：烟草检测仪器。
应伟（1982—），男，浙江安吉，本科，工程师，研究方向：烟草检测仪器。
一、 背景
卷烟厂的条烟包装机在进行条烟包装生产的过程中，因为种种原因，经常会出现包装完成后的条烟盒内出现缺一包烟或多包烟的情况，由于未能及时发现，造成缺包的条烟流入市场，严重影响了卷烟厂的声誉。因此需要一种装置能够设别缺包条烟，并把它定位到，以便剔除出去。
二、 条烟缺包检测装置设计原理
利用弱光子（频谱在紫外线附近，与CRT电视机显像管的高压电子枪相类似）穿透物体时具有衰减的特性，用探测器检测弱光子穿透条烟后的强度，测量一条烟相应的波形，通过对波形的分析，识别出条烟盒内是否缺包。
三、 条烟缺包检测装置设计方案
1.1 硬件设计
三.1.1 主控板
主控板是调度系统的核心，调度采集烟条的数据，识别缺包条烟，并执行停机报警。
三.1.2 光子驱动板
主要用于驱动光子管正常工作，输出一定强度的光子。
三.1.3 信号采集板
核心设计，完成光子信号的放大与处理，是获取条烟内部信息的重要部件。
2.1 软件设计
条烟缺包检测装置主要工作流程如下：
三.2.1 软件算法
识别算法需要对采集的波形进行滤波和识别算法。其中滤波可以选择中值滤波、均值滤波其中一种；识别算法采用差模的计算方法。
三.2.2 中值滤波
中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术，中值滤波的基本原理是把数据序列中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替，让周围的像素值接近的真实值，从而消除孤立的噪声点。方法是用一维滑动模板，将板内数据序列的大小进行排序，生成单调上升（或下降）的为一维数据序列。一维中值滤波输出为g（x）=med{f（x-k），（k∈W）} ，其中，f（x），g（x）分别为原始数据序列和处理后数据序列。W为一维模板的长度，通常为4，5区域，不宜过大，过大会导致计算时间过长。
三.2.3 均值滤波
均值滤波也称为线性滤波，其采用的主要方法为邻域平均法。线性滤波的基本原理是用均值代替数据序列中的各个数据值，即对待处理的当前数据点（x），选择一个模板，该模板由其近邻的若干像素组成，求模板中所有数据的均值，再把该均值赋予当前数据点（x），作为处理后数据序列在该点上的数值g（x），即个g（x）=1/m ∑f（x） m为该模板中包含当前数据序列在内的数据总个数。 中值滤波算法耗时较长，所以采用均值滤波。
三.2.4 识别算法
波形识别算法完成每一条烟的数据评估，把算法计算后的值作为烟条的计算结果，如果计算结果超出设定的范围，则认为是缺包。本算法的主要计算过程是分段差模计算，最后把差模的平均值作为总的计算结果。
假设本次条烟采集了N次，采集的数据结果为g（x）（x∈N）}，其计算公式如下：
本算法的含义在于，均匀分段的5份数据，与五盒香烟对应，每一个盒香烟的数据分布基本相同，其总的差模比较小。当缺少一包香烟，数据分布就会发生变换，相互之间计算一次差模后，差异的就会被放大，从而达到识别的原理。
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3.1 条烟缺包检测装置测试结果
使用条烟检测装置对卷烟厂生产出的不同种缺包形式进行了测试，测试结果如下：
四、 条烟缺包检测装置调试及维护
1.1 断开剔除位光纤的电气连接线
断开剔除位光纤连接线的目的是防止机器由于参数没有配置好，出现错误剔除或报警停机，影响现场生产。剔除位光纤在参数（停机报警以及剔除相关参数除外）调整完毕后再连接上。
2.1 设置高压输出值和灯丝电流值
设置高压输出值为750，灯丝电流值920。
3.1 工作模式设置
观察工作模式参数是否配置正确，是否符合现场的要求。一般设置为工作模式参数设置为147。
4.1 设置检测触发延迟
如果启用延迟启动检测模式，需将该位设置为5。
5.1 条烟采样次数相关设置
如果该系列设置不符合现场环境，可以发现计算结果为 -1 或 -4。需要对其重新设置。
首先进入特权模式，找到“条烟采样次数”，“波形压缩比例”， “烟条最小长度”，“烟条最大长度”。
首先设定“烟条最小长度”为170，“烟条最大长度”为230，然后设定“波形压缩比例”为3，观察“条烟采样次数”是否在170-230之间，如果不是可适当增大或减小“波形压缩比例”。
6.1 观察计算结果
正确进行以上操作后，机器过烟，基本上可以得到波形以及计算结果。
首先观察波形是否正常，如果波形中的四个较规则的波峰的幅值偏大，则减小“高压输出值”，反之则增大高压输出值。最终波形的峰峰值为整个竖轴的六分之一高度左右。
观察计算结果，一般完整条烟的计算结果为10-40范围内，如果过高，则减小“高压输出值”，反之则增大高压输出值。
同时将缺包最小阈值设置为在0-100范围内。
7.1 接通剔除位光纤
断电，接通剔除位光纤。
上电，设置光纤放大器档位。外部有烟信号为低电平，其中，对射式光纤电平选择“L”档；反射式光纤选择“D”档；按住光纤放大器上的“+”或“-”按键，将阈值调整到2000。
8.1 剔除（停机）参数设定
到这一步为止，机器已经正确的判断出条烟是否缺包，但是还不能正确的剔除坏烟或停机。需要对提出或停机的相关参数进行设置才可。 机器提供自主剔除坏烟和停机报警人工取烟这两种方式来进行坏烟的处理方式，但在处理前首先要判断坏烟是否到达剔除（停机）位光纤所在位置，此判断需要设置相关参数，此设置有两种模式，“普通剔除模式”和“延迟剔除模式”， 使用哪一种剔除模式可根据现场情况来设定：
普通剔除模式的参数设定相对简单一些，但是必须满足“剔除位光纤与检测位光纤的距离必须大于2条烟的距离，280*2 = 560mm”条件。
延迟剔除模式的参数设置相对复杂一些，但是可以用于各种情况。
剔除（停机）位置确定以后，就可以对剔除执行方式进行设定了，选择自主剔除方式和人工取烟方式其中之一，并设置相关参数。
五、 条烟缺包检测装置故障及维护
1.1 计算结果异常
当机器出现检测故障时，首先可以观察计算结果，进行初步的故障分析。以下是计算结果的分析。
其中，每次初始化高压或灯丝电压后，设备会有10秒钟的预热延迟时间，保证光子管和高压输出稳定后，才使能检测功能。
2.1 高压源故障
五.2.1 现象描述：
LCD屏上波形基本成一条水平线，会随着条烟的经过有轻微变化。输出值很低，检测值均为好烟，无法正常检测。
五.2.2 解决方法：
用万用表测量高压源设定电压和反馈电压，如果两个电压大小不等，则高压源损坏，需更换新的高压源模块。
五.2.3 现象描述：
机器无法正常工作，没有波形显示，重启机器后又可以正常工作，过段时间机器又无法正常工作。
五.2.4 解决方法：
测量开关电源24V输出是否正常，一般在23V以上为正常。如果不正常，将开关电源更换掉，如果机器还不正常，将高压源更换掉。
3.1 开关电源损坏
五.3.1 现象描述
机器无法开启，电源指示灯亮。
五.3.2 解决方法：
分别测量开关电源各路输出，均无电压输出，开关电源损坏，更换。
五.3.3 现象描述：
机器正常开启，但无法正常工作，波形为一条直线，检测结果很小，无法检测出缺包条烟。
五.3.4 解决方法：
测量开关电源24V输出是否正常，一般在23V以上为正常。如果不正常，将开关电源更换掉，不过此现象不排除高压源损坏。
六、 结论
通过使用条烟缺包检测装置进行条烟缺包检测，可以大大的减少有缺包问题的条烟流入市场。
作者简介：沈宇航（1984—），男，浙江杭州，本科，助理工程师，研究方向：烟草检测仪器。
应伟（1982—），男，浙江安吉，本科，工程师，研究方向：烟草检测仪器。