卷烟加料均匀性在线检测自动取样机械臂系统的制作方法

本发明涉及卷烟制丝生产，具体涉及一种卷烟加料均匀性在线检测自动取样机械臂系统。

背景技术：

1、叶片加料是卷烟制丝生产线上的重点工序，其作用是根据产品设计要求向烟叶中施加一定比例的料液，使料液均匀喷施到烟叶上，以突出产品风格、掩饰产品感官质量缺陷，可见，加料均匀性直接影响卷烟质量的稳定性及其抽吸品质。目前，制丝生产线对于加料均匀性一般通过加料精度指标进行在线监控，但该指标仅能衡量加料过程中物料掺配量的匹配性，无法准确表征烟叶吸收料液后的均匀性。

2、在加料均匀性检测领域，业内主要存在以下几类方案：第一类是基于标记物的评价体系，通过添加外源标记物（如1,2-丙二醇）并利用气相色谱等实验室分析手段检测标记物含量来评估均匀性，该类方法检测结果准确可靠，可作为基准方法，但存在明显不足：检测具有破坏性，需对烟丝样品进行复杂前处理；检测周期长，结果严重滞后于生产过程；仅能抽取有限点位的少量样品，无法覆盖全批次；无法获取料液在烟丝表面的空间分布信息。

3、另一类多采用固定高度取样或简单真空吸附方式，该类装置在输送带上烟丝高度一致时能够完成取样，但在实际生产中，烟丝在经过加料滚筒后形态会由丝状缠绕成团，表面高低不平，烟丝堆高度存在显著差异；因而，固定高度取样方式无法适应烟丝高度的实时变化，当烟丝堆高度低于取样高度时，取样装置无法接触到烟丝，造成取样失败；当烟丝堆高度高于取样高度时，取样装置可能过度深入烟丝层，在输送带上形成明显的留白区域，破坏物料输送的连续性；此外，固定高度取样还容易造成取样量不稳定，影响后续检测结果的代表性。

4、还有一类则是尝试采用高光谱成像等非接触式无损检测手段实现加料均匀性检测，但目前技术路线多聚焦于检测算法本身，缺乏能够为光谱检测提供稳定物料状态的自动化取样前置系统。在真实的检测取样场景中，烟丝成团、高低起伏的物料形态会直接导致光谱检测出现光路遮挡、光程偏差、背景噪声过大等问题，使非接触式无损检测的精度大幅下降。

5、基于上述对业内常规技术的分析可知，目前缺乏一种能够自适应烟丝高度变化、实现全自动定量取样、以及兼容在线连续检测与离线抽检双重需求的烟丝取样可靠方案。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种卷烟加料均匀性在线检测自动取样机械臂系统，其目的在于解决现有烟丝取样装置固定高度取样无法适应烟丝高度变化、易造成输送带留白及取样量不稳定的技术问题；同时实现取样过程的全自动化、无人化运行。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供了一种卷烟加料均匀性在线检测自动取样机械臂系统，包括六轴协作机械臂本体、机器视觉定位单元、防静电柔性夹爪、位移传感器、取样料盘缓存工位和联动控制器。

4、六轴协作机械臂本体安装于卷烟制丝加料工序出口的输送带旁侧。六轴协作机械臂具有六个自由度，能够在三维空间内实现灵活的位置和姿态调整，满足从输送带取样点至检测装置进料口之间的物料转移需求。

5、机器视觉定位单元安装于六轴协作机械臂本体的末端法兰盘上，用于识别输送带上烟丝的分布状态。机器视觉定位单元包括工业相机和图像处理器，工业相机与防静电柔性夹爪同轴布置，确保视觉定位方向与抓取方向一致。

6、防静电柔性夹爪安装于六轴协作机械臂本体的末端，用于抓取烟丝。防静电柔性夹爪包括夹爪本体和设置于夹爪本体夹持面上的防静电柔性垫层，防静电柔性垫层采用防静电硅胶或防静电聚氨酯材料，可避免抓取过程中因静电吸附导致烟丝形态改变，同时防止夹爪对烟丝造成过度挤压或破损。

7、位移传感器安装于防静电柔性夹爪上，用于实时检测输送带上烟丝堆的高度，具体应用时，该位移传感器优选激光位移传感器或超声波位移传感器，能够在非接触条件下快速获取烟丝表面高度信息。

8、取样料盘缓存工位设置于六轴协作机械臂本体的工作范围内，包括待检料盘位和空料盘位，用于离线模式下的多组样品缓存。

9、联动控制器分别与六轴协作机械臂本体、机器视觉定位单元、防静电柔性夹爪、位移传感器及外部光谱检测系统信号连接。联动控制器根据位移传感器检测的烟丝堆高度和机器视觉定位单元识别的烟丝分布状态，计算抓取位置并控制六轴协作机械臂本体带动防静电柔性夹爪运动至目标位置完成抓取。

10、在其中至少一种可能的实现方式中，联动控制器内置在线模式和离线模式两种工作程序：在线模式下，联动控制器按预设时间间隔自动控制六轴协作机械臂本体从生产线输送带的取样口抓取烟丝，适用于生产过程中的连续在线取样检测；离线模式下，机器视觉定位单元自动识别待检料盘位内各组样品的分布位置，六轴协作机械臂本体依次完成多组样品的连续抓取，适用于实验室或抽检场景下的批量样品检测。

11、此外，联动控制器还可以根据位移传感器实时检测的烟丝堆高度计算抓取位置：当烟丝堆高度为h时，抓取位置的z轴坐标为h减去预设的夹爪切入深度，夹爪切入深度为5mm至15mm；此计算方式确保夹爪能够准确切入烟丝层中获取足量样品，同时避免夹爪过度深入触碰输送带表面。

12、与现有技术相比，本发明的主要设计构思在于，实现了自适应烟丝高度变化的精准取样：通过在夹爪上安装位移传感器实时检测烟丝堆高度，联动控制器根据高度信息动态计算抓取位置，使夹爪能够自适应不同高度的烟丝层，既保证取样量稳定，又避免固定高度取样造成的输送带留白问题；同时实现了全流程无人化自动取样，六轴协作机械臂搭配机器视觉定位单元与防静电柔性夹爪，配合联动控制器的程序控制，可自动完成从位置识别、抓取、转移到放料的全部动作，无需人工参与，彻底消除了人为取样量偏差、上料不均匀等操作误差；进一步地，本系统兼容在线连续检测与离线抽检双重需求，在线模式下可按设定时间间隔自动取样，满足生产过程实时监控需要，离线模式下可自动完成料盘内多组样品的连续抓取，满足实验室批量检测需要，适配性强；由此，本发明显著提升了检测效率，经实测单样品从取样到完成放料的全流程耗时小于30秒，配合后续光谱检测系统可实现每分钟2次以上的检测频率，检测效率较人工操作提升80%以上；而且，在一些较佳实现方式中，通过程序控制的定量取样和自适应高度补偿，每次取样的烟丝量保持一致，由此保障了检测样品的代表性，可靠避免了人工取样因手法差异导致的样品代表性不足问题。

1.一种卷烟加料均匀性在线检测自动取样机械臂系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的卷烟加料均匀性在线检测自动取样机械臂系统，其特征在于，所述联动控制器内置在线模式和离线模式两种工作程序：

3.根据权利要求1所述的卷烟加料均匀性在线检测自动取样机械臂系统，其特征在于，所述防静电柔性夹爪包括夹爪本体和设置于夹爪本体夹持面上的防静电柔性垫层，所述防静电柔性垫层的材料为防静电硅胶或防静电聚氨酯。

4.根据权利要求1所述的卷烟加料均匀性在线检测自动取样机械臂系统，其特征在于，所述位移传感器为激光位移传感器或超声波位移传感器，所述位移传感器的检测信号输出端与所述联动控制器的信号输入端连接。

5.根据权利要求1所述的卷烟加料均匀性在线检测自动取样机械臂系统，其特征在于，所述机器视觉定位单元包括工业相机和图像处理器，所述工业相机安装于所述六轴协作机械臂本体的末端法兰盘上且与所述防静电柔性夹爪同轴布置，所述图像处理器的输出端与所述联动控制器的输入端连接。

6.根据权利要求1所述的卷烟加料均匀性在线检测自动取样机械臂系统，其特征在于，所述取样料盘缓存工位设置于所述六轴协作机械臂本体的工作范围内，所述待检料盘位和所述空料盘位并排布置。

7.根据权利要求1所述的卷烟加料均匀性在线检测自动取样机械臂系统，其特征在于，所述联动控制器通过以太网与外部光谱检测系统的工控机通信连接，所述联动控制器在所述防静电柔性夹爪完成放料后向所述外部光谱检测系统发送检测启动信号。

8.根据权利要求1~7任一项所述的卷烟加料均匀性在线检测自动取样机械臂系统，其特征在于，所述联动控制器根据所述位移传感器实时检测的烟丝堆高度，按以下方式计算抓取位置：当烟丝堆高度为h时，抓取位置的z轴坐标为h减去预设的夹爪切入深度，所述夹爪切入深度为5mm至15mm。