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虹科案例 | 太赫茲技術(shù)用于香煙檢測

廣州虹科電子 ? 來源: 廣州虹科電子 ? 作者: 廣州虹科電子 ? 2023-07-25 09:38 ? 次閱讀

香煙生產(chǎn)檢測

中國卷煙行業(yè)發(fā)展的歷史已經(jīng)有上千年的歷史,在這千多年的時(shí)間里,中國卷煙行業(yè)的發(fā)展可以說是非常迅猛的。根據(jù)近期報(bào)告分析,從2018年到2020年,中國卷煙行業(yè)的市場規(guī)模從2.5萬億元攀升至3.7萬億元,增長了48.4%。在2020年,中國卷煙行業(yè)的市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了3.7萬億元,占全國消費(fèi)品行業(yè)市場規(guī)模的8.2%。

以「中華」、「芙蓉王」、「利群」、「黃鶴樓」、「玉溪」、「云煙」、「南京」等為代表的中式卷煙品牌迅速做大規(guī)模、做強(qiáng)結(jié)構(gòu),取得了超過99%的超高市場份額、銷售占比,奠定了中國煙草最為關(guān)鍵的核心競爭力。

現(xiàn)代意義的卷煙產(chǎn)品,其制作過程大致要經(jīng)過煙葉初烤、打葉復(fù)烤、煙葉發(fā)酵、卷煙配方、卷煙制絲、煙支制卷、卷煙包裝七個(gè)大項(xiàng)的生產(chǎn)工藝流程,才能作為商品流轉(zhuǎn)到消費(fèi)者手中。

在生產(chǎn)包裝的多個(gè)環(huán)節(jié),香煙都可能存在一些制造失誤,比如香煙濾棒連接有誤、包裝內(nèi)部存在異物等,對每一根香煙的規(guī)格都需要進(jìn)行檢測,從而保證生產(chǎn)合規(guī)。這離不開專業(yè)的檢測手段,現(xiàn)階段香煙行業(yè)以人工檢測、白光+相機(jī)的機(jī)器視覺方案實(shí)現(xiàn)表面缺陷等簡單檢測,然而對于包裝好的單支香煙、以及香煙盒內(nèi)部情況的檢測,卻還沒有廣泛應(yīng)用的技術(shù)方案。

太赫茲成像技術(shù)

太赫茲波是處于微波紅外之間,定義頻率在0.1~10 THz, 波長在3~0.03 mm之間的電磁波。

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由于其在電磁波頻譜的特殊位置,其在文物檢測領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢:光子能量低,不具有電離輻射;極易透過非極性和非金屬材料,包括陶瓷、帆布、木材、紙張等常見藝術(shù)品的承載材料;頻段處在許多生物大分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí),可根據(jù)太赫茲波的強(qiáng)吸收和諧振特性建立分子指紋特征譜鑒別物質(zhì)成分;太赫茲波段的高頻率對應(yīng)于更短的波長,能夠達(dá)到比微波成像更高的空間分辨率;不需要接觸表面,實(shí)現(xiàn)無損探測。基于以上優(yōu)勢,太赫茲成像技術(shù)在安檢、生物檢測與工業(yè)無損檢測等方面具有極佳的應(yīng)用前景。

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太赫茲成像系統(tǒng)目前也有多種配置,比如基于飛秒激光與光電導(dǎo)天線的TDS系統(tǒng),基于FMCW雷達(dá)的收發(fā)一體的反射式成像雷達(dá)等,根據(jù)具體應(yīng)用場景可以選擇不同的成像配置。香煙的外殼是紙張材質(zhì),太赫茲可以輕松穿透,基于太赫茲成像系統(tǒng),我們可以對香煙進(jìn)行穿透成像,查看到樣品內(nèi)部的情況,從而發(fā)現(xiàn)缺陷和異物。

太赫茲香煙成像實(shí)例

本次對香煙進(jìn)行成像測試采用的是虹科太赫茲雷達(dá)掃描儀TeraScan 100,通過對不同尺寸的香煙進(jìn)行太赫茲成像,成功查看到香煙的內(nèi)部爆珠以及不同的成分結(jié)構(gòu),體現(xiàn)了太赫茲技術(shù)在香煙檢測應(yīng)用的絕佳潛力。

1

測試樣品

本次測試的樣品是4種香煙,每種2支,同一種香煙的直徑相同。A至D的直徑分別為5mm、6mm、7mm和7mm。A組在香煙兩端22mm和36mm處都有內(nèi)含物,D組也由三個(gè)不同的部分組成。

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測試目的是識(shí)別香煙樣品的每個(gè)部分(組成與形狀),并評估TeraScan 100(120GHz)是否能夠區(qū)分樣品的所有組成部分。除此以外,還需要確認(rèn)太赫茲技術(shù)是否能夠區(qū)分A樣品中存在的小球形夾雜物(香煙爆珠)。

2

測試設(shè)置

橫向分辨率對于該測試而言是重要的,以便能夠區(qū)分這些樣品的不同成分。對于這個(gè)樣品,我們設(shè)置橫向分辨率(移動(dòng)步長)為1mm。我們將平均成像,以獲得高質(zhì)量的成像,同時(shí)也不會(huì)有太長的掃描時(shí)間。我們在樣品背面放置金屬板,以增加樣品的反射率,并具有更好的對比度。

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采用虹科太赫茲雷達(dá)掃描儀TeraScan 100,基于連續(xù)波調(diào)頻雷達(dá)的原理,中心頻率為120GHz,探測速率10Hz,是一套集太赫茲雷達(dá)、掃描平臺(tái)與成像軟件為一體的完整成像系統(tǒng)。

3

測試結(jié)果

下圖是四組樣品的生產(chǎn)規(guī)格圖:A為5段,兩段中分別有兩顆爆珠。B為1段,長度更短。C由兩段組成,D由三段組成,尺寸不同。

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通過太赫茲雷達(dá)檢測得到香煙的圖像,如下圖所示。

A組與B組香煙樣品

樣品A和B樣品均符合規(guī)格, 除了1B短于2B。除A樣品外,未見異常和內(nèi)部夾雜物。在預(yù)期的位置可以觀察到樣品A的球形夾雜物(爆珠)。所有不同的部分都是可區(qū)分的。

C組與D組香煙樣品

從太赫茲檢測結(jié)果來看,樣品C沒有任何異常。而樣本D并不符合規(guī)格(示意圖),這組太赫茲檢測圖中顯示了四個(gè)不同的部分,而示意圖只有三個(gè)部分,從而發(fā)現(xiàn)了不合規(guī)的產(chǎn)品。

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3

測試結(jié)論

TeraScan 100 太赫茲系統(tǒng)完全能夠區(qū)分不同的樣品部件,還能夠識(shí)別A樣品上的球形夾雜物(爆珠),以及分辨出所有樣品的密度差別。顯示了太赫茲技術(shù)在香煙檢測應(yīng)用的極大潛力。

虹科太赫茲方案

TeraScan 100雷達(dá)掃描儀:

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基于 FMCW 雷達(dá)技術(shù)的深度 3D 亞太赫茲掃描儀。120G的輸出波段能夠有效穿透紙盒、塑料等包裝材料,實(shí)現(xiàn)對樣品內(nèi)部的檢測;x-y-z 機(jī)動(dòng)平移臺(tái)上,可掃描 300x300mm 的大樣本;結(jié)合定制設(shè)計(jì)的可互換光學(xué)元件,能夠提供 1.8mm 的空間分辨率;內(nèi)部開發(fā)的雷達(dá)信號(hào)處理算法在 100 ms 的單次測量中允許超過 60 dB 的動(dòng)態(tài)范圍,實(shí)現(xiàn)對樣品的深度成像,查看其表面之下的缺陷及各類信息。

亞太赫茲多功能雷達(dá):

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基于GaAs肖特基二極管倍頻器原理的FMCW雷達(dá)。150G的輸出波段對非金屬包裝材料具有優(yōu)異的穿透性;采集深度信息,能夠獲得樣品不同深度位置的圖像效果,空間分辨率2mm;還有厚度測量與材料識(shí)別功能,可用于樣品的涂料厚度、相關(guān)參數(shù)測量等應(yīng)用;緊湊單體結(jié)構(gòu),適合實(shí)驗(yàn)室、現(xiàn)場檢測等多種應(yīng)用環(huán)境。

TeraEyes-HV實(shí)時(shí)成像系統(tǒng):

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多功能、實(shí)時(shí)太赫茲成像系統(tǒng),適用于全場高分辨率應(yīng)用。基于量子級(jí)聯(lián)激光器原理的高頻段(2~5THz)太赫茲源,具有250um的最優(yōu)分辨率,實(shí)現(xiàn)樣品細(xì)節(jié)的高分辨探測;太赫茲相機(jī)每秒采集50幀圖像,可實(shí)現(xiàn)樣品的實(shí)時(shí)穿透成像,查看內(nèi)部缺陷情況,并最終可實(shí)現(xiàn)三維重建效果。

如果您對虹科太赫茲成像系統(tǒng)感興趣,想要了解更多信息,歡迎來電或留言咨詢,我們將竭誠為您服務(wù)!

審核編輯 黃宇

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