淺談煙草分揀機在制絲線行業中的應用

尹呈剛(山東中煙工業有限責任公司濟南卷煙廠 山東 濟南 250100)

0 引言

煙草行業對煙葉的質量要求較高，因為其純凈度直接決定著煙絲的好壞。如果有漏檢的變質煙葉或混有有毒雜質及其其它性質的雜物進入下道工序進行生產，將會不僅直接影響煙絲的質量，甚至會危害人的身心健康。因此，就迫切需要提高煙葉雜質的剔除精度。多年來，人們對雜物剔除做了大量的研究和試驗。由于傳統的分揀方法已不能滿足精度和效率的要求。所以，從2000年國外的煙草除雜機產品開始進入我國煙草企業。

在該系統中，其關鍵組成部分有控制模塊、帶式輸送機、可視系統、噴射器模塊、供氣系統、冷卻系統六大部分組成。關鍵技術有光源照明技術、光學鏡頭。攝像機、圖像采集卡、圖像處理模塊和快速準確的噴射器執行機構模塊等幾個方面。

1 系統整體框圖及工作原理

煙草分揀機基本有帶式傳送系統、可視系統、圖像處理系統、電氣控制系統、噴射處理系統構成。

其基本工作原理：電荷耦合器件CCD通稱圖像傳感器（Charge-coupled Device）在線掃描高速傳送裝置上的煙葉流，圖像數據采用模擬攝像機接受信號，通過A/D轉換電路，直接將模擬量的圖像信號轉化為數字信息，避免傳輸中的干擾，擺脫了標準視頻信號格式的制約，經專用的圖像采集卡，R.G.B三原色對應三塊圖像采集卡轉化為計算機可以處理的數字信息，收集并傳入計算機，由系統除雜計算法識別，通過提取的物特征，FPGA圖像處理單元實時計算異物與煙葉的匹配度，從而識別、剔除異物。在計算機軟件界面上，調整匹配度閾值，就可加大或減小識別精度。用戶可根據煙葉品種、顏色、等級、產地等諸多因素，自主確定相應的識別精度。并相對應的開閥控制指令通過I/O信號傳送至電磁閥控制電路，打開相對應的電磁閥，利用高氣壓氣體將雜質剔出。

2 帶式傳送系統

煙葉物料由較厚的層疊狀態通過進料口，隨著高速運輸帶5m/s的速度，利用“壓風”和“托風”變成很薄的單層狀態，使煙葉從皮帶機中以懸浮狀態從輸出端平穩地拋出，且沿著可預知的平拋運動軌跡穩定運行，為后續的攝像檢測提供條件。

3 可視系統

分揀機采用先進的高強度出料（HID）燈光系統，與其他標準熒光燈相比，更加節能、更加光亮，且使用壽命長，能保證穩定的燈光輸出。系統采用A、B、C、D上下各兩個CCD攝像機，通過反光鏡面查看以發光的LED活動矩陣為背景的物料。使物料表面的反射光線盡可能準確無誤地送到光電檢測CCD感光元件上。

4 圖像處理系統

攝像機和圖像采集卡共同完成對物料圖像的采集與數字化。高質量的圖像信息是系統正確判斷和決策的原始依據，是整個系統成功與否的關鍵所在。按照使用的面陣CCD攝像機，可以一次獲得以5m/s速度從皮帶機輸出端平拋出的單層煙葉流的整幅圖像信息。

圖像采集卡是控制攝像機拍照、完成圖像采集與數字化、協調整個系統的重要設備。圖像信號的處理是機器視覺系統的核心，它相當于人的大腦。對于煙草雜物剔除系統來說，系統是一個實時系統，所以其圖像處理系統當然應該是實時的。為了滿足實時性要求，采用了DSP技術、應用硬件(FPGA)和軟件相結合的方法，來完成圖像處理的任務，即用識別定位軟件對送到DSP內存中的表征煙草或雜物特征信息的數據，一幀一幀地進行處理塑料工業網，區分出哪些是雜物哪些是煙葉，并根據雜物的位置信息發出相應的剔除指令給剔除模塊的電磁閥，控制高壓空氣吹掉雜物。

5 噴射處理系統

對于一個系統而言，系統功能的最終實現是要靠執行機構來完成，它是系統的最后一個也是最關鍵的環節。在煙草雜物剔除系統中，其執行機構就是把合格煙葉和雜物分離開的氣動剔除系統。它包括高速電磁閥組和噴吹腔體。為了使整個系統的剔除率能達到較高的水平，除了采用簡單高效的算法，選用專用的芯片以外，氣動剔除系統的動態特性，特別是快速性和穩定性也十分重要，其中電磁閥的影響很大，電磁閥氣孔的中心距為9.37mm，氣流量從0達到額定流量的90%的響應時間為5ms。使用這樣高速的氣閥的目的是縮短從異物識別到異物剔除的時間。

6 結束語

此系統的誕生和應用，極大地解放了人的勞動力，提高了煙草設備的生產自動化水平、智能化程度，剔除精度高，極大的改善了工作環境。隨著煙草行業節能降耗、提高產品質量工程的全面實施，它將越來越多地應用于煙草行業的質量檢測、監控和分揀，為提升我國煙草企業的國際競爭力做出更大的貢獻。