煙草碎片異物復合分揀技術研究與應用

劉洪標,趙廣仁,黃晶 ,黃華

(湖南煙葉復烤有限公司郴州復烤廠,湖南 郴州 423000)

煙草碎片異物復合分揀技術研究與應用

劉洪標,趙廣仁,黃晶 ,黃華

(湖南煙葉復烤有限公司郴州復烤廠,湖南 郴州 423000)

煙草異物剔除是煙草生產過程中的重要內容.打葉復烤作為煙葉生產的第一道環節,對煙草異物的控制起到至關重要的作用.湖南煙葉復烤有限公司郴州復烤廠從打葉復烤企業出發,為減少煙草雜物,提高復烤片煙純凈度,就煙草碎片異物的識別與剔除給出了一種全新的思路和方法,該方法使打葉復烤過程中,在煙草碎片異物的挑選質量和剔除效率上都有明顯的提升.

打葉復烤;煙草碎片異物;復合分揀

當前,煙草行業對非煙雜物的控制也越來越重視.加強對非煙雜物的控制,已成為行業對原料加工的重點控制指標.打葉復烤作為卷煙生產的第一道環節,是剔除煙草雜物的首要關口,把好這道關是確保quot;原料保障上水平quot;的重要保障,它將直接關系到卷煙產品質量的穩定.

1 復烤煙草碎片除雜的現狀

目前,國內外復烤企業針對煙草異物的控制研究開發了很多相應的技術,如風選除雜技術、光譜除雜技術、激光除雜技術、氣流式煙葉輸送技術、金屬探測儀等.在上述煙草異物控制技術中,每種技術都是單獨使用在某個工藝環節中,其優勢和弱點也非常明顯.例如,風選除雜工藝,能夠對煙葉進行大流量的分揀,但是其分揀的精度不足;而光電除雜工藝,能夠精確地剔除雜物,但是要求煙葉攤薄的效果要很好;激光除雜技術對煙葉流量要求更高,一般不能超過6000Kg/h.但在目前,這些除雜技術都是單獨在使用.本文以湖南煙葉復烤有限公司郴州復烤廠為例,開展煙草碎片異物復合分揀技術的研究,將風選除雜工藝與光電除雜工藝相結合,彌補彼此的弱點,從而提高打葉復烤生產過程中對煙草碎片異物的挑選效率和質量.

2 煙草碎片除雜的技術分析

煙草碎片異物分揀技術主要包含異物分選和異物除雜兩個關鍵階段.因此在工藝流程設計上,應該首先考慮如何有效進行煙葉碎片分離,再通過煙葉流的逐級加速攤薄去檢測雜物,最后再設計有效的除雜機構,對非煙物質進行精準剔除.

2.1 分選工藝的技術研究

利用懸浮原理,改進現有的異物風分工藝,實現更加有效地物料與碎葉、輕質雜物的分離.具體方式是取消傳統風分倉內的網板輸送方式,組合新的無網板式風分器,并在風分倉進料口加裝高速齒型拋料輥,將傳統的單側吸風式落料器變成兩側吸風式落料器.在這種情況下,齒型落料器直接將物料拋擲到風分倉,利用下進風和上吸風循環風選,將一潤、二潤、篩砂筒等匯集的碎葉物料中摻雜的一些輕量雜物,通過兩側吸風式落料器分揀出來.風選除雜裝置見圖1.

圖1 風選除雜裝置總體布局簡圖

2.2 煙草碎片異物識別檢測技術研究

為了識別雜物,采用RGB三維笛卡爾坐標空間來進行色度空間的分布規律分析.RGB顏色空間通過對紅(R)、綠(G)、藍(B)3個顏色通道的變化,以及它們相互之間的疊加來得到各種顏色.煙葉顏色集中分布在RGB顏色空間的特定區域,雜物的分布區域與煙葉不同,就可以區分開煙葉和雜物,見圖2.

圖2 部分雜物和正常煙在RGB空間的分布情況

上述結論證明,合格煙片在RGB顏色空間中分布區域與不同雜物存在顯著差異.因此,采用機器視覺方法提取煙葉RGB顏色信息來區分雜物.基于這一方法,對雜物在線檢測和識別的基本過程原理見圖3.

圖3 雜物檢測識別系統原理示意圖

雜物檢測機構主要包括雙皮帶夾層輸送帶、CCD成像單元、圖像采集和處理機構.煙葉進入雙皮帶后,雙皮帶以4.7m/s的速度向前運動,帶動煙葉和空氣都往前運動,從而消除掉煙葉高速運動帶來的翻滾和后退,使得煙葉能夠以4.5m左右的速度向前拋出.煙葉拋出皮帶后,以近乎下斜直線的狀態,穿過檢測口和剔除口.檢測柜有高亮度、高顯色系統照明系統,線陣CCD相機采集煙葉的實時圖像,送入圖像采集處理盒,識別出雜物并計算出雜物坐標.這種設計方式,檢測機構上下雙層皮帶同向同速運動,煙葉在雙皮帶中間形成的腔體中被輸送,完全消除了煙葉堆積的情況,夾雜在煙葉中的雜物可以被相機充分拍攝,能夠有效提高識別檢測率.

2.3 非煙物質剔除技術研究

對于非煙物質的剔除機構,研究采用陣列電磁閥噴吹壓縮空氣的方式,對識別出的目標物進行氣動剔除.由于剔除點與檢測點不在同一位點,即為異步剔除,煙葉在檢測成像后,需要找到圖像中目標物位置對應的氣閥,即需要建立起圖像像素和實際位置的對應關系.以非煙物質為例,如果圖4中第19以及20號電磁閥對應的圖像上出現非煙物質的信息,經過計算,圖5中剔除點對應的19號和20號電磁閥就會發出剔除信號,將非煙物質用高壓氣打入剔除通道,實現霉變煙的剔除過程.

圖4 氣閥和圖像的位置的對應關系

圖5 計算結果和電磁閥的對應關系

2.4 工藝流程研究和優化

煙草碎片異物分揀技術包含異物分選和異物除雜2個關鍵階段,因此在工藝流程上依次為碎片篩選、雜物檢測剔除,見圖6.

圖6 煙草碎片異物復合分揀系統工藝流程圖

為了更好的分揀和剔除煙葉碎片異物,需要在一些工藝流程上做出研究和優化.

(1)輸送攤薄系統研究.上述工藝流程中,各檢測剔除段均需通過輸送攤薄系統將煙葉充分薄層化,以配合檢測單元獲取最佳的煙葉圖像特征,并提升剔除單元目標的準確性.對輸送攤薄系統的研究優化,主要是通過星輥組隔離煙葉團、振槽松散及擴寬、拉薄輥配合高速皮帶機加速,對各段進行逐級攤薄處理,使煙葉特征不被遮擋,雜質從煙葉中充分暴露,達到檢測剔除的效果.

(2)關鍵工藝參數研究.在整套系統和流程建立后,需要優化確定雜物檢測段和剔除段的部分關鍵工藝參數,通過系統的調優,由一系列基礎實驗和數據分析得到了一套最佳的設備運行參數,如檢測皮帶速度、剔除閥氣壓大小、保持時間、延時時間等各項參數.同時,通過剔除擋板等局部結構改進,保證了設備運行的穩定性.

3 煙草碎片異物復合除雜技術的應用效果

針對研究應用的煙草碎片異物復合分揀系統,與原有人工選葉進行了對比和效果測試,并對效益進行分析.

3.1 除雜效果對比驗證

分別選取上中下3個部位的不同煙葉,在同等重量(500件)、同等流量(10000kg/h)的測試條件下,對煙草碎片異物復合分揀系統實施前后進行測試對比.通過對不同片煙原料的挑選質量、挑選效率等對比分析,驗證研制開發的煙草碎片異物復合分揀系統的實際生產應用效果,結果見表1.

表1 對比測試結果表

測試結果表明,在煙草碎片異物復合分揀系統實施后,碎片異物剔除量有明顯增加,但時間明顯減少.這些結果表明,煙草碎片異物復合分揀系統比較人工選葉,無論在挑選質量和挑選效率上都有明顯的提升.為了進一步證明煙草碎片異物復合分揀系統實施后對成品片煙雜物合格率的影響,我們對2015烤季和2016烤季(4個月)的成品片煙雜物合格率進行分析,結果見表2.

表2 成品片煙合格率統計表

結果表明,在煙草碎片異物復合分揀系統實施后,成品片煙雜物合格率有穩定地提升.

3.2 效益分析

傳統的風選除雜需要人工挑選配合,按每天3班(每單班20個工位)計算,需要60人.按照當前勞務工平均工資2000元/月,每個生產季7個月計算,需要人工費用84萬元/年;復合分揀技術中投入的3000kg/h的光電除雜機設備與20個工位挑選臺相比,投資額增加268元左右,3個多生產季即可收回成本.因此采用煙草碎片復合分揀技術,可替代人工挑選臺.從收回光電除雜設備成本后計算,每年可減少人工費用支出75.6萬元/年.

圖7 人工選葉與光電除雜系統

4 結語

開展煙草碎片異物復合分揀技術研究,是湖南煙葉復烤有限公司郴州復烤廠針對目前打葉復烤工藝,創新地將風分除雜工藝與光電除雜工藝相結合,對異物風分和異物剔除流程進行了系統設計和優化.先通過風選除雜裝置,加大風選效率,使得雜物盡可能地被分揀出來,然后再通過煙草異物光電除雜設備,精確地再將雜物二次分揀出來,能夠有效地提升煙草雜物剔除效率及質量.研究和應用結果表明,煙草碎片異物復合分揀系統性能突出,無論在挑選質量和剔除效率上都有明顯的提升,可以節省大量勞務用工,在保證產品質量的情況下,節約了大量經營成本,提升了企業的經濟效益,具有很強的推廣意義.

[1]張紹堂,董德春,任友俊等.煙草異物剔除系統中典型異物處理方法[J].煙草科技;2009(5):1-7.

[2]陳文濤,鐘先信,李志敏等.煙草在線異物剔除系統中的關鍵技術[J].測控技術;2003(5):1-5.

[3]劉軍.煙草在線異物實時識別與自動剔除系統研究[D].重慶:重慶大學;2003:1-24.

[4]涂平平.煙草異物剔除系統相關算法的研究[D].南京:東南大學;2016:1-13.

TS443

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1671-0711(2017)11(下)-0205-03