浅谈烟草分拣机在制丝线行业中的应用

尹呈刚(山东中烟工业有限责任公司济南卷烟厂 山东 济南 250100)

0 引言

烟草行业对烟叶的质量要求较高，因为其纯净度直接决定着烟丝的好坏。如果有漏检的变质烟叶或混有有毒杂质及其其它性质的杂物进入下道工序进行生产，将会不仅直接影响烟丝的质量，甚至会危害人的身心健康。因此，就迫切需要提高烟叶杂质的剔除精度。多年来，人们对杂物剔除做了大量的研究和试验。由于传统的分拣方法已不能满足精度和效率的要求。所以，从2000年国外的烟草除杂机产品开始进入我国烟草企业。

在该系统中，其关键组成部分有控制模块、带式输送机、可视系统、喷射器模块、供气系统、冷却系统六大部分组成。关键技术有光源照明技术、光学镜头。摄像机、图像采集卡、图像处理模块和快速准确的喷射器执行机构模块等几个方面。

1 系统整体框图及工作原理

烟草分拣机基本有带式传送系统、可视系统、图像处理系统、电气控制系统、喷射处理系统构成。

其基本工作原理：电荷耦合器件CCD通称图像传感器（Charge-coupled Device）在线扫描高速传送装置上的烟叶流，图像数据采用模拟摄像机接受信号，通过A/D转换电路，直接将模拟量的图像信号转化为数字信息，避免传输中的干扰，摆脱了标准视频信号格式的制约，经专用的图像采集卡，R.G.B三原色对应三块图像采集卡转化为计算机可以处理的数字信息，收集并传入计算机，由系统除杂计算法识别，通过提取的物特征，FPGA图像处理单元实时计算异物与烟叶的匹配度，从而识别、剔除异物。在计算机软件界面上，调整匹配度阈值，就可加大或减小识别精度。用户可根据烟叶品种、颜色、等级、产地等诸多因素，自主确定相应的识别精度。并相对应的开阀控制指令通过I/O信号传送至电磁阀控制电路，打开相对应的电磁阀，利用高气压气体将杂质剔出。

2 带式传送系统

烟叶物料由较厚的层叠状态通过进料口，随着高速运输带5m/s的速度，利用“压风”和“托风”变成很薄的单层状态，使烟叶从皮带机中以悬浮状态从输出端平稳地抛出，且沿着可预知的平抛运动轨迹稳定运行，为后续的摄像检测提供条件。

3 可视系统

分拣机采用先进的高强度出料（HID）灯光系统，与其他标准荧光灯相比，更加节能、更加光亮，且使用寿命长，能保证稳定的灯光输出。系统采用A、B、C、D上下各两个CCD摄像机，通过反光镜面查看以发光的LED活动矩阵为背景的物料。使物料表面的反射光线尽可能准确无误地送到光电检测CCD感光元件上。

4 图像处理系统

摄像机和图像采集卡共同完成对物料图像的采集与数字化。高质量的图像信息是系统正确判断和决策的原始依据，是整个系统成功与否的关键所在。按照使用的面阵CCD摄像机，可以一次获得以5m/s速度从皮带机输出端平抛出的单层烟叶流的整幅图像信息。

图像采集卡是控制摄像机拍照、完成图像采集与数字化、协调整个系统的重要设备。图像信号的处理是机器视觉系统的核心，它相当于人的大脑。对于烟草杂物剔除系统来说，系统是一个实时系统，所以其图像处理系统当然应该是实时的。为了满足实时性要求，采用了DSP技术、应用硬件(FPGA)和软件相结合的方法，来完成图像处理的任务，即用识别定位软件对送到DSP内存中的表征烟草或杂物特征信息的数据，一帧一帧地进行处理塑料工业网，区分出哪些是杂物哪些是烟叶，并根据杂物的位置信息发出相应的剔除指令给剔除模块的电磁阀，控制高压空气吹掉杂物。

5 喷射处理系统

对于一个系统而言，系统功能的最终实现是要靠执行机构来完成，它是系统的最后一个也是最关键的环节。在烟草杂物剔除系统中，其执行机构就是把合格烟叶和杂物分离开的气动剔除系统。它包括高速电磁阀组和喷吹腔体。为了使整个系统的剔除率能达到较高的水平，除了采用简单高效的算法，选用专用的芯片以外，气动剔除系统的动态特性，特别是快速性和稳定性也十分重要，其中电磁阀的影响很大，电磁阀气孔的中心距为9.37mm，气流量从0达到额定流量的90%的响应时间为5ms。使用这样高速的气阀的目的是缩短从异物识别到异物剔除的时间。

6 结束语

此系统的诞生和应用，极大地解放了人的劳动力，提高了烟草设备的生产自动化水平、智能化程度，剔除精度高，极大的改善了工作环境。随着烟草行业节能降耗、提高产品质量工程的全面实施，它将越来越多地应用于烟草行业的质量检测、监控和分拣，为提升我国烟草企业的国际竞争力做出更大的贡献。