基于图像处理技术杂质分析仪在PVC 树脂中的应用

崔小英，李宏刚

（唐山三友氯碱有限责任公司，河北 唐山 063305）

1 图像处理技术的研究现状及原理

图像处理技术是一个新兴的学科方向， 是多学科交叉融合的产物。 随着图像处理技术研究的不断深入，其在实际的生产中也被广泛应用[1]。 基于图像处理的杂质检测设备主要是利用杂质与检测样本外部特征的不同，如形状、颜色等特征属性，对杂质和检测样本进行分离和检测， 并集成检测算法和自动化控制技术[4-6]，其检测方法融合机器视觉技术和数字图像处理技术，使用高分辨率CCD 相机和专用光源对样本表面进行拍摄， 获取图像的信息并转换为数字信号进行传输和处理。 杂质检测采用高分辨率工业相机和电荷耦合器件专用光源， 提取杂质的个数。

2 聚氯乙烯树脂的特点及杂质产生的原因

PVC 为无定形结构的白色粉末， 相对密度在1.4 左右，170 ℃左右开始分解， 对光和热的稳定性差。

聚氯乙烯树脂的生产工序主要有聚合、汽提、干燥等，因此生产中的杂质主要有以下3 方面。

（1） 聚氯乙烯聚合过程中， 聚合釜是主要的设备，在长时间运行情况下，在釜体内壁及冷凝器内粘附物料，随出料带入树脂成品中，产生杂质。（2）从汽提塔出来的浆料温度很高，在混料槽中长时间放置，由于热降解而变色，从而产生杂质；一些树脂由于滞留在塔盘或塔的排料管中， 在汽提塔的高温下发生热降解，这种停滞树脂在一定的时候混入物料流中，产生黑树脂。（3）干燥器进料处及干燥器空气进口处产生树脂停滞，这种停滞的树脂会被热空气烧焦，一旦进入产品中会产生黑树脂。

3 人工检测的弊端

目前氯碱行业中，PVC 树脂杂质检测均为人工检测。 PVC 树脂的干燥工序一直以人工定点取样的方式控制成品的杂质指标，且汽提、干燥、包装系统结构复杂，容易引入杂质，一旦产生大量杂质，必须立即切仓，以免降低整体PVC 产品等级。 通过对长期生产系统的运行情况分析， 短暂性的杂质波动经常出现，当杂质数量增加一段时间后会自行恢复。而这时人工分析并不能及时反映产品质量， 在30 min的取样周期下，可能错失调整切仓的最好时机，从而影响PVC 成品质量。 针对以上问题，如采用自动在线检测树脂产品指标，不但可减少人工检测的误差，而且可以缩短取样周期， 及时反映产品杂质含量的变化。如出现波动可及时切仓，保证PVC 成品质量。

4 在线分析仪的应用情况

杂质在线分析技术在食品、药品行业均有应用，但国内厂家对PVC 树脂的杂质仍采用人工分析监测的方式，并未引入自动检测仪。随着技术进步以及精细化控制的提高， 目前国内已有部分企业采用在线挥发分分析技术，如内蒙古伊东集团东兴化工、内蒙古鄂绒、茌平信发聚氯乙烯公司、内蒙古君正化工公司、内蒙古中盐吉兰泰、唐山三友氯碱有限责任公司等。未来自动化控制、精细化控制将是树脂产品提高品质的重要手段。

5 PVC 杂质在线分析仪研究过程

根据水分仪及杂质分析仪在食品、 药品技术基础之上，建立针对PVC 杂质特性的分析技术。

通过前期对PVC 树脂物料性质的研究，发现物料黏性小，取样后取样室可通过仪表气吹扫干净，由于PVC 物料在玻璃上不易掉落，研究期间更换了不同材质的玻璃，最后确定钢化玻璃效果最佳，不易粘料， 高清摄像机可透过拍照， 最后确定此技术在PVC 杂质分析领域可行。 最终确定设备构成，建立模型。 编辑高清摄像机拍照后识别软件，保障PVC杂质识别的真实性、准确性。

确定设备研制的技术方向，开始试制设备。设备组成由上下料蝶阀、相机光源传动结构、相机光源平台、外壳部件等系列部件组成。 设备研制成功后，开始软件程序编写，在软件编写的过程中，要求设备能够根据不同型号的PVC 及时调整检测精度，软件编写成功后整套设备在生产线上试运行， 经过近半年的调试运行，设备研制成功，该分析设备包括6 个模块，分别为进料模块、承载模块、检测模块、上传模块、 出料模块和清洁模块。 进料模块用于控制是否向承载模块输送PVC 树脂粉末；承载模块用于承载PVC 树脂粉末；检测模块用于拍摄检测图片，并通过所述检测图片统计杂质数量； 上传模块用于上传检测图片和杂质数量； 出料模块用于排出已检测完毕的树脂粉末；清洁模块用于清洁承载模块。

6 PVC 杂质在线分析仪在生产线的应用

经过近1 年的试运行，PVC 杂质在线分析设备运行稳定。设备单次检测用时约20 s，检测杂质精度约0.03 mm，灰度差约30%，可替代人工取样分析。

表1 与表2 是在相同的时间内分别采用人工及在线分析仪对树脂产品中杂质进行了分析。 从表中可以看出PVC 杂质分析仪的取样时间间隔较人工取样短，而且分析仪可以随意调整取样间隔，如果预判产品杂质会出现波动， 可以进一步缩短取样时间间隔。

表1 人工取样时间及杂质分析结果

表2 PVC杂质分析仪取样时间及杂质分析结果

通过表1 数据可以看出，人工检测周期30 min，检测杂质最高数量为8 个。通过表2 数据可以看出，设备检测周期约为15 min， 检测杂质数量最高为12个， 设备能够检测出肉眼不能识别的粒径更小的杂质颗粒。

通过两个数据表对比可发现PVC在线杂质分析设备比人工检测的效率和精度都要高。

PVC 杂质在线分析仪的投用， 缩短了取样周期，节省了人工，减少了人为误差，保证了PVC 产品质量。

7 总结

（1）成功的将图像处理技术应用于PVC 树脂杂质分析检测方面，成功开发了应用于PVC 树脂的在线分析仪设备。

（2）设备投用后运行良好，不仅提高了分析精度，而且缩短了取样周期，及时反映产品杂质情况，为生产运行提供依据，保证了产品质量。

（3）通过在线杂质分析仪的开发应用，有效提升了产品质量，为同行业生产厂家提供了技术示范。