尹呈剛(山東中煙工業(yè)有限責任公司濟南卷煙廠 山東 濟南 250100)
煙草行業(yè)對煙葉的質(zhì)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(zhì)煙葉或混有有毒雜質(zhì)及其其它性質(zhì)的雜物進入下道工序進行生產(chǎn),將會不僅直接影響煙絲的質(zhì)量,甚至?xí):θ说纳硇慕】?。因此,就迫切需要提高煙葉雜質(zhì)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(tǒng)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(chǎn)品開始進入我國煙草企業(yè)。
在該系統(tǒng)中,其關(guān)鍵組成部分有控制模塊、帶式輸送機、可視系統(tǒng)、噴射器模塊、供氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)六大部分組成。關(guān)鍵技術(shù)有光源照明技術(shù)、光學(xué)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(zhí)行機構(gòu)模塊等幾個方面。
煙草分揀機基本有帶式傳送系統(tǒng)、可視系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、噴射處理系統(tǒng)構(gòu)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(shù)據(jù)采用模擬攝像機接受信號,通過A/D轉(zhuǎn)換電路,直接將模擬量的圖像信號轉(zhuǎn)化為數(shù)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(jīng)專用的圖像采集卡,R.G.B三原色對應(yīng)三塊圖像采集卡轉(zhuǎn)化為計算機可以處理的數(shù)字信息,收集并傳入計算機,由系統(tǒng)除雜計算法識別,通過提取的物特征,F(xiàn)PGA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(diào)整匹配度閾值,就可加大或減小識別精度。用戶可根據(jù)煙葉品種、顏色、等級、產(chǎn)地等諸多因素,自主確定相應(yīng)的識別精度。并相對應(yīng)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(yīng)的電磁閥,利用高氣壓氣體將雜質(zhì)剔出。
煙葉物料由較厚的層疊狀態(tài)通過進料口,隨著高速運輸帶5m/s的速度,利用“壓風(fēng)”和“托風(fēng)”變成很薄的單層狀態(tài),使煙葉從皮帶機中以懸浮狀態(tài)從輸出端平穩(wěn)地拋出,且沿著可預(yù)知的平拋運動軌跡穩(wěn)定運行,為后續(xù)的攝像檢測提供條件。
分揀機采用先進的高強度出料(HID)燈光系統(tǒng),與其他標準熒光燈相比,更加節(jié)能、更加光亮,且使用壽命長,能保證穩(wěn)定的燈光輸出。系統(tǒng)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(fā)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。
攝像機和圖像采集卡共同完成對物料圖像的采集與數(shù)字化。高質(zhì)量的圖像信息是系統(tǒng)正確判斷和決策的原始依據(jù),是整個系統(tǒng)成功與否的關(guān)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(shù)字化、協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的重要設(shè)備。圖像信號的處理是機器視覺系統(tǒng)的核心,它相當于人的大腦。對于煙草雜物剔除系統(tǒng)來說,系統(tǒng)是一個實時系統(tǒng),所以其圖像處理系統(tǒng)當然應(yīng)該是實時的。為了滿足實時性要求,采用了DSP技術(shù)、應(yīng)用硬件(FPGA)和軟件相結(jié)合的方法,來完成圖像處理的任務(wù),即用識別定位軟件對送到DSP內(nèi)存中的表征煙草或雜物特征信息的數(shù)據(jù),一幀一幀地進行處理塑料工業(yè)網(wǎng),區(qū)分出哪些是雜物哪些是煙葉,并根據(jù)雜物的位置信息發(fā)出相應(yīng)的剔除指令給剔除模塊的電磁閥,控制高壓空氣吹掉雜物。
對于一個系統(tǒng)而言,系統(tǒng)功能的最終實現(xiàn)是要靠執(zhí)行機構(gòu)來完成,它是系統(tǒng)的最后一個也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在煙草雜物剔除系統(tǒng)中,其執(zhí)行機構(gòu)就是把合格煙葉和雜物分離開的氣動剔除系統(tǒng)。它包括高速電磁閥組和噴吹腔體。為了使整個系統(tǒng)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(tǒng)的動態(tài)特性,特別是快速性和穩(wěn)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(yīng)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。
此系統(tǒng)的誕生和應(yīng)用,極大地解放了人的勞動力,提高了煙草設(shè)備的生產(chǎn)自動化水平、智能化程度,剔除精度高,極大的改善了工作環(huán)境。隨著煙草行業(yè)節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量工程的全面實施,它將越來越多地應(yīng)用于煙草行業(yè)的質(zhì)量檢測、監(jiān)控和分揀,為提升我國煙草企業(yè)的國際競爭力做出更大的貢獻。