尹呈剛(山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司濟(jì)南卷煙廠 山東 濟(jì)南 250100)

0 引言

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(jìn)入下道工序進(jìn)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】怠Ｒ虼?，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(jī)產(chǎn)品開始進(jìn)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(jī)、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(jī)、圖像采集卡、圖像處理模塊和快速準(zhǔn)確的噴射器執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊等幾個方面。

1 系統(tǒng)整體框圖及工作原理

煙草分揀機(jī)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)可以處理的數(shù)字信息，收集并傳入計算機(jī)，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(jī)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。

2 帶式傳送系統(tǒng)

煙葉物料由較厚的層疊狀態(tài)通過進(jìn)料口，隨著高速運(yùn)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(jī)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(yùn)動軌跡穩(wěn)定運(yùn)行，為后續(xù)的攝像檢測提供條件。

3 可視系統(tǒng)

分揀機(jī)采用先進(jìn)的高強(qiáng)度出料（HID）燈光系統(tǒng)，與其他標(biāo)準(zhǔn)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(jī)，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(zhǔn)確無誤地送到光電檢測CCD感光元件上。

4 圖像處理系統(tǒng)

攝像機(jī)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(jī)，可以一次獲得以5m/s速度從皮帶機(jī)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(jī)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(jī)器視覺系統(tǒng)的核心，它相當(dāng)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(dāng)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(jìn)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。

5 噴射處理系統(tǒng)

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(jī)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(jī)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(dá)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(dá)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。

6 結(jié)束語

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(xiàn)。