劉洪標,趙廣仁,黃晶 ,黃華

(湖南煙葉復(fù)烤有限公司郴州復(fù)烤廠,湖南 郴州 423000)

煙草碎片異物復(fù)合分揀技術(shù)研究與應(yīng)用

劉洪標,趙廣仁,黃晶 ,黃華

(湖南煙葉復(fù)烤有限公司郴州復(fù)烤廠,湖南 郴州 423000)

煙草異物剔除是煙草生產(chǎn)過程中的重要內(nèi)容.打葉復(fù)烤作為煙葉生產(chǎn)的第一道環(huán)節(jié),對煙草異物的控制起到至關(guān)重要的作用.湖南煙葉復(fù)烤有限公司郴州復(fù)烤廠從打葉復(fù)烤企業(yè)出發(fā),為減少煙草雜物,提高復(fù)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(fù)烤過程中,在煙草碎片異物的挑選質(zhì)量和剔除效率上都有明顯的提升.

打葉復(fù)烤;煙草碎片異物;復(fù)合分揀

當前,煙草行業(yè)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(yè)對原料加工的重點控制指標.打葉復(fù)烤作為卷煙生產(chǎn)的第一道環(huán)節(jié),是剔除煙草雜物的首要關(guān)口,把好這道關(guān)是確保quot;原料保障上水平quot;的重要保障,它將直接關(guān)系到卷煙產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定.

1 復(fù)烤煙草碎片除雜的現(xiàn)狀

目前,國內(nèi)外復(fù)烤企業(yè)針對煙草異物的控制研究開發(fā)了很多相應(yīng)的技術(shù),如風選除雜技術(shù)、光譜除雜技術(shù)、激光除雜技術(shù)、氣流式煙葉輸送技術(shù)、金屬探測儀等.在上述煙草異物控制技術(shù)中,每種技術(shù)都是單獨使用在某個工藝環(huán)節(jié)中,其優(yōu)勢和弱點也非常明顯.例如,風選除雜工藝,能夠?qū)熑~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(shù)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(shù)都是單獨在使用.本文以湖南煙葉復(fù)烤有限公司郴州復(fù)烤廠為例,開展煙草碎片異物復(fù)合分揀技術(shù)的研究,將風選除雜工藝與光電除雜工藝相結(jié)合,彌補彼此的弱點,從而提高打葉復(fù)烤生產(chǎn)過程中對煙草碎片異物的挑選效率和質(zhì)量.

2 煙草碎片除雜的技術(shù)分析

煙草碎片異物分揀技術(shù)主要包含異物分選和異物除雜兩個關(guān)鍵階段.因此在工藝流程設(shè)計上,應(yīng)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(shè)計有效的除雜機構(gòu),對非煙物質(zhì)進行精準剔除.

2.1 分選工藝的技術(shù)研究

利用懸浮原理,改進現(xiàn)有的異物風分工藝,實現(xiàn)更加有效地物料與碎葉、輕質(zhì)雜物的分離.具體方式是取消傳統(tǒng)風分倉內(nèi)的網(wǎng)板輸送方式,組合新的無網(wǎng)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(tǒng)的單側(cè)吸風式落料器變成兩側(cè)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(huán)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(cè)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(shù)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(guī)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(qū)域,雜物的分布區(qū)域與煙葉不同,就可以區(qū)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(jié)論證明,合格煙片在RGB顏色空間中分布區(qū)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(qū)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(tǒng)原理示意圖

雜物檢測機構(gòu)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(gòu).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(tài),穿過檢測口和剔除口.檢測柜有高亮度、高顯色系統(tǒng)照明系統(tǒng),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(shè)計方式,檢測機構(gòu)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(zhì)剔除技術(shù)研究

對于非煙物質(zhì)的剔除機構(gòu),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(yīng)的氣閥,即需要建立起圖像像素和實際位置的對應(yīng)關(guān)系.以非煙物質(zhì)為例,如果圖4中第19以及20號電磁閥對應(yīng)的圖像上出現(xiàn)非煙物質(zhì)的信息,經(jīng)過計算,圖5中剔除點對應(yīng)的19號和20號電磁閥就會發(fā)出剔除信號,將非煙物質(zhì)用高壓氣打入剔除通道,實現(xiàn)霉變煙的剔除過程.

圖4 氣閥和圖像的位置的對應(yīng)關(guān)系

圖5 計算結(jié)果和電磁閥的對應(yīng)關(guān)系

2.4 工藝流程研究和優(yōu)化

煙草碎片異物分揀技術(shù)包含異物分選和異物除雜2個關(guān)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(fù)合分揀系統(tǒng)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(yōu)化.

(1)輸送攤薄系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的研究優(yōu)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(zhì)從煙葉中充分暴露,達到檢測剔除的效果.

(2)關(guān)鍵工藝參數(shù)研究.在整套系統(tǒng)和流程建立后,需要優(yōu)化確定雜物檢測段和剔除段的部分關(guān)鍵工藝參數(shù),通過系統(tǒng)的調(diào)優(yōu),由一系列基礎(chǔ)實驗和數(shù)據(jù)分析得到了一套最佳的設(shè)備運行參數(shù),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(shù).同時,通過剔除擋板等局部結(jié)構(gòu)改進,保證了設(shè)備運行的穩(wěn)定性.

3 煙草碎片異物復(fù)合除雜技術(shù)的應(yīng)用效果

針對研究應(yīng)用的煙草碎片異物復(fù)合分揀系統(tǒng),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(fù)合分揀系統(tǒng)實施前后進行測試對比.通過對不同片煙原料的挑選質(zhì)量、挑選效率等對比分析,驗證研制開發(fā)的煙草碎片異物復(fù)合分揀系統(tǒng)的實際生產(chǎn)應(yīng)用效果,結(jié)果見表1.

表1 對比測試結(jié)果表

測試結(jié)果表明,在煙草碎片異物復(fù)合分揀系統(tǒng)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(jié)果表明,煙草碎片異物復(fù)合分揀系統(tǒng)比較人工選葉,無論在挑選質(zhì)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(fù)合分揀系統(tǒng)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(jié)果見表2.

表2 成品片煙合格率統(tǒng)計表

結(jié)果表明,在煙草碎片異物復(fù)合分揀系統(tǒng)實施后,成品片煙雜物合格率有穩(wěn)定地提升.

3.2 效益分析

傳統(tǒng)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(wù)工平均工資2000元/月,每個生產(chǎn)季7個月計算,需要人工費用84萬元/年;復(fù)合分揀技術(shù)中投入的3000kg/h的光電除雜機設(shè)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(chǎn)季即可收回成本.因此采用煙草碎片復(fù)合分揀技術(shù),可替代人工挑選臺.從收回光電除雜設(shè)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(tǒng)

4 結(jié)語

開展煙草碎片異物復(fù)合分揀技術(shù)研究,是湖南煙葉復(fù)烤有限公司郴州復(fù)烤廠針對目前打葉復(fù)烤工藝,創(chuàng)新地將風分除雜工藝與光電除雜工藝相結(jié)合,對異物風分和異物剔除流程進行了系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)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(shè)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(zhì)量.研究和應(yīng)用結(jié)果表明,煙草碎片異物復(fù)合分揀系統(tǒng)性能突出,無論在挑選質(zhì)量和剔除效率上都有明顯的提升,可以節(jié)省大量勞務(wù)用工,在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下,節(jié)約了大量經(jīng)營成本,提升了企業(yè)的經(jīng)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(tǒng)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(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)[J].測控技術(shù);2003(5):1-5.

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

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

TS443

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