CN103084339B - 一种自由下落式烟叶分选装置及烟叶分选方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自由下落式烟叶分选装置及烟叶分选方法，该方法为：使烟叶从输送装置掉落在滑槽(4)上，经滑槽加速下滑至检测区域，采用CCD摄像装置拍摄经过检测区域的烟叶图像；由图像识别模块对烟叶图像进行处理和识别，若识别出当前烟叶为未不合格烟叶，则启动吹气剔除装置中的电磁阀，通过吹嘴(14)将当前烟叶吹至拒收料槽(2)中；否则，吹嘴(14)不吹气时，烟叶自由坠落至允收料槽(8)中，从而实现烟叶的分选。该自由下落式烟叶分选装置及烟叶分选方法分选效率高、自动化程度高。

Description

一种自由下落式烟叶分选装置及烟叶分选方法

技术领域

本发明涉及一种自由下落式烟叶分选装置及烟叶分选方法。

背景技术

目前在香烟生产中，主要是采用人工精选的方式以保证产品质量。片烟的人工精选工艺是利用人工对片烟中的“青、霉、杂”等不合格的烟叶和杂物进行手工剔除。不合格的烟叶和杂物在片烟中的含量很低，就是造成现有的选用模式人工用量大、作业效率低的主要原因。这种手工剔除的模式一方面造成人员配置庞大、管理困难，另一方面人工成本巨大和人员稳定问题也成了制约高品质卷烟发展的主要威胁。

因此，亟需一种高效的、减少人工投入量的、稳定的烟叶分选装置及方式来替换现有的人工筛选模式，这也成为产能增加的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自由下落式烟叶分选装置及烟叶分选方法，该自由下落式烟叶分选装置及烟叶分选方法分选效率高、自动化程度高。

发明的技术解决方案如下：

一种自由下落式的烟叶分选装置，其特征在于，包括输送装置、框架(1)、滑槽(4)、拒收料槽(2)、允收料槽(8)、摄像装置、背景辊(6)、图像识别模块和吹气剔除装置；滑槽(4)、拒收料槽(2)、允收料槽(8)和摄像装置均安装在框架(1)上；

输送装置与滑槽(4)的入口相连，背景辊(6)设置在滑槽(4)的出口下方；摄像装置位于背景辊(6)的侧部，且摄像装置的进光口正对背景辊(6)；允收料槽(8)设置在背景辊(6)下方，拒收料槽(2)设置在背景辊(6)下方的侧部两侧；

剔除装置包括吹嘴(14)与控制该吹嘴(14)气路通断的电磁阀(13)，电磁阀(13)与气源相通；吹嘴(14)设置在背景辊(6)与拒收料槽(2)上口之间的侧部；吹嘴(14)吹气时，将烟叶吹至拒收料槽(2)中；吹嘴(14)不吹气时，烟叶自由坠落至允收料槽(8)中；

摄像装置输出捕获的烟叶图像信息到图像识别模块，电磁阀(13)受控于图像识别模块的输出信号。

背景辊(6)为两个且横向并排设置；摄像装置为两套并分设在2个背景辊(6)的两侧，2套摄像装置的进光口分别正对2个背景辊(6)，每一套摄像装置都含有数字摄像机(9)和位于摄像装置前端的LED光源(11)。

两套摄像装置为第一摄像装置(3)和第二摄像装置(5)，第一摄像装置(3)整体为L形，且在转折处设有反光镜；第二摄像装置(5)整体为直线形。

摄像装置上设有用于从外部引进气流的进气管道接口。【用于阻止灰尘、烟叶和杂物从光线入口进入】

自由下落式的烟叶分选装置工作时，背景辊(6)在电机的驱动下旋转。

一种基于前述的自由下落式的烟叶分选装置的烟叶分选方法，使烟叶从输送装置掉落在滑槽(4)上，经滑槽加速下滑至检测区域，采用CCD摄像装置拍摄经过检测区域的烟叶图像；由图像识别模块对烟叶图像进行处理和识别，若识别出当前烟叶为未不合格烟叶，则启动吹气剔除装置中的电磁阀，通过吹嘴(14)将当前烟叶吹至拒收料槽(2)中；否则，吹嘴(14)不吹气时，烟叶自由坠落至允收料槽(8)中，从而实现烟叶的分选；

摄像装置上设有进气管道接口，从外部引进气流，在摄像装置入口处形成向外的气流，阻止杂物从摄像装置入口进入，以避免在机器工作时杂物对摄像装置的干扰。

有益效果：

本发明的自由下落式烟叶分选装置及烟叶分选方法，应用于烟叶精选过程中，用于将待选烟叶内含有“青、霉、茎、杂”的烟片自动剔除，是一种智能识别的解决方案。

本发明利用烟叶在一定初速度情况下自由下落的原理，在烟叶自由下落的过程中，设置一个自由下落轨道(即通道)。当烟叶离开轨道下落至一定距离时，分布在轨道两侧的智能检测装置就会工作，对这一位置的烟叶进行检测，对其中的“青、霉、茎、杂”的烟叶进行标记，并将信号传递给吹气剔除装置，当不合格的烟叶和杂质下落至气嘴高度时，吹气剔除装置的电磁阀就会工作。不合格的烟叶和杂质沿着吹嘴的气流方向抛物线进入拒收料槽内，沿着拒收料槽滑落至不合格品输送皮带机上。合格的烟叶则沿着下落轨道的轨迹进入允收料槽内，沿着允收料槽滑落至合格品输送皮带机上。

在所述的智能检测装置中，为保证检测部分严格的密封性，采用增压除尘的方式，保证光源部分的清洁，减少环境中的尘埃对检测装置的干扰。在所述的拒收料槽中，采用负压的方式除去不合格烟叶中的杂质和灰尘。

综上所述，本发明是一种利用自由下落为原理的智能检测装置及方法，效率较之人工方法有很大的提高，能够有效地、高速地剔除烟叶中的不合格品和杂质；剔除精准，带出的合格烟叶量少；降低了工人的劳动强度和时间，减少了人员的配置；利用高压气体剔除不合格品和杂质，对物料无影响；采用高压除尘和严格的密封性，保证了视觉***的判断、处理能力；采用视觉影像原理进行检测和识别，适用于烟草行业。采用本发明的烟叶分选装置及方法后，可以有效解决烟叶中不合格品和杂物过多的问题，从而提高了生产率，实现对烟叶高效的加工，原理简单、制造方便、性能可靠。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为本发明的剔除装置中的喷嘴、电磁阀的分布、排列图；

图3为图2中A-A剖视图

图4为本发明中第一摄像装置3的结构图

图5为烟叶通过该自由下落式的烟叶分选装置中的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

如图1-5，一种自由下落式的烟叶分选装置，其特征在于，包括输送装置、框架1、滑槽4、拒收料槽2、允收料槽8、摄像装置、背景辊6、图像识别模块和吹气剔除装置；滑槽4、拒收料槽2、允收料槽8和摄像装置均安装在框架1上；

输送装置与滑槽4的入口相连，背景辊6设置在滑槽4的出口下方；摄像装置位于背景辊6的侧部，且摄像装置的进光口正对背景辊6；允收料槽8设置在背景辊6下方，拒收料槽2设置在背景辊6下方的侧部两侧；

剔除装置包括吹嘴14与控制该吹嘴14气路通断的电磁阀13，电磁阀13与气源相通；吹嘴14设置在背景辊6与拒收料槽2上口之间的侧部；吹嘴14吹气时，将烟叶吹至拒收料槽2中；吹嘴14不吹气时，烟叶自由坠落至允收料槽8中；

摄像装置输出捕获的烟叶图像信息到图像识别模块，电磁阀13受控于图像识别模块的输出信号。

背景辊6为两个且横向并排设置；摄像装置为两套并分设在2个背景辊6的两侧，2套摄像装置的进光口分别正对2个背景辊6，每一套摄像装置都含有数字摄像机9和位于摄像装置前端的LED光源11。

摄像装置上设有用于从外部引进气流的进气管道接口。【用于阻止灰尘、烟叶和杂物从光线入口进入】

一种基于前述的自由下落式的烟叶分选装置的烟叶分选方法，使烟叶从输送装置掉落在滑槽4上，经滑槽加速下滑至检测区域，采用CCD摄像装置拍摄经过检测区域的烟叶图像；由图像识别模块对烟叶图像进行处理和识别，若识别出当前烟叶为未不合格烟叶，则启动吹气剔除装置中的电磁阀，通过吹嘴14将当前烟叶吹至拒收料槽2中；否则，吹嘴14不吹气时，烟叶自由坠落至允收料槽8中，从而实现烟叶的分选；

摄像装置上设有进气管道接口，从外部引进气流，在摄像装置入口处形成向外的气流，阻止杂物从摄像装置入口进入，以避免在机器工作时杂物对摄像装置的干扰。

如图1所示，本发明的一种自由下落式的烟叶分选装置包括输送装置(图中未示意出来)、框架1、拒收料槽2、第一摄像装置3、滑槽4、第二摄像装置5、背景辊6、气包7、允收料槽8和图像识别模块。被检测的烟叶通过皮带输送机运送到滑槽4入口的上方，烟叶在一定的初速度下，沿着滑槽4上特定的轨迹作自由落体运动。当烟叶离开滑槽4的出口，自由下落一定高度，到达检测点位置，分布在检测点两侧的图像检测装置，即第一摄像装置3与第二摄像装置5开始工作。通过检测点检测和识别后的烟叶，分为两部分，一部分为合格品，另一部分为不合格品和杂物。合格的烟叶沿着滑槽4上的轨迹落入允收料槽8内，再沿着允收料槽8滑入输送皮带机，送入下一工序。不合格的烟叶和杂物，被检测和识别后，自由下落至气包7位置时，气包7上的电磁阀13开始工作，不合格品和杂物沿着吹嘴14的气流方向抛物线进入到拒收料槽2内，再沿着拒收料槽2滑至输送皮带机上，送入下一工序。

整个剔除机构由电磁阀、吹嘴、铝型材构成的气包组成，气包或者叫气腔，形成压缩空气的存储容器，电磁阀是受控器件，在需要时打开可释放压缩空气，吹嘴决定了压缩空气吹出时的气流束形状和角度)

框架1底部有橡胶的支脚，可起缓冲作用，并且能够调节一定的高度，从而保证框架1上相应的安装位置在定位精确。

拒收料槽2上设有气流疏散网孔和吸气口，即在气包7喷嘴喷出的气流进入拒收料槽后，为防止其对除尘的影响而设置的出气口；吸气口是运用负压的原理，将不合格烟叶中的灰尘和部分杂质清除。拒收料槽可在两侧的料槽支柱上水平调节位置。

如图4所示，第一摄像装置3放置在拒收料槽2的正上方，此装置内部设有数字摄像机9、反光镜10和照明光源11；相机底部的安装固定板上装有透光玻璃(透光玻璃主要防止异物和灰尘进入，保护摄像装置中的镜头和感光芯片)；反光镜10和LED照明光源11均对准自由下落的烟叶；反射光线和入射光线成90°夹角；反光镜10的反射光路上设有数字摄像机9；数字摄像机9的信号输出端与图像识别处理模块16的信号采集端连接；照明光源11包括I号LED灯和II号LED灯，它们分别放置在反光镜10至下落烟叶入射光线的两侧，即照明光源11为反光镜10提供照明，使下落的烟叶清晰可见；两组光源关于入射光线对称布置，使得照明光线对检测点的烟叶成最合适的角度；反光镜10将照明光源照射到的烟叶情况反射到数字摄像机9的镜头内，数字摄像机9完成烟叶图片的拍摄，并传输到图像识别处理模块16进行分析、处理、计算，得出烟叶是否合格、有无杂物以及不合格的烟叶和杂物的具***置等信息。

第一摄像装置3和第二摄像装置5上有进气管道接口，从外部引进气流，在光源的入口处形成向外的气流，阻止灰尘、烟叶和杂物从光线入口进入，在机器工作时，可减少灰尘和烟叶等因素的对透光玻璃的影响，减小了外界干扰，从而保证了视觉的判断力。

滑槽4设置在第一摄像装置3、第二摄像装置5和背景辊6的正上方，滑槽4的两侧板上设有槽口，用来放置不锈钢滑槽轨迹托板；整个滑槽4是一个模块化的整体，可以再框架1上水平和竖直调节，安装方便，维护简单。

背景辊用于当检测区没有烟叶通过时或烟叶间有空隙时，摄像装置拍摄到的是背景辊反射光形成的背景本底。背景辊被设计成圆柱形，可以滚动，这样偶尔落到背景辊上的灰尘和烟叶就不会停留在背景辊上。

背景辊6，由I号背景辊和II号背景辊组成，设置在滑槽4的正下方；I号背景辊的中心设置在第二摄像装置5中数字摄像机9至检测点烟叶的反射光线的延长线上；II号背景辊的中心设置在第一摄像装置3中反光镜10至检测点烟叶的反射光线的延长线上；两个背景辊是相互独立的，由两个相同的电机提供动力，保持相同的速度作匀速转动，背景辊上有特殊颜料的涂层，保证烟叶和杂物的清楚可见。使用2套摄像机对烟叶正反面进行拍摄，可获得烟叶的正反面图像，任意一面有不合格的瑕疵也可检测出来。

如图2、3所示，在一侧摄像装置5的正下方安装有剔除装置。剔除装置由气腔、电磁阀、喷嘴组成。电磁阀13和喷嘴14固定在电磁阀安装板上，电磁阀13在安装板上呈一字型排布，电磁阀13和喷嘴14上的气孔数量相等且一一对应，喷嘴14通过电磁阀14与储存压缩空气的气腔连通，喷嘴14对准自由下落的烟叶和杂物，电磁阀13的受控端与图像识别处理模块的电磁阀驱动模块连接，喷嘴14水平放置，喷嘴14的长度略大于滑槽4的有效宽度，保证通过滑槽之后的烟叶和杂物都有喷嘴14上的孔与之对应。喷嘴14的气流吹出方向与烟叶和杂物自由下落的方向垂直，即水平方向，这是根据喷嘴14的气流吹出方向抛物线的滑落轨迹计算得到的，可以保证不合格的烟叶和杂物被喷嘴14吹到拒收料槽内的滑道上，沿着滑道滑落到次品回收皮带机上，次品回收皮带机在图中没有示意出来。电磁阀13得到电磁阀驱动模块的开启信息之后，再由不合格的烟叶和杂物处对应的电磁阀13立即启动，吹走不合格的烟叶和杂物。

所述的图像识别处理模块包括数字摄像机9和图像处理模块，图像处理模块分别于人机交换***和电磁阀驱动模块相连，电磁阀驱动模块与各个电磁阀13相连。所述的数字化摄像机9为数字式线阵CCD相机；图像处理模块为FPGA+DSP图像处理硬件平台。

人机交换***包括显示屏和输入键盘，待检测烟叶的信息可通过键盘输入，而显示屏上则显示输入的各种烟叶的信息，如颜色、形状、大小等等。首先通过键盘输入合格的烟叶需要满足的参数值，再将一部分合格烟叶的信息传输到智能化图像处理模块，图像处理模块分析这些合格烟叶的特征参数，而后将这些特征参数传输到人机交换***内。通过实际合格烟叶的特征参数值不断地修正、调整人机交换***内的合格的烟叶参数值，直到得到理想的合格烟叶的参数值，再将其固定在人机交换***内。同时，智能化图像处理模块内也存储了最后得到的理想的合格烟叶的参数值。

所述的数字化摄像机9将采集到的烟叶图像传给图像处理模块，图像处理模块根据颜色、形状、大小等特征参数，与之前存储在图像处理模块内的理想的合格品的参数值作比较，准确地识别不合格的烟叶和杂物，并驱动电磁阀驱动模块，电磁阀驱动模块在接到图像处理模块的信号后，自动精确的驱动对应的电磁阀13工作，对其进行剔除。图像处理部分属于现有技术。

图5为烟叶通过该自由下落式的烟叶分选装置中的示意图，背景辊是可旋转的，在一侧端面固定有电机，图1是从外往里看的视图，背景辊的圆柱背景部分被电机遮住了，而图5是设备的剖视图，能够看到背景辊的圆柱端面。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员，在不脱离本装置工作原理的前提下，还可以做出若干的改进和优化，这些改进和优化也应视为在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自由下落式的烟叶分选装置，其特征在于，包括输送装置、框架(1)、滑槽(4)、拒收料槽(2)、允收料槽(8)、摄像装置、背景辊(6)、图像识别模块和吹气剔除装置；滑槽(4)、拒收料槽(2)、允收料槽(8)和摄像装置均安装在框架(1)上；

输送装置与滑槽(4)的入口相连，背景辊(6)设置在滑槽(4)的出口下方；摄像装置位于背景辊(6)的侧部，且摄像装置的进光口正对背景辊(6)；允收料槽(8)设置在背景辊(6)下方，拒收料槽(2)设置在背景辊(6)下方的侧部两侧；自由下落式的烟叶分选装置工作时，背景辊(6)在电机的驱动下旋转；

剔除装置包括吹嘴(14)与控制该吹嘴(14)气路通断的电磁阀(13)，电磁阀(13)与气源相通；吹嘴(14)设置在背景辊(6)与拒收料槽(2)上口之间的侧部；吹嘴(14)吹气时，将烟叶吹至拒收料槽(2)中；吹嘴(14)不吹气时，烟叶自由坠落至允收料槽(8)中；摄像装置输出捕获的烟叶图像信息到图像识别模块，电磁阀(13)受控于图像识别模块的输出信号。

2.根据权利要求1所述的自由下落式的烟叶分选装置，其特征在于，背景辊(6)为两个且横向并排设置；摄像装置为两套并分设在2个背景辊(6)的两侧，2套摄像装置的进光口分别正对2个背景辊(6)，每一套摄像装置都含有数字摄像机(9)和位于摄像装置前端的LED光源(11)。

3.根据权利要求2所述的自由下落式的烟叶分选装置，其特征在于，两套摄像装置为第一摄像装置(3)和第二摄像装置(5)，第一摄像装置(3)整体为L形，且在转折处设有反光镜；第二摄像装置(5)整体为直线形。

4.根据权利要求1-3任一项所述的自由下落式的烟叶分选装置，其特征在于，摄像装置上设有用于从外部引进气流的进气管道接口。

5.一种基于权利要求4所述的自由下落式的烟叶分选装置的烟叶分选方法，其特征在于，使烟叶从输送装置掉落在滑槽(4)上，经滑槽加速下滑至检测区域，采用CCD摄像装置拍摄经过检测区域的烟叶图像；由图像识别模块对烟叶图像进行处理和识别，若识别出当前烟叶为未不合格烟叶，则启动吹气剔除装置中的电磁阀，通过吹嘴(14)将当前烟叶吹至拒收料槽(2)中；否则，吹嘴(14)不吹气时，烟叶自由坠落至允收料槽(8)中，从而实现烟叶的分选；

摄像装置上设有进气管道接口，从外部引进气流，在摄像装置入口处形成向外的气流，阻止杂物从摄像装置入口进入，以避免在机器工作时杂物对摄像装置的干扰。